CN111566429A - 用于冶炼厂的熔炉及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于冶炼厂的熔炉(1)，该熔炉(1)包括：容器，其设置有底部(2)；出钢管道(3)，其穿过底部(2)；旋转装置，其用于旋转容器，使得出钢管道(3)从第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第二位置，并且反之亦然；其中，所述出钢管道(3)具有第一延伸部(6)和第二延伸部(5)，第一延伸部(6)布置在底部(2)的厚度中并完全穿过底部(2)，第二延伸部(5)邻近第一延伸部(6)并突出到容器内部；其中提供了第二延伸部(5)的罩(7)，罩(7)被成形为管件，该管件在其上端(8)封闭并在其下端(9)开口；所述管件与所述第二延伸部(5)同轴，并与所述第二延伸部(5)间隔开，并与底部(2)的区域间隔开，底部(2)的该区域包括出钢管道(3)的第一延伸部(6)，由此，罩与出钢管道的第二延伸部协作，被用作出钢罩件。

Description

用于冶炼厂的熔炉及其操作方法

发明领域

本发明涉及一种熔炉，例如电弧炉，及其操作方法，所述熔炉用于冶炼厂。

背景技术

熔化过程照惯例设想通过产生电弧来熔化金属碎料(metal scrap)，所述电弧适于在交流熔炉中，在电极(布置在顶上)和碎料之间被引发，并且适于在直流熔炉中，在至少一个电极(阴极)(被置于炉上方)和至少一个底部电极(阳极)(被置于炉的底板或底部下方)之间被引发。

这产生极高的温度，使金属材料熔化和液化，从而形成金属熔池(bath)和位于所述金属熔池表面上的泡沫层，称为熔渣。

单次的碎料装填通常不足以获得额定量的熔融产品，因此炉通常通过悬挂吊篮或通过连续输送系统填充多批碎料。

在第一种情况下，即通过悬挂吊篮装填，覆盖炉的顶被打开，并且第一个吊篮的碎料被卸载。然后关闭该顶，并且开始熔化该批次，以及该熔化通常持续约20-25分钟。

在这一步骤中，电极液化碎料(可能在吹管(blow torches)和燃烧器的帮助下)，从而形成金属熔池，这将有助于熔化后续吊篮的碎料。

重复进行第二个吊篮的操作：电弧停止，电极与顶一起离线移动，吊篮向容器中倒空。顶关闭，电极继续熔化碎料，并且熔池的整体液位增加。

根据炉的体积，可以设想根据该程序进行进一步的装填操作。

相反，连续装填通常始于装填第一个吊篮的碎料，然后通过连续输送系统，连续添加材料以获得所期望的量的液体产品，并且，与此同时，电极熔化碎料。可选地，炉可以通过连续输送系统直接装填。

一旦达到所期望的碎料量，就开始所谓的精炼步骤，这使得获得具有所需化学组成的产品成为可能。

精炼步骤大约占据整个熔化周期的四分之一，并且一旦完成，电极的工作就因为出钢(tapping)步骤被中断，这需要大约十分钟。

一般来说，熔化周期大约需要45-55分钟，其中7-10分钟用于出钢。熔炉具有位于容器的底部的偏心炉底出钢(EBT)孔。通过打开EBT孔熔融的和去熔渣的钢被出钢。这个涂覆有耐火材料的孔在熔化操作期间通过可移动的阀保持关闭。在出钢时，阀通过气动或液压装置打开，允许熔融的钢流出。在出钢后，阀再次关闭，并且用耐火砂密封EBT孔，注意在容器内保持一定量的熔融的钢，以利于连续熔化(所谓的留钢(hot heel))。在连续的熔化操作期间，一旦出钢的量达到需要的量，则中断该出钢流，出钢区域从外部被清洁，并且砂从内部被装填到出钢孔中，以防止液态金属滞留在出钢孔内。这些砂通常通过EBT孔上方的活板门装填。

如前所述，所有这些操作大约占据整个熔化操作时间的五分之一(20％)。

文献EP1743948A2还公开了一种熔炉，其中在熔化操作期间，通过可移动的阀来保持出钢孔或通道关闭。在出钢时，阀打开，允许熔融金属通过重力流出。在容器中，实际上提供了比出钢管道的上边缘O高得多的熔融金属的液位P。如EP1743948A2中的图2a-图2e所示，当熔融金属的液位P到达罩(cover)或可移动的罩件(hood)的下边缘U和出钢管道的上边缘O之间的中间位置时，可移动的罩下降，使得其下边缘U浸入熔融金属中，并且借助于设置在罩上方的吸气管道在可移动的罩内形成低压(depression)，使得出钢能够继续。

在出钢后，可移动的阀再次关闭，并且出钢管道用耐火砂密封。

因此，需要缩短目前采用的出钢过程中固有的停工时间，同时通过消除装填耐火砂的需要来简化恢复出钢孔的步骤。

发明概述

本发明的目的是提供一种熔炉及其操作方法，相对于现有技术的熔炉，其确保更高的生产率，缩短出钢过程的停工时间。

本发明的另一个目的是提供一种熔炉，其从构造的角度来看更简单，并且其操作方法相对于现有技术更简单和更有效。

本发明的另一个目的是提供一种熔炉及其操作方法，其在出钢步骤中以最佳方式促进和控制液态金属的流动，从而消除了大部分停机次数，从而也能够在出钢过程中持续熔化。

本发明的另一个目的是提供一种熔炉及其操作方法，该熔炉及其操作方法能够改善出钢结束时对熔池液位的控制。

本发明的另一个目的是通过消除装填耐火砂的需要来简化恢复出钢孔的步骤。

这些目的是通过一种用于冶炼厂的熔炉来实现的，该熔炉包括：

-容器，其设置有底部；

-出钢管道，其穿过所述底部；

-旋转装置，其用于旋转容器，使得出钢管道从第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第二位置，并且反之亦然；其中，所述出钢管道具有布置在底部的厚度中并完全穿过底部的第一延伸部(stretch)，以及邻近第一延伸部并突出到容器内部的第二延伸部；

其中，提供了第二延伸部的固定罩，该固定罩被成形为钟形件，在其上端封闭，而在其下端开口；所述钟形件与所述第二延伸部同轴，并与所述第二延伸部间隔开，并且与底部的区域间隔开，底部的该区域包括出钢管道的第一延伸部，由此，罩与出钢管道的第二延伸部协作，在罩内限定体积，并且适于用作出钢罩件；

本发明的另一个方面涉及所述熔炉的一种操作方法，该方法包括以下步骤或由以下步骤组成：

a)将容器和出钢管道设置在第一参考位置，并且将熔融金属材料的熔池设置成在罩的内部和外部都处在相等的液位，并且该液位被包括在罩的下端和第二延伸部的上边缘之间，熔渣保持在所述熔池的在罩外部的表面上；

b)在第一方向上旋转容器，使得出钢管道从所述第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第二位置，直到熔融金属材料的液位到达第二延伸部的上边缘，使得熔融金属材料开始通过出钢管道出钢，从而在体积内产生低压；

c)在与第一方向相反的第二方向上旋转容器，使得出钢管道返回到第一参考位置，同时，由于所述低压，熔融金属材料从罩的外部至该体积的内部，并持续通过出钢管道出钢，直到所述低压被消除。

为了实现这些目的，本解决方案提供了对出钢孔EBT区域的改进，使得除了新炉之外，它甚至可以在以交流电或直流电工作的现有的炉上实施。因此，炉的布局被修改，增加了朝向炉体内部的EBT孔的高度，从而形成一种井。

本发明的解决方案使得通过减少停工时间来提高熔炉的生产率成为可能：实际上，在出钢的同时，通过碎料吊篮或连续输送系统来持续熔化或装填炉料是可能的，几乎完全再利用了现有技术工艺中存在的停工时间。

此外，有利的是，不再需要用砂填充EBT孔。

根据本发明的出钢系统的操作原理是基于在出钢罩件或虹吸管的内部和外部之间产生的压力差。

为了引起这样的压力差，优选的解决方案利用容器的倾斜系统来引发熔融材料进入罩或罩件。以这种方式，包含在罩中的部分空气被熔融材料向罩的外部排出，从而产生足以引发熔融产品沿出钢井流出的低压。一旦引发低压，熔融材料将开始沿着虹吸管和出钢管道流出，从而填充下方的钢包(ladle)。因此，不需要专门提供装置(例如用于从固定罩的内部抽吸空气的抽吸导管和相应阀)来获得这种低压。

消除这种压力差足以停止出钢。实际上，根据连通容器的原理，施加的压力相等，包含在炉中的熔融材料在罩的内部和外部达到相同的液位，从而限定了单一的等位面。

为了消除这种压力差，第一种变型提供了等待炉中包含的熔融材料的液位降低，直到液位不再覆盖该罩，并因此不再密封该罩。一旦空气可以通到罩内部，压力差将被消除，并且流出将被中断。

第二种变型提供了使位于罩本身上的减压阀致动，该减压阀使罩的内部压力与包含在炉中的内部压力相等，炉中的内部压力通常对应于大气压力。

替代地，第三种变型提供了在与启动出钢的方向相反的方向上相对于水平面倾斜容器，即，使得提高没有出钢管道的容器区域中的熔融金属材料的液位。

以这些不同的方式，获得了对在炉内保持的熔融金属量(留钢)的完美控制，以用于持续熔化。

从属权利要求描述了本发明的优选实施例。

附图简述

本发明的另外的特征和优点将根据熔炉的优选的但非排他的实施例的详细描述更加明显，实施例通过非限制性示例参照附图进行说明，其中：

图1是根据本发明的熔炉的一部分的示意性截面图；

图2是图1中的炉的一些部件的放大图；

图3a至图3h示意性地表示了根据本发明的熔炉的一些工作顺序。

附图中相同的附图标记指示相同的元件或部件。

本发明的优选实施例的详细描述

附图显示了根据本发明的用于冶炼厂的熔炉。

熔炉仅在附图中部分示出，并且整体由附图标记1表示。熔炉1仅部分地描述，特别引用了与已知炉不同的元素。在本文中没有详细描述的炉的部分应该理解为其本身是已知的和常规的。

根据本发明的熔炉1在其所有实施例中包括：

-容器，其具有底部2，底部2是炉的底板的一部分，并且包括适于与包含在炉1中的金属团或金属熔池接触的内表面；

-出钢管道3，其穿过底部2；

-旋转装置，其用于使容器围绕旋转轴线X旋转，使得出钢管道3从第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第二位置，并且反之亦然。

旋转装置包括，例如滑块(slides)或齿条机构或滑轨(shoes)。

优选相对于底部2偏心的出钢管道3具有第一延伸部6和第二延伸部5，第一延伸部6布置在底部2的厚度中并完全穿过底部本身，第二延伸部5与第一延伸部6相邻，突出到容器内部。可以提供出钢管道3的第三延伸部10，其在炉的基部底板之下突出到容器之外。延伸部5、6和可能的延伸部10具有相同的纵向轴线。

有利的是，提供了第二延伸部5的罩7，其成形为钟形件，优选成形为管件，该管件在其上端8封闭而在其下端9开口。罩7是固定罩，例如固定到容器的壁上，与所述第二延伸部5同轴，并且与所述第二延伸部5间隔开，并且还与底部2的区域间隔开，底部2的该区域包括出钢管道3的第一延伸部6，由此，罩7与出钢管道3的第二延伸部5协作，在罩7内限定体积4，并且适于用作虹吸管。

罩7和出钢管道3两者都由耐火材料制成，或者仅涂覆有耐火材料。

在图1-图2所示的变型中，在容器内部限定了熔融金属材料16的熔池的最高液位20，所述最高液位20总是被包括在罩7的下端9和第二延伸部5的上边缘13之间，出钢管道3的所述第二延伸部5具有长度H，该长度H从其突出于底部2的部分开始测量，使得第二延伸部5的上边缘13总是在所述最高液位20之上。

有利地，第二延伸部5的长度大于或等于底部2的包括了第一延伸部6的区域的厚度，优选大于或等于所述第一延伸部6的长度。

优选地，出钢管道3的第二延伸部5的长度H(该长度H从其突出于底部2的部分开始测量)被包括在800到1100mm之间。

第一延伸部6的长度优选地被包括在600到850mm之间。例如，可能的第三延伸部10的长度被包括在0到300mm之间。

至少一个燃烧器可以设置在延伸部6或延伸部10的出口段，适于在出钢结束时被启动以清洁出钢管道的下端。

定义罩7的管件由基部11和圆柱形侧表面12限定，基部11位于该管件的上端8处，并与出钢管道3的第二延伸部5的上边缘13间隔开，圆柱形侧表面12与出钢管道3同轴布置，并与第二延伸部5的外壁14间隔开。

优选地，基部11和第二延伸部5的上边缘13之间的距离A、圆柱形侧表面12和第二延伸部5的外壁14之间的距离B以及罩7的下端9的下边缘15和底部2的包括了第一延伸部6的区域之间的距离C满足以下关系：A＝(B+C)*0.7。

优选地，距离A包括在100到400mm之间。

优选地，距离B包括在80到300mm之间。

优选地，距离C包括在50到250mm之间。

出钢管道3的第二位置和第一位置之间的角距离有利地小于10°，从而允许即使在容器的处理期间和/或熔融金属材料的出钢期间，也可以将更多的碎料装填进容器中，并且熔化可以在不间断的情况下持续进行。

优选地，所述角距离包括在3°到8°之间的范围内，可以包括极限值，而更优选地等于5°-6°，即包括在5°和6°之间的范围内(包括极限值)。

可选地，罩7可以是适于沿着其自身纵向轴线移动的可移动的罩。

在图3a至图3h中示意性示出的根据本发明的熔炉的操作方法被描述如下。

最初，容器和出钢管道3设置在第一参考位置，例如竖直位置，并且提供了熔融金属材料16的熔池，该熔融金属材料的熔池在罩7的内部和外部都处于相等的液位，且该液位被包括在罩7的下边缘15和第二延伸部5的上边缘13之间，熔渣17被保持在所述熔池16的在罩7外部的表面上(图3a)。

因此，本发明的方法不提供高于出钢管道的第二延伸部5的上边缘13的熔融金属材料的熔池的初始液位，并且因此不提供仅通过重力获得的初始出钢。

然后，容器沿第一旋转方向旋转(图3b和图3c)，以升高包括出钢管道3的容器区域中的熔融金属材料的液位，使得出钢管道3从所述第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第二位置，优选地以小于10°的角度倾斜，直到熔融金属材料的液位到达第二延伸部5的上边缘13，使得熔融金属材料开始通过出钢管道3出钢，从而在体积4内产生低压。

特别地，图3c示出了一个时刻，在该时刻罩7内(即体积4内)的熔融金属材料的液位超过出钢管道3的上边缘13的液位，由此熔融材料开始通过出钢管道3流出。

由于开始出钢，在罩7内部产生的低压决定了熔融金属材料从罩7的外部进入体积4的流通，同时出钢持续进行，由此造成了罩7内部的熔融材料和所述罩7外部的熔融材料之间的液位差，液位在罩的外部相对于内部变得越来越低。

然后，容器沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向(图3d、图3e、图图3f)旋转，使得出钢管道3返回到第一参考位置(图3f)，同时熔融金属材料持续出钢。

有利的是，在出钢的同时，也可以在容器中装填和/或熔化碎料。事实上，例如，图3c至图3e示出了容器内熔融金属材料16的量是如何增加的。

熔融金属材料持续从罩7的外部进入体积4，并持续通过出钢管道3出钢，直到罩7外部的熔融金属材料的液位到达罩7的下端9的下边缘15(图3g)。

此时，随着最小量的空气从罩7的外部进入体积4，伴随着可忽略量的熔渣17，体积4内的低压被消除，并且罩7内的熔融金属材料16的液位迅速下降，到达下边缘15，并因此与罩7外部的熔融金属材料的液位相同(图3h)。

当出钢结束时(图3h)，并且碎料也在出钢或非出钢过程中被装填在容器中和/或在容器中熔化，该方法提供：

-将熔融金属材料16的熔池的液位返回到罩7的下边缘15和出钢管道的第二延伸部5的上边缘13之间(图3a)；

-重复图3b至图3h所图示的步骤。

有利的是，出钢管道3总是保持打开，即使是在容器内的碎料熔化期间，而不需要用砂堵塞出钢孔，并且也不需要提供关闭阀。

为了消除体积4内部的低压和中断出钢，上述方法的第一替代方法提供了启动罩本身的减压阀，以使罩7内部的压力与罩外部包含的压力相等，罩外部的压力通常对应于容器内存在的大气压力。

替代地，第二替代方法提供了在与启动出钢的倾斜方向相反的方向上相对于水平面倾斜容器，即，使得提高没有出钢管道的容器区域中的熔融金属材料的液位。以这种方式，出钢管道3从所述第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第三位置，直到体积4内部的熔融金属材料的液位至少部分地到达罩7的下边缘15，由此允许罩内的空气的流通。

以这些不同的方式，获得了对在炉内保持的熔融金属量(留钢)的完美控制，以用于持续熔化。

Claims (15)

1.一种熔炉的操作方法，所述熔炉包括：

-容器，其设置有底部(2)；

-出钢管道(3)，其穿过所述底部(2)，并具有第一延伸部(6)和第二延伸部(5)，所述第一延伸部(6)布置在所述底部(2)的厚度中并完全穿过所述底部(2)，所述第二延伸部(5)与所述第一延伸部(6)相邻，突出到所述容器内部；

-所述第二延伸部(5)的固定罩(7)，所述固定罩(7)被成形为钟形件，在所述钟形件的上端(8)封闭且在所述钟形件的下端(9)开口；所述钟形件与所述第二延伸部(5)同轴，并与所述第二延伸部(5)间隔开，并且与所述底部(2)的区域间隔开，所述底部(2)的所述区域包括所述出钢管道(3)的第一延伸部(6)，由此，所述固定罩(7)与所述出钢管道(3)的第二延伸部(5)协作，在所述固定罩(7)内限定体积(4)，并且适于用作出钢罩件；

-旋转装置，其适于旋转所述容器，使得所述出钢管道(3)从第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第二位置，并且使得所述出钢管道(3)从所述第二位置至所述第一参考位置；

所述方法包括以下步骤：

a)将所述容器和所述出钢管道(3)设置在所述第一参考位置，并且将熔融金属材料(16)的熔池设置为在所述罩(7)的内部和外部都处在相等的液位，所述液位被包括在所述罩(7)的下端(9)和所述第二延伸部(5)的上边缘(13)之间，熔渣(17)被保持在所述熔池的在所述罩(7)外部的表面上；

b)在第一方向上旋转所述容器，使得所述出钢管道(3)从所述第一参考位置至倾斜的所述第二位置，直到熔融金属材料的液位到达所述第二延伸部(5)的上边缘(13)，使得所述熔融金属材料开始通过所述出钢管道(3)出钢，从而在所述体积(4)内产生低压；

c)在与所述第一方向相反的第二方向上旋转所述容器，使得所述出钢管道(3)返回到所述第一参考位置，同时，由于所述低压，所述熔融金属材料从所述罩(7)的外部至所述体积(4)的内部，并持续通过所述出钢管道(3)出钢，直到所述低压被消除。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c)中，当所述固定罩(7)外部的熔融金属材料的液位到达所述固定罩(7)的下端(9)的下边缘(15)时，所述低压被消除，由此，在空气从所述固定罩(7)的外部到所述体积(4)的内部的流通下，所述固定罩(7)内部的熔融金属材料的液位被降低，到达所述下边缘(15)，并且因此到达与所述固定罩(7)外部的熔融金属材料相同的液位；

或者其中，所述低压通过操作设置在所述固定罩(7)上的减压阀来消除；

或者其中，所述低压通过在所述第二方向上进一步旋转所述容器来消除，使得所述出钢管道(3)从所述第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第三位置，直到所述体积(4)内的熔融金属材料的液位到达所述固定罩的下边缘(15)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤c)之后，在所述出钢管道(3)处于所述第一参考位置的情况下，提供以下步骤：

-将所述熔融金属材料的熔池的液位返回到所述罩(7)的下端(9)和所述第二延伸部(5)的上边缘(13)之间；

-重复步骤b)和c)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少在步骤b)和c)期间，能够在所述容器内装填和/或熔化碎料，在出钢期间也能够在所述容器内装填和/或熔化碎料。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述出钢管道(3)始终保持打开，所述出钢管道(3)在所述容器内熔化碎料期间也保持打开。

6.一种用于冶炼厂的熔炉(1)，所述熔炉(1)适于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述熔炉(1)包括：

-容器，其设置有底部(2)；

-出钢管道(3)，其穿过所述底部(2)；

其中，所述出钢管道(3)具有第一延伸部(6)和第二延伸部(5)，所述第一延伸部(6)布置在所述底部(2)的厚度中并完全穿过所述底部(2)，所述第二延伸部(5)与所述第一延伸部(6)相邻，突出到所述容器内部；

其中，提供了所述第二延伸部(5)的固定罩(7)，所述固定罩(7)被成形为钟形件，在所述钟形件的上端(8)封闭且在所述钟形件的下端(9)开口；所述钟形件与所述第二延伸部(5)同轴，并与所述第二延伸部(5)间隔开，并且与所述底部(2)的区域间隔开，所述底部(2)的所述区域包括所述出钢管道(3)的第一延伸部(6)，由此，所述固定罩(7)与所述出钢管道(3)的第二延伸部(5)协作，在所述固定罩(7)内限定体积(4)，并且适于用作出钢罩件；

并且其中提供了旋转装置，所述旋转装置适于在第一方向上旋转所述容器，使得所述出钢管道(3)从第一参考位置至相对于所述第一参考位置倾斜的第二位置，且然后适于在与所述第一方向相反的第二方向上旋转所述容器，使得所述出钢管道(3)返回到所述第一参考位置。

7.根据权利要求6所述的熔炉，其中，所述第二延伸部(5)具有的长度大于或等于所述底部(2)的包括所述第一延伸部(6)的区域的厚度，优选大于或等于所述第一延伸部(6)的长度。

8.根据权利要求6或7所述的熔炉，其中，所述钟形件是由基部(11)和圆柱形侧表面(12)限定的管件，所述基部(11)位于所述钟形件的上端(8)处，并与所述出钢管道(3)的第二延伸部(5)的上边缘(13)间隔开，所述圆柱形侧表面(12)布置成与所述出钢管道(3)同轴，并与所述第二延伸部(5)的外壁(14)间隔开。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的熔炉，其中，所述固定罩(7)设置有减压阀。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的熔炉，其中，所述第二位置和所述第一位置之间的角距离小于10°。

11.根据权利要求8所述的熔炉，其中，所述基部(11)和所述第二延伸部(5)的上边缘(13)之间的距离(A)、所述圆柱形侧表面(12)和所述第二延伸部(5)的外壁(14)之间的距离(B)以及所述固定罩(7)的下端(9)的下边缘(15)和所述底部(2)的包括所述第一延伸部(6)的区域之间的距离(C)满足以下关系：A＝(B+C)*0.7。

12.根据权利要求8或11所述的熔炉，其中，所述基部(11)和所述第二延伸部(5)的上边缘(13)之间的距离(A)被包括在100至400cm之间。

13.根据权利要求8或11或12所述的熔炉，其中，所述圆柱形侧表面(12)和所述第二延伸部(5)的外壁(14)之间的距离(B)被包括在80至300cm之间。

14.根据权利要求8或11或12或13所述的熔炉，其中，所述罩(7)的下端(9)的下边缘(15)和所述底部(2)的包括所述第一延伸部(6)的区域之间的距离(C)被包括在50至250cm之间。

15.根据权利要求6至14中任一项所述的熔炉，其中，在所述容器内部限定所述熔融金属材料(16)的熔池的最高液位(20)，所述最高液位(20)被包括在所述固定罩(7)的下端(9)和所述第二延伸部(5)的上边缘(13)之间，所述第二延伸部(5)具有长度H，使得所述第二延伸部(5)的上边缘(13)总是在所述最高液位(20)之上。

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