CN1327143A - 金属熔炼设备 - Google Patents

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Abstract

一种结构紧凑且设备成本经济的熔炼设备,它能以高的生产能力进行真空熔炼和精炼。在该金属熔炼设备的结构中,耐火材料炉壁12在其外周上配备有一气密的且不导电的密封套16,并且沿密封套16的内圆周以预定的间距设置垂直的水冷铜管,将炉壳10布置成在外部用一感应加热线圈38包围炉壳,而且为加强结构,炉壳10由密封套16固定在框架42上。炉壳10的密封套16通过上法兰44与下法兰28固定在框架上。

Description

金属熔炼设备
本发明涉及一种适用于熔炼或精炼金属特别是特殊钢的金属熔炼炉。
近年来已经提出了改进特殊钢的品质的要求，而且旨在脱气的精炼已经得到注意。
作为这种脱气精炼的代表，RH真空脱气技术已为人所知，但是RH真空脱气设备的尺寸很大。除去设备费用外，由于RH真空脱气设备没有专门的加热装置，因此就产生温度在真空处理过程中会降低的问题。
作为可用的真空处理，有一种真空感应熔炼设备，而且此真空感应熔炼设备通常有这样一种结构，其中，整个熔炼设备都完全放在一真空室中，因此，真空室很大。大型的设备还包括附属装置，从而使该装置的成本升高。
由于在真空感应熔炼设备中，感应加热线圈也放在真空室中，也就是说，由于感应加热线圈是放在真空中的，故线圈部分易于放电，而且线圈电压应当为300V或更低(虽然改善线圈绝缘，可为600V或更低)。因此，在大尺寸的炉子中，难于特别供应大的电功率，而且在生产能力上出现问题。
为了保证生产能力，需要有一大电流型的专用电源，而且几乎不可能将高压型(小电流型)转换为可保持生产能力的真空感应炉。
本发明的金属熔炼设备被设计成可解决这些问题。
按照本发明第一方面的金属熔炼设备的特征为，耐火材料炉壁在其外周上设有气密的且不导电的密封套，并沿密封套的内圆周以预定的彼此隔开的间距设置垂直的水冷管，而炉壳则布置在外部，以用感应加热线圈包围炉壳，而且炉壳用密封套固定在一框架上，以便加强结构。也就是说，金属熔炼设备包括：
(1)一具有耐火材料炉壁的炉壳；
(2)一设置在上述耐火材料炉壁的外周上的气密的且不导电的密封套；
(3)沿上述密封套的内圆周布置的垂直的水冷管，上述管子以预定的间距彼此隔开地布置；
(4)一感应加热线圈，它被布置成包围炉壳，并经过一空间设置在炉壳外面；和
(5)一固定在上述密封套上的框架，以通过上述密封套支承上述炉壳。
按照第一方面，本发明第二方面的金属熔炼设备的特征为，炉壳的密封套在一上端部分和一下端部分上通过一上法兰和一下法兰固定在框架上。
按照第一和第二方面中的任一个，本发明第三方面的金属熔炼设备的特征为，水冷管包括铜管并且以小的节距沿周向紧密地设置，其中，当每个水冷铜管的外径或一个边的长度为D时，管子的中心位置之间的距离小于3D。
按照第二和第三方面中的任一个，本发明第四方面的金属熔炼设备的特征为，水冷管在上端和下端上安装并固定在上、下法兰上。
按照第一至第四方面中的任一个，本发明第五方面的金属熔炼设备的特征为，设置一个框架底座，上述框架连同炉壳可旋转地设置在框架底座上。
附图的简要说明
图1为示意地表示出作为例子的一个熔炼设备的结构的视图；
图2为图1所示熔炼设备的要素部分的平面图；
图3为表示示例性熔炼设备的水冷管的结构的视图。
图中的参考标号代表：
10：炉壳；
12：耐火材料炉壁；
16：密封套；
28，44：法兰；
38：(高频)感应加热线圈；
42：框架；
47：水冷铜管；
56：框架底座
如上所述，耐火材料炉壁在其外周上设有气密的且不导电的密封套，以便气密地密封炉壳的内部，并且，按照本发明，如果在炉壳上装以真空罩，则用炉壳和真空罩包围的内部空间可被做成是真空的，从而能进行用于精炼诸如特殊钢的真空处理。
由于感应加热线圈放在外面，处于大气空间中，因此有可能在加热时基本上不会在感应加热线圈中产生放电，并向感应加热线圈施以高电压，从而可以以卓越的生产能力熔炼或精炼特殊钢。
此外，由于感应线圈可以放在大气空间中，故电源和线圈设计的自由度高。再有，由于不需要专门的真空室，故熔炼设备本身可以以简单、紧凑和经济的结构组成。
密封套的例子包括玻璃纤维增强树脂，例如玻璃纤维增强酚醛树脂、玻璃纤维增强聚酰胺、不包含这种玻璃纤维的酚醛树脂、聚酰胺树脂或特氟隆。
也可使用由陶瓷材料组成的密封套、材料品质可恰当地予以选择。
本发明的另一特征为，密封套固定在框架上，也就是说，炉壳通过密封套固定在框架上，而且炉壳由这种框架增强。
为了用感应加热线圈有效地加热熔融金属，将炉壁做得尽可能的薄是有效的。不过，在做薄的时候，炉壁的机械强度要降低。
在此方面，在本发明中，炉壳用框架增强，由此可以将炉壁做成薄很多，并且同时还保持机械强度。
这样，按照本发明，感应加热线圈放置在大气中，并且，除了施加高电压以外，由于炉壁可做成薄的，以致可有效地加热熔融金属，由此可以高效地熔炼或精炼金属。
如果减少炉壁的厚度，则可容易地将热量从熔融金属传给密封套。在本发明中，沿密封套的内圆周以预定的间隔设置垂直的水冷管，以便防止密封套的温度由于来自熔融金属的热量而升高。
水冷管还在耐火材料壁的内表面上的内衬磨损时用作熔融金属的阻漏器。
因此，在采用内衬时，可以安全地减少内衬的初始厚度，从而可以提高总的动力效率并降低耐火材料的成本。
水冷管最好为铜管(本发明的第三方面)。在此情况下，即使管子通过熔融金属的泄漏而彼此接触，在高频多层线圈的圈之间有接触时也看不到电火花的产生。
在本发明中，炉壳的密封套可在一上端部分与一下端部分处通过一上法兰与一下法兰固定在框架上(本发明的第二方面)。
采用这种方式，炉壳和框架可容易地固定在一简单的结构中，而炉壳可以用框架增强。
在本发明中，适于用铜管作水冷管(本发明的第三方面)，而且在此情况下，水冷铜管沿周向以短的节距紧密地布置，尤其是，当每个水冷铜管的外径或一个边的长度为D时，管子的中心位置之间的距离在3D范围内，从而能提高冷却效率，导致有效地控制密封套的温升。已经证实本发明能将密封套内表面的温度控制成300℃或更低。
水冷铜管的截面可以是圆形的或正方形的。当截面为圆形时，外径为D，而当截面为正方形时，一个边的长度为D。
在此情况下，当管之间的间距为L时，L最好为2D或更小(优选地为0.5D或更小)。
在水冷铜管的情况下，在用感应加热线圈加热时，要消耗电能，而且消耗程度通过将管布置得更密而变得更大。
在此意义上，希望管子之间的间距为1mm或更大。
此外，在本发明中，水冷管的上端和下端装在上、下法兰上并由法兰固定(本发明的第四方面)。
水冷管可在管的下端穿过下法兰的情况下在其下端沿管的轴向相对地移动。
这样，即使炉壁热膨胀，也可防止水冷管受到作用在其上的应力。
在本熔炼设备中设置一框架底座，上述框架连同炉壳可旋转地设置在此框架底座上(本发明的第五方面)。
现在参考附图说明本发明的一个例子。
图1示出了该例子中熔炼设备的整体结构，其中参考标号10代表炉壳。
在炉壳10中，耐火材料壁12在内表面上加有内衬14，在外周上设有气密的且不导电的由玻璃纤维增强酚醛树脂组成的密封套16。炉壳10在内部用密封套16、以后要提到的用不锈钢做的反射板18和板20气密地密封。
此处，内衬14的厚度非常薄，例如在本例子中为65mm。
炉壳10在底部22处装有一多孔塞24，气体如Ar、N2或CO2可通过它吹入熔融金属中。
在底部22上装有一穿漏传感器26，由此可以不间断地监控内衬14的磨损情况。炉壳10的底部22在其外表面上覆盖有用不锈钢做的反射板18。反射板18与法兰(下法兰)28做成一体。
参考标号30代表一真空罩。当进行用于例如从钢中去掉氢气的真空精炼时，真空罩30通过一水冷的上密封31被安装。
为了提高熔融金属15的搅拌，以便加强精炼，通过多孔塞24吹入Ar或N2气体，而为了脱碳精炼，向其中加入CO2。
真空罩30上做有一个真空抽吸孔32、一个用于测量温度和加入合金元素的开口34，以及一个用于观察炉子内部的窗口36。
将炉壳10布置成用感应加热线圈38包围外部。
感应加热线圈38与水冷电缆40相连，电力通过该电缆供给感应加热线圈38。
炉壳10在外部装有框架42。在框架42的上端，炉壳10的密封套16在上部通过一法兰(上法兰)44和一顶板46安装并固定。
炉壳10的密封套16通过反射板18的法兰28也就是反射板18在其下端安装并固定在框架42的下端上。采用这一框架42，炉壳10可按要求得到加强。
如图2详细地示出的那样，在内侧以预定的节距L1设置多个垂直的水冷铜管47。
在此例子中，总共为72根的外径D为20mm的管子沿周向以小的节距L1紧密地布置。
当水冷铜管的外径为D时，水冷铜管47和47之间的节距L1最好在3D的范围内。
按此方案，即使内衬14被磨去40mm，密封套16的内表面的温度仍为200℃或更低。
希望水冷铜管47和47之间的间距L2为2D或更小，最好为0.5D或更小。另一方面，所要求的下限值为1mm。
在此实施例中，如图3所示，两件相邻的水冷铜管47构造成一件U字形的管48，而且其上端借助于一支架50固定在法兰44上。
下端穿过反射板18的法兰28，并可沿管子的轴向相对移动。穿过的部分用填料52气密地密封在法兰28上。
由于水冷铜管47的下端在穿过法兰28的条件下可沿管子的轴向相对移动，故即使炉壳10因受热而膨胀，水冷管47也可理想地防止受到应力作用。
在图1中，参考标号54代表一内盖，用它可以在熔化时限制热扩散。
标号56代表一框架底座，在其上装有炉壳10和整个框架42，以便绕轴58倾动(翻转或转动)。
当倾动炉壳10以倒出熔融金属时，炉壳10和框架42可以以预定的角度(此处为100°)用液压缸(未示出)倾动。
在倾动时，电能可通过水冷电缆40供给感应加热线圈38。
实验例
表1示出了在用上述例子的设备和比较例的设备熔炼时的条件，该比较例属于一种将整个熔炼设备完全容纳在真空室中的模式。两者的每次熔炼量均为3t。
                                      表1
本发明例子     比较例
    熔炼量(t)     3     3
    电源输出(KW)     1300     800
    线圈电压(V)     1200     600
    频率(Hz)     1000     500
    真空空间体积(m3)     1     4
    熔炼时间(分)     75     155
    精炼时间(分)     20     30
    净单位能量(kwh/t)     610     760
    设备成本(百万元)     90     150
从表1中可明显看出，在本例子的熔炼设备的情况下，可以提高电源的输出，因为没有线圈电压的限制，而且也不需要用于容纳整个熔炼设备的专门的真空室，而且真空空间的体积可减小至约为比较例的1/4。
由于可以在大功率下进行熔炼，故熔炼时间和精炼时间都可以缩短，并且由此使净单位电能量较小，运行成本经济，与比较例相比，可以降低设备成本。
上面详细说明的例子是达到目的的一个例子，只要不离开主题，本发明可按各种方法加以改进。
虽然已经详细描述了本发明并参考特殊的实施例，但是对于本领域中的技术人员而言，应当明白，可以在不脱离其精神与范围的前提下作出各种改变与改进。
本申请以2000年5月30日提交的日本专利申请No.2000—160936为基础，其整个内容在此被予以结合，以作为参考。

Claims (5)

1.一种金属熔炼设备，它包括：
(1)一具有耐火材料炉壁的炉壳；
(2)一设置在上述耐火材料炉壁的外周上的气密的且不导电的密封套；
(3)沿上述密封套的内圆周布置的垂直水冷管，上述管子以预定的间距彼此隔开地布置；
(4)一感应加热线圈它被布置成包围炉壳，并经过一空间设置在炉壳外面；和
(5)一固定在上述密封套上、用以通过上述密封套支承上述炉壳的框架。
2.如权利要求1所述的金属熔炼设备，其特征为，炉壳的密封套在一个上端部分和一个下端部分处通过一上法兰和一下法兰固定在框架上。
3.如权利要求1所述的金属熔炼设备，其特征为，水冷管包括铜管并且以小的节距沿周向紧密地设置，其中，当每个水冷铜管的外径或一个边的长度为D时，管子的中心位置之间的距离在3D的范围内。
4.如权利要求2所述的金属熔炼设备，其特征为，水冷管在上端和下端上安装并固定在上、下法兰上。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的金属熔炼设备，它进一步包括一框架底座，上述框架连同炉壳一起可旋转地设置在该框架底座上。
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