用于测量和控制送入炉子的装载材料的装置的制作方法

[0001]
本发明涉及用于测量和控制将装载材料和废料进给到炉中的设备和相关方法，特别是用于测量和控制连续进给。


背景技术：

[0002]
使用连续系统将废金属装载到炉中，特别是装载到用于钢铁生产的电弧炉(eaf)中，例如诸如的系统和/或将先前还原的材料添加到熔池，涉及到在装载材料进入炉时保持对其流动的直接控制的需要。
[0003]
事实上，如果不能连续和正确地控制固态装载材料的连续添加，这会引起降低生产周期的总效率的问题。在这些问题中，最重要的是在炉中的废料卸载区中形成增稠的固体材料，因为其长时间保持这种稠度，从而延长了炉中的熔炼时间，并且因此延长了整个生产周期。
[0004]
这种控制同样重要，以便保证对电极的电力供应尽可能均匀，同时避免固体材料和电极之间的直接接触，该接触可能导致电极的破裂。
[0005]
在正常实践中，所述控制由操作者、线路控制器执行，操作者根据其个人经验和其对装载在炉中的装载材料或废料的量的印象来手动调节废料装载系统速度。当然，这个操作员必须非常熟悉该过程和安装，并且在任何情况下，他的决定仍然可能总是受到不确定的和不是非常可靠的数据读取的影响。
[0006]
解决这些问题的一个方案是提供包括连续炉壳重量控制装置。
[0007]
为了实现这个目的，开发了两种类型的测量：基于液态金属液位的间接炉壳重量控制方法，以及基于测量系统重量的传感器的更直接的控制方法。
[0008]
间接控制方法基于几何方法，该方法从液位的读取开始，将该数据转换为体积数据(以及因此的重量)，该转换明显地取决于炉壳内的耐火材料储罐的推测的轮廓。
[0009]
然而，炉壳轮廓与液态金属在耐火材料中引起的侵蚀现象严格相关，该现象通常是剧烈的和不可预测的。不可避免地随着时间的推移，这导致用于比较水平读数和体积计算的配衡曲线缺乏精确性。考虑到所述精度的缺乏和铁的高比重，测量的数据将显示相当大的误差，因此该技术不能用于精度控制。
[0010]
在直接控制方法的情况下，即基于炉壳结构的直接称重的方法，重量读取系统必须位于特定的区域，例如支撑立柱和梁，然而，其不仅支撑炉壳的重量，而且支撑炉的所有支撑结构、系统和子系统。因此，所包括的装载材料或废金属的量仅构成所测量重量的有限百分比部分，且这涉及缺乏精确度的所有各个方面。这种精度的缺乏变得如此严重，以致于所执行的任何测量仅在考虑质量时才被认为是可靠的。
[0011]
在轮式安装的倾斜熔炉(并且称重系统在轮上)的情况下，必须能够抵抗强机械应力的是熔炉壳体倾斜系统的重量，以提高总读取重量，从而牺牲测量精度。


技术实现要素：

[0012]
因此，本发明的总体目的是以简单、经济且特别实用的方式解决上述问题。
[0013]
本发明的目的是一种用于测量和控制供给到电弧炉中的装载材料或废金属的设备，该设备具有根据供给到熔池的能量来控制装载材料或废金属供给的自动装置，以及与自动控制装置相关的用于测量添加的装载材料的量的装置，该装置包括用于称量炉壳、其内容物以及它可以支撑的任何其它部件的装置。
[0014]
本发明的另一个目的是提供一种用于测量和控制装载材料或废金属到电弧炉中的供给的方法，该方法包括以下步骤：
[0015]
通过称量炉壳、其内容物和它可以支撑的任何其它部件的重量的装置来称量添加到熔池的装载材料或废金属；
[0016]
由称重装置提供的、添加到熔池中的装载材料或废金属的量的测量读数的数据采集，所述读数例如在一段时间内是微分的(differential)；
[0017]
根据合适的算法优化负载流，所述算法通过根据供应给熔池的能量调节装载材料或废金属的进给速度而获得；
[0018]
优选地，将装载材料或废金属供给到电弧炉中应该是连续的。
[0019]
特别地，测量炉壳和它可以支撑的任何其它部件的重量的装置为炉壳提供由支撑辊构成的支撑结构。
[0020]
这种辊的功能是恢复由热循环引起的任何形状偏差。
[0021]
此外，称重装置以双冗余方式操作，至少在包括测量辊的支撑辊中的两个上操作。因此，优选地，安装在根据本发明的设备上的至少两个支撑辊用作测量辊。
[0022]
测量辊配备有用于直接或间接读取重量的传感器。
[0023]
第三支承辊还可以用作测量辊，其配备有用于直接或间接读取重量的传感器。
[0024]
根据本发明的用于测量壳体重量的另一装置被构造成定位在电弧炉(eaf)和倾斜平台之间，并且包括具有适于抵靠eaf的下表面滑动的上表面的上板、具有构造成接合到倾斜平台的下表面的下板、联接到下板并且具有周边环形壁的环形结构、联接到环形壁的内侧并且延伸跨过环形结构的环形板、以及联接到环形板并且沿着环形结构的纵向轴线延伸以向上接触上板的下表面并且向下接近而不接触下板的上表面的接触构件，并且还包括联接到环形板的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器测量当在上板的上表面上施加载荷时环形板的变形。
[0025]
传感器可以是测量施加到环形板的应变的应变计。
[0026]
根据本发明的用于控制装载材料或废金属的供给的自动装置还包括用于供给装载材料或废金属的装置的连接和控制系统。基本上，用于管理和控制的自动装置或系统获取由称重装置提供的精确测量的读数，在一段时间上是微分，其通过称重炉壳、其内容物和其可以支持的所有部件，以连续的方式测量添加到熔池的装载材料或废金属的量。
[0027]
根据用于优化负载流的算法，自动管理和控制系统因此对废金属供给速度进行操作，以防止所形成的任何固体结块以任何能量水平(电和/或化学)被送到熔池中。
[0028]
根据本发明的设备和方法的主要优点是，通过控制所供应的能量和所装载的材料(废料)的重量之间的比率，可以控制液态金属的温度，将其保持在接近循环的理想值，并且能够以熔池所产生的最大能量恒定地操作，因此有助于提高生产效率。
[0029]
此外，这有助于防止由于运行条件计算中的精度不足而引起的任何人为误差。
[0030]
另一个优点是减少了来自生产线上的总操作员的技术信息请求，总操作员将具有能够实时分析条件的系统的支持，从而帮助他自动地和实时地做出适当的决定。
[0031]
就称重装置而言，根据本发明采用的解决方案是特别有利的，因为它基于从经过良好测试的设计和构造方案中得到的一般熔炉构造的选择，但是添加了绝对创新的数据获取方法。
[0032]
所提出的炉的构造方案基于各种功能的分离：容纳熔炼材料的功能要求结构紧凑，尽可能轻，仅由炉壳和它可以支撑的任何其它部件组成。炉壳的支撑和倾斜(在出钢过程中，为了维护或重制而完全排空炉壳)需要从下方设置支撑结构。这种结构已经被证明最适于称重系统的实施，因为它提供了处理过的材料(待供给到炉中的装载材料或废金属)与施加在称重系统上的总重量之间的最佳比例。
[0033]
实际上，在根据本发明的解决方案中，炉壳通过辊或其它不同的称重装置在支撑结构上称重，其附加功能是恢复由热循环引起的任何形状偏差。这种辊或其它不同的称重装置尽可能少地支撑熔炼中涉及的结构，因此它们是提供旨在监测待添加的废金属的重量的有效仪器的最佳解决方案。
[0034]
然而，给定炉壳和支撑结构之间的联接的几何形状，其它实施方式也是可能的，例如计算炉壳体和支撑结构之间的距离的精确测量系统或适于控制废金属或装载材料供给的任何炉壳称重系统。
[0035]
根据本发明的设备和方法也适用于所有涉及在操作周期期间以或多或少连续的方式添加液体或固体金属的操作方法。
[0036]
尽管用于测量和控制供给到用于钢铁生产的熔炉中的装载材料和废金属的特定设备和方法与熔炉壳体的特定构造方案紧密相关，但是其也可以应用于其它方法。本发明的另一个目的是提供一种用于钢精炼的方法，包括：
[0037]
连续预热装载材料；
[0038]
将含铁材料、直接还原铁或两者的混合物供给到电弧炉中，以便执行熔炼和精炼操作；-在用于钢生产的熔池中供给元素以形成炉渣；
[0039]
将渗碳元素引入到用于钢生产的炉中；
[0040]
使用电极电加热所述负载以熔化所述负载并在所述炉中形成熔融金属熔池，在所述熔融金属熔池上具有熔融炉渣层；
[0041]
在钢生产过程中保持所述炉渣处于泡沫状态；-将作为造渣剂的金属元素和渗碳元素进料到所述炉中；
[0042]
在总的装料、熔炼和精炼时间内，在所述炉中保持满电力容量；
[0043]
从所述炉间歇地出炉，将液态金属跟部(heel)保持在所述炉壳内，所述液态金属跟部的重量大致在出炉之前的重量的10％至50％之间变化；
[0044]
这种方法的特征在于，在电弧炉中的装载材料或废金属供给步骤，即含铁材料、直接还原铁或两者的混合物，包括以下子步骤：
[0045]
通过称量炉壳、其内容物和其可以支撑的任何部件的重量，由称量装置提供的加入熔池的装载材料或废金属的重量。
[0046]
数据采集，例如时间差，测量读数是加入熔池的装载材料或废金属的量，并由称重
装置提供。
[0047]
根据供给熔池的能量，通过调节装载材料或废金属的供给速度，根据适当的算法优化装载流。
[0048]
本发明的另一个目的是提供一种用于精炼钢的设备，包括：
[0049]
一种用于炼钢的电弧炉，用于在炉内熔炼和精炼金属负载；
[0050]
电极，其在炉内延伸直至中间炉渣水平面和熔池中所含的熔炼材料的水平面；
[0051]
一个与所述炉子相连的供料装置，用于将装载材料引入所述炉子而不拆除电极；
[0052]
二次燃烧(post-combustion)装置，其与所述进料装置配合，以预热所述进料装置内的装载材料；
[0053]
用于测量和控制装载材料或废金属供给的装置，其由用于装载材料或废金属的自动控制装置和用于测量添加的装载材料的装置组成，与自动控制装置相关联；
[0054]
位于装载材料或废金属到供给装置的入口段中的气密密封的机械装置；
[0055]
气体注入装置，其在熔池中正常熔融金属液面的上方和/或下方与所述熔炉连通；以及
[0056]
用于倾斜所述熔炉以进行出渣和出渣操作的装置，出渣装置以这样的方式定位，即，使得所述熔炉的所述斜面将保持熔融液体材料的跟部在所述池的内部，所述跟部具有在出渣之前的重量的大约10％至50％之间变化的重量。
附图说明
[0057]
参考附图，从以下描述中，本发明的结构和功能特征及其相对于现有技术的优点将变得更清楚和更明显，其中：
[0058]
图1和2是根据现有技术的技术方案的侧视图；
[0059]
图3和4是根据本发明的系统的侧视图；
[0060]
图5是根据本发明的方法的框图；
[0061]
图6a-6c是根据本发明的系统的横截面、正视图和俯视图；
[0062]
图7a-7b示出了图6a-6c的系统在静止和变形状态下的侧视图；
[0063]
图8a-8c是根据本发明的系统的横截面、正视图和俯视图；
[0064]
图9示出了图8a-8c的系统在变形状态下的侧视图；以及
[0065]
图10示出了图6a-6c和8a-8c的系统处于静止和负载状态。
具体实施方式
[0066]
在本说明书和权利要求书中使用的术语“装载材料”或“废金属”是指用于连续熔炼的装载材料，包括铁屑、铸铁、以铁皮或碎片和/或两者的混合物形式的直接还原铁。特别地，除非另有说明，术语“装载材料”包括废金属。在本说明书和权利要求书中，除非另有说明，术语“装载材料”意味着包括废金属。
[0067]
图1示出了由倾斜平台5(用于排渣、出钢或排空操作)支撑的电弧炉(eaf)，该倾斜平台具有位于支撑底座6上的轮子3。
[0068]
eaf的壳体1利用合适的支撑件2设置在倾斜平台5上。
[0069]
eaf的侧开口4'用于进给废金属，如果需要，通过传送器4，利用连续进给程序，例
如在系统中的连续进给程序。传统的结构有时装有通过位于eaf炉支承轮3的轴中的传感器读取重量的仪器。
[0070]
相反，图3和4示出了本发明的实施方式。倾斜平台5安装在支撑底座6上，炉壳1设置在平台5上的合适的支撑2上，为了允许由于暴露于潜在的高温而导致的结构稳定，炉壳支撑系统包括至少两个辊7，重量读取器或传感器安装在辊7内。
[0071]
仅作为示例而非限制，这些传感器可以以双重冗余安装在辊7的轴中，并且是剪切应力传感器。如图3所示，称重部分仅由炉壳1构成，其重量远小于图1所示的重量(炉壳1加上倾斜平台5)。因此，在较小的应变下，辊7中的传感器可以被设计成具有大得多的精度能力。
[0072]
数据采集读取(见图5)与适当的计算算法一起使得能够借助于传送器4通过开口4'实时地对进给到炉壳1中的废金属进行逐步监测，然后数据采集系统(图5)也根据炉入口处的能量处理该信息，使得它可用于生产线操作者，以及如图5中所述的连续废金属进给控制系统4(例如，如在系统中)。
[0073]
或者，在不具有轮子的倾斜熔炉(如在根据现有技术的当前版本中的图2所示的类型中)的情况下，其具有几乎不容易测量的重量，根据本发明的解决方案的应用使得能够实时测量(图4)装载材料，并且对具有可能的连续供给设备的eaf系统的构造的简化具有相当大的影响(例如，如在系统中)。
[0074]
图6-10示出了根据本发明的测量装置的另一个实施方式。
[0075]
如在前述实施方式中，测量装置10作为测压元件操作，并定位在eaf的壳体11和倾斜平台12之间，在其基本元件中，测量装置10包括面向壳体11的上板13；下板14，其面向倾斜平台12；环形结构15，其设置在其间并具有外围环形壁16、对着环形壁16的环形板17、以及延伸穿过环形板17的接触构件18；以及一个或多个传感器19，其测量当载荷通过上板13施加在接触构件18上时环形板17的变形。
[0076]
上板13面对壳体11，并具有适于抵靠壳体11滑动的上表面20。在一个实施方式中，上表面20由耐磨材料制成，例如耐磨钢。或者，耐磨材料可施加在炉壳的底部上，在面对并接触上表面20的区域中。作为另一选择，耐磨材料可施加在炉壳底部和上表面20之间的界面的两侧上。
[0077]
而下板14适于固定地接合到倾斜平台12，在静止位置，下板12基本上平行于上板11，并且在一个实施方式中，可以使用螺栓接合到下板12。
[0078]
环形结构15设置在下板14上，并且可以固定地或不固定地连接到下板14。环形结构15可以具有多种周边形状，例如，可以具有圆形周边，从而提供具有圆柱形形状的环形结构15。
[0079]
环形壁16具有垂直于上板13和下板14的纵向轴线，并且在其内侧支撑环形板17，该环形板以膜片的形式跨过环形结构15，优选地在平行于上板12和下板14的方向上。环形板17的厚度低于环形壁16的高度，并且不一定对着环形壁16的上端和下端之间的中间位置，在所示实施方式中，例如，环形板17对着环形壁16的上端更近，在环形壁16的高度的约2/3处。
[0080]
接触构件18沿环形结构15的纵向轴线延伸，并具有接触上板13的下表面的上端21，以及在静止位置定位在离下面的下板14一定距离处的下端22，该距离使得接触构件18
能够在环形板17变形时向下移动，如将在下文中解释的。在所示的实施方式中，接触构件18与环形板17成一体，使得环形板17限定将环形壁16连接到接触构件18的圆形冠部。
[0081]
接触构件18的上端21优选地是凸起的，以便最小化接触构件18和上板13之间的接触表面，并且使得上板13能够相对于接触构件18倾斜运动，如稍后将解释的。接触构件18的下端22改为具有平坦形状，并且在过载的情况下用作行程限制，限制测力传感器的变形并因此防止测力传感器破裂。
[0082]
在所示的实施方式中，有四个传感器19，它们围绕接触构件18在环形板17上等距地间隔开。本领域技术人员将理解，可以使用不同数量的传感器19，并且传感器19可以根据需要以不同的距离间隔开。
[0083]
当施加到接触构件18的上端21的负载在接触构件18上引起向下的压力时，传感器19测量环形板17的变形，在一个实施方式中，传感器19是测量施加到环形板17的应变的应变计。
[0084]
传感器19连接到数据采集系统，该数据采集系统采集由传感器19提供的一个或多个测量的读数。
[0085]
多个杆23将上板13连接到下板14，并设置在上板13和下板14的相对侧上，图6a、6b和6c示出了本发明的一个实施方式，其中，两个杆23和24分别设置在上板13和下板14的相对侧上，并沿相反方向对角延伸，从而杆23在测量装置10的一侧上将上板13的上“右”端与下板14的下“左”端连接，而杆24在测量装置10的相对侧上将上板13的上“左”端与下板14的下“右”端连接。
[0086]
杆23和24的目的不仅在于提供上板13和下板14之间的连接，而且在于基本上消除测量装置10上平行于上板和下板13、14延伸的水平剪切应力，此外，杆23和24可以适应壳体11和倾斜平台12之间的小的不对准。
[0087]
图7a和7b进一步示出了杆23和24如何能够在上板13和下板14之间进行小的相对转动。
[0088]
图8a-8c示出了本发明的一个实施方式，其中有三个杆将上板13连接到下板14，它们以阶梯模式设置在测量装置10的相对侧上，首先考虑测量装置10的“左”侧，第一杆25向下延伸上板13的一端，延伸上板13和下板14之间距离的大约一半；第二杆26从下板14的相对端向上延伸，也延伸上板13和下板14之间的距离的大约一半；第三杆27在平行于上板和下板13、14的方向上将第一杆25的下端连接到第二杆26的上端，三个杆28、29、30也以镜像模式连接上板和下板13、14的相对侧，从而如果下板14是方形的，则第二杆26和29在下板14的对角相对的角处从下板14向上延伸。
[0089]
图9示出了最后描述的实施方式中的测量装置10在壳体11相对于倾斜平台12变得未对准时的变形。
[0090]
图10a-10b示出了测量装置10的操作模式。如可以看到的，施加到接触构件18上的向下压力使得接触构件18向下朝向下板14平移，并且还使得由环板17在环形壁16和接触构件18之间限定的圆形冠部以基本上圆锥形的方式变形以适应这种向下平移。
[0091]
与第一实施方式类似，包括测量装置10的系统还可包括连接到eaf的传送器，其将装载材料引入eaf内部，以及与传送器协作的二次燃烧站，其预热传送器内的装载材料。自动控制装置可使装载材料连续地进给到eaf中。
[0092]
此外，倾斜平台10可适于使eaf倾斜以进行出渣和出渣操作，并且定位成使得eaf的倾斜将重量在出渣之前的重量的10％与50％之间的熔化的液体材料的踵部保持在eaf内。
[0093]
应当注意，使用上述设备，可能在时间上有差别地获得添加到熔池中的装载材料或废金属的量的测量读数的数据，使得能够使用适当的算法计算装载流量优化。基于这些数据，根据本发明的设备和系统能够调节装载材料或废金属的供给速度。
[0094]
如图6-10所示构造的测量装置提供了几个优点，甚至优于图3和4所示的测量装置，这些优点中的一些可以总结如下：
[0095]
精度更高：虽然图3-4中所示的测量装置提供了2％量级的精度水平，但图6-10中所示的测量装置通过提供由环形板17限定的圆形冠部的弯曲变形的更精确读数而提供了0.3-0.5％的精度水平；
[0096]
更容易维护：图3-4中所示的测量装置可具有几百千克的重量，包括辊和轴，这使得操作者难以操纵。图6-10中所示的测量装置具有较小的体积，重量在10-20kg的范围内，其可以由单个操作者操作。这提供了更容易的更换，不仅当eaf被完全提升以进行维护时，而且甚至在没有通过局部地作用液压提升器或千斤顶以使上板和下板的面对表面伸展有限距离来提升eaf的情况下，以便释放和更换测量装置；
[0097]
成本较低：图3-4中所示的测量装置不仅更重，而且比图6-10中所示的测量装置需要更多数量的机加工部件，其具有更少的机械部件和更低的重量，从而降低了生产成本。
[0098]
尽管已经结合上述实施方式描述了本发明，但是不是要将本发明的范围限制到所阐述的特定形式，相反，是要覆盖可以包括在本发明的范围内的这样的替代、修改和等同物。此外，本发明的范围完全包括对于本领域技术人员来说显而易见的其它实施方式，并且本发明的范围仅由所附权利要求限定。