用于测量和控制供给到熔炉中的装载材料或废料的设备以及相关方法

摘要

一种用于测量和控制供给电弧熔炉中的装载材料和废金属的设备，它包括：自动控制装置，用于根据供给熔池的能量来控制供给装载材料或废金属；以及用于添加的装载材料的测量装置，该测量装置与自动控制装置相互关联，并包括用于熔炉壳、它的内容物和它可能支承的任何其它部件的称量装置。

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量和控制供给到熔炉中的装载材料和废料的设备和相关方法，特别是用于测量和控制连续供给过程的设备和相关方法。

背景技术

使用用于将废金属装入熔炉中(特别是在用于钢铁生产的电弧熔炉(EAF)中)的连续系统(例如CONSTEEL_系统)和/或将预先还原的材料添加在熔池中都需要在材料进入熔炉时保持对装载材料流的直接控制。

实际上，当处于固体状态的装载材料的连续添加没有受到连续和正确的控制时，这可能引起造成生产循环的总效率降低的问题。

在这些问题中，最重要的是在熔炉的废料卸载区域中形成增厚的固体材料，因为它将长时间保持该情况，从而延长熔炉中的熔化时间，并因此延长整个生产循环。

该控制对于保证电极的电力供给尽可能均匀和避免在固体材料和电极之间的直接接触也同样重要，该接触可能引起电极破裂。

通常，所述控制通过操作人员(生产线管理员)来进行，该操作人员根据它的个人经验和他对装入熔炉中的装载材料或废料的量的印象来人工调节废料装载系统的速度。当然，该操作人员必须非常熟悉该工艺和设备，且在任何情况下，他的决定仍然可能总是受到不确定和不是很可靠的数据读数的影响。

用于解决这些问题的一种方法是包括连续熔炉壳重量控制装置。

为了实现该目的，发展了两种测量方法，基于液体金属液面高度的间接熔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控制方法。

间接控制方法基于几何方法，它首先读取液面高度，将该数据转变成容积数据(因此得到重量数据)，该转变明显取决于熔炉壳内部的耐火材料储槽的假定型面。

不过，熔炉壳型面与侵蚀现象紧密相关，该侵蚀现象是液体金属侵入耐火材料中的现象，它通常很严重且不可预测。经过一定时间后，这必然导致用于比较液面高度读数和容积计算的配衡曲线不精确。考虑到所述缺乏精度情况和铁的较高比重，测量数据将有相当大的误差，因此该技术不能用于精确控制。

在直接控制方法中，该方法基于直接称量熔炉壳结构的重量，重量读取系统必须位于特定区域，例如支承竖杆和梁，不过，它们不仅支承熔炉壳的重量，而且支承熔炉的全部支承结构、系统和子系统。因此，包含的装载材料或废金属的量只构成称得重量的有限百分数部分，这也涉及各种不精确方面。这非常不精确，以致于进行的任何测量都只能认为定性地可靠。

当采用装有轮的倾斜式熔炉时(且具有在轮上的称量重量系统)，必须能够承受很大的机械应力的熔炉壳倾斜系统的重量将提高总重量读数，从而牺牲了测量精度。

因此，本发明的总目的是以简单、经济和特别有效的方式来解决前述问题。

发明内容

本发明的一个目的是一种用于测量和控制供给到电弧熔炉中的装载材料或废金属的设备，它有自动装置，用于根据供向熔池的能量来控制装载材料或废金属的供给，它还有用于测量所添加的装载材料的量的装置，该装置与自动控制装置相互关联，并包括称量熔炉壳、它的内容物和它可能支承的任何其它部件的重量的装置。

本发明的另一目的是一种用于测量和控制供给到电弧熔炉中的装载材料或废金属的方法，该方法包括以下步骤：

通过称量熔炉壳、它的内容物和它可能支承的任何其它部件的重量的装置来称量添加至熔池中的装载材料或废金属的重量；

通过称量装置而获得添加至熔池中的装载材料或废金属的量的测量读数数据，所述读数例如随时间而不同(differential)；

根据合适算法来对装载流进行优化，该优化通过根据供给熔池的能量来调节装载材料或废金属的供给速度而实现。

优选是，装载材料或废金属应当连续地供向电弧熔炉中。

特别是，熔炉壳和它可以支承的任何其它部件的称量装置为包括支承辊子的熔炉壳提供了支承结构。

该辊子的功能是恢复由热循环引起的任何形状偏离。

而且，至少在包括测量辊子的两个支承辊子上，称量装置在双重冗余情况下工作。因此，优选是安装在本发明设备上的至少两个支承辊子用作测量辊子。

测量辊子装备有用于直接或间接获得重量读数的传感器。

第三支承辊子也可以用作装备有用于直接或间接获得重量读数的传感器的测量辊子。

特别是，用于控制装载材料或废金属的供给的自动装置包括用于供给或装入装载材料或废料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得由称量装置提供的精确测量读数，其随时间而不同，该称量装置通过称量熔炉壳、它的内容物和它可能支承的所有部件来以连续方式测量添加给熔池的装载材料或废金属的量。

根据用于优化装载流的算法，自动管理和控制系统操纵废金属供给速度，以便在任何能量水平(电和/或化学)下都防止形成的任何固体大块被送入熔池。

本发明的设备和方法的主要优点是通过控制在供给能量和装载材料(废料)重量之间的比例，能够控制液体金属的温度，使它保持接近循环的理想值，并能够在熔池的最大能量产出下恒定工作，因此有助于提高生产效率。

而且，这有助于防止由于工作条件计算不精确而引起的任何人工误差。还一优点是减少了生产线操作人员所需的技术信息，该操作人员将有能够实时分析状态的系统支持，因此自动和实时地帮助他做出合适决定。

对于称量装置，本发明的方案特别有利，因为它基于由测试很好的设计和结构方案得出的一般熔炉结构选择，而且增加了绝对新颖的数据获取方法。

所述熔炉的结构方案基于各种功能的分离：装入熔融材料的功能需要尽可能轻的紧凑结构，只包括熔炉壳和它可能支承的任何其它部件。

熔炉壳的支承和倾斜(在出钢、熔炉壳完全倒空以用于维护或改造期间)需要下方的支承结构。该构型证明最适于应用称量系统，因为它提供了所处理材料，即要供给熔炉的装载材料或废金属，和应用于称量系统的总重量之间的最佳比例。

实际上，在本发明的方案中，熔炉壳的重量通过辊子压在支承结构上，该辊子的附加功能是恢复由热循环引起的任何形状偏离。该辊子支承的用于熔炼的结构尽可能少，因此它们是用于提供用来监测添加的废金属重量的高效仪器的最佳方案。

不过，在给定熔炉壳和支承结构之间的连接件的几何形状的情况下，也可以有其它实施例，例如用于计算在熔炉壳本体和支承结构之间的距离的精确测量系统，或者适于控制废金属或装载材料供给的任何熔炉壳称量系统。

本发明的设备和方法也可用于涉及在工作循环中以或多或少连续的方式添加液体或固体金属的所有操作方法。

尽管用于测量和控制供给钢铁生产熔炉的装载材料和废金属的特殊设备和方法与熔炉壳的特定结构方案紧密结合，但是它也可以用于其它方法。

本发明的另一目的是提供一种用于精炼钢的方法，它包括：

连续预热装载材料；

将包含铁、直接还原的铁或它们的混合物的所述材料供给电弧熔炉中，以便执行熔化和精炼操作；

将用于形成炉渣的元素供给至用于钢铁生产的熔池中；

将增碳元素引入用于钢铁生产的熔炉中；

使用电极来电加热装载材料，以便使装载材料熔化以及在熔炉中形成熔融金属熔池，所述熔融金属熔池上带有一层熔融炉渣；

在钢铁生产工艺过程中使所述炉渣保持泡沫状态；

将作为炉渣形成剂的金属元素和增碳元素供给到所述熔炉中；

在全部装载、熔化和精炼时间内在所述熔炉中保持足够电力；

间歇地从熔炉中出钢，在熔炉壳内部保留液体金属剩余，所述液体金属剩余的重量大约在出钢前重量的10％和30％之间变化；

该方法的特征在于：装载材料或废金属是包含铁、直接还原的铁或两种的混合物的材料，将装载材料或废金属供给至电弧熔炉中的步骤还包括以下子步骤：

通过称量熔炉壳、它的内容物和它可能支承的任何部件的重量而由称量装置称出添加给熔池的装载材料或废金属的重量；

通过称量装置而获取添加给熔池的装载材料或废金属量的测量读数数据，其例如随时间而不同；

根据供向熔池的能量并根据合适算法通过调节装载材料或废金属的供给速度来优化装载流。

本发明的另一目的是提供用于精炼钢的设备，它包括：

用于钢铁生产的电弧熔炉，用于熔化和精炼装入熔炉内的金属；

电极，该电极延伸至熔炉内部，直至装于熔池内的炉渣液面和熔融材料液面的中间；

供给装置，该供给装置与所述熔炉连接，用于在不取出电极的情况下将装载材料引入所述熔炉的内部；

后燃烧(post-combustion)装置，该后燃烧装置与所述供给装置配合，以便预热所述供给装置内部的装载材料；

用于测量和控制装载材料或废金属供给的装置，该装置包括用于装载材料或废金属的自动控制装置以及与该自动控制装置相关的、用于测量添加的装载材料的装置；

紧密密封机械装置，该机械装置位于装载材料或废金属通向供给装置的进口部分中；

气体喷射装置，该气体喷射装置在熔池中的正常熔融金属液面高度以上和/或以下与所述熔炉连通；以及

用于使所述熔炉倾斜的装置，用于排渣和出钢操作，出钢装置布置成这样，即所述熔炉的所述倾斜将使得熔融液体材料剩余保持在所述熔池内部，所述剩余的重量在出钢前的重量的10％和30％之间变化。

附图说明

通过下面的说明并参考附图，将更清楚本发明的结构和功能特征以及它相对于现有技术的优点，附图中：

图1和2是现有技术的技术方案的侧视图；

图3和4是本发明的系统的实施例的侧视图；

图5是本发明方法的方框图。

具体实施方式

特别是，图1表示了EAF熔炉，它的倾斜平台(5)(用于排渣、出钢或倒空操作)由位于支承基座(6)上的轮(3)来支承。

熔炉壳(1)通过合适的支承件(2)而置于倾斜平台(5)上。

侧部开口(4′)用于例如以如由CONSTELL_系统提供的连续供给步骤来供给废金属，在需要时通过传送器(4)来供给。传统的结构有时装备有用于通过位于EAF熔炉支承轮(3)的轴中的传感器而读取重量的仪器。

另一方面，图3和4中所示的实施例是本发明的实施例。倾斜平台(5)安装在支承基座(6)上，熔炉壳(1)布置在平台上的合适支承件(2)上。为了顾及由于温度而引起的结构沉陷，熔炉壳支承系统包括至少两个辊子(7)。重量读取器或传感器安装在该辊子(7)内部。作为非限定实例，这些传感器可双重冗余地安装在辊子(7)的轴中，并包括剪切应力传感器。称重量的部分只包括熔炉壳(1)，如图3所示，该熔炉壳的重量比图1中所示(熔炉壳(1)加倾斜平台(5))小得多，因此，在应变较小的情况下，辊子(7)中的传感器能够设计成具有大得多的精确性。

获取的读数数据(见图5)与合适计算算法一起使得能够实时监测废金属通过传送器(4)而由开口(4′)供入熔炉壳(1)中的情况。然后，数据获取系统(图5)处理所述信息，并根据熔炉入口处的能量，从而使得生产线操作人员以及如图5所示的连续废金属供给控制系统(4)(例如Consteel_系统)可获得这些信息。

也可选择，当倾斜熔炉没有轮(如图2中所示现有技术类型)时，它的重量不容易测量，应用本发明的方案就能够进行装载材料的实时测量(图4)，并对具有可能连续供给的设备(例如Consteel_系统)的EAF熔炉系统的结构的简化产生很大影响。

在本说明书中和下面的权利要求中使用的术语“装载材料”或“废金属”是指用于连续熔化的装载材料，包括废铁、铸铁、成尖头或碎块形式的直接还原的铁和/或它们的混合物。

特别是，通过由称量装置获取添加至熔池中的装载材料或废金属量的测量读数数据，其例如随时间而不同，从而能够根据合适算法来计算优化的装载流。根据该数据，设备和方法管理与控制装置调节装载材料或废金属供给速度。