专利名称：直流电弧炉的制作方法
技术领域：
本发明是关于具有耐热炉壁和钢制炉外壳以及炉底电极和熔化电极的直流电弧炉，上述电极是由在炉体外侧的电源设备通过大电流馈电线加以供电的。
通过未注明日期的Fa.ABB Process Automation Ltd，CH-5401 Baden/Switgerland“Arc Furnaces”，的公司文件，特别是第9页上边左图公开了这类炉体。
金属熔化炉通常均是钢结构的，为了抵抗炉内的高温，在熔化区域均设置有耐火材料构成的炉衬。在熔化区(渣线)的上面炉外壳由水冷却的壁段(也称冷却板)组成，使得所要求的部分免受热作用的损害。
在前述列举的公司文件“Arc Furnaces”或DE-2745622 C2中公开了这类金属熔化炉，炉壁的渣线以上的区域由冷却板构成，该冷却板是由钢管构成的。在公司文件中的炉子中，上述管子相互之间隔开一段距离，而管子之间的距离是用金属条加以填充的，在DE-2745622C2中的炉子中，壁板是由紧靠着排列的侧面空开的冷却蛇形管构成。在这两个例子当中，它们均靠着一个作为板壁或骨架构成的支撑壁加以固定的。
在新的大功率直流电弧炉本身所示出的，电弧或多或少地向侧面偏转，这样的偏转是由于受到围绕大电流导体的磁场所引起的，并具有很强的损耗炉壁和炉盖的后果。在炉内的不对称的能量分布造成了附加的能量损失。
到目前为止，大体上采用两种对策来克服电弧的侧向偏转—在背离偏转的方向上偏心地设置电极(EP-0 158 937 B1)；—在一个较高的平面上围绕炉台设置大电流馈电线，仅在炉体的离电源的较远侧才向下引导向炉底电极的连线(EP-0518070A1)。
对于这两个措施而言，均可以证明有影响电弧偏转的作用。实际上实现的偏心的设置本身并不足以证明，能可靠地完全消除偏转，与此相反，有目的设置大电流馈电线能证明是有充分作用的措施，但它也有缺点，该措施的效果本身很难事先加以确定，因为在炉旁的一切东西和处在安放地点的磁性部件和它们的磁饱合度在计算时都必须加以考虑。
实践表明，专门设置大电流馈电线有可能导致对偏转校正过份的危险谋求对电弧偏转的补偿可能导致向相反方向偏转，这只能导致和偏转所联系的问题移到炉内部的另外的一个区域。
虽然人们在考虑到这样的危险而重新计算大电流馈电线系统，改变结构或者改建，然而却不能保证把偏转随后加以去除，对此而言，改建大电流馈电线系统既昂贵又费时。而且炉子在一定的时间内必须停止运行。如果以这样的方式对特定的炉容量和电极电流可以找到一个解决方案，但是该解决方案对于另一个炉容量和/或炉的功率并不是一定适用。
本发明的任务在于，提供一种直流电弧炉的技术方案，该方案可以实现偏转校正的平衡，在不关闭炉子或不改建炉子的情况下就可以实现，并且对所有的炉容量和功率均可适用。
根据本发明，该任务是通过下述措施加以解决的，即至少炉外壳的炉壁部分是由非磁性材料、特别是非磁性的钢或铜构成，该炉体壁的部分最好是设置在炉子与电源相对一侧。
本发明首先实现了炉子有优点的结构，该炉子在渣线以上的范围由钢制的大量水冷却的壁段所组成，该壁段由支承结构加以固定。
本发明以下述的知识为基础通过电极流动的直流电流在电极周围产生磁场。在无限长的电极和不存在磁性元件的理想情况下B＝μo·I/2πr式中，B＝以泰斯拉为单位的磁场，I是以安培为单位的通过电极的电流，r是以米计算的距电极纵轴的距离，μo是一个常数(4π·10-7)。在实际中，电极长度是有限的，这导致了磁场的减少。在电极的非磁场中的磁性元件，也就是炉壁导致了不能简单地计算磁场的分布。特别是在炉子下面放着置的大电流馈电线的影响在起作用。
通过由非磁性材料的那些代替一个或多个(通常的)磁性壁段，这样就产生在这些段的磁动力的集中，由这样通过电流流过电极而产生的磁场的环绕的分布可以通过一个附加的磁场(窗户磁场)加以表示，在电极范围内窗口磁场的磁力线切割电弧。这样产生一个作用到电弧上的力，该力指向背离非磁性壁段的方向。以这样的方式，在炉体下面或旁边延伸并从电源设备引向炉底电极的大电流馈电线的影响可以进一步地被校正。
因为已经建造的由非磁性材料构成的单一壁段可能形成偏转的过补偿，本发明的进一步构成在于，使窗口磁场的影响的补偿作用通过下述办法加以减弱，即使非磁性的壁段至多部分地可用在其外部使用由磁性材料做成的平衡板加以遮盖。该平衡板可直接地以微不足道的距离安置在非磁性壁段上，以此方式该平衡板可以与一块或者多块邻近的“正常的”壁板相重叠。该平衡板也可以和非磁性的壁段有一段距离的放置，例如在壁段的支承结构的外部，该平衡板也可以简单地分为可以装配的或可以建造的部分。一个特别有优点的改型可以是，平衡板由两部分构成它们相互间可以移动，这两个半板片或多或少地近似，或两个半个板部分地可以被移动越过相邻的“通常的”壁段，使用这样的方法可以使有效的平衡板的表面积简单地变化。一个另外的变化的可能性在于，改变平衡板和非磁性壁段之间的距离。如果平衡板向外部远离炉体移动，偏转的补偿作用如强。平衡板向内移动使补偿作用变弱，如果非磁性壁段完全地和没有距离地被一个平衡板所盖上，补偿力可以减少为零。
由于这类操作不需要停炉就可以进行，因此第一次地实现了由操作人员观察炉子的运行即电弧的偏转和抗磨损的措施转变为平衡电弧的偏转，直至达到所希望的电弧偏转补偿为止。在使用多块平衡板时，这样的操作甚至可以简单的方式用遥控加以实现。
在实践中，人们可以进一步发展，在开始时人们可以有意通过非磁性壁段产生过补偿，借以达到通过所说的平衡板能达到一个最佳的磁场分布。
本发明的进一步的优点在于，任何具有一个分段的并且装配有非磁性壁板和平衡装置的炉体上部结构的炉子均可以重新装配，因为具有新的装入的壁段的后者可以重新共同装置成一个单元。
发明的实施例及由此可以达到进一步的优点将借助于附图加以详细地描述。
在附图中，除了解释发明的草图外还详细地展示了发明的实施例。
图1给出了具有炉体、熔化电极、电源和由电源连向熔化电极和炉底电极的大电流馈电线的直流电弧炉设备。
图2给出了本发明的一个实施例，它是通过具有从外面部分地由平衡板盖住的一个非磁性壁段的直流电弧炉的炉壁的纵剖面图。
图3给出了沿图2的AA线的壁段的剖面图。
图4给出了本发明的第二个实施例，它是通过具有从外面由一平衡板部分遮盖(并且平衡板是由支撑螺栓加以固定的)的非磁性壁段的直流电弧炉的炉壁的纵剖面图。
图5给出了沿图4中BB线的壁段的剖面图。
图6给出了本发明的第三个实施例，它是通过具有配装分为两片平衡板之间可以相互移动的两平衡板片的一个非磁性壁段的直流电弧炉的炉壁的纵剖断面。
图7给出了沿图6中CC线的壁段的纵剖面。
在图1给出的极大简化了的直流电弧炉设备中，1是炉体，2是熔化电极，该熔化电极安放在电极支撑臂6上，7是在炉管体旁边放置的电源设备，大电流馈电线8-连接熔化电极2，另一个大电流馈电线8+连到炉低电极9。炉体本身包括炉底部U，炉上部O和炉盖D。在渣线S上面的炉上部O是由钢制的水冷壁段构成的，考虑到建筑结构、固定和冷却液的连通，这些壁段均与在前述公司文件第9页在上部的图或在DE-2745622 C2的图1和图2所描述和示出的壁段相应。
根据本发明，在炉壁部分中，炉上部的炉壁，通常是设置在电源设备7对面的炉壁部分是由非磁性的钢或铜制的一个或者多个壁段组成。
该壁段包括在水平方向延伸的由非磁性的钢构成的管道10，这些管道例如不是一个靠着一个地而是(在垂直方向上)相互离开一段距离，并且使用由与管道10同样的材料制成的金属条互相之间加以连接，例如焊接，管道10之间留下的间隙12在装入壁段3之前或还有之后被填充以耐火材料3。这也同样适合于相邻壁段之间的空隙。该壁段3由一个骨架形状的支承结构所保持，从其中，例如管13、14、15和16作为冷却液体的供入和排出。支承结构的一部分是一个用以把壁段靠在(图中未示出的)炉下部的支承角钢17，以及一个支承板18作为(同样设有示出的)炉盖的放置平面。到目前为止，壁段的结构，除了管10的材料和金属条11，均和现有技术相应。
如上面详细说明的，通过装入由非磁性材料、特别是非磁性的钢或铜制成的壁段，可以对电弧的偏转施加实质性的影响，根据段的建造情况，在此不仅一个壁段以描述的方式加以构成，而且可以使用所说的材料建造两个或者更多的相邻的壁段。最好是这样来进行，即从开始就预计对电弧偏移进行过补偿，然后可以根据操作经验加以细微的调节。
根据本发明通过从外面装上一个或多个平衡板19或20a和20b靠到一个或者多个非磁性的壁段3上来实施细调整。
在第一实施例中，如它在图2和图3中所示出的那样，为了减少由非磁性材料构成的壁段3的作用，将一个平衡板19以可拆卸的方式直接固定在非磁性壁段的外侧，为此目的在管10及金属条11的上面安装一个由非磁性材料构成的中间板20，该中间板20又设有向外成直角延伸的夹板21。该夹板具有一个孔，通过该孔插入一个销22。平衡板19具有一个裂口23，以使平衡板19可以在夹板21上移动并借助于销22加以固定。平衡板的壁厚d应如此选取，使得它的厚度应至少是管10壁厚的W的两倍。
在图2和3中仅仅为壁段3设置了一个平衡板19，该板例如大约盖住了一半壁段面积。不言而喻，可以把另一块平衡板放置在管子13和支承角铁17之间的空间内和并以同样的方式固定在那里。同样，平衡板19可以在切线方向上再细分并且这些细分的部分可以分别加以固定，以便可以根据操作经验实现对电弧的最佳影响。
代替实际上安放在壁段的外壁上的一个或者多个平衡板，可以使用一单独的实际上可以盖住壁段的整个外表面的平衡板19。在图4和5中作为实例示意地给出了这种可能性。
在那里借助于有螺纹的螺栓24把平衡板19固定在非磁性的壁段3上，平衡板的壁厚d再次如此地选取，使得它至少是管10壁厚的两倍。支撑螺栓24固定在螺栓板25上，而螺栓板本身是焊接在壁段3的外壁上。
根据平衡板19离壁段3(管10)的距离来确定平衡作用，因而该距离应是可以调整的，在拧松固定螺母26以后在螺纹支撑螺栓24上移动平衡板19可以实现该距离的变化和然后加以固定。也可以不使用支撑螺栓和螺母而使用固定在平衡板19上的套筒式内抓的螺栓和管来实现距离的变化(没有在图4和5中示出)。在该实施例中也可以实现对平衡板19的进一步细分和对细分的板相互分开的加以固定及移动。
在本发明的第三个实施例当中，如图6和7所示，平衡板可以细分为两个大致同样大小的、由(通常的)磁性材料做成的部分20a和20b、和其它实施例中一样，半片平衡板20a、20b的壁厚d是如此地加以选取，使它至少为管10的壁厚w的两倍，平衡板的下端部安放在设有一个槽28的托架27上，其上端部被夹持器29所固定，该夹持器固定在支撑结构的管14上，该夹持器同样设置有一个槽或缝隙30。以这样的方式两个半片平衡板20a和20b在切线方向可以相互移动和相对壁段3移动。在推到一块的状态(如图7中的点划线所示)两个半片平衡板20a和20b完全盖住了非磁性的壁板3。通过在切线方向上移动一片或者两片半片平衡板可以实现平衡。这样就是在“通常的”壁段上面移动外板端部或者两个外板端部。当它们本身仅靠着非磁性的壁段3时，从磁学的观点来看它们并没有施加影响。该变化方案特别适合于遥控平衡，例如在控制间内通过电动、气动或液压来移动平衡板片。
同样，在根据图6和图7的实施方式中可以采取某些变化，而不离开发明所覆盖的范围。例如，也可以设置未细分的平衡板，该平衡板能通过手动或者遥控或多或少地从非磁性的壁段区域离开。根据支撑结构即定的结构情况可能要求该平衡板或该两个平衡板片再细分。原则上这里和其它改型所谋求的一样，平衡板离开非磁性壁段的距离和它们的面积以及它们在切线方向移开的路径应如此地考虑，以可以对电弧的偏转的最佳平衡为准。
除了描述的对平衡板或者多块平衡板部分的固定和移开的可能性以外，还有其它的可能性可以考虑和实现。在图6和图7的改型当中可以如此地实现平衡板，不是使两个半片平衡板20a和20b彼此加以离开，而是使它们向非磁性的壁段3的范围靠拢。
本发明并不局限于由蛇形管构成的壁段，对于不使用冷却管而使用箱形壁板的炉体也可以实现。对于这样的结构，箱壁由非磁性的材料加以实现。
为便于理解本发明借助于一个炉体加以描述，该炉体在渣线S以上由唯一的壁段构成。对于这类的炉体，本发明特别优选地加以使用，因为它可以在现存的炉子设备中补充实现。本发明也同样对于由钢构成并且内部设置有耐火材料衬层的一个炉体的炉体结构上设置。不言而喻，平衡装置不是直接靠着管壁就靠着附助结构加以固定。此外，这样的一个结构相应着所描述和示出的分段炉体的结构。
标号表1炉体2熔化电极3非磁性壁段6电极支撑臂7电源设备8+，8- 大电流馈电线9炉底电极10 由非磁性钢和铜制成的管11 金属条12 在10之间的中间间隙13，14，15，16 冷却液体的供入、排出管17 支撑角钢18 支撑板19 由磁性钢制成的分开的平衡板20 中间板21 夹板22 销23 在19中的裂口24 支撑螺栓25 螺栓板26 固定螺母27 托架28 在27内的槽29 夹持器30 在29内的缝隙O炉上部S渣线U炉下部d19或20a和20b的厚度w10的壁厚
权利要求
1.直流电弧炉具有耐热的炉壁、钢制的炉外壳、一个炉底电极(9)和一个由位于炉子(1)外侧的电源设备(7)通过大电流馈电线(8+，8-)加以供电的熔化电极(2)，其特征是，至少炉外壳的一个壁段(3)是由非磁性材料、最好是由非磁性的钢或铜构成的，该壁段最好是设置在炉子(5)的与电源设备(7)相对的一侧。
2.权利要求1所述的由直流电弧炉，其特征是，在炉中，在渣线以上范围的耐热炉壁是由钢制的大量水冷却壁段构成，该水冷却壁段被固定在支撑结构上，至少有一个壁段是由非磁性材料、最好由非磁性的钢或铜构成，该壁段最好设置在炉子(5)的与电源设备(7)相对的一侧。
3.权利要求1或2所述的直流电弧炉，其特征是，为非磁性壁段部分即壁段(3)设置有平衡设备(19、20a、20b)，用于补偿非磁性壁段部分即壁段(3)对电弧的磁作用。
4.权利要求3所述的直流电弧炉，其特征是，所述的平衡设备包括一块或多块由磁性钢构成的平衡板(19、20a、20b)，该一块或多块平衡板靠在非磁性壁段部分即壁段(3)的外面。
5.权利要求4所述的直流电弧炉，其特征是，一块或者多块平衡板可拆卸地被固定在非磁性的壁段部分即壁段(3)上。
6.权利要求5所述的直流电弧炉，其特征是，一块或者多块平衡板使用销钉(22)加以固定。
7.权利要求4所述的直流电弧炉，其特征是，平衡设备(19、20a、20b)离开非磁性壁段部分即壁段(3)一段距离加以配置。
8.权利要求7所述的直流电弧炉，其特征是，平衡设备包括一块一部分或多部分的平衡板(19)，该平衡板借助于支撑螺栓(24)可拆卸地固定在非磁性的壁段部分即壁段(3)上，并且平衡板与非磁性壁段部分或壁段(3)的距离是可以调整的。
9.权利要求7所述的直流电弧炉，其特征是，平衡设备(20a、20b)在炉子切线方向上作为整体靠着非磁性壁段部分或壁段(3)外侧是可以移动的，并且离此有一段距离。
10.权利要求9所述的直流电弧炉，其特征是，平衡设备是由两块平衡板半片(20a、20b)组成，这两块平衡板半片可以移动地被夹持在保持设备(27、29)上，它们可以彼此相向移动和/或相对于非磁性壁段(3)移动。
11.权利要求1至10中任一项所述的直流电弧炉，其特征是，平衡板或多个平衡板(19、20a、20b)的厚度(d)至少是壁段(3)的壁厚(w)的两倍。
全文摘要
直流电弧炉的炉管具有一个耐热的壁,该壁在渣线(S)的上部区域最好是由钢制成的大量水冷却壁段(1)组成,这些壁段是由支撑结构(13—18)加以固定的,至少有一个壁段是由非磁性的钢或铜组成,并且最好是设置在电源设备(7)对面的炉管侧。以这样的方式使在炉管下部或上部伸延的大电流导体施加影响,因而对所造成的电弧的偏转进行补偿。非磁性壁段的作用可以通过在靠着非磁性壁段(3)的外部的可御下地固定的平衡板(19)加以部分或全部地取消,以这样的方式平衡电弧的偏转并达到最佳的平衡状态。
文档编号F27B3/08GK1180159SQ9511312
公开日1998年4月29日 申请日期1995年12月22日 优先权日1995年12月22日
发明者S·－E·施滕维斯特 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司