ДВЕРЬ ДЛЯ СПУСКА ШЛАКА ИЗ ДУГОВОЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
DOOR FOR DISCHARGE OF SLAG FROM ARC METALLURGICAL FURNACE

Настоящее изобретение относится к двери для спуска шлака из дуговой металлургической печи, снабженной, согласно примеру осуществления, нижней подвижной панелью, служащей в качестве средства для удаления шлака и толкателя скрапа, и верхней подвижной панелью, которая может открываться, чтобы делать замечания и осуществлять вмешательства в отношении расплавленного металла, и соответствующим устройством для управления дверью для спуска шлака.
Цикл производства стали известен, соответствующий способу изготовления стали узкого применения, в котором используется железный скрап для его восстановления и получения новой стали. Для производства стали узкого применения используется электрическая дуговая печь (EAF), в которой плавится скрап.
Обычная электрическая дуговая печь, в основном, содержит шахту, содержащую плавильный тигель для сбора расплавленной стали, покрывающей крышу, которая может быть открыта, трех электродов, которые опускаются через крышу, и газоуловительной установки. В дуговой печи имеется дверь для спуска шлака, обычно расположенная на вертикальной стенке шахты печи в сообщении с внутренней частью печи через туннель. Эта дверь используется для периодического удаления шлака, а также для других целей, например загрузки добавок, сбора образцов, измерения температуры, установки тиглей и кислородных инжекторов, а также для осмотра внутренней части печи.
Печь в соответствии с известным уровнем техники описана в WO 2006/016201 А.
Настоящее изобретение направлено как на оптимизацию операции по удалению шлака, который накапливается в туннеле, если таковой имеется, или у порога двери для спуска шлака, так и на отделение выплесков шлака, которые падают на закрывающую панель двери для спуска шлака, и на выталкивание шлака, образующегося в туннеле, чтобы обеспечить свободный доступ и осмотр внутренней части печи.
Уже известны системы по удалению шлака, состоящие из горизонтально перемещающихся толкающих элементов и горизонтально качающихся рычагов, производительность которых, однако, недостаточна, а также из вертикально перемещающихся закрывающих панелей двери для спуска шлака, на которые оказывается слабое действие по отделению шлака.
Следовательно, целью настоящего изобретения является создание устройства, которое выполняет удаление шлака, чистку порога и действия по выталкиванию шлака, а также отделение шлака от верхней закрывающей панели двери для спуска шлака, при этом устраняя все недостатки известного уровня техники и оптимизируя упомянутые операции.
В соответствии с примером осуществления, упомянутая цель и задачи достигаются в электрической дуговой печи, которая имеет охлаждаемую дверь для спуска шлака, образованную нижней подвижной панелью для спуска шлака и верхней подвижной панелью, также охлаждаемых, имеющих свойство выполнять некоторые операции по чистке и регулированию расплавленного металла, внесению добавок или кислорода и другие операции, требующие доступа к плавильному тиглю.
В частности, такая верхняя панель слегка наклонена наружу и приспособлена для перемещения от печи и вверх, при этом преимущественно сохраняя такой наклон относительно стенки печи. Верхняя панель плавно перемещается по наклонной направляющей под действием любого подходящего привода, который воздействует на несущий элемент панели. Перемещение может быть легко достигнуто посредством гидравлических цилиндров или цепи, которая плавно перемещается по зубчатым колесам в форме кольца. Цепи и зубчатые колеса в форме кольца соединяются приводным валом, который обеспечивает совместное и синхронное перемещение. Перемещение верхней панели наружу и вверх вызывает отделение шлака, который попадает на панель во время плавки металла, посредством скребка.
Нижняя панель, образующая реальную дверь для спуска шлака, совершает сложное колебательное движение вдоль горизонтальных осей, как черпальный элемент, чтобы проникнуть внутрь печи, опуститься на шлак и затем перемещаться обратно, тем самым увлекая шлак наружу. Такие движения продолжаются до полного удаления шлака. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления черпальное перемещение может быть преобразовано, чтобы совершать вталкивание в печь, с целью устранения материалов, загромождающих порог, например скрапа. Нижняя панель двери для спуска шлака приводится в действие через неравноплечий параллелограмм посредством другого гидравлического привода. Гидравлические приводы могут содержать один или более гидравлических цилиндров или гидравлических двигателей с или без тормоза, если необходимо.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из описания вариантов осуществления, представленных ниже только в качестве примеров, но не ограничивающих примеров, со ссылкой на прилагаемые фигуры:
Фиг.1А-1Н - вид сбоку в разрезе примерного варианта устройства закрывания и открывания двери для спуска шлака из дуговой металлургической печи на нескольких этапах отделения шлака, попавшего на сдвоенную нижнюю панель двери для спуска шлака, и удаления шлака из печи;
Фиг.2 - вид спереди в разрезе устройства закрывания упомянутой двери для спуска шлака;
Фиг.3 и Фиг.4 - вид сбоку и поперечный разрез по вертикали, соответственно, привода цепи и зубчатого колеса в форме кольца для приведения в действие панелей и плечевого параллелограмма, который приводит в действие сдвоенную нижнюю панель для спуска шлака;
Фиг.5А-5В - вид сбоку вертикальной боковой проекции и в разрезе дополнительного варианта устройства закрывания и открывания двери для спуска шлака из дуговой металлургической печи на различных этапах перемещения;
Фиг.6 - вид в перспективе металлургической печи, содержащей дверь для спуска шлака в соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения;
Фиг.7 - вид сбоку вертикальной боковой проекции и в разрезе устройства закрывания и открывания двери для спуска шлака из дуговой металлургической печи в соответствии с дополнительным вариантом.
Электрическая дуговая печь содержит, по сути известным и поэтому не показанным способом, шахту, образованную качающимся плавильным тиглем на горизонтальной оси, покрытым огнеупорным материалом и предназначенным для содержания расплавленной стали, крышу, которая может быть открыта, предназначенную для закрывания плавильного тигля и для загрузки стального скрапа, множество электродов, предназначенных для расплавления стального скрапа, и средство для установки плавильного тигля на основание.
На Фиг.1А-1Н показано множество панелей 12 с охлаждающими трубками, которые покрывают футеровку шахты печи. В передней части печи имеется короткий туннель 14 для слива расплавленного металла, покрытый охлаждающими трубками. Такой короткий сливной туннель 14 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения во время процесса плавки закрывается в нижней части путем разделения двери для спуска шлака, в соответствии с изобретением, на нижнюю панель 16 и на верхнюю панель 18, образованные охлаждающими элементами, например множеством охлаждающих труб с циркуляцией воды. Верхняя панель 18 осуществляет контроль и регулирование характеристик расплавленной массы, а нижняя панель 16 осуществляет удаление шлака, загрузку скрапа и, конечно, содействует в закрывании сливного туннеля. Верхняя и нижняя панели установлены на раме 20, которая поддерживает наклонную направляющую 22.
Верхняя панель установлена на несущей опоре 20, которая плавно перемещается по направляющим 22. Несущая опора 20 перемещается под действием привода, который, в чисто иллюстративном варианте, может содержать две равносторонние поднимающие и опускающие системы, каждая образована цепью 21, которая плавно перемещается по зубчатым колесам 23 и 25 в форме кольца и которая с одной стороны соединяется с рычагом 27, шарнирно закрепленным на цилиндре 29, а с другой стороны - с несущей опорой 20 (Фиг.4). Зубчатые колеса в форме кольца соединяются ведущим валом, который обеспечивает как одно целое и синхронное движение. Ведущий вал предпочтительно приводится в действие устройством, содержащим двигатель и зубчатый редуктор. В соответствии с дополнительным вариантом, несущая опора 20 приводится в действие одним или более цилиндрами, соединенными с самой несущей опорой 20 (Фиг.7). Верхняя панель 18 может перемещаться от закрытого положения (Фиг.1А) до открытого положения (Фиг.1В), также может занимать промежуточные положения.
Когда верхняя панель 18, поддерживаемая несущей опорой 20, перемещается из закрытого положения в открытое положение, наклонные перемещения вверх и наружу относительно внутренней стенки печи заставляют шлак, который попал на панель во время операции плавки, отделяться в результате медленного перемещения скребка 24 по поверхности плоскости 18, при этом верхняя панель 18 очищается от осажденного шлака.
Нижняя панель 16 может содержать одну медную стенку с керамическим покрытием. В соответствии с конкретным примерным, но не ограничивающим вариантом, представленным на прилагаемых чертежах, нижняя панель 16, в данном случае, образована наружной стенкой 16А и внутренней стенкой 16В, обращенными друг к другу и разделенными обмоткой 16С трубы с водяным охлаждением. Обе стенки 16А и 16В изготовлены из металла, предпочтительно меди, с керамическим покрытием. Внутренняя поверхность панели 16, конечно, должна выдерживать контакт со шлаком и предотвращать налипание шлака. Нижняя часть панели 16 снабжена металлическими элементами, предпочтительно изготовленными из стали, выполняющими функцию чистки, поскольку их действия направлены на удаление шлака, и допускается выполнение перемещения по выталкиванию и удалению шлака, который остается на поверхности двери для спуска шлака.
Нижняя панель 16 может совершать сложное перемещение, подобное перемещению, совершаемому экскаватором, под действием гидравлического привода, например цилиндра или гидравлического двигателя с тормозом. Однако такой привод представлен на прилагаемых чертежах и будет описан в виде центрального гидравлического цилиндра 35 в примерном варианте. Панель 16 удерживается параллелограммом с шарнирными плечами, содержащим кронштейн 30, на котором шарнирно крепятся на расстоянии друг от друга два рычага 32 и 34 разной длины. Более короткий рычаг 34 поворачивается на ползуне 26, к которому также шарнирно присоединен более длинный рычаг 32. Перемещение ползуна 26 по наклонной вверх и наружу направляющей 22 заставляет нижнюю панель 16 и, следовательно, параллелограмм, образованный несколькими плечами, занимать несколько положений. В каждом положении панель 16 может перемещаться независимо от верхней панели 18, занимая положение закрывания, чистки и спуска шлака. Когда нижняя панель 16 выполняет движение по выемке шлака, верхняя панель 18 остается неподвижной в закрытом положении.
Соскабливание можно выполнять в горизонтальной плоскости, и слева направо (удаление шлака) и справа налево (чистка, т.е. толкание вовнутрь материала, подлежащего перемещению в плавильный тигель). Приводы защищены от теплового излучения и порошка, так как они работают в защищенной замкнутой окружающей среде.
Теперь будет описана работа устройства по удалению шлака.
Из закрытого положения на Фиг.1А (Операция 1) дверь для спуска шлака переходит в положение максимального открывания на Фиг.2В (Операция 2) посредством главного гидравлического привода 29, который обеспечивает быстрое перемещение всей двери для спуска шлака до максимального открывания. Рабочий цикл должен будет контролировать, чтобы одиночный приводной цилиндр 35 нижней панели для удаления шлака находился в заданном втянутом положении, в то же время следует предотвратить открывание панели, когда этот цилиндр выдвигается на заданную величину. В этой связи, можно обеспечить промежуточные устройства безопасности и соответствующие органы управления, предназначенные для предотвращения повреждения в случае возникновения помех в соответствии с известной областью техники.
Перемещение нижней панели 16 осуществляется по оси, отличной от оси перемещения верхней панели. Во время этой операции нижняя панель отводится от стенки шахты и лежащего ниже короткого туннеля, тем самым обеспечивая легкое открывание двери для спуска шлака (Фиг.1C) при наполовину открытой двери для спуска шлака (Операция 3), при этом нижняя и верхняя панели 16 и 18 находятся в промежуточном вертикальном положении, притом что нижняя панель 16 закрывает верхнюю часть двери для спуска шлака. Такое перемещение осуществляется главным приводом, путем приведения в действие, например, двух цилиндров 29 для перемещения верхней панели при последовательном частичном открывании всей двери для спуска шлака, пока не будет достигнуто положение, требуемое оператором.
На Фиг.1D показано возможное перемещение нижней панели 16 (Операция 4), начиная от закрытого положения.
На Фиг.1Е (Операция 5) показана нижняя панель 16, перемещающаяся из закрытого положения в открытое положение. Это положение используется только для удаления шлака.
На Фиг.1F и Фиг.1G (Операции 6 и 7 цикла чистки) главный привод опускает нижние панели 16, чтобы начать операцию чистки, толкая чистящие нижние панели вперед (Фиг.1F) или назад (Фиг.1G). Это перемещение осуществляется нижним цилиндром. Наконец, после того как операции 6 и 7 повторятся несколько раз или пока не будет достигнут нужный результат по удалению шлака, нижний цилиндр возвращается в исходное положение, представленное на Фиг.1Н. Такой цикл может быть выполнен на различных высотах и положениях. Команда по удалению шлака может быть выполнена автоматически или вручную.
При ручном управлении оператор приводит в движение дверь, выполняя соскабливание или черпание шлака, вынуждая нижнюю панель оставаться в контакте со шлаком, чтобы предотвратить столкновение с рамой, то есть предотвратить выдвигание одиночного цилиндра 35, когда скользящая несущая опора, на которой крепится рычажный механизм, находится выше определенной высоты.
Цикл автоматической чистки предназначен для того, чтобы избежать ошибочных или опасных операций, и такой цикл выполняется только в том случае, если верхняя панель полностью открыта. Цикл включает в себя следующие этапы:
1 - Приближение нижней панели 16, пока она не коснется шлака, что сигнализируется кодирующим устройством или датчиком давления;
2 - Разъединение панели 16 для спуска шлака при контакте со шлаком;
3 - Удаление шлака путем втягивания одиночного цилиндра;
4 - Небольшой подъем и полное вытягивание одиночного цилиндра;
5 - Разъединение панели для спуска шлака при контакте со шлаком;
6 - Вторичное удаление шлака путем втягивания двойного цилиндра;
7 - Повторение этапов 5, 6, и 7 до полного удаления шлака путем перемещения двери для спуска шлака в закрытое положение.
Аналогичным образом может быть выполнен автоматический цикл вталкивания скрапа внутрь печи, который содержит следующие этапы:
1 - Установка нижней панели 16 в закрытое положение, удерживая верхнюю панель 18 в открытом положении или в положении, близком к открытому положению;
2 - Ввод нижней панели 16 внутрь печи с проталкиванием скопившегося скрапа;
3 - Возврат нижней панели 16 в положение этапа 1;
4 - Опускание верхней панели 18 в закрытое положение или в положение, близкое к закрытому положению;
5 - Ввод нижней панели 16 внутрь печи с проталкиванием скопившегося скрапа;
6 - Возврат нижней панели 16 в положение этапа 3.
Следует отметить, что движение вниз возникает в результате гравитации (даже если имеется соответствующая приводная гидравлическая система), которая обеспечивает закрывание двери для спуска шлака, также когда часть шлака остается на поверхности двери для спуска шлака. Два цилиндра 29 системы гидравлического привода верхней панели приводятся в действие одиночным пропорциональным клапаном. Одиночный цилиндр, который приводит в действие нижнюю панель двери для спуска шлака, приводится в действие одиночным пропорциональным клапаном.
Дополнительное преимущество настоящего изобретения представлено возможностью контролировать утечку шлака из печи, особенно во время производства пенистого шлака, то есть шлака, наполненного пузырьками угарного газа, в результате тонкого окисления углерода, вводимого в ванну одновременно с вдуванием кислорода, при использовании преимущественно горизонтальной печи, действующей в соответствии со степенью открытия нижней панели 16, чтобы гарантировать регулируемую утечку шлака, при этом нижняя панель 16 действует в качестве клапана для регулирования протекающего потока шлака.
Следует также отметить, что установка данного устройства требует наличия туннеля в стенке печи. Диаметр этого туннеля составляет около 180 мм, что приблизительно в два раза больше диаметра трубы для охлаждения.
Как было упомянуто выше, перемещение нижней панели 16 в направлении изнутри печи наружу можно успешно использовать для удаления шлака, накопившегося в туннеле, или не полностью расплавленного скрапа, подавая его в печь в плавильный тигель. Этот аспект можно лучше понять, ссылаясь на фигуры 5А-5В. На фиг.5А обе панели, и нижняя панель 16, и верхняя панель 18, находятся в закрытом положении. Оперируя гидравлическим приводом 35 по регулированию двери, можно заставить нижнюю панель 16 перемещаться внутрь печи, то есть справа налево на Фиг.5А. В результате такого перемещения нижняя панель 16 перемещается внутрь печи по туннелю (Фиг.5В). Нижняя панель проходит тот же путь, что и при перемещении, которое было описано со ссылкой на использование в качестве устройства по удалению шлака, то есть подобное перемещению экскаватора. Таким же образом шлак или скрап, оставшийся в туннеле, проталкивается в плавильный тигель и может быть там расплавлен. Следует отметить, что нижняя панель 16 может перемещаться внутрь печи из закрытого положения по длинному пути. Предпочтительно, чтобы дверь могла входить в печь на 500-600 мм из закрытого положения.
В соответствии с вариантом осуществления, боковые системы подъема и опускания верхней панели 18, по меньшей мере, частично заключены в корпуса 36, изготовленные, например, из листового металла (Фиг.6). Такая конфигурация устраняет образование корки в механизмах для перемещения верхней панели 18, например, из брызг расплавленного металла или самого шлака, и, следовательно, заедание при перемещении верхней панели. В частности, участки, в которых происходит относительное перемещение несущей опоры 20 верхней панели 16 и наклонной направляющей 22, на которых можно установить подходящие подшипники (которые могут быть установлены только на внешних сторонах наклонных направляющих 22), находятся внутри корпусов 36', таким образом, чтобы зона, в которой происходит перемещение верхней панели, не контактировала с внешней стороной, и содержалась преимущественно без примесей. Предпочтительно, чтобы блок двигателя со встроенным зубчатым редуктором для вращения приводного вала, который приводит в действие верхнюю панель 18, находился в дополнительном корпусе.
В соответствии с возможным вариантом осуществления, цилиндр 35, который приводит в действие нижнюю панель 16, размещается в дополнительном корпусе.
В соответствии с возможным вариантом осуществления изобретения, нижняя панель 16 имеет водяное охлаждение с задней стороны. Для этой цели может быть установлен охлаждающий экран 37, который связан с нижней панелью. Этот охлаждающий экран 37 может содержать петлеобразные отверстия, которые обеспечивают выпадение и устранение пыли и грязи, скопившейся на экране.
Ясно, что были представлены только некоторые конкретные варианты осуществления предмета изобретения, электрической печи, в которые специалисты смогут внести все необходимые изменения, чтобы приспособить его к конкретным областям применения, кроме того, в пределах объема охраны настоящего изобретения, который определен формулой изобретения.