CN1171537A - 电弧炉的操作方法及电弧炉 - Google Patents

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Abstract

在电弧炉(1)中,在要熔炼的炉料(5)已部分熔化的情况下,为了防止电弧炉(1)的内壁受到损坏以及取消电功率,在临界熔化阶段中,通过粒料输送器(25)将熔剂(10)送入中空电极(7)的装料孔中,这样,电弧炉(1)内在中空电极(7)与熔融金属(4)之间的电弧(6)的长度缩短,料斗(9)被设置在粒料输送器(25)的远离电极的那一端,并且容易与中空电极(7)分离,从而可以倾动电弧炉(1),排出熔融金属(4)。熔剂(10)中可以混入需要处理的、成问题的废物,例如集尘器粉末。

Description

电弧炉的操作方法及电弧炉
本发明是关于权利要求1和4的前序部分所述的电弧炉、特别是用于炼钢的电弧炉的操作方法以及用于实施该方法的电弧炉。
本发明在权利要求1和4的前序部分中阐述了现有技术，如同瑞士公司文件ABB Technik，10/1992，S·3-10中所公布的那样。该文件中指出在直流电弧炉中使用一根由石墨制成的实心电极来熔炼废钢，在该炉子中，炉盖是可以移动的并且炉缸可以倾动，以便倒出炉渣和熔融金属。直流电弧炉作为还原炉被用于连续装料和处理精料，装料是通过电极内的中心孔直接送到电弧炉的等离子区中或者通过电极附近的一个或多个装料门送入炉内。在通过空心电极装入预先混合的细颗粒炉料的情况下，装料流量受到控制，以便可以始终保持与电弧功率的平衡。由两部分构成的进料管具有一个快速分离联轴节，并且与空心电极的进料斗电绝缘。进料装置可以向侧面转动，以便使进料管的下部断开。该炉具有一个固定的炉盖和一个固定的釜。金属和炉渣通过设在不同高度的流出口被排出炉外，炉用变压器被设置成可以在一个扩展的电压和电流范围内提供额定功率，这样电弧炉可以满负荷地运行。因此，供电系统必需设置成具有足够的灵活适用性，从而在实际操作过程中可以调节达到最佳状态。通常，变压器上设置4或5个抽头，以便可以覆盖这一范围。
用于还原工艺过程的电弧炉是不能倾动的，并且具有一个固定安装的炉盖。
有关的现有技术还可以参阅EP0058774B1，该文献中公布了一种带有多个实心电极的用于炼钢的可倾动的电弧炉，其中粒状物料从料斗通过一台粒料输送机被送入电弧炉内。料斗被设置在粒料输送机的旁边，与电极是分离的。
另外，EP0637634A1中公布了一种在电弧炉中制造熔融钢水的方法，其中，细粒的固体物料和/或气体通过一根空心电极被直接送入电弧中，以便获得被泡沫渣所包围的电弧。为了形成泡沫渣，还可以供入滤尘器粉末。
如同权利要求1和4所定义的那样，本发明解决了下述任务，即进一步发展了本文开头所述的电弧炉、特别是用于炼钢的电弧炉的操作方法以及电弧炉，从而改善了电弧炉的效率。
在从属权利要求中现定了本发明的优选的实施方案。
本发明的主要优点是，由于缩短了电弧长度而提高了电弧炉的功率密度。
由于熔剂对于电弧燃烧的等离子区具有消除电离的作用，因此在同等电压和同等电流的情况下，电弧缩短。这样，与朝着熔融金属的方向上的热辐射相比，横向的热辐射减少，其减少的程度取决于熔剂的粒度、供料速度和种类。
在同等的电弧长度的情况下，可以以更大的电压工作。这样一来，在相同的电极直径(相同的电流)的情况下，电弧炉可以以更高的电功率运行，从而使热的熔炼部位(hot spots)较少受到损害。
本发明的另一个优点是，可以减小空心电极的负荷以及电弧炉的内衬。薄而细的电极可以相应地减少生产成本。
对于冶金生产工艺来说必不可少的熔剂，在最佳位置上被供入炉内。例如，煤不应过多的被撒开，因此可以减少废气。
作为熔剂至少使用一部分这样的物质，它们无论如何都必须被装料，例如石灰石和煤，这样它们被特别有效的使用。
有一种几乎不需要花钱的方法可以被用来处理成问题的废物。熔剂可以使用炼钢厂产生的废物(例如滤尘器粉未)，这样可以不成问题的处理了废料。
根据本发明的一个优选的实施方案，可以避免气体从空心电极中逸出。
在电弧炉倾动到最终位置时以及在空心电极和炉盖转动时，不需要额外的操作费用。在熔炼过程中、在电弧炉的所有倾动位置上都可以将熔剂装入空心电极中。
下面通过实施例来说明本发明。
图1是一台装满废钢的电弧炉，它配备有一台常规的熔剂输送装置和一台将熔剂送入电弧炉的空心电极中的输送设备。
图2是一台可倾动的电弧炉，它配备有2个由一根软管连接的熔剂料仓。
图3是图2的电弧炉，它配备有一个电极调节装置和一个与其铰接的粒料输送器。
图4是图3所示粒料输送器的详图。
图5-7是具有不同的废钢填充状态的电弧炉。
图8和图9是在图6所示熔炼状态下、添加和不添加熔剂时的一个熔炼周期的熔化效率图解。
在附图中，相同的部件用同一标号表示。
图1表示一台直流电弧炉即电弧炉(1)，它带有一个炉底电极(2)和一个可移动的炉盖(3)，炉盖(3)上带的一个用于插入空心电极(7)的中心开孔和一个用于装入熔剂(10)的常规装料孔(11)。在空心电极(7)和熔融钢水或熔融金属(4)之间是电弧(6)，用于使废钢(5)熔化。废钢(5)是在熔炼过程开始之前，在打开炉盖(3)的情况下被装入电弧炉(1)中的。熔剂(10)，例如煤和石灰石，从第1料斗(9)通过第1输送装置(8)被装入空心电极(7)的装料口(28)中。重要的是，料斗(9)应设置成与电极分离开，这样可以使所承受的热负荷减少。另外，熔剂(10)还从料斗(13)通过另一个粒料输送装置(12)被送入装料口(11)中。
图2是图1所示的电弧炉(1)，由该图可以看出，借助于一台气动粒料输送装置即鼓风机(15)将熔剂(10)从储料容器即第2料斗(16)通过一根软管(17)送入第1料斗(9)中。也可以使用常规的吸入式输送机或螺塞式输送机来代替上述鼓风机(15)。料斗(9)在空心电极(7)的后面是与图面垂直的，并且与之隔开一定距离(参见图1)。图中(18)表示电弧炉(1)的摇台，它使得电弧炉(1)可以滚动支承在炉基(19)的支承平面上，从而可以使电弧炉(1)倾动而无需额外的维护。
图3表示一台可倾动的电弧炉(1)和一个电极调节装置(22)，电极调节装置(22)可以在炉平台(21)中旋转，并且高度可以调节。电极调节装置(22)具有一个水平的电极把持器(23)，它的一端有电源线(20)，另一端与空心电极(7)机械和电联接。同时它通过铰链(29)与粒料输送器(25)(由图4可以看很清楚)电绝缘地联接。借助一个转数可调的马达(24)和与之相连的蜗轮传动装置将熔剂(10)从料斗(9)输送到设置在端部的电极导入管(26)中。电极导入管(26)通入到一个电绝缘的、空心的装料塞(27)的中心开孔内，装料塞(27)处在空心电极(7)的装料口(28)中与之气密联接，通过使粒料输送器(25)围绕铰链(29)旋转，可以很容易与空心电极(7)分离。这样，粒料输送器(25)可以很容易拆合，不妨碍空心电极(7)的更换。在靠近空心电极(7)的热端只有一个立式止推轴承，而容易损坏的部件(马达(24)和图中来示出的水平传感器)被设置在粒料输送器(25)的冷端。粒料输送器(25)可以处在空心电极(7)的电位上，在这种情况下，软管(17)被用来与料斗(16)电绝缘。
重要的是，将熔剂(10)由固定的料斗(16)输送到中间料斗(9)中，中间料斗(9)被设置在与电极把持器(23)联带运动的粒料输送器(25)的后端。
不言而喻，可以使用套筒式的溜槽或其它供料装置代替上述的鼓风机(15)，它或者在一个细长的储仓中或者在端部附近具有一个铰链(图中未示出)。
图5-7表示电弧炉(1)中的不同的废钢(5)装填状态，其中图5是装满废钢状态，电弧(6)的长度(11)是60cm左右，图6是炉料已烧完50％的状态，电弧(6)的长度是大约30cm，图7是已经烧完的状态，电弧(6)的长度(13)是大约30cm。只有在图6所示的部分烧完的装料状态，才通过空心电极(7)装入熔剂(10)，从而使电弧长度(11)缩短到(12)。这样可以使比熔化效率(P)达到较高的值(参见图9)，而不会损害炉子构件。
在图5所示的熔炼的初始阶段(a)，电弧炉(1)被装满废钢(5)，因而电弧(6)的能量不能到达炉壁。在图7所示的熔炼的最终阶段(c)，废钢(5)已全部熔化，钢水熔池(4)被泡沫渣(14)所覆盖，同时电弧(6)被泡沫渣所包围。在图6所示的熔炼的临界阶段(b)，废钢(5)由于熔化而下降，使得电弧炉(1)的内壁不再被废钢(5)所覆盖，而且也不再有足够熔融金属(4)以产生泡沫渣(14)，没有了这些防护措施，电弧(6)的大部分能量散失，导致电弧炉(1)的内壁受到损害。为了避免发生这种损害，必需取消电弧(6)的热输出，结果使得比电熔化效率(P)降低(参见图8)。
在图8和图9中，纵坐标表示每吨需要熔化的炉料(5)的相对的、比熔化效率(P)，单位是％，横坐标表示任意单位的时间(t)。
图8表示2个前后连续的效率曲线(30)，它们分别具有一个相同长度的初始阶段(a)，在该阶段中熔化效率从0上升到100％，直至达到预定的能量极限值(WG)，该能量极限值由初始阶段(a)中效率曲线(30-33)下面的阴影部分的面积表示，大体上保持恒定。在紧接其后大致相同长度的临界阶段(b)中，不供给熔剂(10)，熔化效率(P)被调整到一个降低的水平，以保护炉壁，最终调整到0。在临界阶段(b)后总是接着一个废钢再装填阶段(e)。随后的第3个效率曲线(31)与效率曲线(30)的不同之处在于最终的阶段(c)，在该阶段中，熔化效率(P)从降低的效率水平提高到接近100％，最后调整到0。在此之后是熔融金属排出阶段(d)，然后又是废钢再装填阶段(e)，到此为止具有3个废钢再装填阶段(e)的熔炼周期即告结束。
图9表示在缩短的临界阶段(b’)中供入熔剂(10)时与图8相应的效率图解，上述临界阶段(b’)取代了图8中的临界阶段(b)，这样，总的熔炼周期(g’)缩短了，参见效率曲线(32)-(33)，这些曲线与图8中的效率曲线(30)-(31)是相对应的。一旦消耗的熔化能量达到预定的能量极限值(WG)，就开始添加熔剂(10)，这样不会发生生产效率下降。上述能量极限值(WG)处于每次废钢装填总熔化能量的30-90％范围内，优选的范围是60-70％。在每次熔化周期的最后一次废钢装填时，停止装入熔剂(10)，一达到泡沫渣阶段，总的熔化能量的大约90％是属于这种情况。
实施例
在具有3个废钢再装填阶段(e)的熔炼过程中，熔化周期(g)从以往的60分钟缩短5分钟，在具有100t废钢装填量的电弧炉(1)和320个工作日的情况下，生产效率提高8％，即从770kt/a提高到830kt/a。能耗降低40kWh/t。空心电极(7)的端部损耗降低0·2kg/t钢。
附图中的标号
1            电弧炉
2            炉底电极
3            1的炉盖
4            熔融金属，熔融钢水
5            需要熔化的炉料，1中的废钢
6            电弧
7            空心电极
8、12        输送装置
9            第1料斗，中间料斗
10           粒料，熔剂
11           3中的供料口
13           熔剂的料斗
14           泡沫渣
15           鼓风机
16           第2料斗，粒料储料仓
17           软管连接，软管
18           1的球面炉底
19           炉基
20           7的供电引线
21           炉平面
22           电极调节装置
23           电极把持器
24           马达
25           粒料输送器
26           电极供料管
27           中空的装料塞
28           7的装料口
29        铰链
30-33     效率曲线
a         熔化的初始阶段
b         临界熔化阶段(不装入粒料)
b’       具有装填粒料的熔化阶段，缩短的临界阶段
c         熔化的最终阶段
d         熔融金属排放阶段
e         废钢再装填阶段
g、g’    熔化周期
11-13     电弧长度
P         比电熔化效率/每吨熔化料
t         时间
WG        能量极限值

Claims (10)

1、电弧炉、特别是用于炼钢的电弧炉(1)的操作方法，其特征在于：
a)借助于至少一根中空电极(7)的电弧(6)，将需要熔化的固体炉料(5)和至少一种熔剂(10)熔化成液态的熔融金属(4)；
b)在电弧炉(1)中的需要熔化的炉料(5)已经部分熔化的临界熔化阶段(b’)中，通过中空电极(7)，至少将一种熔剂(10)输送到熔融金属(4)中。
2、权利要求1所述的方法，其特征是，在达到每次废钢装填时总的熔化能量的30-90％的范围内的规定的电熔化能量(WG)之后，开始添加所述的至少一种熔剂(10)。
3、权利要求2所述的方法，其特征是，在达到每次废钢装填时总的熔化能量的60-70％的范围内的规定的电熔化能量(WG)之后，开始添加所述的至少一种熔剂(10)。
4、电弧炉、特别是用于炼钢的电弧炉(1)，
a)配备有一根中空电极(7)和
b)一个用于将粒料(10)从第1料斗(9)输送到中空电极(7)的装料口(28)的第1粒料输送器(8、25)
c)其中，第1料斗(9)被设置成与电极分离开
其特征在于，
d)第1料斗(9)被安装在与电极把持器(23)联带运动的第1粒料输送器(8、25)的后端。
5、权利要求4所述的电弧炉(1)，其特征是，第1粒料输送器(8、25)与一个高度可调并且可以转动或倾动的中空电极(7)的调节装置(22)铰链连接。
6、权利要求4或5所述的电弧炉(1)，其特征是，第1粒料输送器(8、25)通过一个电绝缘的、中空的装料塞(27)与中空电极(7)的装料口(28)气密地并且可分离的连接在一起。
7、权利要求4-6中任一项所述的电弧炉(1)，其特征是，第1粒料输送器(8、25)通过一个输送装置(15、17)与第2料斗(16)相连接。
8、权利要求4-7中任一项所述的电弧炉(1)，其特征是，第1粒料输送器(8、25)通过一个电绝缘的软管(17)与第2料斗(16)相连接。
9、权利要求4-8中任一项所述的电弧炉(1)，其特征是，所述的粒料至少含有一种熔剂(10)。
10、权利要求4-9中任一项所述的电弧炉(1)，其特征是，电弧炉(1)是可以倾动或转动的。
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