ДУГОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ
ELECTRIC ARC FURNACE

Изобретение касается дуговой электрической печи, включающей панель свода и нижнюю камеру, в которой имеется внецентренно расположенное выпускное отверстие.
Переработка стального лома с целью получения сырой стали приобретает все более важное значение. Преимущественно для этого применяются дуговые электрические печи, которые также называются электродуговыми печами. У дуговой электрической печи загружаемый материал, то есть служащий исходным материалом стальной лом, нагревается с помощью электрической дуги, горящей между ним и электродом, и в итоге расплавляется. Для ускорения процесса расплавления стальной лом может дополнительно нагреваться горелками.
К современным сталям предъявляются высокие требования по качеству. Поэтому уже во время расплавления стального лома содержащиеся в нем вещества и состав представляют интерес в отношении последующей целенаправленной дальнейшей переработки. Важным технологическим параметром является температура расплава, в частности, потому, что после расплавления лома следует фаза перегрева, во время которой температура расплава должна постоянно контролироваться.
Обычно контроль процесса плавления осуществляется с помощью измерительного устройства, которое снабжено головкой для отбора проб с закрепленной на ней с возможностью выдвижения насадкой. На вершине насадки находятся, например, температурный зонд или зонд для отбора проб. У традиционных дуговых электрических печей измерения осуществляются при открытой рабочей двери или, соответственно, двери для выхода шлака через отверстие двери для выхода шлака. Альтернативно измерение может осуществляться через специальное отверстие в крышке дуговой электрической печи. Частично измерительные устройства расположены на печи вблизи рабочей двери и снабжены автооператором или, соответственно, манипулятором, на котором установлена оснащенная насадками измерительная головка. Кроме того, существуют мобильные измерительные системы, которые могут передвигаться к отверстию двери для выхода шлака, чтобы при открытой двери измерительная насадка погружалась в расплав.
Зонд для измерения температуры состоит обычно из картонной втулки, которая надевается на трубку насадки, на конце которой находится керамическая головка с расположенным в наконечнике из кварцевого стекла термоэлементом. Зонд для измерения температуры, предназначенный только для одноразового использования, для проведения измерения с помощью насадки на несколько секунд погружается в жидкий расплав. Зонд для отбора проб снабжен также картонной трубкой, на конце которой имеется кокиль для забора проникающего в зонд и застывающего там материала. Зонд для отбора проб также предназначен только для одноразового использования.
Известные измерительные системы, которые преимущественно определяют температуру расплава или, соответственно, отбирают пробу из расплава через отверстие двери для выхода шлака, преимущественно обслуживаются вручную, так что для проведения измерения человек должен находиться в опасной области дуговой электрической печи. Кроме того, существует проблема, что шлак или остатки лома могут находиться в области двери для выхода шлака, так что измерение будет затруднено или даже невозможно.
Задачей настоящего изобретения является указать дуговую электрическую печь, снабженную измерительным устройством, которая улучшена с учетом имеющихся в уровне техники проблем и, в частности, позволяет просто и надежно осуществлять измерение или, соответственно, отбор проб из расплава.
Эта задача решается с помощью дуговой электрической печи с признаками по п.1.
Предлагаемая изобретением дуговая электрическая печь включает панель свода, нижнюю камеру, в которой имеется внецентренно расположенное выпускное отверстие, и измерительное устройство. Измерительное устройство, в свою очередь, включает, по меньшей мере, одну закрепленную на измерительной головке с возможностью выдвижения измерительную насадку, при этом измерительная головка может располагаться в рабочем положении над панелью свода так, что измерительная насадка через имеющееся в панели свода отверстие может вводиться в плавильное пространство дуговой электрической печи.
Так как измерительная насадка через имеющееся в панели свода отверстие может вводиться в плавильное пространство, расположенный на вершине насадки зонд может быть кратковременно погружен в имеющуюся в плавильном пространстве плавильную ванну. Кроме того, существует возможность вводить измерительную насадку в плавильное пространство как прямолинейно, так и наклонно. Если измерительная насадка вводится в плавильное пространство прямолинейно, то измерительный зонд может особенно глубоко проникать внутрь печи, при этом измерение становится точнее. Если измерительная насадка вводится в плавильное пространство наклонно, то сохраняется большое расстояние между футеровкой печи и зондом. Вероятность того, что зонд столкнется с футеровкой или с возможно имеющимися на ней пригоревшим шлаком, может быть снижена. Обычно у применяемых для переработки лома дуговых электрических печей в области платформы их свода, точнее говоря, в закрывающей плавильное пространство от окружающей среды панели свода, которая, кроме того, может быть выполнена в виде охлаждающей панели, имеются различные отверстия. Особенно предпочтительно она может быть дооснащена соответствующим измерительным устройством, без необходимости других реконструкций на имеющейся дуговой электрической печи. При известных способах измерения, при которых зонд вводится в расплав через отверстие для выхода шлака, часто возникает проблема, что отверстие для выхода шлака блокируется остатками лома или нагромождениями шлака. Измерение затрудняется или становится совсем невозможным. Расположенная под панелью свода область плавильного пространства в значительной степени защищена от загрязнений шлаком, так что измерение в этой области может выполняться особенно надежно. Кроме того, для работ по техническому обслуживанию область свода хорошо доступна через платформу свода, так что при возможном возникновении неисправности на измерительном устройстве сервисный персонал имеет доступ без затруднений. На случай тяжелой неисправности, при которой отверстие для доступа в области панели свода блокировано измерительным устройством, отверстие двери для выхода шлака остается по-прежнему доступным, так что в сомнительном случае может быть выполнено измерение традиционным способом.
Предпочтительные варианты осуществления предлагаемой изобретением дуговой электрической печи содержатся в зависимых от п.1 пунктах.
По первому варианту осуществления дуговая электрическая печь включает устройство позиционирования, предусмотренное для позиционирования измерительной головки, которое установлено на платформе дуговой электрической печи. Платформа печи представляет собой охватывающую нижнюю камеру дуговой электрической печи платформу, которая проходит несколько ниже панели свода. При этом граничащая непосредственно с нижней камерой область платформы, которая при опорожнении печи опрокидывается вместе с ней, называется теперь не платформой печи, а люлькой. На платформе печи может быть без затруднений установлено устройство позиционирования, так как она, например, хорошо доступна для цеховых кранов. В области платформы печи измерительное устройство не препятствует ни загрузке лома в дуговую электрическую печь, ни добавлению легирующих материалов в ковш. Кроме того, в этом месте оно хорошо доступно для сервисного персонала.
Чтобы также исключить препятствование поворотному движению крышки печи, устройство позиционирования по одному из вариантов осуществления установлено с той стороны платформы печи, которая расположена напротив поворотного устройства крышки дуговой электрической печи.
Зонды для дуговых электрических печей в переработке лома обычно применяются только один раз. Поэтому после осуществления измерения или отбора пробы замена измерительного зонда требует присутствия техника в опасной области дуговой электрической печи. Это может быть предотвращено у дуговой электрической печи по одному из вариантов осуществления, у которой зонды автоматически догружаются из магазина. Измерительная головка измерительного устройства для этого может позиционироваться между положением покоя и рабочим положением и включает магазин зондов, который предназначен для автоматического забора зондов измерительной насадкой в положении покоя измерительной головки. Благодаря такому варианту осуществления дуговой электрической печи значительно повышается надежность работы.
Для изготовления высококачественных сталей представляет интерес контроль самых разных технологических параметров во время процесса расплавления. По этой причине дуговая электрическая печь по другому варианту осуществления снабжена измерительным устройством, измерительная насадка которого предназначена для забора нескольких зондов. С помощью такого измерительного устройства можно одновременно или через короткие промежутки времени выполнять несколько измерений с различными зондами. Позиционирование измерительной головки должно при этом выполняться только один раз. Так в течение короткого времени с небольшими усилиями может быть измерено множество параметров.
Существенной технологической величиной является температура расплава. По этой причине особенно предпочтительно, если по другому варианту осуществления дуговая электрическая печь включает измерительное устройство, которое снабжено измерительной насадкой, предназначенной для забора температурного зонда. Наряду с технологической температурой другим важным параметром является состав расплава, который оказывает решающее воздействие на качество стали. Поэтому дуговая электрическая печь по другому варианту осуществления включает измерительное устройство, снабженное измерительной насадкой, которая предназначена для забора зонда для отбора проб.
По другому варианту осуществления устройство позиционирования представляет собой манипулятор с несколькими шарнирными рычагами. Этот манипулятор позволяет измерительной головке осуществлять изменяющееся движение; в частности, можно избегать препятствий в области панели свода и таким образом обеспечивать надежное позиционирование измерительной насадки.
Рабочее окружение дуговой электрической печи в переработке лома ставит высокие требования к применяемым там приборам. Наряду с высокими требованиями надежности, из-за затрудненных работ по техническому обслуживанию в опасной области дуговой электрической печи высокие температуры и грязь являются только некоторыми другими затрудняющими условиями. По этой причине особенно предпочтительно, чтобы по другому варианту осуществления шарнирно-рычажный манипулятор представлял собой манипулятор с четырьмя шарнирными рычагами. У такого манипулятора для перемещения всех звеньев необходимо только одно приводное звено. Шарнирно-рычажный манипулятор, кроме того, включает только вращательные соединения между отдельными звеньями шарнирного рычага, которые мало подвержены загрязнению. Также предпочтительно, чтобы зафиксированная на манипуляторе измерительная головка всегда сохраняла одинаковую ориентацию и не производила продольного колебательного движения. Это позволяет осуществлять простое и точное позиционирование измерительной головки.
Другие предпочтительные варианты осуществления предлагаемой изобретением дуговой электрической печи следуют из не упомянутых выше зависимых пунктов. Для дальнейшего пояснения изобретения ссылаемся на примеры осуществления, изображенные на чертежах. Показано:
фиг.1 - дуговая электрическая печь, снабженная измерительным устройством, на виде в перспективе,
фиг.2a - такое измерительное устройство в своем положении покоя, и
фиг.2b - измерительное устройство в своем рабочем положении, соответственно на виде сбоку.
Дуговая электрическая печь 2 (также называемая электродуговой печью или, по английски, arc furnance) для переработки стального лома показана на фиг.1. Эта печь состоит из нижней камеры 4 и примыкающей к ней верхней камеры 6. Окруженное нижней и верхней камерой 4, 6 плавильное пространство дуговой электрической печи 2 в направлении своей верхней стороны закрыто крышкой 8. Эта крышка может наклоняться в сторону для наполнения дуговой электрической печи 2 исходным материалом/стальным ломом с помощью поворотного устройства 10 (называемого также порталом). С помощью крышки 8 дуговой электрической печи 2 перемещаются электроды 12, между нижним концом которых и находящимся в плавильном пространстве стальным ломом горит электрическая дуга, которая расплавляет исходный материал. Удаление воздуха из дуговой электрической печи 2 происходит через газовыпускное колено 13. Дуговая электрическая печь 2 своей нижней камерой 4 зафиксирована в люльке 14, которая может опрокидываться, так что для опорожнения плавильного пространства жидкая расплавленная сталь может сливаться в ковш 16. С обеих сторон люльки 14 находится платформа 18 печи, которая в отличие от нее не является откидной. Поворотное устройство 10 для крышки 8 установлено на люльке 14.
На противоположной поворотному устройству 10 стороне электродуговой печи 2 на платформе 18 печи установлено измерительное устройство 20, закрепленная на измерительной головке 22 измерительная насадка 24 которой может вводиться через имеющееся в панели 26 свода отверстие 28 в плавильное пространство дуговой электрической печи 2. Панель 26 свода проходит в плоскости между нижней и верхней камерой 4, 6 дуговой электрической печи 2 и закрывает ее от ее наружного пространства. Панель 26 свода может быть, кроме того, выполнена в виде охлаждающей панели. Предпочтительно панель 26 свода располагается напротив имеющегося в нижней камере 2, эксцентрически расположенного выпускного отверстия. То есть панель 26 свода расположена практически над имеющимся в нижней камере 2 выпускным отверстием. Панель 26 свода, в частности, доступна для работ по техническому обслуживанию через платформу свода. В области панели 26 свода находятся обычно другие встроенные в дуговую электрическую печь 2 элементы. Например, в панели 26 свода имеется отверстие, которое используется для заполнения выпускного отверстия после опорожнения дуговой электрической печи 2. Для дополнительного нагрева материала расплава в области свода дуговой электрической печи 2, которую закрывает панель 26 свода в направлении ее верхней стороны, может находиться горелка свода.
Только схематично обозначенное на фиг.1 измерительное устройство 20 на фиг.2a, b изображено детально. Измерительное устройство 20 может поворачиваться между положением покоя и рабочим положением; на фиг.2a показано положение покоя, на фиг.2b - рабочее положение измерительного устройства 20. Пояснения к измерительному устройству 20 даются более подробно со ссылкой на фиг.2a, b. Сначала даются дальнейшие пояснения по дуговой электрической печи 2 со ссылкой на фиг.1.
В измерительном устройстве 20, находящемся в положении покоя, с помощью измерительной насадки 24 возможен забор различных измерительных зондов или зондов для отбора проб из магазина 30 зондов. Смена измерительных зондов может осуществляться автоматически. Характерными зондами являются зонды для измерения температуры, зонды для отбора проб или зонды для измерения активности кислорода, которые, например, обеспечивают возможность быстрого углеродного анализа расплава. Находящееся в рабочем положении измерительное устройство 20 позиционирует измерительную головку 22 над панелью 26 свода так, чтобы измерительная насадка 24 через имеющееся в панели 26 свода отверстие 28 могла быть погружена в расплав. Измерительная головка 22 может при этом откидываться так, чтобы измерительная насадка 24 могла вводиться в плавильное пространство под различными углами. В частности, можно использовать уже имеющиеся в панели 26 свода отверстия в качестве входных отверстий для измерительной насадки 24. У многих дуговых электрических печей в области свода находится не изображенная на фиг.1 горелка свода. В панели 26 свода находится обычно закрытое медной плитой отверстие, которое после опорожнения дуговой электрической печи 2 используется для заполнения выпускного отверстия. Именно это отверстие хорошо подходит для того, чтобы вводить измерительную насадку 24 измерительного устройства 20, которая была описана выше, в плавильное пространство.
Согласно изображенному на фиг.1 примеру осуществления измерительное устройство 20 установлено на противоположной поворотному устройству 10 для крышки 8 стороне дуговой электрической печи 2 на платформе 18 печи. В этом месте измерительное устройство 20 меньше всего препятствует поворотному движению крышки 8 при открытии дуговой электрической печи 2. В принципе, измерительное устройство 20 может быть также установлено в другом удобном месте. Решающим является то, чтобы было возможно позиционирование измерительной головки 22 над панелью 26 свода.
На фиг.2a, b показано уже известное по фиг.1 измерительное устройство 20 соответственно на детальном виде сбоку. Измерительное устройство 20, которое установлено на платформе 18 печи, снабжено состоящим из нескольких шарнирных стержней 32 и головной части 34 устройством позиционирования, которое может перемещаться посредством гидравлического цилиндра 36. Шарнирные стержни 32, головная часть 34 и гидравлический цилиндр 36 соединены друг с другом плоскими шарнирами 38. Измерительная головка 22, которая согласно изображенному примеру осуществления предназначена для крепления двух измерительных насадок 24, установлена в головной части 34. В соответствии с конструкцией устройства позиционирования, представляющего собой манипулятор с четырьмя шарнирными рычагами, измерительная головка 22 может перемещаться между положением покоя и рабочим положением, не совершая продольного колебательного движения. Измерительная головка 22 включает подъемное устройство для измерительных насадок 24 и закреплена в головной части 34 под углом 90° относительно плоскости поворота шарнирных стержней 32.
Измерительные насадки 24 могут погружаться в имеющийся в плавильном пространстве дуговой электрической печи 2 расплав через имеющееся в панели 26 свода отверстие 28. Находящийся на вершине измерительной насадки 24 зонд 40 при этом погружается в расплав приблизительно на 400 мм.