CN105571311A - 电弧炉的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电弧炉的操作方法，该电弧炉包括具有流出口的炉壳体、多个电极和使炉壳体绕着竖向轴线相对于电极转动的转动装置，该操作方法包括打开容纳金属材料的废料桶的开闭门并且使金属材料落入炉壳体中的充填步骤，其中，通过转动装置使炉壳体转动直到连接炉壳体的中心与流出口的中心的直线的方向与在开闭门的关闭侧的接缝的延伸方向相交，使开闭门在此位置关系下打开从而充填金属材料。

Description

电弧炉的操作方法

技术领域

本发明涉及电弧炉的操作方法，特别涉及具有使炉壳体相对于电极转动的转动装置的电弧炉的操作方法。

背景技术

通常，三相交流电弧炉(three-phasealternatingcurrentarcfurnace)被广泛地用作熔融诸如金属废料等的金属材料用的熔融炉(meltingfurnace)，在三相交流电弧炉中，在炉壳体内的金属材料和插入炉壳体中的三个电极之间产生电弧以便通过电弧热熔融金属材料。

通常，在使用这种电弧炉熔融金属材料的操作中，废料桶被广泛地用作将金属材料填入炉壳体中的手段。

图9A和图9B示意性地示出了将金属材料填入炉壳体中的情形。

附图标记201表示废料桶，其在上部具有作为主体的圆筒状主干部202和在底部的开闭门203，开闭门203在从中央处向两侧分成两半的同时打开。

金属材料以如下方式被填入电弧炉205中：将金属材料放入废料桶201中，将其输送至电弧炉205上方的位置，并且通过在中央处向两侧分成两半而打开在底部的开闭门203。

此时，在废料桶201中的金属材料经由通过打开在底部的开闭门203形成的开口而落下，并且被填入废料桶201下方的炉壳体中。

金属材料可以包括粉末状材料。

例如，在诸如铁废料(ferrousscrap)等的废材料被用作金属材料的情况下，废材料可以包含大片状的废料或微细粉末状的废料。

粉末状的废料可以包括诸如车削屑(lathechip)等的金属切屑，或者通过粉碎金属切屑产生的更微细的废料。

在金属材料包含这样的粉末状材料的情况下，粉末状金属材料容易沉落到废料桶中的底部、容易移动到半分开闭门203的顶端的接缝204及其周围，从而聚集在这附近。

在此情况下，当在废料桶201的底部的开闭门203打开成两片以便将金属材料填入电弧炉205的炉壳体206中时，在开闭门203的末端处的接缝204周围聚集的粉末状的材料在经由开闭门203的打开操作形成的狭缝、即间隙(即、在打开初始时刻具有窄的宽度的开口)散开的同时向下落入炉壳体206。

在此情况下，如果废料桶201的半分开闭门203的接缝204的延伸方向、即门的关闭侧的顶端的延伸方向与连接炉壳体206的中心O与流出口(tappinghole)210的中心的方向一致，即，如果炉壳体206和废料桶201处于这样的位置关系(由吊顶起重机输送的废料桶和炉壳体由于设备布局等而容易处在这样的位置关系)，则产生如下问题：在散开的同时落入炉壳体206中的粉末状金属材料容易积聚在炉壳体206的流出口210的附近。

特别是在电弧炉205为偏心底部出钢电弧炉(EBT炉(eccentricbottomtappingelectricfurnace))的情况下，更容易出现前述问题。具体地，在如下EBT炉的情况下更容易出现前述问题：EBT炉具有炉壳体206和流出口210，炉壳体206具有炉底部，该炉底部局部地从炉壳体206的圆形周壁部的外表面沿径向向外突出从而形成具有小坡度的搁板状突出部208，流出口210(流出口被处于突出部的下侧外部的盖封堵)沿竖直方向贯穿地设置于突出部208。

这样的原因被认为是搁板状突出部208容易作为粉末状金属材料用的接收部。

在图中，附图标记220表示积聚的粉末状金属材料。

通常认为，以这种方式积聚在流出口210附近的粉末状金属材料220由于其微细度而似乎容易被熔融。然而，实际上，当加热粉末状金属材料220时，颗粒被表面熔融(surface-fused)而彼此结合并且转变为锭块(烧结的坯块)。热不容易传递至锭块内部。另外，锭块位于远离电极的位置并且难以熔融。因此，出现了锭块容易维持为未熔融状态的问题。

在出渣口(slaghole)212设置于在径向上与流出口210相反的位置的情况下，粉末状金属材料也容易积聚在出渣口212的附近。

积聚在出渣口212附近的粉末状金属材料222容易引起如下问题：由于在排出熔渣的过程中渗入炉子中的空气等而变成不易熔融材料(粉末致密材料)。

专利文献1和专利文献2公开了一种电弧炉，其中炉壳体相对于固定的电极转动。

该具有转动装置的电弧炉是为了通过使炉壳体相对于电极转动从而使起初位于冷点的金属材料的位置移动到热点并且起初位于热点处的金属材料移动到冷点(例如，炉壳体相对于电极沿周向转动大约60°，由此使起初位于热点的周向上的中央区域的电极移动到相邻的冷点的周向上的中央区域)来解决热点和冷点之间的不均匀熔融的问题。

具有该转动装置的电弧炉是为了通过使炉壳体在金属材料熔融时相对于电极转动，因此使冷点处的金属材料移动到热点并且热点处的金属材料移动到冷点(炉壳体相对于电极沿周向转动大约60°，因此位于热点的周向上的中央区域的电极移动到在周向上相邻的冷点的中央区域)来解决热点处和冷点处的金属材料的不均匀熔融的问题。

然而，这些专利文献既没有公开本发明的新任务，也没有公开用于解决该问题的任何手段。因此，这些专利文献与本发明明显不同。

专利文献1：JP-A-S60-122886

专利文献2：JP-A-2014-40965

发明内容

出于这些情况作出了本发明。本发明的目的是提供一种电弧炉的操作方法，其能够有效地解决如下问题：在金属材料从废料桶填入炉壳体中时，粉末状金属材料主要积聚在流出口的附近并且维持为未熔融的状态。

即，本发明提供一种电弧炉的操作方法，

其中，所述电弧炉包括：(a)炉壳体，其包括筒状的周壁部、炉底部和流出口；(b)炉盖，其具有设置为面向下的多个电极；(c)转动装置，其使所述炉壳体绕着竖向轴线相对于所述电极转动，

所述方法包括：在所述炉壳体的上方，打开容纳金属材料的废料桶的底部的开闭门从而形成开口，并且使所述金属材料经由所述开口落入所述炉壳体中的充填步骤，和使所述金属材料熔融的熔融步骤，

其中，通过所述转动装置使所述炉壳体转动直到实现如下位置关系：连接所述炉壳体的中心与所述流出口的中心的直线的方向与所述废料桶的所述开闭门的关闭侧的接缝的延伸方向相交；然后使所述废料桶的所述开闭门在此位置关系下打开，并且充填所述金属材料。

所述炉壳体还可以包括出渣口，所述出渣口设置在连接所述炉壳体的中心与所述流出口的中心的直线上。

所述电弧炉的操作方法还可以包括：在所述充填步骤之后，在所述熔融步骤中使所述炉壳体转动的转动步骤。

如上所述，在根据本发明的电弧炉的操作方法中，通过转动装置使炉壳体转动直到实现连接炉壳体的中心与流出口的中心的直线的方向与废料桶的开闭门的关闭侧的接缝的延伸方向相交的位置关系，然后使开闭门在此位置关系下打开，以便执行金属材料的充填。根据本发明，由于粉末状金属材料从废料桶落入的位置在周向上与炉壳体的流出口的位置(在平面图中的位置)分离并且偏移，所以能够防止从废料桶落下的粉末状金属材料大量积聚在流出口的附近。因此，能够解决在熔融过程中粉末状金属材料积聚在流出口的附近并且维持为未熔融状态的问题。

在本发明中，优选在如下位置关系时执行填入金属材料的步骤：连接炉壳体的中心与流出口的中心的直线的方向与废料桶的开闭门的关闭侧的接缝(seam)的延伸方向以10°或更大角度的相交，优选以30°或更大角度的相交，更优选以60°或更大角度的相交。

在本发明中，特别是在炉壳体还包括设置在连接炉壳体的中心与流出口的中心的直线上的出渣口的情况下，通过转动炉壳体，从废料桶落下的粉末状金属材料的落入位置不仅从流出口的位置偏移而且从出渣口的位置偏移。结果，不仅能够防止从废料桶落下的粉末状金属材料大量地积聚在流出口的附近，还能够同时防止从废料桶落下的粉末状金属材料大量地积聚在出渣口的附近。

根据本发明的方面，特别将出渣口设置在连接炉壳体的中心与流出口的中心的直线的延长线上(方案2)，转动炉壳体，由此粉末状金属材料从废料桶落下的位置不仅从流出口的位置偏移而且从出渣口的位置偏移。结果，不仅能够防止从废料桶落下的大量粉末状金属材料积聚在流出口附近还能够同时防止其积聚在出渣口附近。

在本发明中，优选地在充填步骤之后的熔融步骤中执行转动炉壳体的转动步骤。

以此方式，起初被布置在冷点处的金属材料能够移动到热点处，起初被布置在热点处的金属材料能够移动到冷点处。结果，能够在炉壳体中均匀熔融金属材料。

根据本发明，能够提供电弧炉操作方法：该操作方法能够有效地解决当金属材料从废料桶填入炉壳体中时，粉末状金属材料主要积聚在流出口的附近并且维持为未熔融状态的问题。

附图说明

图1是示出在本发明的一个实施方式的操作方法中所使用的电弧炉的构造的图。

图2是示出图1中的电弧炉的另一个截面的图。

图3是图1中的转动装置的整体立体图。

图4是转动装置的整体平面图。

图5是图4中的V-V截面图。

图6是图4中的VI-VI截面图。

图7A至图7C是示出操作方法的内容的说明图。

图8A至图8F是示出图7A至图7C之后的操作方法的内容的说明图。

图9A和图9B是说明EBT炉中的金属材料的未熔融残余的图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细说明本发明应用于熔融金属材料(这里为钢材)的电弧炉的实施方式。

图1和图2是示出在本实施方式的操作方法中使用的电弧炉的构造的图。

在图1中，附图标记10表示电弧炉，其包括炉壳体16、炉盖20和三个电极22，其中：炉壳体16包括筒状(这里为圆筒状)的周壁部12、炉底部14和充填用开口18；能够开闭的炉盖20在炉壳体16的上端处关闭充填用开口18；三个电极22穿过炉盖20向下插入炉壳体16中。

各电极22布置为绕着炉壳体16的中心轴线等间隔(以120°的间隔)地、以在平面图中为大致圆形的方式靠近炉盖20的中央。电极22以其高度可独立调节的方式由未图示出的升降装置支撑。即，电极22被以如下方式构造：电极22的下端和填入炉壳体16中的金属材料之间的竖向分开距离可调节。

炉盖20被构造为能够被未图示出的升降装置和转动装置沿竖直方向相对于炉壳体16移动以及沿水平方向转动。炉盖20能够被移动和转动以便打开炉壳体16的充填用开口18，从而将金属材料填入炉壳体16中。

本实施方式中的电弧炉10是EBT炉，其中，如图2所示，炉底部14的一部分比炉壳体16的周壁部12沿径向向外突出从而形成具有小坡度(这里，大致为水平)的突出部26，并且突出部26设有沿竖直方向贯穿的流出口(出钢口)27。

通过使整个炉壳体16倾斜，炉壳体16中的熔融的金属材料(熔融的钢)经由流出口27朝向钢包(ladle)23(参见图1)流出。

出渣口29设置在径向上与流出口27相反的位置(对称位置)处。

具体地，如图7A所示，出渣口29以沿内外方向贯穿炉壳体16的周壁部12的方式设置在连接炉壳体16的中心O与流出口27的中心的直线上。

在本实施方式中，通过沿与出铁情形下的倾斜方向相反的方向倾斜整个炉壳体16，能够经由出渣口29将熔融操作过程中产生的炉渣排出到外部。

在本实施方式的电弧炉10中，炉壳体16能够倾斜，并且能够在炉盖20和电极22固定的状态下相对于炉盖20和电极22沿周向转动。

在图1中，附图标记34为倾斜体，其在支撑炉壳体16的状态下倾斜，从而使炉壳体16倾斜。倾斜体以能够倾斜的方式被设置于地面的炉台36支撑。

在彼此接触的支撑倾斜体34的炉台36的上表面和倾斜体34的具有朝向下方的凸形状的腿部37的下表面，设置有接合齿。由于接合齿彼此间的接合，防止了倾斜体34在倾斜操作期间相对于炉台36偏移。

倾斜体34包括用于支撑炉壳体16的倾斜床(tiltingbed)35，炉壳体16经由后述的转动装置32被倾斜体34的倾斜床35支撑。

在本发明中，可以如下地构造转动装置。

即，转动装置可以被构造为包括：1)支撑单元，其将炉壳体可转动地支撑在倾斜体上方；2)导轨，其设置在炉壳体和倾斜体之间，并且引导炉壳体绕着炉壳体的中心轴线转动；3)从动单元，其设置在炉壳体侧，并且接收转动驱动力；4)驱动构件，其设置在倾斜体侧，并且与从动单元接合，以便将转动驱动力传递给从动单元；5)驱动源，其设置在倾斜体侧，并且产生驱动力。转动装置可以设置为与倾斜体一体倾斜。

在本实施方式中，转动装置具体构造如下。

首先，将说明倾斜机构。

如图2所示，驱动缸38的一端可转动地连接于倾斜体34在图中的右端，驱动缸38的另一端可转动地连接于地面侧。当驱动缸38伸长时，倾斜体34和炉壳体16一起倾斜，使得图中的左侧靠下而右侧靠上。结果，炉壳体16中的熔融的钢经由流出口27朝向钢包23流出。

图3示出了本实施方式中的转动装置32的整体立体图，图4示出了其平面图。

转动装置32包括具有多个直立壁的圆环状支撑框40，炉壳体16安装固定于圆环状支撑框40的上表面。

在环状支撑框40的内周部的下表面设置环状齿轮42，并且在环状齿轮42的内周沿着周面设置齿。

相比之下，如图5所示，环状齿轮42的外周中间部向外突出成方形截面形状，并且形成支承构件44的内座圈部(innerraceportion)46。

具有C字形状截面的外座圈部48设置为包围内座圈部46，辊子轴承49设置在外座圈部48的凹面和内座圈部46的凸面之间，即、上下表面和外周端面之间。

由于这种构造，圆环状支撑框40被支承构件44等支撑，并且能够绕着圆环状支撑框40的环心在平行于倾斜床35的平面内转动。因此，由转动装置32支撑的炉壳体16能够绕着炉壳体16的作为转动中心的中心轴线相对于电极22转动。

齿轮箱50(参见图4)在圆环状支撑框40的环内侧的径向对称位置处设置于倾斜床35，并且齿轮箱50内设置了齿轮。在图5中，在倾斜床35所在侧设置作为驱动源的液压马达52，齿轮53安装于液压马达52的输出轴。齿轮53与齿轮55啮合，齿轮55与环状齿轮42的齿啮合，其中，齿轮55由竖直地配置于倾斜床35的轴54可转动地支撑。

因此，当使液压马达52沿顺时针方向或逆时针方向转动时，圆环状支撑框40经由齿轮53、55和42也沿顺时针方向或逆时针方向转动。

在本实施方式中，圆环状支撑框40、齿轮42和支承构件44用作支撑单元，在它们之间的、支承构件44的外座圈部48和内座圈部46还用作导轨。

齿轮42的齿作为从动单元，齿轮55和53用作驱动单元，液压马达52用作驱动源。

在本实施方式中，如图4所示，在从炉壳体16的流出口27面对出钢场(tappingyard)的初始位置起的沿逆时针方向60°的范围内，圆环状支撑框40，即炉壳体16能够被液压马达52转动。

止动机构56设置于两个齿轮箱50之间的圆环状支撑框40的周向上的中间位置。图6中示出了止动机构56的细节。图6中，鞘构件57设置在圆环状支撑框40的内侧。鞘构件57为圆筒体，其内侧半部被制成为内周逐渐向内增加的锥形形状。

相比之下，在倾斜床35所在侧的支撑件58上设置有塞构件60，塞构件60通过驱动缸59沿内外方向前后直线移动。塞构件60为圆柱体，其位于外侧的顶端部具有朝向顶端逐渐减小的直径，塞构件60的后端与驱动缸59的杆61连接。

如图6所示，当圆环状支撑框40处于初始位置时，鞘构件57面对塞构件60，当通过驱动缸59使塞构件60向前移动时，塞构件60进入鞘构件57并且塞构件60的锥形顶端部嵌入鞘构件57的锥形的半部中。因此，可靠地限制了圆环状支撑框40、即炉壳体16的转动，在此状态下，炉壳体16能够倾斜以用于出铁或倾斜以用于排出炉渣。

接下来，将参照图7A至图7C以及图8A至图8F说明操作电弧炉10熔融金属材料的方法。

典型地，多次将诸如废料/碎料(scrap)等的金属材料填入炉子中。在该示例中，两次将金属材料填入炉子中。

图7A至图7C示出了该充填步骤的状态。

附图标记70表示废料桶/碎料桶(scrapbucket)，其在上部具有作为主体的圆筒状主干部72和在底部的开闭门73，开闭门73在从中央向两侧分成两半的同时打开。附图标记75表示在开闭门73的关闭侧的顶端处的接缝。

开闭门73经由钢丝与未图示出的起吊机连接，当通过起吊机提升或降下钢丝时，开闭门73以在中央处分成两半的状态打开或关闭。

在充填步骤中，首先，通过转动后撤炉盖20使炉壳体16的充填用开口18打开，通过起重机将容纳有金属材料的废料桶70移动至充填用开口18上方的位置。

当炉壳体16位于初始位置时，炉壳体16和废料桶70具有如下位置关系：连接炉壳体16的中心与流出口27的中心的直线与废料桶70的开闭门73的接缝75的延长线重合。因此，在将废料桶70中的金属材料填入炉壳体16中之前，炉壳体16通过转动装置32预先转动至预定位置。

在本实施方式中，炉壳体16从初始位置沿逆时针方向转动，并且炉壳体16的转动停止在如下位置处：连接炉壳体16的中心O与流出口27的中心的直线和废料桶70中开闭门73的接缝75的延长线之间形成的角度、即图7C中示出的交角α为60°。

开闭门73在炉壳体16停止转动后以分成两半的方式打开，在废料桶70中的金属材料经由此时形成的开口落向下方，由此将金属材料填入废料桶70下方的炉壳体16中。

此时，由于流出口27位于在周向上距离开闭门73的接缝75较远的位置处、即流出口27位于与收集的粉末状金属材料落下的位置距离较远的位置处，所以能够防止从废料桶70落下的粉末状金属材料大量积聚在流出口27的附近。

在本实施方式中，由于位于径向上与流出口27相反位置的出渣口29也位于在周向上与开闭门73的接缝75距离较远的位置处，所以能够防止从废料桶70落下的粉末状金属材料大量积聚在出渣口29的附近。

在完成金属材料的填入后，将炉盖20和电极22置于炉壳体16的上方，从电极22的顶端向下产生电弧，从而优先熔融位于电极22的顶端部周围的金属材料。使电极22钻入金属材料中(以下将该步骤称为钻入步骤)。图8A示出了执行钻入的状态。

当钻入完成并且电极22到达炉底部14附近时，电极22周围的材料熔融(图8B)。

当电极22周围的未熔融的金属材料最终消失时，炉壳体16开始能够相对于电极22转动。在图中由半色调点示出的炉子内的部分表示未熔融金属材料，由白色背景示出的部分表示熔融的金属材料。在此阶段，尚未出现极端不均匀的熔融。

在炉子中的未熔融的金属材料的体积由于熔融而减小之后，额外填入剩余的金属材料(图8C)。

此时，由于炉壳体16已经从初始位置沿图中的逆时针方向转动了60°，所以炉盖20在炉壳体16的位置维持不变的状态下转动后撤，然后金属材料从废料桶70落入到炉子中。

还是在材料的额外填入中，流出口27和出渣口29位于距离开闭门73的接缝75较远的位置处，即流出口27和出渣口29位于与收集的粉末状金属材料落下的位置距离较远的位置处，所以能够防止从废料桶70落下的粉末状金属材料大量积聚在流出口27的附近和出渣口29的附近。

之后，将炉盖20和电极22置于炉壳体16的上方，通过包括钻入步骤的电弧放电再次执行金属材料的熔融，然后，由于在炉壳体16的周向上形成三个热点和三个冷点而使得金属材料不均匀熔融(图8D)。

然后，在炉盖20向上分离的状态下，通过使炉壳体16沿图中的顺时针方向转动60°至初始位置，使未熔融的金属材料移动到热点(图8E)。在此状态下，关闭炉盖20并且开始从电极22放电，由此能够通过电极22有效地加热未熔融金属材料。如图8F所示，完成了填入炉子中的金属材料的熔融。

如上所述，根据本实施方式，由于粉末状金属材料从废料桶70落下的位置在周向上与炉壳体16的流出口27和出渣口29的位置(平面图中的位置)分离并且偏移，所以能够防止从废料桶70落下的粉末状金属材料积聚在流出口27的附近以及出渣口29的附近。

因此，能够解决粉末状金属材料积聚在流出口27的附近并且在熔融过程中维持为未熔融状态的问题，以及积聚在出渣口29的附近的粉末状金属材料由于在排出熔渣的过程中渗入的空气而变成不易熔融材料(粉末致密材料)的问题。

在本实施方式中，在连接炉壳体16的中心与流出口27的中心的直线的方向与废料桶70中的开闭门73的接缝75的延伸方向之间形成60°的交角的位置关系下，执行填入金属材料的充填步骤。然而，交角可以设为其他角度。优选地在这两条线彼此以至少10°或更大的角度、优选地以30°或更大的角度、更优选地以60°或更大的角度相交的位置关系下执行该充填步骤。

在本实施方式中，在充填步骤之后金属材料的熔融过程中，执行炉壳体16的转动步骤，因此起初位于冷点处的金属材料能够移动到热点处，而起初位于热点处的金属材料能够移动到冷点处。结果，能够均匀地加热炉壳体16中的金属材料。

已经详细说明了本发明的实施方式，但其仅仅为示例。在本实施方式中，炉子为EBT炉。然而，视情况而定，本发明可以应用于不同种类的电弧炉，以及应用于具有两个电极、四个电极或多于四个的电极的电弧炉。

本发明能够应用于熔融钢之外的金属的电弧炉的操作方法。这样，本发明能够以多种变形形式实现，只要其不背离本发明的主旨即可。

本申请基于2014年11月5日提交的日本专利申请No.2014-225631，其全部内容通过引用合并于此。

附图标记说明

10电弧炉

12周壁部

14炉底部

16炉壳体

18充填用开口

20炉盖

22电极

26、208突出部

27、210流出口

29出渣口

32转动装置

70废料桶

73开闭门

75接缝

Claims (4)

1.一种电弧炉的操作方法，其中，

所述电弧炉包括：

a)炉壳体，其包括筒状的周壁部、炉底部和流出口；

b)炉盖，其具有设置为面向下的多个电极；和

c)转动装置，其使所述炉壳体绕着竖向轴线相对于所述电极转动，

所述方法包括：

在所述炉壳体的上方，打开容纳金属材料的废料桶的底部的开闭门从而形成开口，并且使所述金属材料经由所述开口落入所述炉壳体中的充填步骤，和

使所述金属材料熔融的熔融步骤，

其中，通过所述转动装置使所述炉壳体转动直到实现如下位置关系：连接所述炉壳体的中心与所述流出口的中心的直线的方向与所述废料桶的所述开闭门的关闭侧的接缝的延伸方向相交；然后使所述废料桶的所述开闭门在此位置关系下打开，并且充填所述金属材料。

2.根据权利要求1所述的电弧炉的操作方法，其特征在于，

所述炉壳体还包括出渣口，所述出渣口设置在连接所述炉壳体的中心与所述流出口的中心的直线上。

3.根据权利要求1所述的电弧炉的操作方法，其特征在于，所述操作方法还包括：

在所述充填步骤之后，在所述熔融步骤中使所述炉壳体转动的转动步骤。

4.根据权利要求2所述的电弧炉的操作方法，其特征在于，所述操作方法还包括：

在所述充填步骤之后，在所述熔融步骤中使所述炉壳体转动的转动步骤。