专利名称：电弧炉的预热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于熔炼金属材料及精炼熔融金属的电弧炉的预热装置。更具体地，本发明涉及一种预热装置，它可以防止竖井中的废气的不均匀流，减轻在保持原材料的封闭门上的热负荷及减少建筑成本。
用于精炼的电弧炉包括直流电弧炉及交流电弧炉，直流电弧炉在装入炉中的金属材料上方设的一个电极及装在炉底或侧壁之类的炉壁上的电极之间形成电流，用来熔化金属材料及精炼熔融金属，而交流电弧炉产生电流通过装在炉中的金属材料上方三个电极，来熔化金属材料及精炼熔融金属。在这些电弧炉中的废气利用系统一般的结构是有一个预热箱设在电弧炉及集尘设备之间，一桶金属材料插入预热箱中，金属材料被废气预热。
但是，在电弧炉及预热箱之间的废气管道具有水冷结构，因为电弧炉产生的高温气体流过该管道，到达预热箱的废气温度降到与水冷引起的温降相应的程度。因此，废气带有的热量不能有效地用来预热金属材料，在热效率这方面就有严重的问题。另外在预热的金属材料从桶中传送到炉中时产生的白烟及难闻的味道也使工作环境恶化。
因此，已经有多种建议想有效地利用废气的热量预热金属材料及把预热金属材料装到电弧炉中而不必把它们从预热箱传送到电弧炉中。例如， 日本未审查的专利申请公开No.3-505625公开了一种电弧炉，其在设在炉盖及炉体一部分上的竖井形成的预热区中预热原材料，并让储存在竖井中的经预热的原材料自然地落入炉中。
但是，在这种情形下，在设在炉盖上的竖井中储存的原材料自然落下及随后熔化，也就是说“在精炼期”，在竖井中没有原材料，原材料不再被废气的热量预热。因此，仍然没有解决热效率问题。
为解决这一问题，例如日本未审查的专利申请公开No.5-500263提出了一种方法，其设置两组电弧炉，把废气导到在竖井中储存有原材料处于预备状态的另一个电弧炉中，以便在一个电弧炉中原材料自然落下被供到该炉的电能熔化后，仍可用废气热预热原材料，预热另一个电弧炉中的原材料以改进热效率。
日本未审查的专利申请公开No.4-309789建议一种方法，它把预热区只设在竖井中，把原材料封闭门设在竖井内，使得可以总有原材料储存在竖井中，可在精炼期利用废气的热量。
顺便提一下，熔炼电弧炉中的金属材料的能量的主要部分是由电能提供的。在考虑熔炼金属材料的能量效率时，要求把作为能源的电弧设在尽可能靠近炉体的中央部分，也就是把使金属材料的装料部分熔化的上电极设在尽可能靠近炉体的中央部分，使上电极的电弧在金属材料的中央产生以便在整个圆周均匀地熔化它们。
这一建议充分开发了直流电弧炉的很大的优点，它只要一个上电极，能量利用效率比需要三个上电极的交流电弧炉更高。这优点自然很适用作为熔炼的物体的金属材料受预热的情况。
但是，在上述的日本未审查的专利申请公开No.3-505625，5-500263，及4-309789的这些现有技术的建议中，竖井设在炉体的侧壁部分，因此预热的原材料只加到炉体的该侧壁部分。换言之，与该侧壁部分相对的炉体部分，没有装入原材料，设部分总是被电弧热量无用地加热，没有用来熔化原材料，因此使能量利用效率降低。由于原材料仅仅装到炉体远离上电极的部分，熔化速度就比上电极设在原材料中部上方的情形熔化的速度慢，能量利用效率也降低。
为解决这一问题，可以利用一种方法，其在炉盖及竖井移动时装入原材料使原材料装到炉体的中央部分。在该情形下，在现有技术炉盖的形状条件下，移动炉盖使炉体上部打开，当竖井中的原材料装入炉中，含高温粉尘的气体从炉体的上部喷出，明显地恶化工作环境。
在一种电弧炉中，预热原材料的竖井设在炉盖上，竖井及上电极设在炉盖的中央并可上下整体地移动，由本发明人以前申请的用来解决上述问题的日本专利申请No.6-144079利用了这种结构，其中炉盖是可以移动的，甚至在移动时炉盖仍盖住炉体的上部。
甚至在上述改进的系统中，还有下面的问题要解决。从热量回收方面考虑，保持原材料在设在炉盖上的竖井内并预热它们的系统是有利的系统，因为它可直接利用来自电弧炉的高温废气。但是，设在竖井内的保持原材料的封闭门在把原材料装入竖井时受到落下的材料的冲击负荷，并且在预热时接受原材料负荷的同时必须通过来自电弧炉的高温废气。
因此，如缝形槽之类的气体通道的开口是必须的，并且由于暴露在竖井内的封闭门的整个表面暴露到高温废气中，它必须具有各种性能特点，如相当高的强度，高的耐热性及高的抗磨性能。因此，设备的可靠性及建造成本还有问题。
为解决这一问题，可以利用一种方法，把竖井设在电弧炉的附近，在竖井顶部设原材料装料部分及废气出口，原材料封闭门设在竖井的底部，通过排气管把电弧炉的废气导到竖井的侧壁，因而消除了要设废气通过原材料封闭门的通道的要求，因而减小了封闭门的热负荷。但是在这一情形下，进入竖井的废气的导入方向成为单向的，会在竖井内产生气体的不均匀流动，使预热效率降低。
因此本发明的目的是提供一种电弧炉的预热装置，其可以改进原材料封闭门的设备可靠性，降低建造成本，减小熔化已预热的原材料的电能要求，同时改进原材料被废气预热的效率，而不恶化工作环境。
本发明提供了一种电弧炉的预热装置，它包括一个竖井设在有排出炉气的废气管的电弧炉附近设在炉体或炉盖上，在竖井顶部设有原材料装料口及排气口，在底部设有保持装入的原材料的封闭门，该装置用电弧炉产生的废气预热装在竖井中的原材料以便有效地利用废气含有的热量。
按照本发明的电弧炉的预热装置的要点在下面几方面。
(1)一种电弧炉的预热装置，其特征在于一个竖井设在有排出炉气的废气管的电弧炉附近设在炉体或炉盖上，在所述的竖井顶部设有材料装料口及排气口，一个封闭门设成与所述的竖井的侧壁的下端部保持预定的间隙，一个通过连接管与所述的电弧炉的废气管连接的外圆筒设成包住所述的竖井的侧壁的下部，一个可沿水平方向移动的移动装置设成可把所述的炉体或所述的竖井固定到预定的工作位置。
(2)按照第(1)项的预热装置，其特征在于还有一个罩设在所述的竖井的下部，在原材料装入炉中时，所述的罩可盖住所述的炉体的上表面的开口。
(3)按照第(1)项的电弧炉的预热装置，其特征在于可与所述的竖井顶部的排气口连通的集尘管设在所述的原材料在所述的竖井内预热的位置及设在在所述的电弧炉的所述的炉体和所述的竖井成一定的位置关系情况下，所述的原材料装入所述的炉中的位置。
(4)按照第(1)项的电弧炉的预热装置，其特征在于当所述的炉体或所述的竖井沿水平方向移动时，所述的炉盖和上电极可沿水平方向移动而与所述的竖井保持预定的位置关系。
(5)按照第(4)项的电弧炉的预热装置，其特征在于设有一驱动装置，它可沿水平方向移动所述的上电极和所述的电极的提升装置，还设有测出延伸或收缩的位移的探测器设在倾斜所述的电弧炉的所述的炉体的驱动装置上及沿水平方向移动所述的上电极的驱动装置上，另外设有一计算机，从倾斜所述的电弧炉的炉体的所述的驱动装置的位移计算设在所述的炉盖的上电极通孔的位移量，及基于所述的上电极通孔的位移量计算沿水平方向移动所述的上电极的所述的驱动装置的位移量。
下面通过附图及实施例详细说明本发明，附图中图1是按照本发明的一个实施例中一个电弧炉及预热装置的总的纵向剖面图；图2是在本发明的一个实施例中在电弧炉中的预热装置内的原材料装入炉中时的总的纵向剖面图；图3是沿图1中A-A线剖切的剖面图；图4是表示按照本发明的一个实施例在电弧炉工作时炉体倾斜时炉盖和上电极之间的位置关系的说明图；排出炉气的废气管道设在电弧炉的炉体或炉盖上，并通过连接管道与竖井的下部连接，在竖井的顶部设有原材料装料部分及排气口，而其底部有保持装入的原材料的封闭门。
换言之，在这类电弧炉的预热装置中，电弧炉中产生的废气通过废气管道及连接管道导入竖井中以便预热装入竖井中的原材料，而炉体或竖井可沿水平方向移动以便通过打开封闭门把已预热的原材料装入炉体中，竖井成形为其侧壁的下端部与封闭门限定一间隙，防止外界空气进入的外圆筒体设成包着侧壁的下部，用来导入在电弧炉中产生的废气的连接管道与该外圆筒体连接，废气通过在外圆筒体和竖井的侧壁之间的间隙导入竖井中。
因此，在外圆筒体和竖井侧壁之间的间隙具有总管的作用，从电弧炉导入的废气沿圆周方向均匀地分布在竖井侧壁下部和外圆筒体之间的间隙部分，而导入竖井的废气也是沿圆周方向均匀地并可以流动。因此消除了在竖井内的废气的不均匀流动，改善了原材料的预热效率，并可有效地利用废气中带有的热量。
另外，电弧炉的废气从设在竖井的底部的原材料封闭门的上方导入，在竖井中往上流，并从设在竖井顶部的排气口排出。因此，在原材料封闭门插在中间时不会发生废气沿垂直方向通过，并且只有原材料封闭门的上表面测受高温废气的影响，而下表面侧与空气接触。结果，就耐热性言封闭门采取对抗措施结构变得非常简单，改善了设备的可靠性，并降低了设备成本。
另外，盖住炉体的上表面开口的罩设在竖井的下部，原材料在该处装入炉中，而可与在竖井顶部的排气口连通的集尘管设在该部分以便除去废气。因此，当封闭门打开以便把原材料装入炉中时，罩便收集炉中产生的含大量粉尘的高温气体。因此，废气穿过竖井，并从竖井的顶部的排气口移出。这样，在原材料装料期间电弧炉产生的气体可有效地收集。
由于电弧炉或竖井可沿水平方向移动，在电弧炉的熔化操作中，上电极可位于炉体的中央，而原材料装入炉中时可装入炉子的中央部分。因此改善了电弧的能量利用效率。
在由电弧炉进行熔化及精炼的工作中，会有炉体倾斜，而炉盖盖在炉体上并且电能加到炉上的情形。在该情形下，在上电极沿水平方向移动且保持与竖井的预定位置关系的系统中，可以用一种方法扩大电极通孔以与炉体的倾斜范围匹配。但是，在该情形下，会增加外界空气通过电极通孔进入的量，不必要地使电弧炉的热效率降低。
因此，设有用来沿水平方向移动上电极和电极的提升装置的驱动装置，及设有探测倾斜电弧炉的炉体的驱动装置及沿水平方向驱动上电极的驱动装置的位移探测器。另外设有一计算机与这些位移探测器连接。
当炉盖盖在炉体上倾斜炉体时，测出倾斜炉体的驱动装置的位移量，如液压缸的延伸及收缩，基于测出的位移量计算设在炉盖中的上电极通孔的位移量，沿水平方向移动上电极以跟随所述的位移量。这样，可防止电极通孔的扩大，减少外界空气的通入，防止电弧炉的热效率降低。
下面，参照
本发明的实施例。
实例图1是按照本发明的电弧炉的总的纵向剖面图；图2是本发明的电弧炉的竖井内的原材料装入炉中时的总的纵向剖面图；图3是沿图1中A-A线剖切的剖面图；图4是表示在电弧炉工作时炉体倾斜时炉盖和上电极之间的位置关系的说明图。
具有排出炉气的废气管4的炉盖2设在炉体1的上部，上电极3设成可穿过炉盖2。驱动装置15设在炉体1上，在熔化操作期间需要时可倾斜炉体。
竖井5设在炉体1的近处。在竖井5的顶部设有原材料装料部分10及排气口11，而底部设有把要装入竖井的原材料20保持在其中的封闭门7。
集尘管16，17分别设在竖井中预热原材料20的位置，及原材料20装入炉中的位置，这些集尘管16，17分别设有风挡18，19，这些集尘管还与收集粉尘的集尘设备相连(未示出)。
竖井5的剖面形状可是圆形或正方形的，竖井5最好有向下的锥度以防止原材料20塞在竖井5中。
在竖井5的下端部和封闭门7之间限定有预定的间隙9，其最好设成包着竖井下端部的整个圆周。另外，在竖井的外圆周设有一外圆筒6，它通过连接管8与上述的废气管4连接。
罩12设在竖井5的下部，当原材料20装入炉体1时，该罩可盖住炉体1上表面的开口，该罩12的形状是可容纳原材料封闭门7在其间。
另外，在该实施例中，炉盖2，上电极3和竖井5由一移动装置支承使得炉盖2和上电极3可沿水平方向移动而保持与竖井5的位置关系成预定的关系。
另外，在另一实施例中，炉盖2及上电极可由另外的系统(例如作转动的驱动装置)移动，而竖井5由移动装置13支承使得竖井5可沿水平方向移动。
下面详细说明具有上述结构的装置的操作。
在熔化操作时炉体1中产生的高温废气通过废气管4和连接管8导入设在竖井5下部的外圆筒6中。随后废气通过竖井5下部和封闭门7之间的间隙导入竖中5中。
在该情形下，由于间隙9设在竖井5下部的整个周边，气体沿圆周方向均匀地导入竖井5中，可消除在竖井5中的气体的不均匀流动。因此，在竖井中的原材料20可有效地预热。由于在这一情形下，高温废气流只是在设在竖井5底部的封闭门7的上表面侧流过，封闭门7受的热负荷较小，因而大大地改善了设备的可靠性。
在预热后，气体通过设在竖井顶部的排气口11排出，并导入集尘设备(未示出)，随后排到空气中。
当原材料装入炉中，炉盖2及上电极3向上升起，并且炉盖2，上电极3和竖井5成整体地由移动装置13移动。在竖井5停在炉体1的中央部位位置后，打开封闭门7，原材料20装入炉中。
装入炉中的原材料21分布成一个山形，其顶部处在竖井的横截面中部。在这样的情形下，炉体1的上表面的开口由罩12盖住，并且，在竖井5顶部的排气口11与集尘管17连接。因此，在原材料装入时产生的含有大量粉尘的高温废气可由设在集尘管上的风挡19的开口的开口有效地收集起来，可防止恶化工作环境。
在原材料装入炉中后，移动装置13移动到原材料20在竖井中预热的位置，上电极3降下到炉中，并在原材料的中央部位产生电弧开始熔化。
从上述的说明可清楚地明白，从熔化效率的观点看最佳的上电极的位置，和原材料的装料位置，或更具体地说，上电极3的位置和原材料20的装料位置可位于炉体1的中央。
下面，说明当炉盖2盖在炉体1上，炉体1倾斜时上电极的水平运动控制机构。
炉体1包括一个用于倾斜的驱动装置15，炉体1以倾斜中心26作为中心倾斜。上电极3及电极的提升装置(未示出)包括一个作水平运动的驱动装置27，各驱动装置包括一位移探测器28，29。
一个编码器之类可用作这样的探测器。另外，设有可进行位移的计算操作的计算机30。下面说明使用这些装置的方法。
在炉体1垂直位置，用于倾斜的驱动装置15的位移参考长度22和在炉体1倾斜位置用于倾斜的驱动装置15的位移长度23之间的长度位移量，在该长度位移量与炉体的倾斜位移角24之间的关系，和该倾斜位移角24在水平方向上电极通孔的长度位移量25之间的关系分别由它们的尺寸确定，这些关系式事先存在计算机30中。
计算机使用用于倾斜的驱动装置的位移测出值计算炉盖2的上电极通孔的中心位置，并控制作水平运动的驱动装置27使上电极的中心与计算的中心位置重合。这样，可防止上电极3和炉盖2的上电极通孔之间的机械干扰。另外，由于电极通孔的开口区可保持较小，可使外界空气导入炉中的量减到最小。
上面说明的情形表示设在电弧炉附近的竖井5沿水平方向移动的情形，但是本发明也可类似地用到炉体沿水平方向移动的系统。
如上所述，按照本发明的电弧炉的预热装置，可减小保持原材料的封闭门上的热负荷，因此大大地改善了封闭门的可靠性，及减小了封闭门的建设成本。
由于总管的空间及预定的间隙固定在竖井的下部，并且由于电弧炉的废气可均匀地导入竖井中，可以限制气体的不均匀流动，可改善废气对原材料的预热效率。由于上电极及原材料装料部分可位于炉体的中央，可改善熔化的效率。
由于在原材料装入炉中时产生的废气可有效地收集，可以大大地改善工作环境。由于炉盖上电极通孔的尺寸可减小到最小，可把外界空气导入炉中的量减到最小，并防止电弧炉的热效率损失。
如上所述，本发明通过改善熔化效率，降低熔化能量，改进设备的可靠性，降低建设成本，改善工作环境等而大大地提高产量。
权利要求
1.一种电弧炉的预热装置，其特征在于一个竖井设在有排出炉气的废气管的电弧炉附近设在炉体或炉盖上，在所述的竖井顶部设有原材料装料口及排气口，一个封闭门设成与所述的竖井的侧壁的下端部保持预定的间隙，一个通过连接管与所述的电弧炉的废气管连接的外圆筒设成包住所述的竖井的侧壁的下部，一个可沿水平方向移动的移动装置设成可把所述的炉体或所述的竖井固定到预定的工作位置。
2.按照权利要求1的预热装置，其特征在于还有一个罩设在所述的竖井的下部，在原材料装入炉中时，所述的罩可盖住所述的炉体的上表面的开口。
3.按照权利要求1的电弧炉的预热装置，其特征在于可与所述的竖井顶部的排气口连通的集尘管设在所述的原材料在所述的竖井内预热的位置及设在在所述的电弧炉的所述的炉体和所述的竖井成一定的位置关系情况下，所述的原材料装入所述的炉中的位置。
4.按照权利要求1的电弧炉的预热装置，其特征在于当所述的炉体或所述的竖井沿水平方向移动时，所述的炉盖和上电极可沿水平方向移动而与所述的竖井保持预定的位置关系。
5.按照权利要求4的电弧炉的预热装置，其特征在于设有一驱动装置，它可沿水平方向移动所述的上电极和所述的电极的提升装置，还设有测出延伸或收缩的位移的探测器设在倾斜所述的电弧炉的所述的炉体的驱动装置上及沿水平方向移动所述的上电极的驱动装置上，另外设有一计算机，从倾斜所述的电弧炉的炉体的所述的驱动装置的位移计算设在所述的炉盖的上电极通孔的位移量，及基于所述的上电极通孔的位移量计算沿水平方向移动所述的电极的所述的驱动装置的位移量。
全文摘要
提供了一种电弧炉的预热装置,可改进预热装置的原材料封闭门的建造可靠性,减少建造成本及降低熔化的电能而不恶化工作环境,同时改善废气对原材料预热的效果。一个竖井设在电弧炉附近,它的顶部有原材料装料口及排气口,其底部设有原材料封闭门,在竖井的下端部和封闭门之间限定了一个间隙,与电弧炉的废气管连接的一个外圆筒设成包住间隙的外圆周。
文档编号F27B3/08GK1181807SQ96193300
公开日1998年5月13日 申请日期1996年4月11日 优先权日1995年4月14日
发明者松本弘繁, 内田亲司朗, 田边圭一, 中山俊孝, 高桥诚 申请人:新日本制铁株式会社