TWI356153B - Equipment for measurement and control of load mate - Google Patents

Description

1356153 ' &7~~11. 1 ^ 年月.日修(更)正替換頁 九、發明說明：-- 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種將裝塡材料及廢棄金屬送進熔爐之 量測及控制用之設備，以及其相關方法，特別是用於連續 饋入之量測及控制用設備，以及其相關方法。 【先前技術】 用以將廢棄金屬裝塡到熔爐之內，特別是例如CONSTEEL® 之類鋼鐵製造系統的電弧熔爐（EAF)，及/或將預先還原的 材料加到物料浴中的連續系統，會牽涉到在裝塡材料進到 熔爐內時對裝塡材料流之直接控制維持的需求。 事實上，假如未連續且正確地控制固態裝塡材料的連 續添加作業，則可能造成生產週期之整體效率降低的問題 〇 這類問題中，最重要的是於熔爐中之廢料卸載區內增 厚的固體材料之形成，當這種情形維持很長時間之後，將 因此拉長了溶爐中的熔化時間，且結果延長了整個生產週 期。 這種控制是同等重要，以保證供應到各電極上的電力 儘可能是愈均勻愈好’同時避免固體材料與各電極之間的 直接接觸，亦即避免形成能造成各電極出現破裂的接觸。 正常實務中，該控制係由操作員，亦即線上控制員來 執行的’這類人員會憑其個人經驗及其對熔爐中所裝塡之 裝塡材料或廢料之量的印象，以管制該廢料裝塡系統的速 率。自然地，這個操作員必須是極度熟悉該程序及安裝， 1356153 [97.Ή'. ^ ^----- ' 牟月曰修(更)正替換頁 且在任何情況下他的決定仍然永遠受不確定性及不是非常 可靠之資料讀數的影響。 用於解決這類問題的一種解決方法是，提供內含式的 連續爐殼重量之控制裝置。 爲了達成這個目的，已開發了兩種型式的量測法··其

V —是以液態金屬之水位爲主的間接爐殼重量控制法，而另 一則是以量測系統重量之感知器爲主的更直接控制法。 該間接控制方法是以幾何方法爲主的，從讀取液體水 • 位開始，將這個資料轉換成容積資料（且因此轉換成重量） 亦即清楚地取決於爐殻內部之耐火箱之假設輪廓的轉換。 不過，該爐殼輪廓，其和腐餽現象，亦即液態金屬於 耐火箱內所引致之現象，係緊密地連結且經常是劇烈而不 可預測的。時間上必然地，這類結果在用來將水位讀數和 容積計算作相對比較之延遲曲線上的精確度是不夠。考量 該精確度不夠的現象及鐵的高比重，該量測資料將會顯露 出相當大的誤差，且因此使這種技術無法用在精確度的控 籲制上。 在施行直接控制方法，亦即以直接稱量爐殼結構爲主 之方法的情況中，必須使重量讀取系統位於特定區域內， 如支擦各支柱及定向器，不過這支撐不僅是爐殼重量’同 時是所有的支架結構、系統及子系統的重量。因此，裝塡 材料或廢棄金屬之量額所占比例僅佔量測重量之有限的百 分比成分’且這涉及了所有不同形態之精確度不夠的現象 。這種精確度不夠的現象會變得太大，以致可在僅考量品 1356153 _____ 97年11月1 i f (更)正替換頁 » ^______ _ 質時認定所執行的任何量測都是可靠的》 在裝設有轉輪之傾斜熔爐（且具有位於轉輪上之稱重 系統）的情況中，該爐殼傾斜系統的重量，必須能夠抵抗很 強之機械應力.，以在犧牲量測精確度下，提高總讀取重量 〇 . 【發明內容】 因此本發明的一般目的是以簡單、經濟且具特殊功能 的方式，來解決前述問題。 ® 本發明的一個目的是，提供一種將裝塡材料或廢棄金 屬送進熔爐之量測及控制用設備，該設置有：一自動控制 裝置，根據供應到物料浴之能量，來控制裝塡材料或廢棄 金屬之饋入：加上一量測裝置，其和自動控制裝置有關聯 的方式，量測所添加之裝塡材料的量額，其包括一用於爐 殻、其內含物及將其支撐之任何其他組件的稱重裝置。 本發明的另一個目的是，提供一種將裝塡材料或廢棄 金屬送進電弧熔爐之量測及控制用方法，包含下列步驟： ® -藉由稱量爐殼、其內含物及將其支撐的任何其他組件的 裝置爲工具’來執行對加到物料浴內之裝塡材料或廢棄 金屬的稱量作業； -資料搜集作業’係用以取得加到由稱重裝置所供應之物 料浴內的裝塡材料或廢棄金屬在量上的量測讀數，該讀 數例如某一段時間內的微分値； -藉由根據供應到物料浴之能量以便調整裝塡材料或廢棄 金屬的進料速率，如此可用以根據適合的運算法則，而 -7- 1356153 9專1务11修(更)正替換頁 獲致進料流量的最佳化作業。 較佳的是，用以將裝塡材料或廢棄金屬送進電弧熔爐 之進料作業，應該是連續性的。 特別是，該用以稱量爐殼及將其支撐之任何其他組件 的裝置，可爲由多個支撐滾筒組成的爐殼提供支撐結構。 ' 這類滾筒的功能是’用以恢復因熱循環致形狀上引起 ' 的任何偏差。 此外，該稱量裝置具有兩套備用裝置加以操作的，即 • 至少位於多個包括量測滾筒之支撐滾筒中之兩個支撐滾筒 上。因此，較佳的是，係以裝設於根據本發明之設備上的 兩少兩個支撐滾筒當作量測滾筒。 • 該多個量測滾筒配備有用於直接或間接讀取重量的多 個感知器。 第三支撐滾筒也可當作配備有用於直接或間接讀取重 量之多個感知器的量測用滾筒。 同時特別是，該用於控制裝塡材料或廢棄金屬之進料 • 作業的自動裝置，包含連接結構及多個控制系統以饋入或 裝塡該裝塡材料或廢料。 基本上，該管理及控制用之自動裝置或系統，係藉由 稱量爐殼、其內含物及將其支撐之任何其他組件，在一段 時間內進行微分，以取得由稱量裝置所供應之精確量測的 讀數’這可依連續方式量測加到物料浴內之裝塡材料或廢 棄金屬的量額。 根據用於使裝塡流量最佳化的運算法則，因此能於廢 1356153 I 瀵 97年V §修(更)正替換頁 棄金屬之進料速率上’運作該自動管理及控制系統，以防 止任何固體結塊，在以任意適合的（電氣及/或機械性）能量 位準下被送進物料浴內時之形成。 根據本發明設備及方法的主要優點’係具下列事實， 可藉由控制所供應能量與所裝塡材料（廢料）的重量之間的 比例，而控制液態金屬之溫度，使之維持在接近該循環的 理想數値，而能夠以物料浴上所產生之最大能量下定常地 操作，且因此對提升生產效率作出貢獻。 此外，這有助於防止因操作條件之計算上精確度不夠 的現象，其造成的任何人爲誤差。又進一步的優點，係指 減少了對線上領班操作員請求技術資訊的情形，這類領班 操作員可在即時分析各條件之系統的支援下，幫他自己自 動而即時作出適當的決定。 就所關心的稱重裝置而言，根據本發明所採用的解決 方法是特別有利的，因爲係一種以由已完整測試之設計及 建造策略所導出之一般熔爐結構爲主的選擇，但是又加上 了絕對創新的資料搜集方法。 本發明所提出之熔爐的建造策略，是以分離的各種功 能爲主而施行的：容納熔融材料的功能要求的是儘可能愈 輕愈好，如只包括爐殼及將其支撐的任何其他組件的小型 結構。 爐殼的支撐及傾斜作用（出鋼期間，完全清空爐殻以便 進行維修或改造）需要一來自底下的支撐結構。這種結構最 適合稱量系統的應用已被證明，這是由於可在經處理材料 1356153 9 Wf敝)正替換頁 ，換句話說，將送進熔爐之裝塡材料或廢棄金屬與加到稱 量系統上的總重量之間’提供最佳比例的緣故。 事實上，根據本發明之解決方法中，係藉由多個滾筒 於支撐結構上稱量該爐殼，該多個滾筒的額外功能是用來 恢復由熱循環在形狀上引致的任何偏差。這類滾筒可支撐 涉及了儘可能愈少愈好之熔化現象的結構’且因此可在監 控將要添加之廢棄金屬之重量的目標下，提供有效之儀器 應用的最佳解決方法。 • 不過該爐殼與支撐結構之間之耦接結構的給定幾何， 可使用像用以計算出爐殼主'體與支撐結構之間距離的精密 量測系統、或是任何適合用來控制廢棄金屬或裝塡材料之 進料作業之任何爐殼稱量系統的其他實施例。 根據本發明之設備及方法也可應用在涉及於操作週期 中，以多少屬連續性的方式添加液態或固態金屬的所有操 作方法。 雖則將裝塡材料或廢棄金屬送進製鋼熔爐之量測及控 ® 制用的特殊設備和方法，係和爐殼之特殊建造策略係緊密 連結的，然而也可將之應用在其他方法上。 本發明的另一個目的是提供一種用於鋼鐵精製之方法 ，包括： -連續地預熱裝塡材料； •將含鐵材料、已直接還原之鐵或是兩者之混煉物送進一 電弧熔爐’以執行熔化及精製作業； -將用以形成溶渣之成分送進物料浴內，以便進行製鋼； -10- 1356153 • * 9箄4 4修(更)正替換頁 -將滲碳成分引進該熔爐內，以便進行製鋼： -利用電極施行電氣加熱作業以熔化該塡料，並於該熔爐 內部形成熔融金屬浴，使該熔融金屬浴上具有一層已熔 融的熔渣； -於該製鋼程序中，使該熔渣維持發泡狀態； -將金屬成分，如溶渣形成劑，及滲碳成分送進該熔爐內 t •在全部的裝塡、熔化及精製時間中，使該熔爐內部維持 滿載之電力容量； -施行間歇性的熔爐出鋼作業，而於爐殼內部維持由熔融 金屬構成的液態殘餘部分，使該液態殘餘部分的重量等 於出鋼前之重量的大槪10%到30%之間； 這種方法之特徵，爲該裝塡材料或廢棄金屬的進料步 驟亦即將含鐵材料、已直接還原之鐵或是兩者之混煉物送 進該電弧熔爐內的進料步驟，係包括下列步驟： -透過對爐殼、其內含物及將其支撐的任何其他組件的稱 重作業，稱量加到由稱重裝置所供應之物料浴內的裝塡 材料或廢棄金屬； -資料搜集作業，以例如時間微分法，取得加到由稱重裝 置所供應之物料浴內的裝塡材料或廢棄金屬在量額上的 量測讀數： -透過根據供應到物料浴之能量對裝塡材料或廢棄金屬之 進料速率進行管制，用以根據適合的運算法則施行進料 流量的最佳化作業。 -11- 1356153 19? li. a ^ . ·. 年月甘修(更)正替換頁 ----- 本發明的又一個目的是提供一種用於鋼鐵精製之設備 ，包括： -一製鋼用電弧熔爐，用於在該熔爐內部進行金屬塡料的 熔化及精製作業； -多個電極，係延伸於該溶爐內部到達該物料浴內該溶渣 水位與熔融材料水位之間的中間水位： -進料裝置，係連接於該熔爐上，以便在不移除各電 將裝塡材料引進該熔爐內部； -後燃燒裝置，係相關於和該進料裝置之合作，以將該進 料裝置內部之裝塡材料加以預熱； -用於量測及控制裝塡材料或廢棄金屬之進料的裝置，係 由一裝塡材料或廢棄金屬之自動控制裝置，及—可依和 自動控制裝置有關聯之方式，量測所添加之裝塡材料的 量測裝置組成的； -氣密式密封之機械裝置，係位於該進料裝置之裝塡材料 φ 或廢棄金屬的入口區段內； -氣體注入裝置，係於該物料浴內之熔融金屬的正常水位 上方及/或下方’與該熔爐連通；以及 -出鋼裝置，係用以使該熔爐產生傾斜’以便施行出渣及 出鋼作業，該出鋼裝置的定位方式爲，使該熔爐之該傾 斜作用’將會維持該物料浴內部由已熔融液態金屬構成 的液態殘餘部分，該液態殘餘部分的重量大槪是出鋼階 段前之重量的1 0 %到3 0 %之間。 -12- 1356153

【實施方式】 特別是’第1圖顯示了 一種電弧熔爐（EAF)，其傾斜平 臺（5)(用於出渣、出鋼及清空操作）係由定位於支架基座（6) 上的多個轉輪（3)加以支持的。 爐殻（1)係藉由位於傾斜平臺（5)上的適合支架（2)而配 置的。 側邊開口（4·)係用來送進廢棄金屬，必要時可藉由運輸 器（4)施行例如由CONSTEEL®之類系統所提供的連續性進 料程序。傳統結構有時配備有藉由由以位於EAF熔爐之支 撐轉輪（3)之軸內的感知器讀取重量的儀器。 另一方面’第3圖和第4圖顯示的是根據本發明的實 施例。傾斜平臺（5)係裝設於支架基座（6)上，而爐殻（1)則 係配置於該平臺之適合支架（2)上。爲了允許因爲溫度造成 的結構性固定作用，該爐殻支撐系統由至少兩個滾筒（7)組 成的。有多個重量讀取器或感知器裝設於這類滾筒（7)內部 。純粹當作實例且決不屬限制性方式，這類感知器可於各 滾筒（7)軸內裝設有雙備用感知器且係由切變應力感知器 組成的。如第3圖所示該已稱量部分係僅由爐殻（1)組成的 ’其重量會比如第1圖所示之部分（爐殻（1)加上傾斜平臺（5 )) 輕得多，且因此可在更小的張力下以大得多的精確度容量 設計出各滾筒（7)內的感知器。 資料搜集式讀取作業（參照第5圖）連同適合的運算法 則’容許以即時方式對藉由運輸器（4)透過開口（4')將廢棄 金屬送進爐殼（1)內的作業進行步驟監控。然後該資料搜集 -13-

1356153 系統（參照第5圖）也會根據熔爐入口上的能量處理該資訊 ’使之能由線操作員以及如第5圖中所說明之連續性廢棄 金屬進料控制系統（例如由CONSTEEL®之類系統）所取得。 替代地，在使用幾乎無法容易地量測其重量之無轉輪 式傾斜熔爐（具有如第2圖所示之型式以及根據頂級設計 之樣式）的例子裡，根據本發明之解決方法的應用允許對裝 墳材料作即時量測（參照第4圖）且在簡化具有可用連續性 進料設備（例如由CONSTEEL®之類系統）之EAF熔爐系統 的結構上有可觀的影響。 本發明之說明及所附申請專利範圍中用到的「裝塡材 料或廢棄金屬」一詞指的是裝塡包括鐵廢料、鑄鐵、呈鎚 11或碎片形式之已直接還原的鐵及/或兩者之混煉物以便 進行連續性的熔化作業。 特別是，透過資料搜集式量測作業藉由稱量裝置取得 力口到物料浴內之裝塡材料或廢棄金屬在量額上之讀數的例 $口時間微分値，可根據適合的運算法則計算出裝塡流量的 ®佳數値。根據這個資料，該設備及方法的管理及控制用 裝置可管制該裝塡材料及廢棄金屬的進料速率。 【圖式簡單說明】 本發明之結構性及功能性特徵及其優點將會因爲以下 參照各附圖的說明而變得更清楚且更明確。 第1圖和第2圖係用以顯示根據頂級設計之技術性解 決方法的立視側面圖示。 第3圖和第4圖係用以顯示根據本發明實施例之系統 -14- 1356153 I · 9VS1 i献)正替換頁 的立視側面圖示。 第5圖係用以顯示根據本發明之系統的方塊圖示 【主要元件符號說明】 1 爐 殼 2 支 架 3 轉 輪 4 運 輸 器 4, 側 邊 開 P 5 傾 斜 平 臺 6 支 架 基 座 7 支 撐 滾 筒

Claims (1)

1356153 8/日修(更)正替換頁 修正本 第95112995號「將裝塡材料及廢棄金屬送進電弧熔爐之量 測及控制用之設備以及鋼鐵精製之方法」專利案 (201 1年8月9日修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種將裝塡材料及廢棄金屬送進電弧熔爐之量測及控制 用的設備，該設備包含：一自動控制裝置，其根據供應 到物料浴之能量，以送進裝塡材料或廢棄金屬：一量測 裝置，和該自動控制裝置相關聯，用於量測添加的裝塡 材料，該量測裝置包括一用於對爐殼、其內含物及將其 支撐之任何其他組件稱重的稱重裝置，該稱重裝置與支 撐該爐殼的結構耦接：以及藉該稱重裝置提供讀取該量 測的資料取得系統。 2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，用於對該爐殼、 其內含物及其可支撐之任何其他組件稱重的該稱重裝置 ，係藉由多個支撐滾筒耦接爐殻之支撐結構。 3. 如申請專利範圍第2項之設備，其中，至少兩個支撐滾 筒係由多個量測滾筒所組成的。 4 ·如申請專利範圍第3項之設備，其中，該等量測滾筒係 配備用於直接或間接讀取重量的多個感知器。 5 .如申請專利範圍第3項之設備，其啐，一第三支撐滾筒 也是一量測滾筒，其配備用於直接或間接讀取重量的多 個感知器。 6.如申請專利範圍第1項之設備，其中，用於裝塡材料或 廢棄金屬之進料的該自動控制裝置，係在用於該裝塡材 1356153 1(\ 8月日修(更)正替換頁 修正本 料或廢棄金屬之進料或裝塡手段上，提供連接及多個控 制系統。 7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之設備，其中，用 於將該裝塡材料送進至該熔爐內的該控制裝置係配置爲 將該裝塡材料連續的送進該熔爐內。 8. —種以申請專利範圍第1至6項中任一項之設備在操作 程序中之使用，該操作程序係於該操作週期期間，以連 續的方式，添加液態或固態的金屬。 9. 一種將裝塡材料及廢棄金屬送進電弧熔爐之量測及控制 用的方法，其包括下列步驟： -稱重步驟’透過對爐殼、其內含物及將其支撐的任何 其他組件的稱重，將由一稱重裝置所供應之裝塡材料 或廢棄金屬加入物料浴內； -資料取得步驟，量測讀取由該稱重裝置所供應加入該 物料浴內之該裝塡材料或廢棄金屬的量予以時間微分 :及 -最佳化進料流量的步驟，透過根據供應到該物料浴之 能量對裝塡材料或廢棄金屬的進料速率規定根據多個 運算法則’以最佳化該進料流量。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該裝塡材料的稱 重步驟’係藉由任何重量量測方法執行。 11. —種用於鋼鐵精製之方法，包括： -連續地預熱裝塡材料； -將含鐵 '已直接還原之鐵或是其混煉物之材料’送進 -2- 1356153 __( ' . · LOOa, 0 9 _ 年月日修(更)正替換頁 修正本 一電弧熔爐內，以便進行溶化及精製作業； -將多個形成熔渣之成分送進物料浴內，以便進行製鋼 -將多個滲碳成分引入該熔爐內，以便進行製鋼； -藉由多個電極施行塡料的電氣加熱，以便熔化該塡料 並於該熔爐之內部形成一熔融金屬浴，其中該熔融金 屬浴上具有一層已熔融的熔渣； -於該製鋼方法中，使該熔渣維持一發泡狀態； -將多個金屬性成分之熔渣成形劑及滲碳成分送入該熔 爐內； -在總裝塡、溶化及精製期間中，在該溶爐內維持滿載 之電力容量； -施行間歇性的熔爐出鋼作業，而於該爐殻內部維持由 溶融金屬構成的液態殘餘部分，該液態殘餘部分的重 量等於出鋼前之該重量的1 〇 %到3 0 %之間； 該方法之特徵在於，將裝塡材料或含鐵材料的廢棄金 屬、已直接還原之鐵或是兩者之混煉物，送進電弧熔爐 內的進料階段，係包括下列步驟： -稱重步驟，透過對該爐殻、其內含物及將其支撑的任 何其他組件的稱重，將由一稱重裝置所供應之該裝填 材料或廢棄金屬加入該物料浴內； -資料取得步驟’量測讀取加入到該物料浴內之該裝塡 材料或廢棄金屬的量予以時間微分；及 -最佳化塡料流量的步驟，透過根據供應到該物料浴之 1356153 loo. 8. 年月日修(更)正替換頁 -- —_— 修正本 能量對裝塡材料或廢棄金屬的進料速率規定，根據多 個運算法則，以最佳化該塡料流量。 12. 如申請專利範圍第9至η項中任—項之方法，其中將該 裝塡材料送進該熔爐內係連續性的。 13. —種用於鋼鐵精製之設備，包括： -一製鋼用電弧熔爐，用於在該熔爐內部進行金屬塡料 的熔化及精製； -.多個電極’係延伸於該熔爐內部，到達收容在物料浴 內熔渣高度與熔融材料高度的中間高度； -進料手段，係連接於該熔爐上，以便在不移除該等電 極下’將多個裝塡材料引進該熔爐內部； -後燃燒手段，係相關於和該進料手段之合作，以將該 進料手段內部之該等裝塡材料加以預熱； -用於量測及控制該裝塡材料或廢棄金屬之進料的手段 ’係包括一裝塡材料或廢棄金屬之自動進料控制裝置 :及和該自動控制裝置相關聯且用於量測添加的裝塡 材料的量測裝置’且包括用以對爐殼、其內含物及將 其支擦的任何其他組件稱重的稱重裝置，該稱重裝置 與支撐該爐殻的結構耦接；以及藉該稱重裝置供應一 讀取該量測的資料取得系統； -氣密式密封之機械裝置，係位於該等進料裝置上之該 裝塡材料入口區段； -氣體注入裝置’係於該物料浴內之該熔融金屬的正常 水位上方及/或下方與該熔爐連通；及 -4- 1356153 ♦ » · • (ϊαπ~~si cry 扣牟月日修(更)正替換頁 修正本 i - - -出鋼手段，係用以使該熔爐產生傾斜以便施行出渣及 出鋼操作，該出鋼手段係以使該熔爐之該傾斜能於該 物料浴內部維持由已熔融液態金屬構成的液態殘餘部 分的方式設置，該液態殘餘部分的重_大槪是出鋼階 段前之重量的10%到30%之間。 14 如申請專利範圍第I3項之設備，其中用於將該裝塡材料 送進該熔爐內的該控制裝置係配置成將該裝塡材料連_ 的送進該溶爐.內。

1356153 I · I I « 七、指定代表圖 (一） 本案指定代表圖為：第2圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明: 1 爐 殼 2 支 架 4 .運 輸 器 4' 側 邊 開 □ 5 傾 斜 平 臺 6 支 架 基 座

八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：