电弧炉及其运转方法
【专利摘要】本发明涉及一种电弧炉及其运转方法。该电弧炉包括下部容器和可安装在下部容器上的盖120。该下部容器具有用于排出熔液的出料装置。由电极保持装置固定的至少一个电极穿过盖伸入到电弧炉的内部。设有供电装置150用于为电极130提供直流电压或交流电压。为了使电弧炉持续运转，电极保持装置具有在电弧炉运转时用于根据电极的磨损来补充电极的电极补充装置和用于套接电极的电极套接装置。根据本发明，电极补充装置和电极套接装置144在电极接通电源电压时进行工作。
【专利说明】电弧炉及其运转方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电弧炉（Electric Arc furnace)及其运转方法。该电弧炉主要 由具有用于排出熔液的出料装置的下部容器和可安装在下部容器上的盖构成。至少一个电 极穿过盖伸入到电弧炉的内部。电极由电极保持装置固定。设有供电装置用于在进行多次 熔炼的持续运转时为电极提供电源电压。
【背景技术】
[0002] 通常关于电弧炉具有非常广泛的现有技术，例如文献US 4, 423, 514 ;US 4, 238, 632；EP 0 269 465 B1 ；EP 1 181 492 B1 ；EP 8 430 020 B1 ；US 4, 805, 186 ；EP 617739 B1 ；EP 1 029 089 B1 ；EP 0 889 138 B1 ；DE 41 23 039 A1 ；DE 35 43 773 A1 ； DE 103 92 661 T5 和书籍"在电弧炉中炼钢（Stahlerzeugung im Lichtbogenofen)"作者 Manfred Jellinghaus，版本：钢铁材料（Stahl Eisen)N23232/ll/94,第三版，第 99 至 102 页。
[0003] 德国公开文献DE 1 937 839和美国文献US 2002/0071473A1公开了一种用于通 过连续熔化废铁而连续生产铁的电弧炉，其中在出料过程中炉子坚直并且固定放置因此不 需要将其倾斜。
[0004] 欧洲文献EP 1 779 705 B1公开了一种可以作为直流电弧炉或交流电弧炉运转的 电弧炉。该文献所公开的电弧炉包括用于在熔化过程中补充电极的调节装置，以通过合适 的调整避免例如由于通过磨损或熔损而使电极变短所导致的电弧熄灭。
[0005] 欧洲文献EP 0 190 313 B1公开了一种用于经过六天至七天的类持续运转的炼钢 的电弧炉。该文献公开的电弧炉包括用于通过熔化熔化物而制造熔液的下部容器。为了排 出熔液，下部容器包括出料装置。此外，该电弧炉还包括用于放置在下部容器上的盖和至少 一个电极，该电极由电极保持装置固定并且通过盖上的第一个开口伸入到电弧炉的内部。 该电极以电源电压供电，该电源电压由供电装置提供。EP 0 190 313 B1对多次连续运转提 供了这样的教导，特别是在将铁梁或填充料装入炉中的过程中、通过加入合金物质改良熔 液的过程中以及在持续运转时偶尔进行出料的过程中以及当然还在实际的熔化过程中，持 续接通电极的电源电压并且保持。作为铁梁优选预热加入炉中的废铁或直接还原铁DRI。 通常在电弧炉持续运转过程中进行出料。在每次出料时在下部容器中保留熔池最大液位高 度的40%至50%的底部液位高度作为剩余底部液位高度。针对出料将熔液温度提高到所 希望的出料温度。电弧炉的盖是水冷却的。仅出于维护的目的才中断电弧炉的类持续运转。 然后使炉停止运转并且更换或修理所有需要修理的组件。
【发明内容】
[0006] 在现有技术的基础上，本发明的目的在于按照如下所述进一步改进已知的电弧炉 和已知的电弧炉运转方法，简化电弧炉的类持续运转。
[0007] 该目的通过根据权利要求1所述的主题得以实现。其特征在于，电极保持装置具 有用于在接通电源电压时根据电极的磨损来补充电极的电极补充装置和用于在接通电源 电压时套接电极的电极套接装置。
[0008] 术语"类持续运转（quasi Dauerbetrieb) "的意思是为至少一个电极在时间上连 续地、即持续地接通电源电压，以用于大量依次相继的熔炼，仅针对电弧炉上的维护工作才 中断电源电压。
[0009] 术语"熔液（Schmelze)"在本说明书中用作双重含义。术语"熔液"一方面表示熔 化的铁梁。该术语另一方面表示在电弧炉的持续运转过程中周期性反复的出料循环。在后 一种意思中术语"熔液"表示在两个依次进行的出料之间的持续时间。
[0010] 术语"套接电极"意思是通过将新的电极段旋在当前固定在电极保持装置中从电 弧炉内部伸出的电极的端部上来延长电极保持装置中现有的电极。
[0011] 通过对接通电源电压的电极进行所需要的套接有利地实现了电弧炉的持续运转， 而不需要关闭电弧炉来更换烧损的电极。而且，为了确保持续运转原则上可能不需要设置 当必须更换烧损的另一电极时才通过电弧炉盖上的额外的孔送入电弧炉中并且接通电压 的替换电极。
[0012] 根据本发明的电弧炉用于通过熔化铁梁、特别是DRI、HBI和/或液体和/或固体 的生铁和/或废铁来制造钢水。
[0013] 根据第一个实施例，在电弧炉运转过程中以及特别是在进行出料的过程中下部容 器坚直固定地构造是有利的。这样的优点一方面在于在其他情况下所需要的昂贵的倾斜机 械构造在这里不是必需的。在根据本发明的出渣过程中电弧炉优选保持关闭，即盖能够保 持在下部容器上。这样的优点在于，电弧炉内部的熔化过程例如不会通过吸入周围空气而 受到干扰，例如在抬起盖的时候就会发生这种情况。因为由于通常有用于烟道气的抽吸装 置所以电弧炉的内部处于轻微的低压状态，因此在抬起盖时周围空气可能被吸入。闭合的 容器以及在其内部的低压还具有这样的优点，因为不需要吸入周围空气，所以所需的用于 烟道气的抽吸功率低于在抬起盖时的抽吸功率。而且不会不必要地使电弧炉内部的熔液运 动，如同在电弧炉倾斜时所发生的那样。另一个优点在于，在固定的坚直的容器中还可以在 出料的过程中装入铁梁和/或填充料，这在为了出料而必需倾斜的容器中是不可能顺利实 现的。
[0014] 根据本发明，不管是补充和套接电极以及排出熔液，还是将铁梁和/或填充料装 入电弧炉以及通过进气装置将冲洗物质或化学载能体吹入电弧炉内部、和/或通过经由下 部容器110的底部吹入冲洗物质（未示出），都可以在接通电源电压并且将电源电压施加在 电极上时进行。在施加电源电压时实施上述工序的优势在于，不需要为了实施所述工序而 中断电弧炉的运转；即电弧炉因此可以持续运转。
[0015] 此外，通过用于使电弧炉运转的方法实现了上述目的。实现方案以及实现方案的 优势和上述电弧炉的所述优点相一致。
[0016] 进行出料之后所需的底部液位高度设置的优点在于，由此延长了下部容器的防火 材料的使用寿命，因为通过设置底部液位高度避免了在该区域中温度波动过大。
[0017] 上述电弧炉以及上述用于使电弧炉运转的方法的其他有利的实施方式是从属权 利要求的主题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 说明书附有两幅附图，其中
[0019] 图1示出了根据本发明的电弧炉的截面图；以及
[0020] 图2示出了根据本发明的用于使电弧炉运转的方法。
[0021] 下面结合所述附图以实施例的方式详细阐述本发明。
【具体实施方式】
[0022] 图1示出了根据本发明的具有下部容器110和可安装在下部容器上的盖120的电 弧炉100。盖例如构造为圆锥形并且具有冷却装置170用于冷却盖的侧面。冷却装置例如 由多条管路构成，冷却水通到这些管路中。盖在其中间或其顶端具有至少一个大的第一开 口，该开口用于容纳插入电弧炉100中的电极130。
[0023] 除了第一开口 122以外，盖120还具有至少一个第二开口 124用于在接通电源电 压时将铁梁和/或填充料装入电弧炉中。作为铁梁可以向炉中加入例如废铁、直接还原铁 DRI、热压铁块HBI和/或液体和/或固体的生铁。在盖的侧面中还设有进气装置160用于 优选在接通电源电压时例如将冲洗物质或氧气或碳引入电弧炉内部。如图1所示，进气装 置能够有针对性地将物质引入到熔渣和熔液紧挨着的附近。
[0024] 在电弧炉运转过程中下部容器110保持直立和固定。因此仅需要在垂直方向上、 即图1中双向箭头所示方向能够提升或降低盖120。虽然可以设置用于转动盖的装置，但是 这并不是强制性的。例如出于维护的目的可以使下部容器能够活动。
[0025] 使用防火材料112衬砌下部容器110。该防火材料根据维护情况以这样的厚度存 在于下部容器中，使得电弧炉进行多次连续运转之后还具有足够的剩余厚度。下部容器具 有出料装置115用于放出熔液，优选，每次出料之后在固定的下部容器中保留至少500_的 底部液位高度h。
[0026] 为了将电极130保持在电弧炉100中设有电极保持装置140。该电极保持装置包 括用于根据电极的磨损来补充电极130的电极补充装置142和用于套接电极130的电极套 接装置。根据本发明这样构造电极补充装置142和电极套接装置144,在电极130接通电源 电压时在电弧炉的运转过程中这些装置能够补充和套接电极。特别是由此才使电弧炉多个 出料循环以及多次熔炼的持续运转成为可能。
[0027] 为了将电能引入电弧炉中设有供电装置150,用于为至少一个电极提供电源电压。 该供电装置可以构造为用于为电极130提供直流电压形式的电源电压的直流电源或者用 于为电极提供交流电压形式的电源电压的交流电源。该供电装置包括变压器装置152，根据 本发明该变压器装置设置在炉盖上面。在这种情况下，供电装置构造为交流电源并且电弧 炉作为交流电炉（AC-Ofen)运转，变压器装置152包括三个单相变压器，这三个单相变压器 彼此偏移120°角度地对称设置。
[0028] 下面详细描述例如根据本发明使电弧炉运转的方法。
[0029] 根据本发明的方法的主要特征在于，使电弧炉处于"类持续运转"无间断地运转多 天以及多次熔炼或出料循环。仅出于维护的目的在多天之后切断持续运转并且进行相应地 维护。
[0030] 一方面能够通过电极补充装置进行持续运转，该电极补充装置在电弧炉运转过程 中这样将电极130补充到炉内部，理想方式是尽管会出现电极的磨损和熔损但是电弧长度 基本保持不变。为了即使电极130达到最小长度也不必中断电弧炉的运转，根据本发明，除 了电极补充装置142以外还设有电极套接装置144,该电极套接装置确保电极130在达到其 最小长度之前向上再进行延长。这里所谓的套接通常通过将延长电极或新的电极段旋在电 极的距离电弧炉远方的端部上来实现。根据本发明，电极套接装置144能够在接通电源电 压时套接电极，由此在套接过程中电弧炉可以继续运转。
[0031] 然而，根据本发明，不管是补充和套接电极130,还是将铁梁或填充料装入电弧炉 或将冲洗物质吹入电弧炉、通过加入合金物质改良熔液以及特别是排出熔液或熔渣都可以 有利地在接通电源电压时的任意时间在持续运转过程中进行。这样的优势在于，不需要为 所述工序中断电弧炉的运转，相对于中断电弧炉的运转而言这特别是明显节省了成本。因 为在根据本发明的持续运转中省去了在电弧炉间断运转时所积累的生产暂停时间，所以特 别地节省成本。根据本发明可以最佳地利用安装电容量。特别是不需要提供电能存储器和 其他的电气负载来消耗在间断运转时通常出现的电弧炉暂停时间里由供电装置所提供的 电功率。而且由于明显减少了接通操作和断开操作的次数因而降低了供电过程中的能量损 耗。
[0032] 图2以附图形式示出了理想状态下在时间上的连续供能，即在多次出料循环和熔 炼的过程中对电极130持续接通电源电压。
[0033] 根据本发明的操作方式使电弧炉以平均大约1600°C持续运转。仅仅在所计划的在 施加电源电压时和在坚直固定的下部容器中所进行的排出过程开始时，有利地将熔液的温 度稍微提高大约50°，以预防熔液从电弧炉中出来之后发生所不希望的提前冷却。优选这 样进行排出，排出之后相对于下部容器中的最低位置总是保留至少500_的底部液位高度 h。这样做的优势在于，特别是不会由于在施加电源电压时没有熔液的空转以及之后出现空 的电弧炉而损坏下部容器。由于存留有底部熔液，因此熔液温度的波动以及下部容器的温 度的波动保持在极限范围内。以这种方式减轻了防火材料的负荷并随之延长了下部容器的 使用寿命。
[〇〇34] 不仅是排出过程，而且补充电极和/或套接电极都可以在接通电源电压时的装料 过程中进行。
【权利要求】
1. 电弧炉（100)，其具有： 用于熔化铁梁的下部容器（110);其中，所述下部容器具有用于排出熔液的出料装置 (115)； 用于安装在所述下部容器上的盖（120); 至少一个电极（130); 用于使所述至少一个电极（130)穿过所述盖（120)中的第一开口（122)固定在电弧炉 内部的电极保持装置（140);以及 用于为电极（130)提供电源电压的供电装置（150); 其特征在于， 所述电极保持装置（140)具有用于在接通电源电压时根据电极的磨损来补充电极的 电极补充装置（142)和用于在接通电源电压时套接电极（130)的电极套接装置（144)。
2. 按照权利要求1所述的电弧炉（100)，其特征在于，将所述出料装置（115)设置在所 述下部容器（110)上，使得在接通电源电压时在下部容器处于坚直并且固定的状态下能够 定期地进行出料。
3. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述盖（120)具有至 少一个第二开口（124)用于在接通电源电压时将铁梁和/或填充料装入电弧炉中。
4. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述盖具有进气装 置（160)用于将冲洗物质引入电弧炉内部。
5. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述盖（120)为圆锥 形。
6. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述盖（120)具有冷 却装置（170)用于冷却所述盖。
7. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述盖（120)能够相 对于在电弧炉运转过程中固定的下部容器（110)垂直运动。
8. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述供电装置（150) 为用于为电极提供直流电压形式或交流电压形式的电源电压的直流电源或者交流电源。
9. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述供电装置（150) 具有变压器装置（152)，所述变压器装置设置在盖（120)的上方。
10. 按照权利要求8和9所述的电弧炉（100)，其特征在于，在供电装置为交流电源时， 变压器装置（152)具有三个单相变压器，所述三个单相变压器彼此分别偏移120°角度地 对称设置。
11. 按照前述权利要求中任一项所述的电弧炉（100)，其特征在于，所述下部容器 (110)在其内部使用防火材料（112)衬砌。
12. 用于使电弧炉（100)运转的方法，所述电弧炉具有下部容器（110)、能安装在所述 下部容器上的盖（120)和能穿过所述盖（120)中的第一开口（122)进入所述电弧炉内部的 至少一个电极（130)，所述方法包括下列步骤： -通过所述盖中的至少一个第二开口（124)将铁梁或填充料装入所述电弧炉中； -将电源电压在时间上持续地施加在电极（130)上以熔化引入电弧炉中的铁梁，以用 于电弧炉的经过多次熔炼的持续运转； 其特征在于， -在施加电源电压时补充并且套接所述至少一个电极。
13. 按照权利要求12所述的方法，其特征在于，在施加电源电压时将铁梁或填充料装 入电弧炉（100)并且将冲洗物质吹入电弧炉中。
14. 按照权利要求12或13所述的方法，其特征在于，使电弧炉（100)以平均大约 1600°C的温度持续运转。
15. 按照权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在施加电源电压时并且 在坚直固定的下部容器（110)中排出熔液（200)。
16. 按照权利要求15所述的方法，其特征在于，这样进行出料，使得出料之后在下部容 器中保留至少500mm的底部液位高度（h)。
17. 按照权利要求15或16中任一项所述的方法，其特征在于，为了排出熔液使电弧炉 (100)暂时以大约1650°C进行运转。
18. 按照权利要求12至17中任一项所述的方法，其特征在于，还能够在装料过程中补 充和/或套接电极。
【文档编号】H05B7/14GK104115554SQ201280067217
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2011年11月24日
【发明者】G·克莱因施密特, J·巴德尔, K·施马勒, R·贝斯特, A·贝格斯, T·亨克尔, D·施特里德, P·施塔克, M·埃特尔, J·孔策 申请人:西马克·西马格公司