具有电弧炉的熔融装置 本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述具有电弧炉的熔融装置。
由WO90/10086已知一种熔融装置。在这种已知的熔融装置中，炉盖的外侧部分由筒形炉道代替，筒形炉道固定到一夹持结构上，并且在筒形炉道的上部具有一可封闭的装料孔和一气道孔。热炉气通过筒形炉道排出，并且，按照热交换关系，加热放置在筒形炉道中的炉料，从而可以节约大量的能源。
为了能在不连续装炉的情况下实现熔融工艺，将用于要出钢的液体金属重量的炉料总量与包括电弧炉和筒形炉道的总体积相适应是有益的。为此，考虑到限制筒形炉道高度的进一步要求，筒形炉道的横截面最好是矩形，并且在平面图中熔池部段是一边由直线限定的椭圆形。因此，与普及的圆形熔池部段相比，熔池部段包括熔池部段下部必须采用一种新形状。
在已知的熔融装置中，与支承筒形炉道的夹持结构联动或与其无关，整个炉盖相对于熔池部段是可动的。已经证实炉盖可脱开地固定到夹持结构上是有益的，使得包括筒形炉道地炉盖相对于熔池部段可转动或可直线移动。在上述结构中，可以有目的地将炉料通过筒形炉道装入熔池部段的不同区域。
在已知的熔融装置中，也可以通过设置在筒形炉道下部的挡料器阻挡炉料，从而在精炼阶段在炉料熔化后，热的废炉气可用于预热原料。
WO95/04910中详细说明了这种挡料器。本申请在此特别引用了该文献。
本发明旨在利用已有设备的已被证实的技术。以最低的成本按这样一种方式改造已有的电弧炉，即继续使用已有设备中尽可能多的零件，并且设置有熔融装置的厂房也基本上不必改动。这样，就带有圆形或椭圆形熔池部段的传统电弧炉而言，其中电极排列在炉盖的中心，会存在一个特有的问题，尤其考虑到厂房的高度，筒形炉道所需的空间被限制了，从而在筒形炉道中不能向要被加热的炉料提供足够的体积，筒形炉道用作炉料预热器并作为炉盖的外侧部分设置在电极的侧面。熔池部段可由一部分构成，或者在渣线上方可分为底熔池部段(熔池部段下部)和顶熔池部段(熔池部段上部)。炉盖通常为拱形，并且具有用于电极的同轴排列的三个通道(三相交流电炉)或在中心有一个通道(直流炉)，所述通道称为电极孔。
本发明的目的是设计一种权利要求1前序部分所述的熔融装置，其中尽可能多地利用已有电弧炉的零件，即只替换或改进最少量的零件。
就带有圆形或椭圆形下熔池部段部分的传统电弧炉而言，其中电极同心地设置在中心区域，在考虑到电极排列和厂房高度限制空间的情况下，本发明力图提供一个用于要被加热的炉料的筒形炉道容积，所述容积在没有后装料操作的情况下足以尽可能地实现熔融过程。
设置在筒形炉道中用于阻挡炉料的挡料器与所涉及的具体因素相适应。
本发明还力图确保本发明的方案能防止炉气在盖区域冒出。
本发明的特点在于权利要求1和2的特征。本发明的有益结构在其它权利要求中陈述。
为了向要被预热的炉料提供充足的容积，在设置在炉盖上电极侧面的筒形炉道中，筒形炉道的横截面选择得足够大，从而在平面图中，至少在筒形炉道上部的后炉道壁(从电极孔方向看)的内轮廓线落在熔池部段下部的上边缘的内轮廓线的外侧。筒形炉道上部的横截面图形最好是矩形或不规则四边形。按照本发明，在筒形炉道下方的熔池部段上部的扇形构造，即具有从熔池部段上部的上边缘向下边缘收敛的扇形壁的熔池部段上部的设计形状，形成了从落在熔池部段下部的内轮廓线的外侧的炉道壁向熔池部段下部即炉膛的上边缘的内轮廓线的过渡区，所述过渡区引导炉料从筒形炉道的外部区无阻碍地进入熔池部段下部。可以各种方式实现从矩形筒形炉道向圆形或椭圆形熔池部段的转变，例如借助于横截面的变化：矩形-椭圆-圆或矩形-多边形-圆。扇形收敛壁以及熔池部段上部的其它部分通常由水冷壁形成，当从筒形炉道装入炉料时，将炉料送入横截面为圆形或椭圆形的熔池部段下部(炉膛)。
在平面图中，炉道壁的内轮廓线落在熔池部段下部的上边缘的内轮廓线的外侧，从炉道壁的内轮廓线向圆形或椭圆形熔池部段下部的转变在熔池部段上部的上边缘的上方，即在熔池部段边缘的上方已经开始，在这种情况下，远离电极孔的炉道壁向内倾斜地指向熔池部段中心(熔池部段的中心线)或熔池部段上部的上边缘。在筒形炉道下部，借助于椭圆形收敛壁部分或平面构件可以提供这种构造，平面构件使远离电极的炉道壁从水平面中的直线形转变为多边形，最好是不规则四边形。远离电极的炉道壁的下边缘的内轮廓线最好与熔池部段的上边缘的内轮廓线基本相同，所述轮廓线还要与设置有筒形炉道的第二盖部分的轮廓线一致。
在本发明的熔融装置中，在改进的情况下，包括熔池部段下部，电极提升和旋转装置的整个炉子的下部结构可继续使用。
如果从矩形横截面向圆形熔池部段横截面的收敛转变在筒形炉道上部已经开始，例如恰在筒形炉道上开口的下方开始，那么，从电极方向看前炉道壁必须平行于后炉道壁延伸设置，从而使得筒形炉道的内横截面在向下的方向没有减小。
如果上部为矩形的筒形炉道的后炉道壁的直线型横截面转变成多边形，最好是不规则四边形，那么这对与后炉道壁平行的前炉道壁也是必要的，换句话说，前炉道壁的直线型轮廓也要以相同方式，按照向熔池部段中心收敛的构形转变为上述的多边形。筒形炉道下部的横截面轮廓由通过侧壁轮廓连接起来的两组平行的多边形或不规则四边形的边形成。如果在筒形炉道下部，后炉道壁和相邻的侧炉道壁由向圆形或椭圆形熔池部段的上边缘收敛的扇形壁形成，那么在改进操作中，甚至可以继续使用已有的圆形或椭圆形的熔池部段上部。这个方案对于具有拱形盖的电弧炉和具有挡料器的筒形炉道尤其有意义。
按照本发明的另一个方面，具有电极孔的第一盖部分和具有筒形炉道的第二部分呈组合体的形式，它们通过盖缝相互分离，并且相对于熔池部段可以彼此独立地水平移动。在这种情况下，可按改进的情况继续使用旧盖的部件。
如果必要的话，可以一种简单的方式密封由于组合体分离成两个相互独立的相对于熔池部段可转动或水平移动的个体而产生的盖缝，因此与由一个个体构成的盖相比，不存在由于炉气泄漏产生的环境污染的危险。
借助于具体的构形或挡料器的配置，已经陈述了从矩形到圆形的过渡区的益处。
以下参照十幅附图并通过四个实施例更详细地描述本发明，其中：
图1是具有闭合的炉盖的本发明的熔融装置的侧视图，
图2显示了图1的装置，其具有包括移开的筒形炉道的第二盖部分，
图3是具有图2所示的筒形炉道的III-III截面的熔融装置的平面图，其具有旋转开的第一盖部分，以及从筒形炉道的矩形横截面到圆形熔池部段下部的椭圆形过渡区，
图4显示了具有闭合的炉盖的图3中的IV-IV截面，即具有旋入的包括电极的第一盖部分和移回的第二盖部分，
图5是图4的部分放大图，
图6是与图3对应的第二实施例的视图，其中从筒形炉道的矩形横截面向圆形熔池部段的转变在挡料器下方的筒形炉道下部就开始了，并且过渡区是多边形，
图7是与图6对应的第三实施例的视图，其中从筒形炉道的矩形横截面向圆形熔池部段的转变在挡料器上方的筒形炉道上部已经开始了，
图8是与图4对应的第三实施例的视图，
图9显示了图8中IX-IX截面的主要部件，
图10是对图8对应的第三实施例的改进的视图，其具有的圆形熔池部段上部没有扇形收敛壁。
图1-5说明的作为第一实施例的熔融装置包括一个电弧炉1，电弧炉1包括一安装在炉架2上的熔池部段(furnace vessel)3和盖在熔池部段3上边缘的拱形炉盖4。熔池部段3包括一熔池部段下部5和一熔池部段上部6，熔池部段下部5形成砖衬炉膛，用于盛放熔融金属，熔池部段上部通常由水冷件形成。详见图3-5，盖4包括第一盖部分7和第二盖部分8，图3中所示的第一盖部分7处于向外回转的位置，第二盖部分8实际上由筒形炉道9的下端部分或容纳筒形炉道9(shaft)的下端部分的框架10形成(图1和2)。在图1中双部件的炉盖是闭合的，在图2中包括筒形炉道9的第二盖部分是打开的。
详见图3-5，图中所示在熔池部段中心右侧的部分与具有圆形熔池部段且电极12能同心地移入熔池部段直到熔池部段中心11(熔池部段的中心轴，见图3和4)的传统电弧炉相一致。与圆形熔池部段的电弧炉的惯用结构相比，仅仅改进了图中所示在熔池部段下部上方的电极12左侧的区域。
第一盖部分7是拱形结构，并具有一用于三个电弧电极12的带有电极孔14(图5)的所谓盖心或盖芯部分13，电弧电极12被引入熔池部段中，电极孔14在三相电弧炉中通常呈三角排列。电极12安装在电极支架15上，并且在电极提升和旋转装置16的作用下能够升降和转到侧面。第一盖部分7在盖提升和旋转装置17的作用下能够提升，从图4和5所示的位于熔池部段边缘的位置升高并转到图3所示的侧面位置，以打开熔池部段，例如用于从上面炉顶装料。适合的盖提升和旋转装置如EP-0 203339所述。
在例举的实施例中，不仅熔池部段3而且盖提升和旋转装置17及电极提升和旋转装置16都安装在炉架2上，从而使熔池部段可与电极共同倾摆。
这样，在转变的操作中没有改进电极排列，第一实施例的结构提供的第一盖部分是由弦(chord)18限定的椭圆形19，该部分包括通常的电极结构。当第一盖部分安装到熔池部段上时，弦18一定位于摆动方向，即垂直于图2所示的纸面。这样，能倾斜熔池部段以进行出钢或除渣操作，同时盖部分7是闭合的且盖部分8没有位移。在这种情况下，筒形炉道9仅需微量提升。这样可减少辐射引起的热损失，或者使热炉气作为预热筒形炉道的主要部分。当筒形炉道9上升时，在筒形炉道的下边缘或第二盖部分8和熔池部段边缘39(图5中)之间出现的缝隙可通过安装到筒形炉道或熔池部段边缘的挡板或其它装置密封。
筒形炉道9固定在框架结构20中，该结构以笼形方式包围筒形炉道9，图1和2图示的第二盖部分8的框架10表示框架结构的一部分。附图中仅示意地说明了支承筒形炉道9的框架结构20，该结构以这样一种方式安装在夹持装置21中，即通过提升设备22框架结构20能与筒形炉道一起升降。为此，在框架的横梁23上设置一用于固定在夹持装置21上的提升装置22的连接定位件24，从而横梁23以及支承筒形炉道的框架结构20可从图1所示的较低位置提升到图2所示的较高位置。在这种情况下，由导向杆25提供所需的导向操作。
筒形炉道9的夹持装置21可水平移动。为此，在支撑结构26上设置有导轨27，夹持装置21上装有轮28，使得夹持装置21可在水平方向移动。
筒形炉道9在顶部由盖部29封闭，在例举的实施例中，盖部29可在导轨30上水平移动，以打开上炉口，通过吊车31(图4)装料。在图1中的后侧，帽形或屋顶形的盖部29上具有气道孔32，当筒形炉道9以及框架10位于图1所示的位置时，气道孔32与废气管33相通。
图3显示了矩形截面形状的筒形炉道9。如此后的详述，当组件具有阻挡进料的挡料器时，筒形炉道的下部最好是矩形的。因此，筒形炉道9的炉道壁至少在下部设置成矩形，同时当炉盖闭合时，前炉道壁34靠近第一炉盖部分7的弦18(图1，图4和5)，后炉道壁35远离弦18，两侧向炉道壁36和37与上述炉道壁相连。按照这种设置，前炉道壁34基本上与弦18等长，即炉道壁34以一窄盖缝38邻近弦18。图5中放大显示了所述盖缝。
应注意这一点，当炉盖为屋顶形时，如图4和5所示，在平面图上弦仅仅是一条直线，但也可以是随着屋顶截面形状变化的其它线形，并且，前炉道壁34的下边缘也是相同的形状。
当炉盖闭合时，即在图1，4和5所示的状态，炉盖的外形由后炉道壁35的下边缘、两个邻接的侧炉道壁36和37的下边缘和第一盖部分7的椭圆部分19形成。熔池部段上边缘39，即熔池部段上部6的上边缘与所述外形相适合。这样，在本实施例中，熔池部段上边缘39的轮廓与由带圆角41的直线或浅弧40限定的椭圆一致。
通过熔池部段上部6的扇形收敛壁42完成从由直线40和椭圆的连接部分限定的熔池部段边缘的区域到相应的熔池部段下部的圆截面区域的过渡(见图3)。
图5中已经提及并显示第一盖部分7和第二盖部分8由一平行于弦18的缝隙38分开，从而使熔池部段能在炉架确定的方向倾斜，熔池部段中设置有一出钢孔43和一操作孔44，从熔池部段的中心11方向看，它们没有被邻近的筒形炉道9的前壁34阻挡。作为第二盖部分8的筒形炉道9固定在由支承结构26支承的夹持装置中，而不是在炉架上，这部分盖也不能执行倾斜运动。然而，筒形炉道的下边缘轻微的升高离开熔池部段的上边缘39足以允许其上有第一盖部分和缩回的电极的熔池部段的轻微的倾斜运动。
为了防止炉气从两个盖部分之间的缝隙38漏出，按照本发明设计，在第一和第二盖部分的相邻边缘45和46中的至少一个边缘上设置了密封盖缝38的装置。这种密封装置随后说明。
一个这种装置使密封气47吹进缝隙38。为此，沿着边缘46，即在前炉道壁34上设置一导管48，该导管带有面对盖缝38的狭缝型喷嘴口或一排孔。在例举的实施例中，导管由安装到前炉道壁34上的空心型材部分49形成。喷嘴口设置在空心型材部分的下侧，由参考数字50表示。
可以辅助使用另一种装置，即在第一盖部分的边缘45上设置一由冷却管形成的带状配置51，当盖闭合时，该带状配置以间隙配合填入槽52。在该情况中，槽52由空心型材部分49的底侧和设置在空心型材部分49上的斜角密封带件53一起形成。
筒形炉道9最好装有炉料挡料器54(指状物)。WO95/04910描述的挡料器尤其适合该目的。
然而，根据熔池部段上边缘39，40，41各自的形状和扇形收敛壁42的结构，这些挡料器需要特殊的结构和排列。
在从筒形炉道的矩形截面经过椭圆转变到熔池部段下部的圆形的第一实施例中，熔池部段上部的扇形收敛壁42还存在当指状物转动到释放位置时炉料导向的进一步的要求。外侧指状物旋转运动的角度受到限制。
为配合熔池部段上部6的扇形壁42的形状，除了可转动指状物54外，该装置还具有用作偏转器的固定指状物55。
可转动指状物54以一间距相互平行排列(图3)安装在旋转支架56上，支架56设置在后炉道壁35上的框架结构20中。可转动指状物54可从图5中实线所示的闭合位置向下转动到图5中点画线所示的释放位置，在闭合位置指状物的内侧伸进筒形炉道的内部空间并阻止炉料从此通过，在释放位置指状物的内侧向下并允许炉料通过筒形炉道。在闭合位置，可转动指状物也可相对于水平线向下倾斜约20°。
另一种形式的固定指状物55弹性安装在靠近侧炉道壁36和37的框架结构中，并穿过侧炉道壁36和37伸进筒形炉道内，这些指状物也相互以一间距排列。当可转动指状物54处于闭合位置时(图5中实线位置)，固定指状物的端部57靠近两个外侧可转动指状物54。以这种方式，在筒形炉道的下部形成一炉料挡料器，该挡料器遍布整个筒形炉道横截面，并允许热炉气进入筒形炉道中被阻挡的炉料柱中，以加热炉料柱。当可转动指状物54从图5中实线所示的闭合位置一起向下转动到点画线所示的打开位置时，向下落的炉料由可转动指状物54和固定指状物55两者导向中央，即进入圆形的熔池部段下部，从而使熔池部段上部的扇形壁42免于过大负载的损坏。
在图6说明的第二实施例中，经过多边形截面，在本例中为不规则四边形(trapezoid)，完成了从筒形炉道9的矩形截面到熔池部段下部5的圆形截面的转变。此外在熔池部段上部的上边缘39的上方转变已经开始到这样的程度，在挡料器54下面的筒形炉道下部，炉道壁35和36，35和37之间的角是向熔池部段中心汇集的形状。扇形收敛炉道壁用参考数字58和59表示。将矩形截面转变成炉道壁36，35和37的截面轮廓是平面转变，炉道壁轮廓为不规则四边形，通过直线部分40a和41a，平面反映了熔池部段上边缘39的轮廓。从熔池部段上部上边缘39的形状(它在筒形炉道下部是不规则四边形)到下部熔池部段部分的圆形截面的进一步的过渡由扇形收敛壁42a完成。
按照图6所示的转变形状，可以省略第一实施例的用作偏转器的固定指状物55。设置在扇形炉道壁58和59的上方的指状物54不能象中间的指状物一样向下偏转。在图6中指状物54的释放位置用实线示意，闭合位置用虚线示意。从所述例中可以看出，示出了最大开口位置并且分别靠近每个炉道壁36和37的三个指状物不能象中间指状物一样向下转动。先决条件是这些指状物的转动单独动作，而中间指状物可一起转动。
在第二实施例中，从矩形截面到圆形截面的转变在位于挡料器下方的筒形炉道下部已经开始，而与第一实施例相比，靠近电极开口的壁34没有变化。但是，如果炉盖是拱形结构，炉道壁34的下边缘也随用该拱形，筒形炉道下部的筒形炉道通道截面至少不会发生任何可注意到的减少。
在图7-9例举的实施例中，从矩形截面到圆形截面的转变在筒形炉道上部已经发生，(如图8所示，紧位于筒形炉道上开口下方)，而在本例中，与第二实施例中一样，从电极方向看的后炉道壁35转变成不规则四边形的边。从而筒形炉道横截面在向下的方向没有减小(为了允许无阻碍排空尺寸反而可变大)，第三实施例也可以，从电极孔方向看的前炉道壁34以这样一种形状向熔池部段中心收敛，特别是平行于后炉道壁35。后炉道壁的收敛部分用参考数字60和61表示，前炉道壁的收敛部分用参考数字62和63表示。
在本实施例中，转变在指状物54上方已经开始，指状物排列在一个平面中，在该平面中后炉道壁35和前炉道壁34的外形是不规则四边形的边。为了与所述横截面匹配，靠近后炉道壁35且其中设有可转动指状物54的旋转支架56的框架结构20的水平框架件也平行于后炉道壁35的不规则四边形的外形设置，与第二实施例相比，所有的指状物都能等远地打开，与第一实施例一样。图7和9所示的指状物54的释放位置用实线表示，闭合位置用虚线表示。
为了避免通道横截面的收缩，前炉道壁也是向下收敛的结构，使得从平面视图中看炉道壁34的下边缘的外形是不规则四边形的边，第一盖部分7的邻近边缘(弦18a)也是相同的形状。这样，当两个盖部分7和8在如图9所示的向内回转和缩进位置时，在两个盖部分之间的缝隙在整个长度上与前面的实施例一样窄。
图10表示了第三实施例的改进。在这种情况下，甚至可以继续使用已有的圆形或椭圆形熔池部段上部进行改进。在图10所示的实施例中，在指状物54下面的后炉道壁35收敛成圆形或椭圆形熔池部段的上部熔池部段6的上边缘的圆形横截面形状。在其它方面，图10的实施例与第三实施例一致。所希望的结构是拱形炉盖，它可防止筒形炉道的内横截面在下部减少；以及可转动的指状物54，当它向下转动时，可向熔池部段中心引导炉料，以保护熔池部段的上边缘免于受到向下落的炉料的损坏。