专利名称：感应炉控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及在金属处理中使用的沟道型感应炉，以及具体地，但并不限于这种处理的控制。
背景技术：
通过金属的熔化和熔炼使用感应炉来处理金属。感应炉一般具有衬有耐火材料的容纳区(containment area)，称作炉膛(hearth)，具有位于炉膛底板中的电感应加热器。必须将称作金属槽的液态金属池保持于炉中以确保连续工作。液态金属注满电感应加热器以在其中被加热。通常将底板、壁和浇铸布置成，通过忽视当地倾斜来允许金属从感应加热器排出以促进感应器的替换和准备置换的耐火材料倒空。
将给料材料(feed material)从顶部或侧面装入金属槽中。给料材料最初将穿透金属槽直至最终留在炉膛底板上。随后装到此的材料将留在先前装入的给料材料的顶部上。较低密度的材料可以浮在液体表面上。
装入较冷给料材料的效果是降低金属槽的温度。一些给料材料将接触炉的边缘。在炉的边缘处，炉渣和凝固的金属一般形成靠着耐火炉衬的渣壳，由此通过一些炉渣和金属从槽冷冻到衬里上来提供一个可以将给料材料粘附于其上的位置。
冷冻的但还未缩减的材料的搭棚通过该原理可以形成于金属槽之上。随着冷的给料材料被装料到炉中的量的增长，可以生长这种搭棚。最后，搭棚可以覆盖整个金属槽的表面并使液态金属与搭棚之上的给料材料完全隔开。
在这一点上，在搭棚下面的所有金属可以是液态的，并倾向于高的过热度数。当金属的温度升高到它的熔点之上时，则会出现过热。将过热的度数定义为槽的熔点温度和实际温度之差。
由于炉中搭棚的物理阻隔，所以炉的操作人员可能察觉不到过热，致使他们不注意地使金属进一步过热。从操作人员的观点来说，给料材料不会出现熔化且响应于此的正常反应是增加输入到炉中的能量。
该明显的危险是，金属槽的温度会升高到耐火衬里的安全操作温度之上，致使衬里被腐蚀且最终被烧穿。
另一危险是诸如氧气和氮气的气体可以溶解于比假设金属温度被保持在较低水平的情况下更高度数的过热金属中。
如果耐火衬里没有烧穿，则金属槽温度将达到在给料材料重量以下搭棚被充分削弱的一点。通过给料材料这会引起金属槽突然的穿透，导致金属槽温度的突然降低。
金属槽的冷却且尤其是槽的凝固引起气体在液态金属中的溶解度降低。该结果是大量气体被从金属槽排出，公知一般引起沸腾作用对于炉附近的人和设备是危险的。如果在金属中溶解更多的气体，则这是更显著的。
已进行了实践以确保不会出现过热。这些包括金属槽的恒温测量和当过热发生变得清楚时降低能量输入。由于金属槽之上的搭棚的厚度，所以不可能一直获得金属槽的温度测量结果。此外，降低输入到炉的能量的结果是使炉的生产速率降低。
也已调节了实践以确保从炉和额外的少量给料材料中抽出液态金属后保持液态金属足够的深度，以使装入的材料在更多材料供应给炉前能熔化。这指的是装入的给料材料被迅速地浸没在液体槽中。
反过来，这是指给料材料颗粒没有花费足够的时间在液态炉渣界面上被加热且由此损耗可以将热能而非原子电能的热传递到其中的势能表面区域。可以将来自燃料燃烧的热能传递到其中的残留表面为液态炉渣表面。
结果是炉中几乎所有的金属在任何给定时间为液态，指的是在用更多给料材料供给炉中的任何延误将迅速导致金属槽的过热。为了克服这个缺陷，必须降低能量输入以控制金属温度和防止对耐火炉衬可能的永久损伤。
因此，非常难以恒定地将感应炉的操作保持在能量和供给材料最佳化并平衡以防止金属槽过热或炉顶部冷却以及装入材料搭棚这一点上。
发明目的本发明的一个目的是提供一种感应炉和用于操作感应炉的方法，其至少部分减轻了上述的问题。
发明概述根据本发明提供一种具有炉膛和电感应加热器的感应炉，该炉膛具有侧壁和底板，该电感应加热器借助使用中的炉喉穿过底板与炉膛相通，加热容纳在炉膛中的金属以形成金被凝固来控制金属槽过热的装置。
还提供用于控制过热的装置，该装置包括基本上防止装入的给料材料接触侧壁的装置。
还提供过热控制装置，包括控制炉中炉渣的量的装置。
还提供控制金属槽过热的装置，包括保持在由凝固金属或凝固炉渣或凝固金属和炉渣结合的结合物的搭棚所支撑的金属槽之上的给料材料的量覆盖金属槽，以及提供给料材料的量足够穿透搭棚，结果在整个金属槽熔化之前，导致通过其加热削弱搭棚。
本发明也提供具有通道的炉，该通道具有炉膛中的开口，穿过该开口装入给料材料，该通道防止给料材料与炉膛的侧壁接触。
本发明的再一特点提供对于金属槽的深度、通道内横截面积以及通道开口和搭棚之间的间距或它们的结合，以用来控制给料材料穿透搭棚的频率。
本发明的又一特点提供在炉膛和通道中进行给料材料的预热，且通过燃料的燃烧来进行预热。
本发明的再一特点提供延伸于通道和炉膛之间的多个进料管，穿过进料管将给料材料供给炉膛，借助穿过进料管的两侧的热传递在进料管中至少部分且间接地预热给料材料。
依照本发明，还提供一种控制如上所限定的感应炉的金属槽过热的方法，通过在金属槽之上凝固的金属搭棚上提供的给料材料的量的步骤来保持至少部分凝固的金属槽，加热金属槽，致使凝固前部从炉喉移除，由此削弱搭棚并使给料材料在整个金属槽被熔化前通过搭棚穿透金属槽，使金属槽温度降低且凝固前部靠近炉喉移动以加强搭棚足够支撑随后的给料材料。
本发明的再一特点是提供包括从炉移除炉渣和预热给料材料步骤的方法。
本发明的再一特点是提供包括使用金属槽深度、通道内横截面面积以及通道开口和搭棚之间的间距或它们的结合来控制给料材料穿透金属槽的频率的步骤。
附图的简要说明通过实例并参考附图，以下将描述本发明的实施例，其中
图1是感应炉的截面，示出给料材料穿透之前金属槽的状态。
图2是给料材料已穿透金属槽后同一个感应炉的截面。
图3是本发明第二实施例的透视图。
图4是示出没有通道侧壁和顶板的炉的本发明第二实施例的透视图。
附图的详细描述附图中感应炉总体上由数字1表示。炉(1)具有带有底板(3)、侧壁(4)和顶板(5)的炉膛(2)，其中在顶板内形成进料通道(shaft)(6)。用耐熔材料为炉膛(2)加衬以容纳熔化了的金属。
炉(1)装配有通过在底板(3)中开口的炉喉(8)与炉膛(2)连通的感应加热器(7)。在使用中，炉膛(2)包含金属槽(bath)(9)，金属槽(9)具有限定金属槽(9)的上末端的上表面(10)。上表面(10)可以由炉渣层(未示出)覆盖。上表面(10)可部分或全部凝固以形成覆盖金属槽(9)的搭棚(bridge)(23)。金属槽(9)包括液态金属(11)和凝固了的金属(12)，其之间具有凝固前部(13)。
使用炉(1)熔化和处理金属废料和先前还原的称作DRI的铁矿石或直接还原的铁以生产液态铁或钢。炉(1)通过通道(6)装有加料材料(14)。根据加料材料的可获得性和所需的产品，加料材料可以包括钢废料、DRI及类似物等。如果搭棚(23)足够强，则最初装入的给料材料(15)将穿过通道(6)以留在搭棚(23)上，或穿透搭棚(23)留在底板(3)上。装入的附加给料材料(16)将留在通道(6)中的首先装入的给料材料(15)的顶部上。
搭棚(23)可以支撑通过通道(6)供给到炉中的材料(15)，且可以生长以覆盖金属槽的整个上表面(10)，以下将进一步解释。搭棚能生长到一些部分使其能支撑所有装入的加料材料(15、16)而没有破损或下沉。
通道(6)被设置成大致在炉喉(8)之上的区域中装入给料材料(15)且特别是在可以接触侧壁(4)的位置处没有装入任何给料材料(15)。实际留在搭棚(23)上的给料材料(15)的量在由延伸的给料材料的静止(repose)角(18)和搭棚(23)形成的三角(17)以下。在三角(17)之上的加料材料(16)大到由通道侧壁(19)支撑的程度。
如果最初装入的给料材料(15)留在搭棚(23)的顶部上，则金属槽(9)和给料材料(15)将由搭棚(23)隔开。感应加热器(7)中液态金属(11)的加热使液态金属(11)的温度增加到较小度数，但更重要地的是引起凝固金属(12)熔化。这引起凝固前部(13)向离开炉喉(8)的方向移动并改变了液态金属(11)和凝固金属(12)之间的平衡。液态金属(11)的相对量增加了，而减少了凝固金属(12)的相对量，尽管金属槽(9)中的金属总量保持一样(忽略金属槽(9)随着被上述加热液化而增加到搭棚(23)的少量金属)。
随着继续地加热，液态金属(11)的量将继续增加而凝固的金属的量将继续减少。这将继续直到达到图1中示出的状态，与图2相比凝固前部进一步离开炉喉(8)，且搭棚(23)不能再由凝固的金属支撑。随着液态金属(11)的量通过加热而增加，加热削弱了搭棚(23)并降低了，在搭棚下的液态金属(11)的量增加同时支撑搭棚(23)的凝固金属(12)的量减少，由此进一步削弱搭棚。
削弱搭棚(23)的结果是达到一点，在该点不能支撑留在其上的给料材料(15)的重量并坍陷。给料材料(15)穿透液态金属(11)以留在底板(3)上，或下陷以使与液态金属(11)良好的接触，且一些材料(16)从通道(6)向下移动以加入给料材料(15)。如此设计炉和通道以致整个金属槽(9)被液化之前达到穿透这一点。
给料材料(15)的温度低于液态金属(11)的温度，由此随着穿透降低了液态金属(11)的温度。该温度的降低引起液态金属(11)和凝固的金属(12)之间的平衡改变，其中凝固的金属(12)相对增加而液态金属(11)相对减少。凝固前部(13)由此朝炉喉(8)移动。这就是图2中示出的状态，在图2中，凝固前部(13)比图1中的更靠近炉喉(8)。显然，给料材料(15)穿透后，金属槽中金属的总量增加，但这通过从炉(1)的出铁而平衡。
一旦给料材料(15)穿透上表面(10)，则三角(17)之上的加料材料(16)在通道(6)中将向下移动。搭棚(23)将随冷却再次形成以成为金属槽和其顶部上的给料材料(15)之间的挡板。在该阶段搭棚(23)将能够支撑在其顶部上的给料材料(15)的重量。
将重复液态金属(11)加热的处理，液态金属的量将再次随着凝固的金属(12)的量的同时减少而增加，而凝固前部(13)将从炉喉(8)再次移走，如上所述等等。
因此，在整个金属槽(9)被液化之前，只要足够的给料材料(15)保留在弯液面(10)顶部的适当位置上而迫使搭棚(23)坍陷就重复该过程，且保持通过感应加热器(7)输入到炉(1)的能量。
在最初装入的给料材料穿透弯液面的情况下，在液态金属(11)相对凝固的金属(12)下降，且凝固前部(13)已朝炉喉(8)移动，如图2所示的情况下工艺将继续进行。
为了附加的能量效率，气体燃烧器(gas burners)(20)被安装于顶部(5)或侧壁(4)上以加热弯液面(10)之上的给料材料(15)并穿过通道(6)排出以加热位于其间的给料材料(16)。给料材料(15、16)的这种预热是非常有效的，因为加热了的气体穿过给料材料而不是在其之上，尤其是位于通道(6)中的给料材料(16)。穿过金属槽(9)之后，预热降低了需要熔化给料材料(15)的电能的量。
此外，在搭棚(23)坍陷之前将被液化的凝固的金属的量可以通过给料材料(15)的预热而减少。这是可能的，因为给料材料(15)的预热也将从上面加热搭棚(23)以削弱它。这进一步有助于确保部分凝固的金属(12)总是留在适当位置以保护炉(1)。
从以上的说明中清楚的是有必要防止显著量的给料材料接触侧壁，因为它能粘附到侧壁(4)并增强搭棚(23)。按照以前所述的，即使整个金属槽(9)被液化，如此强的搭棚也可以支撑所有的材料(15)和(16)。随着额外的加热，液态金属(11)将被过热且产生炉(1)被烧透的危险。
此外，强搭棚的形成和随后高的液态金属温度将使更大量的气体溶解在液化液态金属中。如果搭棚通过加热到足够软以致坍陷，由于与给料材料(15)接触造成的较大量液态金属(11)的快速冷却和凝固将引起在液态金属(11)中的气体溶液度的快速降低和大量气体从液态金属(11)排出，引起金属槽沸腾，这可能导致对人的伤害和对设备的损坏。
通过适当地调节通道宽(22)、通道在上表面(10)之上的高度(21)以及炉膛的宽度(未示出)与给料材料的静止角度(18)的比例，使炉的设计确保凝固槽(12)较大储存量。
如果在弯液面之上不存在给料材料，则整个金属槽将熔化或变为液体，且随进一步的加热过度的过热将发生。由于确保装入的材料穿过弯液面(10)，所以本发明通过在通道(6)中和搭棚(23)之上保持适量的给料材料(16)以消除凝固的金属(12)储存量熔化的可能性来防止这种情况发生。
因此，明显的是，可以用对适合于任何所希望的生产速率的输入电能操作炉，即使连续地最大速率，也没有金属槽过热的问题。这是通过在搭棚之上和通道中保持适量的给料材料而获得的。该量由给料材料的量确定，以确保给料材料供应频率和批量(batch)大小不会引起搭棚之上和通道中的材料在可以补充之前被耗尽。这与凝固的金属(12)的储存一起防止过热。至于对操作者来说，因此通过确保充料通道(16)被保持完全充满给料材料(15、16)来防止过热。
根据本发明感应炉的第二实施例示于图3和图4中，其中相似的部件与图1和2中编号相同。
图3示出根据第二实施例的炉(1)的透视图。如可以看到地，炉(1)具有进料斗(6)、顶板(5)、侧壁(4)、底板(3)以及通过炉喉(7)与炉膛(未示出)连通的感应加热器(未示出)。环绕内通道(未示出)的外通道(19)允许在熔化期间通过燃烧燃料形成的气体在被排出之前围绕内通道经过。气体穿过进料斗(6)下面的出口(25)排出。在本实施例中内通道包括延伸于进料斗(6)和炉膛(2)之间的多个进料管(24)。
在图4中，示出具有移除外通道(19)和顶板(5)的炉(1)。这示出炉(1)中的给料材料(15)。
这种布置提供的优点是可以预热精细而低的渗透性的材料而没有燃烧气体与材料的接触。这种布置也有助于均匀地装入给料材料到炉中。
可以理解，上述仅是根据本发明的感应炉以及控制它们的方法的两个实例，且也存在本发明的其它实施例。
例如，通道可以设计成可竖向移动的。这允许根据工作条件的改变，来改变在弯液面之上的通道的高度，并通过能够随给料材料特性改变燃烧气体向通道的进入，来提供对工艺的进一步控制水平。
根据本发明，能够操作感应炉用于其它金属的处理，例如铜和黄铜。对于其它金属、特定的炉和通道的设计将可能不同于钢感应炉中的那些，但原理将是相同的。
在通道侧壁中具有加热器以进一步改善给料材料的预热也是可能的。
权利要求
1.一种具有炉膛和电感应加热器的感应炉，该炉膛具有侧壁和底板，该电感应加热器借助炉喉通过底板与炉膛相通，以在使用中加热容纳在炉膛中的金属以形成金属槽，其特征在于炉设有通过保持与侧壁邻近的金属槽的区域至少部分凝固来控制金属槽过热的装置。
2.如权利要求1的炉，其中过热控制装置包括基本防止装入的给料材料接触侧壁的装置。
3.如权利要求2的炉，其中炉包括位于炉膛之上的中心送料通道。
4.如权利要求3的炉，其中通过装入给料材料通过通道到炉中心基本防止了给料材料接触侧壁。
5.如权利要求1至4中任何一个的炉，其中将炉渣或金属或它们的结合构成的搭棚于大部分金属槽处形成在上面且搭棚至少部分支撑装入的给料材料。
6.如权利要求5的炉，其中给料材料以可确定的频率穿透搭棚，且通过使用液态金属糟深度、通道内横截面面积以及通道在炉膛中的开口与搭棚之间的间距的参数来将炉设计成在搭棚穿透的频率下工作。
7.如权利要求6的炉，其中将炉设计为具有由搭棚支撑的给料材料的量，该给料材料的量足够使搭棚在金属槽加热引起整个金属槽熔化之前坍陷到液态金属中。
8.如权利要求1至7中任何一个的炉，其中过热控制装置包括控制炉中炉渣量的装置。
9.如权利要求8的炉，其中炉包括预热给料材料的装置。
10.如权利要求9的炉，其中在炉膛和通道中预热给料材料。
11.如权利要求9或10的炉，其中通过燃料燃烧来预热给料材料。
12.如权利要求9至11中任何一个的炉，其中炉包括延伸于通道和炉膛之间的进料管，通过进料管装入给料材料，且至少部分在进料管中进行预热。
13.一种控制具有炉膛和电感应加热器的感应加热炉的金属槽过热的方法，该炉膛具有侧壁和底板，该电感应加热器借助炉喉通过底板与炉膛相通，通过保持金属槽至少部分凝固来进行控制。
14.如权利要求13的方法，其中保持金属槽在与侧壁邻近的金属槽的区域中至少部分凝固。
15.如权利要求14的方法，其中通过允许凝固的炉渣或金属或它们的结合构成的搭棚形成于金属槽之上并防止搭棚与侧壁接触来保持金属槽至少部分凝固。
16.如权利要求15的方法，其中通过防止给料材料与侧壁接触来防止搭棚与侧壁接触。
17.如权利要求16的方法，其中通过穿过位于炉膛之上中央的送料通道将给料材料装入到炉中心来防止给料材料接触侧壁。
18.一种操作具有炉膛和电感应加热器的感应加热炉的方法，该炉膛具有侧壁和底板，该电感应加热器通过底板借助炉喉与炉膛相通，包括如下步骤a.在炉膛中提供金属槽，金属槽包括与侧壁邻近的至少部分凝固的金属的区域以形成在至少部分凝固的金属与槽中液态金属之间的凝固前部；b.将给料材料装入到炉中；c.允许凝固的金属或炉渣或它们的结合构成的搭棚，在大部分金属槽处形成于上方，搭棚支撑至少部分装入的给料材料；d.加热金属槽使凝固前部移动到部分凝固的金属中以及削弱到该搭棚到一定程度，在该程度下，由搭棚支撑的给料材料的重量导致给料材料使搭棚坍陷到液态金属中以及给料材料穿透到液态金属中；e.允许穿透的给料材料或坍陷的搭棚来降低液态金属的温度以使凝固前部移动而更靠近炉喉；f.允许搭棚重新形成以支撑随后装入的给料材料；以及g.使熔化的金属从炉中出炉。
19.如权利要求18的方法，其中步骤18.b包括装入给料材料基本上到炉中心。
20.如权利要求19的方法，其中通过炉膛之上的中心送料通道装入给料材料。
21.如权利要求18至20中任何一个的方法，其包括预热给料材料的步骤。
22.如权利要求21的方法，其中在炉膛和通道中预热给料材料。
23.如权利要求21或22的方法，其中通过燃料的燃烧预热给料材料。
24.如权利要求18至22中任何一个的方法，其包括从炉移除炉渣的步骤。
全文摘要
公开了一种感应炉。该炉具有炉膛和电感应加热器，该炉膛具有侧壁和底板，电感应加热器穿过底板主体借助炉喉与炉膛相通。在使用中，加热容纳在炉膛中的金属以形成金属槽。该炉提供有通过保持与侧壁邻接的金属槽的区域至少部分凝固来控制金属槽过热的装置。
文档编号H05B6/20GK1615672SQ02827098
公开日2005年5月11日 申请日期2002年1月14日 优先权日2002年1月14日
发明者路易斯·约翰尼斯·福里 申请人:路易斯·约翰尼斯·福里