CN209445801U - 金属材料熔化装置及其覆盖体 - Google Patents

Abstract

公开了一种应用在电弧型熔炉中的金属材料熔化装置，包括用于容纳金属材料(例如但不限于的金属废料、DRI、铸铁)的容器(11)，以及用于熔化金属材料的多个电极(18，19)，这些电极(18，19)可以插入容器(11)中。还公开了一种覆盖体，其用于所述金属材料熔化装置。

Description

金属材料熔化装置及其覆盖体

技术领域

本实用新型涉及一种应用在电弧型熔融炉中的金属材料熔化装置，金属材料例如但不限于金属废料、DRI、铸铁。

背景技术

已知各种类型的用于熔化金属材料(例如但不仅仅是废料)的装置。例如，在US4406008、 US3665081、DE973715、US1127475、CN85104161A和WO2014174463A3中公开了熔化装置的一些示例。

尤其是，电弧炉是公知的，在电弧炉中，一个或多个电极和容纳在容器或壳体中的金属材料之间的电弧熔化金属材料。

在电弧炉领域中，对与三相电力单元相连接的三个电极的使用是目前常见的，其中每个相与相应的电极相连。

电极通常根据三角形样式进行设置并且位于容器的基本中心区域，使得电极之间产生的电弧熔化金属材料。

还已知在熔化过程中容器中的熔融金属的温度是不均匀的，因此存在熔融金属倾向于冷却的区域(例如由于接近容器中存在的固体物质)和熔融金属过热的区域。熔炉的某些部分 (其位于相或电极前)经常发生过热并引起所谓的热点，这会损坏耐火材料。

过热熔融金属受到对流现象的影响，这不仅不能最佳地控制金属的质量，而且还增加了壁上(即容器的耐火材料)的磨损，从而增加了维护干预以及相关的额外成本。

这些现象通常是由于电弧提供的热能分布不均匀造成的。

在这些电炉中，材料基本上是连续地排放到容器中，并靠近容器的壁。

位于金属材料的排料区附近的区域通常比与容器中与排料区相对的区域冷。这还发生在 (通过篮子装料的方式进行的)不连续加料的情况下，这不能保证熔炉中待熔化的材料均匀分布。

为了抵消金属材料的温度的不均匀性，将三个电极中的两个彼此对齐并且直接面向容器的排料区也是公知的。相反，第三个电极朝向容器的热区并导致如上所述的熔融金属过热。

目前的解决方案意味着难以控制熔融金属的熔化周期和精炼熔融金属的过程。

此外，为解决使熔融金属的温度均匀并且更好地控制它们的难点需要增加用于熔化的能量。

现有技术水平的另一个缺点是每个熔化周期的持续时间长。

因此，本实用新型的目的是提供一种熔化装置，其能够减少熔化容器内的磨损现象，从而减少所需的维护干预。

本实用新型的目的还在于提供一种熔化装置，其能够减少所需的电能的量。

本实用新型的目的还在于，对于任何类型的熔炉，将电极释放的能量有效地分配在所需的点上。

还有一个目的是在固体金属的熔化方面以及在熔融金属的温度均匀性方面获得更均匀的熔化过程。

本申请人已经发明、测试和实施了本实用新型，以克服现有技术水平的缺点并获得这些和其他的目的和优点。

实用新型内容

在独立权利要求中阐述了本实用新型并描绘了其特征，而从属权利要求描述了本实用新型的其他特征或主要发明构思的变型。

根据上述目的，一种金属材料熔化装置，至少包括用于容纳待熔化的金属材料的容器，和多个电极，所述多个电极被电力驱动而产生熔化电弧以熔化容纳在所述容器中的金属材料。

根据本实用新型的一个方面，所述熔化装置仅包括两对电极，每对电极与相应的电力单元相连。每个电力单元配置为在被供电的相应电极对的电极之间产生电弧。

根据本实用新型的一些解决方案，其优势在于每对电极的电能是不同的，并且是独立于另一对电极可调节的。这能够优化对电极功能的控制、电极的电力分布以及电极在熔化过程中的作用。

本实用新型还规定了，所述电极可以至少部分地插入所述容器中并且根据多边形顶端的样式进行相应地设置。根据本实用新型的一个方面，所述的多边形具有梯形的形状。

所述电极的特定设置使热能能够以最佳的方式分配给熔融金属，降低所述容器中存在的熔融金属的温度的不均匀性。

在一些解决方案中，所述多边形具有多个偶数边。

根据一个可能的实施例，所述多边形具有四边形形状，其中所述电极对的电极设置在每个顶端中。该实施例使所述电极彼此保持适当的距离。

根据一个解决方案，所述多边形具有类似于梯形的形状。

根据一种变型，连接每对电极对的两个电极的两边具有所需的互补角度(Reciprocal Angle)。

根据一种变型，连接每对电极对的两个电极的两边相对并设置成以所述互补角度成角度。

根据另一种变型，在两对电极对中，最靠近每对电极对的两个电极面向材料的装料器。

根据另一种变型，面向材料的装料器的两个电极与氧枪或其他辅助设备配合以提供热能。

根据一种变型，构成所述梯形的一边的两个电极面向熔融金属的移除区或出渣(Tapping) 区。

根据一种变型，根据操作需要，构成一对电极对的至少一个电极在平面x、y、中间和垂直于容器的垂直方向上是可移动的。

事实上，电极对设置为彼此独立地被电力驱动，使得能够独立地管理电弧的长度，因此如果需要，有利于金属材料的特定区域。

附图说明

以下通过参考附图对作为非限制性示例给出的一些实施例的描述将更容易理解本实用新型的这些和其他特征，其中：

图1是根据本实用新型的金属材料熔化装置的平面示意图；

图2是图1的透视示意图；

图3是根据本实用新型的熔化装置的电极设置的示意图；

为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记来标识附图中相同的共用元件。应该理解的是，一个实施例的元件和特征可以方便地并入其他实施例而不需要进一步说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例涉及一种熔化装置，该熔化装置在附图中以附图标记10整体表示，并且其用于熔化金属材料。

熔化装置10包含容器11(也称作壳体)，金属材料被引入其中并随后在其中被融化。

容器11通常覆有衬里层12，例如适于耐熔化温度的耐火材料。

容器11可以具有一般的椭圆形截面形状，在这种情况下，为蛋形。

容器11设置有移除区13，移除区13对应于移除熔融金属。

移除区13可以设置在容器11的周边上并且靠近容器11的壁。

容器11通常还设置有脱渣区14，脱渣区14对应于排出熔化过程中产生的熔渣。

脱渣区14可以位于优选区中，例如与移除区13相对。

脱渣区14可以包括与容器11的壁相对应地形成的脱渣孔15。

通常，脱渣区14和移除区13可以沿着共同的纵向轴线X对齐，该纵向轴线X可以在与容器11的垂直轴线垂直的平面上确定容器11的中轴线。

根据可能的解决方案，容器11可以移动，例如，围绕垂直于纵向轴线X的轴线旋转。实际上，容器11可以绕轴线向下并且在脱渣区14的一侧旋转以排出熔化过程中产生的炉渣，或在相反方向上朝向移除区13旋转，以促进熔融金属的排出操作，称为出渣步骤。

如果容器11具有蛋形横截面，则移除区13和脱渣区14分别位于蛋形的尖端处，即，容器11的曲率更窄或更宽的地方。

熔化装置11通常包括装料器16，装料器16设置成将金属材料装载到容器11中。

根据可能的解决方案，装料器16可以至少部分地由与容器11相关联的装料孔25限定。

根据可能的实施例，装料器16可以配置成(例如，通过传送器的方式)基本上持续地将金属材料装载到容器11中。

根据可能的实施例，装料器16可以包含传送器，传送器适于持续地供给金属材料。

装料器16也可以选自传送带、振动料斗或替代的运动机构。

根据可能的解决方案，装料器16可以位于与容器11自身的侧壁相对应的位置，例如在介于移除区13和脱渣区域14之间的区域中。

根据一个可能的解决方案，装料器16确定装料轴线Y，装料轴线Y通常基本垂直于纵向轴线X。

在容器11中，纵向轴线X确定面向装料器16的第一区域和与第一区域相对的第二区域，第一区域包括熔融金属的冷区，第二区域确定熔融金属的热区。

根据本实用新型的一个方面，熔化装置10包括电极18、19的至少两对电极对17和17'。

电极18，19可以以它们各自的轴线基本上相互平行的方式放置，并且在使用过程中朝向容器11的底壁。

根据可能的解决方案，每个电极18，19与相应的移动装置21相关联，该移动装置21用于相对于容器11并且相对于其他电极18，19移动相应的电极18，19。

特别是，通过调节电极18、19的端部相对于金属材料的相互距离，有可能调节电弧的长度，从而也可以调节电弧向金属材料传递的热能的量。

更特别地，电极18、19的端部距金属材料的距离越大，电弧的强度越大，因此传递到金属材料的熔化热能越大。

每个移动装置21还可以配置成更改电极18、19之间的相互距离，如下所述。

根据本实用新型的一些解决方案，移动装置21可以包括支撑臂26和至少一个致动器 27(例如，线性致动器)，支撑臂26设置成例如，在其一端支撑相应的电极18、19，致动器27设置成使支撑臂26沿基本平行于电极18、19的椭圆形展开的方向移动。

在本实用新型的精神中，使电极18、19靠近/远离容器11的底部，从而能够调节电弧的长度并因此调节电力的大小。

根据一个变型实施例，每个移动装置21是自动的并且被配置成在与其轴线正交的预定方向上移动相应的电极18、19。这使电极线性地或根据预定轨迹(例如弧形)定位在平面x y中，以限定电极之间的相互距离。

在一个优选的变型中，在熔化过程中可以移动电极。

电极18、19的移动可以由相应的支撑臂26的尺寸制约和限定。

仅作为示例，电极18、19可以在平面x，y上沿着介于50mm和200mm之间的轨迹移动，以调节所传递的弧的电力。

通过调节电极18、19的端部相对于金属材料的相互距离，可以调节弧的长度，并因此调节传递到金属材料的热能的量。

每个移动装置21还可以配置为更改每个电极18、19相对于金属材料的相互距离。

根据一些解决方案，电极18、19的每对电极对17和17’与相应的电力单元21连接。

根据可能的解决方案，每对电极对17和17’的电力单元20可以是独立的，并且可以相互独立地进行调整。这允许精确地控制电极18、19的功能并因此精确地控制对金属材料的热能分布。进一步地，如果电力单元20中的一个发生故障，则可以与电极18、19的其他电极对17和17'一起进行并结束熔化过程。

根据可能的解决方案，电力单元20的每个被配置为向相应的电极18、19的电极对17 和17'供应单相交流电。

特别地，电力单元20可以被配置为调节电极18、19的电力供应频率。

根据一个可能的解决方案，可以是，至少在两个电力单元20的情况下，它们被配置为提供(例如通过预定的相移角，例如180°)相对于彼此相互异相的相应电能。

根据一个可能的变型实施例，电力单元20被配置为向电极18、19的每个相应的电极对 17和17'供应直流电。

根据一个可能的变型实施例，电力单元20可以包含变压器、将直流电转换为交流电的换流器、将交流电转换为直流电的换流器、中间电路或DC链路中的至少一个，或者上述可能的组合。

根据本实用新型的一个可能的解决方案，电力单元20与供电网络电连接。

检测器28可以与电力单元20相关联，或在电极18、19和电力单元20之间。每个检测器28被配置为检测电气运行参数，例如供应给每个电极18、19的电压或电流中的至少一个。

根据本实用新型，电极18，19被设置在多边形22的顶端的样式中。

根据有利的解决方案，多边形22可以具有多个偶数边。

根据其他实施例，多边形22可以限定为四边形。

根据第一变型，所述设置为第一电极对17的第一电极18和第二电极19之间的电弧平行或成角度但不相交。

根据第二变型(未图示)，所述设置可以是第一电极对17的第一电极18和第二电极19之间的电弧相交。

多边形22可以可位于容器11的基本中心区域。

根据可能的解决方案，每对电极对17和17'包括第一电极18和第二电极19。

至少两对电极对17和17'的第一电极18位于多边形22的第一边23的顶端，并且至少两对电极对17和17'的第二电极19位于多边形22的第二边24的顶端。

电极18、19的这种设置能够防止电极产生的电弧彼此干扰，导致加热效率降低。

根据本实用新型的解决方案，多边形22具有梯形形状。这种设置使限定梯形的较小基部的电极18产生金属材料的空间集中加热，而使限定较大基部的电极19在至少部分熔化的金属材料中产生空间分布加热。

根据本实用新型的一个方面，第一边23和第二边24在顶端通过连接边33、34彼此连接，连接边33、34限定电极对17和17’的电极18、19之间的相互距离。

通过作用于移动装置21，连接边33、34的长度还可以被调节，也还可以彼此独立地调节。

以相同的方式，还可以通过移动装置21来调节连接边33、34的互补角度。

根据本实用新型的一个可能的解决方案，第一边23和第二边24分别限定了梯形的较短底边和较长底边。

根据一个可能的解决方案，多边形22的第一边23以第一距离D1远离装料器16，而多边形22的第二边24以第二距离D2远离装料器16，第二距离D2大于第一距离D1。

在本说明书的此处和下文中，沿着与考虑的边正交的直线来确定距离。

根据一种变型，第一边23直接面向加料器16并且基本上平行于加料器16的排出边缘。

第一边23和第二边24可以设置为基本上平行于纵向轴线X，即，具有预定角度。

根据一个可能的解决方案，以这种方式确定第一距离D1，以防止由加料器16排出的金属材料直接干扰第一电极18，从而损坏它们。

根据可能的解决方案，第一距离D1至少为一米。

根据可能的解决方案，第一距离D1是容器11的宽度(通过平行于第一距离D1所确定) 的0.15至0.4倍，优选地在0.2至0.3倍之间。

根据一个解决方案实施例，多边形22位于容器11中，使得它截断纵向轴线X，以获得电极18、19在容器11中的预定定位。

根据本实用新型的可能实施例，梯形的斜边可以相对于第二边24以角度α倾斜，角度α介于20°和90°之间，优选地介于25°和50°之间。

角度能够限定电极18、19的最佳定位，以便根据要求产生电弧并且互不干扰。

根据可能的解决方案，移动装置21还可以被配置为，当面临优化熔化过程的特定需求并且基于检测器28所检测到的数据时，更改电极18、19的相互定位或它们的相互距离。

根据本实用新型的可能的解决方案，熔化装置10还包括辅助设备29，辅助设备29被设置为向容纳在容器11中的材料供应热能。

辅助设备29可以包括燃烧器、气体喷射枪和用于引入添加剂的装置中的至少一个。

根据可能的解决方案，辅助设备29可以设置在加料器16的侧面上。

根据本实用新型的一个方面，熔化装置10可以包含与容器11相关联的覆盖体30以至少部分地封闭其上方孔，从而提供根据与电极18、19的位置样式相配合的样式设置的通孔 31，并且通孔31可能与熔化过程中产生的烟雾的去除相关联。

特别地，还可以根据多边形顶端的样式获得通孔31，多边形类似于如上的多边形22。

根据其他实施例，根据本实用新型的装置10包含控制和命令单元32，控制和命令单元 32至少与电力单元22连接以彼此独立地管理和调节电极18、19的每对电极对17和17'的供应模式。控制和命令单元32管理每对电极18、19的供应。

根据可能的解决方案，控制和命令单元32还可以与移动装置21和检测装置28连接，同时根据检测装置28检测到的电参数，以调节电极18、19的定位。

使用上述装置的熔化方法至少包括将金属材料插入容器11中。如上所述，材料的插入可以在熔化过程中基本上连续地进行，或者(例如，通过使用装载篮)以不连续模式进行。

可以如下设置，固体金属材料的检测器(例如，超声传感器、雷达传感器或热传感器、对高温敏感的面板)可以与装置10相关联，以能够检测容器中所容纳的材料的温度和/或稠度。根据检测到的数据，有可能管理电极18，19的定位。

接着，上述方法提供了一种熔化步骤，在该熔化步骤中，位于容器11中的多个电极18、 19产生相应的电弧以熔化金属材料。

上述方法规定，电极的数量是偶数，并且电极18、19的电极对17和17’分别由相应的电力单元20供电。

此外，电极18、19至少部分地插入容器11中，根据多边形22顶端的样式对其进行相应的设置。

根据可能的解决方案，在熔化期间，电极18、19的每对电极对17,17'可以调节传递到金属材料的热功率。

在金属材料的熔化步骤中，提供了向容器11基本上连续地供给金属材料的第一子步骤以及随后的第二子步骤，第二子步骤中断金属材料的供给，在此期间进一步加热容纳在容器 11中的材料。

第一进料子步骤可以包括一段80％至90％为熔化时间的时间，其理解为启用和停用向电极的电力供应之间所包含的时间。

根据可能的解决方案，其可以规定为，至少在第一进料子步骤中，第一电极18产生的加热作用大于第二电极19产生的加热作用。

尤其是，通过第一电极18和第二电极19距金属材料的不同距离，可以获得这种加热差异。

仅作为示例，可以规定为，至少在第一进料子步骤中，第一电极18与金属材料保持的距离大于第二电极19与金属材料的距离。这使第一电极18产生的电弧(图3中粗体所示)的长度大于由第二电极19产生的电弧的长度。

电极18、19距金属材料的不同距离，结合电极18、19在容器11中的特定定位，能够增加对面向加料器16的区域(即，温度最低的区域)的加热作用，而它能够在金属材料已经熔化的相对和较热区域中进行更加分散的和均匀的加热。

根据可能的解决方案，可以规定为，至少在第一进料子步骤中，电极18、19由相应的移动装置21移动，使得在第一电极18处检测到的电压与在第二电极19处检测到的电压之间的比率介于1和2之间，优选地在1.2和1.7之间。

通过适当地调整电极19的位置，从而可以调节对容器11中存在的金属材料的加热作用，以一种最佳方式将热能分配到需要更大热量贡献的区域。

这样可以大大减少容器11的壁上的磨损现象，并能够适当地控制熔融金属的温度。

根据上述方法的可能解决方案，在第二子步骤中，当金属材料的供给被中断时，第一电极18产生的加热作用基本上等于第二电极19产生的加热作用。

在第二子步骤中当金属材料的供给被中断时，规定为用移动装置21定位第一个电极18，使其距金属材料的距离与第二电极19与金属材料的距离基本相等。这使电极18，19能够产生长度大致相等的电弧，从而获得一致的加热作用。

在第二子步骤中当金属材料的供给被中断时，事实上，容纳在容器11中的金属材料完全或几乎完全熔化，并用电极确保熔融金属浴均匀加热。在第二子步骤中，可以以一种众所周知的方式开始提炼金属材料组合物或熔化过程产生的熔渣组合物的处理过程。

在熔化步骤后，有可能进行随后的从容器11中移除或取出金属材料的步骤。在移除操作中，有可能为，朝向移除区13的电极18、19的电极对17和17'保持启用以继续加热熔融金属，而朝向脱渣区14的电极18、19的电极对17和17'被停用并且至少部分地从容器11中移除，以防止可能干扰容器11的旋转。

显然，在不脱离本实用新型的领域和范围的情况下，可对所描述的装置10的各部分作修改和/或添加。

同样清楚的是，虽然本实用新型已经参考一些特定的实施例进行了描述，但是本技术领域人员必定能实现装置10的多种其他等同形式，该等同形式具有权利要求中所阐述的特征，因此，所有这些都在这里定义的保护范围之内。

在以下权利要求中，括号中的引用的唯一目的是便于阅读：对于特定权利要求中要求保护的领域，它们不应被视为限制性因素。

Claims (11)

1.一种金属材料熔化装置，其包含用于容纳待熔化的金属材料的容器(11)和用于熔化所述金属材料的多个电极(18、19)，其特征在于，所述金属材料熔化装置仅包括所述多个电极(18、19)的两对电极对(17、17')，每一对电极对(17、17')与相应的电力单元(20)连接，并且所述多个电极(18、19)至少部分地插入所述容器(11)中，并且设置在多边形(22)的相应顶端的样式中，其中所述多边形(22)具有梯形形状。

2.根据权利要求1所述的金属材料熔化装置，其特征在于，所述多个电极(18、19)中的每对电极对包括第一电极(18)和第二电极(19)，所述第一电极(18)位于所述多边形(22)的第一边(23)的顶端，并且所述第二电极(19)位于所述多边形(22)的第二边(24)的顶端。

3.根据权利要求2所述的金属材料熔化装置，其特征在于，所述第一边(23)和所述第二边(24)在顶端通过连接边(33、34)彼此相连，所述连接边(33、34)限定所述电极对(17、17')的电极(18、19)的定位和相互距离。

4.根据权利要求3所述的金属材料熔化装置，其特征在于，所述连接边(33、34)的长度和/或定位能够由移动装置(21)调节。

5.根据权利要求3所述的金属材料熔化装置，其特征在于，所述连接边(33、34)之间的角度可以由移动装置(21)调节。

6.根据权利要求2所述的金属材料熔化装置，其特征在于，所述第一边(23)和所述第二边(24)分别限定所述梯形形状的较短底边和较长底边。

7.根据权利要求2所述的金属材料熔化装置，其特征在于，所述金属材料熔化装置包括与所述容器(11)的侧壁相关联的加料器(16)，以将所述金属材料基本上连续地装载到所述容器(11)中，其中所述第一边(23)距所述加料器(16)的距离(D1)小于所述第二边(24)距所述加料器(16)的距离(D2)。

8.根据权利要求1所述的金属材料熔化装置，其特征在于，每个电极(18、19)与相应的移动装置(21)相关联，以使相应的电极(18、19)在平行于其轴线的方向上移动，并且以在熔化步骤中改变所述电极对(17、17')的熔化功率。

9.根据权利要求1所述的金属材料熔化装置，其特征在于，每个电极(18、19)与移动装置(21)相关联，以在熔化过程的不同步骤中使相应的电极(18、19)沿平行于其轴线的方向移动。

10.根据权利要求1所述的金属材料熔化装置，其特征在于，所述金属材料熔化装置包含控制和命令单元(32)，所述控制和命令单元(32)至少与所述电力单元(20)连接，以按照独立的方式管理和调节所述电极对(17、17')的电力模式。

11.一种覆盖体(30)，其用于根据前述权利要求中任一项所述的金属材料熔化装置，所述覆盖体(30)包括多个通孔(31)，所述多个通孔(31)以位于多边形的顶端的样式制成，并且用于熔化金属材料的电极(18、19)能够插入所述通孔(31)，所述通孔(31)被设置在梯形形状的相应顶端的样式中。