ПЕЧЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕЕ ОЧИСТКИ
FURNACE, AND DEVICE FOR ITS CLEANING

Изобретение относится к печи, в частности дуговой электропечи, содержащей выпускной канал для отвода жидкого металла из печи, запорное устройство для открывания и закрывания устья выпускного канала и очищающее устройство для удаления металла, осажденного на устье выпускного канала. Кроме того, изобретение относится к очищающему устройству для печи по одному из пп. 1-10 формулы, содержащему шибер с перемещающимся язычком и расположенный на язычке скребок.
Изобретение лежит в области металлургии, в частности в области техники металлургических печей. В металлургической печи выплавляется или обрабатывается жидкий металл. В частности, в дуговой электропечи в металлический расплав определенного состава обрабатывается, например, скрап и/или чугун вместе с другими добавками, такими как известь или уголь. После получения металлического расплава он отводится из печи. Это происходит, как правило, через т.н. донный выпуск. При этом жидкий металл выводится из печи по выпускному каналу в ее дне.
При отводе жидкого металла из печи, в частности дуговой электропечи, во время или после его выпуска на устье выпускного канала или на летке образуется нарост из застывшего металла. Перед повторным закрыванием устья выпускного канала этот нарост следует удалить. Дополнительно к удалению металлического нароста с устья выпускного канала целесообразно проверить выпускной канал на наличие возможных повреждений и/или остатков, например засорений шлаком.
Металлический нарост на устье и возможные повреждения и/или остатки в выпускном канале являются параметрами, влияющими на состояние устья или самого выпускного канала. Контроль состояния устья выпускного канала и/или его самого, а также, при необходимости, создание нужного состояния выпускного канала или его устья объединены в рамках данной заявки под термином «обслуживание устья выпускного канала или самого выпускного канала».
Поскольку обслуживание выпускного канала или его устья в настоящее время осуществляется, как правило, обслуживающим персоналом вручную, возникает соответствующая угроза его здоровью. Причиной этого при проведении мероприятий по обслуживанию является, например, выходящий с задержкой из печи шлак или расположенный под леткой ковш с отведенным жидким металлом и т.д. Чтобы исключить такие угрозы здоровью обслуживающего персонала, в настоящее время по завершении выпуска соблюдается относительно длительное время ожидания до 1 минуты или более, прежде чем будет проведено обслуживание. Относительно длительное время ожидания приводит, однако, к увеличению издержек производства, поскольку производительность печи из-за этого уменьшается.
Печь, в которой обслуживание осуществляется вручную, известна, например, из DE 10034370 А1.
Родовое очищающее устройство известно, например, из АТ 48186 В. Другое родовое очищающее устройство известно также из US 4875663, причем оно выполнено в виде металлической щетки.
В основе изобретения лежит задача повышения безопасности для обслуживающего персонала и одновременно производительности печи, в частности дуговой электропечи.
Эта задача решается у печи описанного выше рода посредством отличительной части п. 1 формулы. Благодаря созданию предложенной печи ручного удаления металлического нароста больше не требуется. За счет этого можно, в частности, избежать длительного времени ожидания при обслуживании выпускного канала или его устья. Таким образом, с одной стороны, повышается безопасность персонала, поскольку он больше не подвержен опасности при проведении мероприятий по обслуживанию. С другой стороны, предложенная печь позволяет повысить производительность и снизить издержки, поскольку за счет экономии времени при обслуживании можно перерабатывать в сутки больше на один или два стальных расплава. Такое очищающее устройство может вызывать удаление металлического нароста механическим, термическим или химическим путем. За счет имеющегося оптического регистрирующего устройства повышается безопасность обслуживающего персонала, поскольку ему при осмотре выпускного канала не приходится находиться в непосредственной близости от него. Оптическое регистрирующее устройство работает преимущественно в видимой и/или инфракрасной области спектра. Например, может использоваться видеокамера и/или термовидеокамера. Оптическое регистрирующее устройство регистрирует изображения выпускного канала и/или его устья, которые затем обрабатываются вручную или автоматически прямо на печи или в центре наблюдения. С помощью этой информации можно установить, следует ли принять или нет, например, меры по приведению выпускного канала в исправное состояние, например, устранить его частичное или полное засорение.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения очищающее устройство содержит клинообразный скребок со скребковой кромкой. В частном случае само очищающее устройство может быть выполнено в виде скребка. Скребок может быть расположен, например, на уже имеющемся запорном устройстве печи и, тем самым, расширять объем его функций. Дооснастить таким скребком печь относительно просто.
В частности, предпочтительно, что запорное устройство включает в себя очищающее устройство. За счет этого можно реализовать очищающее и запорное устройства в один общий конструктивный узел и, тем самым, создать компактное устройство в виде комбинированного очищающе-запорного устройства.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения очищающее устройство содержит регулировочное устройство, выполненное для позиционирования и ориентации очищающего устройства относительно устья выпускного канала. Таким образом, при обслуживании после каждого выпуска можно индивидуально учитывать состояние устья выпускного канала. Регулировочное устройство может найти применение как в отдельном очищающем устройстве, так и в комбинированном очищающе-запорном устройстве. Регулировочное устройство может быть выполнено, например, в виде эксцентриковой подвески или регулировочного винта.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения очищающее устройство выполнено в виде шибера с перемещающимся язычком, причем скребок расположен на конце язычка. Такое выполнение очищающего устройства технически простыми средствами обеспечивает очистку устья выпускного канала, несмотря на противоположные окружающие условия, в частности высокие температуры и высокую степень загрязнения.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено охлаждающее устройство для охлаждения очищающего устройства и/или оптического регистрирующего устройства. За счет охлаждения оптического регистрирующего устройства или очищающего устройства обеспечивается длительный срок службы соответствующего устройства. В частности, если оптическое регистрирующее устройство выполнено как часть очищающего устройства, охлаждающее устройство может быть выполнено комбинированным для оптического регистрирующего и очищающего устройств. В качестве охлаждающей среды может использоваться, например, вода. Однако могут использоваться также любые другие охлаждающие среды, например газ. В частности, предпочтительно, что очищающее устройство содержит корпус, непрерывно промываемый охлаждающей средой, в частности водой, без ухудшения функции очищающего устройства. За счет этого может достигаться эффективное охлаждение очищающего устройства.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено устройство для создания воздушного потока, по меньшей мере, частично обтекающего оптическое регистрирующее устройство. С одной стороны, такой воздушный поток может использоваться для его охлаждения, а, с другой стороны, такому воздушному потоку присваивается функция поддержания оптики или поля обзора оптического регистрирующего устройства свободным от загрязнения. Последнее имеет значение, в частности, тогда, когда оптическое регистрирующее устройство «заглядывает» в выпускной канал. При таком расположении может быстро произойти сильное загрязнение оптического регистрирующего устройства или смотрового окошка выходящими из печи частицами. Вследствие этого контроль выпускного канала может осуществляться лишь ограниченно или больше не может осуществляться. Благодаря устройству для создания воздушного потока, по меньшей мере, частично обтекающего оптическое регистрирующее устройство, надежный контроль выпускного канала возможен даже в случае оказывающего сильное загрязняющее действие окружения. Это происходит за счет того, что воздушный поток, в основном, препятствует отложению частиц, в частности грязевых частиц, по ходу лучей оптического регистрирующего устройства. Воздушный поток может быть создан, например, сжатым воздухом или ведущим его направляющим устройством. В качестве альтернативы может использоваться также отличный от воздуха газ.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения оптическое регистрирующее устройство расположено на шиберном язычке. За счет этого может быть создано особенно компактное очищающее устройство с функцией контроля. Преимущественно шиберный язычок приводится в действие посредством толкающих пневмоцилиндров. Необходимый для их работы сжатый воздух может использоваться, например, также для охлаждения или очистки оптики оптического регистрирующего устройства. Кроме того, предпочтительно, что при таком выполнении очищающего устройства удаление металлического нароста и контроль выпускного канала могут осуществляться за единственное поступательное движение шиберного язычка. Преимущественно шиберный язычок содержит рамный каркас, причем оптическое регистрирующее устройство расположено между противоположными сторонами рамного каркаса.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения очищающее устройство выполнено в виде самостоятельного и мобильного узла. Таким образом, оно расположено не постоянно на печи, а может подводиться к ней, например, для очистки и контроля после выпуска жидкого металла. Очищающее устройство может быть установлено для этого, например, на роликовых элементах или смонтировано на поворотном кронштейне. Такое мобильное очищающее устройство испытывает меньшую температурную нагрузку, чем очищающее устройство, расположенное постоянно на печи. Меньшая температурная нагрузка, как правило, положительно сказывается на сроке службы мобильного очищающего устройства. Также, при необходимости, можно уменьшить затраты на охлаждение такого очищающего устройства, или охлаждение может полностью отпасть. При необходимости, во время эксплуатации печи очищающее устройство может быть сблокировано с ней. В частности, можно таким образом создать встречное усилие для удаления металлического нароста с устья выпускного канала.
Если очищающее и запорное устройства выполнены в виде конструктивно независимых друг от друга, преимущественно постоянно расположенных на печи устройств, то предпочтительно ориентировать их по отношению друг к другу так, чтобы их продольные средние оси заключали, в основном, угол 90º. Такое расположение позволяет избежать проблем при выпуске жидкого металла из печи, в частности столкновения запорного устройства и/или очищающего устройства с другим техническим агрегатом, например ковшом при повороте тигля с находящимся в нем жидким металлом.
Задача изобретения решается также посредством очищающего устройства для печи по одному из пп. 1-10, содержащего шибер с перемещающимся язычком и расположенным на язычке скребком, а также оптическое регистрирующее устройство для съемки изображений выпускного канала и/или его устья. Очищающее устройство может быть выполнено в виде комбинированного очищающе-запорного устройства. В качестве альтернативы очищающее устройство представляет собой дополнительное устройство, независимое от запорного устройства. В частности, при использовании запорного устройства и конструктивно отдельного от него очищающего устройства может быть предусмотрено устройство для предотвращения столкновений между компонентами запорного устройства и очищающим устройством. Определение опасности столкновений с помощью устройства для их предотвращения может основываться, например, на измерении времени прохождения ультразвуковых сигналов между потенциально способными к столкновению компонентами, в частности шиберами и/или их язычками, запорным и очищающим устройствами. За счет того, что очищающее устройство содержит оптическое регистрирующее устройство для съемки изображений выпускного канала и/или его устья, контроль устья и выпускного канала может осуществляться простым образом, что исключает опасность здоровью обслуживающего персонала. Оптическое регистрирующее устройство расположено преимущественно на перемещающемся шиберном язычке. Этим можно достичь того, что оптическое регистрирующее устройство может регистрировать изображения выпускного канала уже во время удаления металлического нароста. Поскольку его удаление и контроль выпускного канала происходят, по меньшей мере, частично одновременно, можно дополнительно сократить затраты времени на обслуживание устья выпускного канала или его самого, что позволяет дополнительно повысить производительность печи.
Предпочтительным образом очищающее устройство содержит регулировочное устройство для позиционирования и ориентации скребка относительно устья выпускного канала. За счет этого можно гарантировать точное положение и/или точную ориентацию очищающего устройства относительно устья выпускного канала. Это обеспечивает максимально хорошее удаление металлического нароста и, при необходимости, максимально хороший контроль выпускного канала. В частности, регулировочное устройство выполнено в виде нескольких, легко регулируемых подвесок, например эксцентриковых подвесок или регулировочных винтов. Таким образом, например, корпус, шибер и/или его язычок могут регулироваться независимо друг от друга или сообща в трех пространственных направлениях по положению и ориентации относительно устья выпускного канала.
Далее предпочтительно, что очищающее устройство содержит охлаждающее устройство. Последнее выполнено преимущественно с возможностью охлаждения максимально всех компонентов очищающего устройства, в частности, однако, оптического регистрирующего устройства. За счет этого можно обеспечить повышение срока службы компонентов очищающего устройства и, тем самым, всего очищающего устройства.
В частности, предпочтительно, что очищающее устройство содержит устройство для создания воздушного потока, по меньшей мере, частично обтекающего оптическое регистрирующее устройство. Благодаря этому, с одной стороны, можно охлаждать оптическое регистрирующее устройство, а, с другой стороны, можно защитить оптику или поле его обзора от загрязнения за счет того, что воздушный поток отводит грязевые частицы.
Другие преимущества изобретения следуют из примеров его осуществления, схематично изображенных на прилагаемых чертежах, на которых представляют:
- фиг. 1: разрез дуговой электропечи с очищающим устройством в закрытом состоянии;
- фиг. 2: разрез дуговой электропечи с очищающим устройством в частично открытом состоянии;
- фиг. 3: вид сверху на очищающее устройство в закрытом состоянии;
- фиг. 4: вид сверху на очищающее устройство в частично открытом состоянии;
- фиг. 5: вид сбоку очищающего устройства в частично открытом состоянии;
- фиг. 6: вид сверху на комбинированное очищающе-запорное устройство.
На фиг. 1 изображен вертикальный разрез схематичной дуговой электропечи 1. Она содержит выпускной канал 2 с устьем 3. Канал 2 образован кирпичами 3' с отверстием. Они выдаются, или устье 3 выдается за под печи 1.
За выпускным каналом 2 или его устьем 3 видно запорное устройство 4, посредством которого устье 3 можно открыть или закрыть. На фиг. 1 устье 3 изображено в открытом состоянии после отвода жидкого металла.
При отводе жидкого металла из печи на устье 3 образуются, как правило, металлические загрязнения. Такое загрязнение выполнено на фиг. 1 в виде застывшего из жидкого металла нароста М. Перед повторным закрыванием устья 3 этот нарост М следует удалить.
Для этого на поде печи 1 расположено очищающее устройство 5'. Его продольная ось и продольная ось запорного устройства 4 заключают, в основном, прямой угол во избежание повреждения очищающего устройства 5' и/или запорного устройства 4 в процессе выпуска - поворота тигля печи.
Очищающее устройство 5' содержит клинообразный скребок 5 со скребковой кромкой 12. Он расположен на язычке 8 шибера 7. Язычок перемещается в продольном направлении очищающего устройства 5' посредством пневмоцилиндров (не показаны). Шибер 7 включает в себя пневмоцилиндры и язычок 8 со скребком 5.
Шибер 7 расположен внутри корпуса 17, охлаждаемого водой. Для этого предусмотрено охлаждающее устройство 10. Оно включает в себя приточное отверстие в корпусе 17 для подачи охлаждающей воды в него и сливное отверстие в корпусе для отвода из него нагретой воды.
Оптическое регистрирующее устройство на фиг. 1 и 2 для наглядности не показано, однако расположено на перемещающемся язычке 8.
Корпус 17 может включать в себя вместо охлаждающего устройства 10 термоизолирующее устройство (не показано). Оно может быть выполнено, например, в виде защищающей от жара заливочной массы, которая, по меньшей мере, на отдельных участках окружает корпус.
Корпус 17 посредством регулировочного устройства 6 соединен с подом печи 1. Регулировочное устройство 6 позволяет регулировать корпус 17 и, тем самым, шибер 7 с язычком 8 и скребком 5 во всех пространственных направлениях относительно устья 3. Регулировочное устройство 6 выполнено на фиг. 1 в виде нескольких эксцентриковых подвесок. Оно может быть реализовано также любым другим образом.
На фиг. 2 изображен, в основном, тот же объект, что и на фиг. 1. Однако объект на фиг. 2 отличается от объекта на фиг. 1 тем, что язычок 8 очищающего устройства 5' выдвинут и используется для удаления металлического нароста М на устье 3. Для этого язычок 8 перемещается посредством толкающих пневмоцилиндров (не показаны) в направлении устья 3, в результате чего скребок 5 на язычке 8 удаляет металлический нарост М своей скребковой кромкой 12.
За счет предшествующей регулировки скребковой кромки 12 относительно устья 3 можно удалить металлический нарост М непосредственно на устье 3 и заподлицо с кирпичами 3'.
Очищающее устройство 5' содержит оптическое регистрирующее устройство (на фиг.1 и 2 не показано), выполненное в виде видеокамеры. С ее помощью регистрируются изображения выпускного канала 1, которые выводятся на дисплей. С помощью изображений обслуживающий персонал решает, требуется ли принять меры по приведению выпускного канала 2 в исправное состояние. Контроль выпускного канала 2 может осуществляться частично во время соскребания. В качестве альтернативы удаление металлического нароста с устья 3 выпускного канала 2 и контроль состояния выпускного канала 2 выполняются последовательно.
Как только обслуживание завершено, язычок 8 снова отводится в охлаждаемый корпус 17. Затем с помощью запорного устройства 4 закрывается устье 3. Выпускной канал 2, по меньшей мере, на отдельных участках заполняется, и в печь 1 снова может загружаться жидкий металл, или в ней может снова выплавляться жидкий металл.
На фиг.3 изображен вид сверху на очищающее устройство 5' в закрытом состоянии. Очищающее устройство 5' содержит корпус 17. Он выполнен преимущественно двухстенным, так что в промежутке между обеими стенками может циркулировать охлаждающее средство, преимущественно вода, которое не может бесконтрольно вытекать из него. На фиг.3 изображено также охлаждающее устройство 10, 16, посредством которого к корпусу 17 подается и от него отводится охлаждающая вода. Корпус 17 охватывает шибер 7.
Шибер 7 содержит язычок 8 и пневмоцилиндры 14. На язычке 8 расположены оптическое регистрирующее устройство 9, устройство натекания 11 для охлаждения и предотвращения загрязнения оптического регистрирующего устройства 9 и скребок 5 со скребковой кромкой 12.
Преимущественно к шиберу 7 подводится избыточное давление посредством сжатого воздуха, отбираемого, например, из пневмопроводов для пневмоцилиндров 14, в качестве альтернативы подаваемого также по отдельной подводящей линии. Избыточное давление препятствует загрязнению шибера 7. Также за счет подаваемого происходит охлаждение поршней (не показаны) цилиндров 14.
Кроме того, избыточное давление в шибере 7 может использоваться, например, устройством натекания 11 в качестве формирователя воздушного потока, который, с одной стороны, охлаждает оптическое регистрирующее устройство 9, а, с другой стороны, обтекает его таким образом, что загрязнения, в основном, не мешают съемке изображений, преимущественно цифровых изображений.
Зарегистрированные оптическим регистрирующим устройством 9 данные по информационной линии 15 выводятся им из очищающего устройства 5', при необходимости, после их обработки на дисплей 18. Для этого язычок 8 содержит на фиг. 3 раму, в которой отдельными участками проходит информационная линия 15. Дисплей 18, на котором отображаются изображения, основанные на зарегистрированных устройством 9 данных, может отражаться на дисплее 18 центра наблюдения и/или на переносном дисплее 18. При необходимости, изображения оптического регистрирующего устройства 9 непосредственно по информационной линии 15 могут выводиться на подключенный непосредственно к ней дисплей.
Газовые выводы на очищающем устройстве 5' для работы толкающих пневмоцилиндров 14 на фиг. 1-6 не показаны.
Очищающее устройство 5' содержит далее регулировочное устройство 6, с помощью которого очищающее устройство 5', в частности скребок 5 со скребковой кромкой 12, может регулироваться относительно устья выпускного канала. В частности, предпочтительно, что регулировочное устройство 6 обеспечивает движение очищающего устройства 5' вокруг трех независимых друг от друга осей.
На фиг. 4 изображенное на фиг. 3 в закрытом состоянии очищающее устройство 5' изображено в открытом состоянии. Это его состояние является примером состояния, в котором происходит обслуживание, в частности контроль, выпускного канала печи.
Оптическое регистрирующее устройство, выполненное, например, в виде видеокамеры, расположено снаружи корпуса 17 очищающего устройства 5' таким образом, что поле ее обзора охватывает выпускной канал или его устье. Оптическое регистрирующее устройство 9 содержит защитный корпус (не показан). Он является, по меньшей мере, частично проницаемым для регистрируемого устройством 9 спектра излучения. Преимущественно защитный корпус имеет смотровое окошко, через которое устройство 9 может заглядывать в выпускной канал.
Изображенное на фиг. 4 устройство натекания 11 использует для создания воздушного потока находящееся под избыточным давлением внутреннее пространство шибера. За счет разности давлений между внутренним пространством шибера и атмосферой образуется воздушный поток, направляемый через устройство натекания 11. Этот воздушный поток подводится к оптическому регистрирующему устройству 9. Он служит, с одной стороны, для охлаждения, а, с другой стороны, для очистки или предотвращения загрязнения релевантных для съемки изображений компонентов очищающего устройства 5'. Устройство натекания 11 делит воздушный поток на первую часть, которая используется для предотвращения загрязнения траектории лучей, и вторую часть, которая используется для охлаждения оптического регистрирующего устройства 9.
Таким образом, благодаря одной части воздушного потока загрязнение защитного корпуса оптического регистрирующего устройства предотвращается за счет того, что грязевые частицы удерживаются от осаждения, в частности долговременного осаждения, на «смотровом окошке» защитного корпуса оптического регистрирующего устройства 9. Для этого «смотровое окошко» непрерывно обдувается. Для охлаждения оптического регистрирующего устройства 9 часть воздушного потока направляется непосредственно в защитный корпус, в котором оно расположено.
На фиг. 5 изображен вид сбоку очищающего устройства 5', изображенного при виде сверху на фиг. 4. Это изображение служит только для ясности и, в основном, не имеет никаких отличий от очищающего устройства 5' на фиг. 4.
На фиг. 6 изображен вид сверху на комбинированное очищающе-запорное устройство 5''. Следовательно, не требуется никакого отдельного запорного устройства, обозначенного, например, на фиг. 1 и 2 поз. 4. Очистка и контроль, а также открывание и закрывание устья выпускного канала осуществляются посредством одного и того же устройства.
Комбинированное очищающе-запорное устройство 5'' отличается от очищающих устройств 5' на фиг. 1-5 тем, что на язычке 8 расположен дополнительный запорный элемент 13.
Кроме того, комбинированное очищающе-запорное устройство 5'' содержит средства для интегрированного измерения пути в толкающем цилиндре 14. За счет интегрированного измерения пути можно перемещать язычок 8 целенаправленно в положение соскребания, запорное положение или в положение контроля.
В положении соскребания может осуществляться очистка устья выпускного канала. В частности, с устья может быть удален нарост застывшего металла. В запорном положении комбинированного очищающе-запорного устройства устье выпускного канала закрывается запорным элементом 13, и может осуществляться заполнение выпускного канала. В положении контроля могут регистрироваться изображения устья выпускного канала и/или самого выпускного канала.
Все изображенные в примерах выполнения очищающие устройства или комбинированные очищающе-запорные устройства расположены на печи, как правило, постоянно. Они практичны и мало подвержены сбоям.
Однако может быть предусмотрено также очищающее устройство, подвижное относительно печи, например, за счет поворотного кронштейна или транспортного устройства. Такое очищающее устройство подводится к печи лишь незадолго до выпуска и позиционируется или фиксируется таким образом, что посредством этого мобильного очищающего устройства возможно обслуживание выпускного канала или его устья. Это обеспечивает, например, гибкое использование очищающего устройства в различных печах.