專利名稱：直流電弧爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于具有耐熱爐壁和鋼制爐外殼以及爐底電極和熔化電極的直流電弧爐，上述電極是由在爐體外側(cè)的電源設(shè)備通過大電流饋電線加以供電的。
通過未注明日期的Fa.ABB Process Automation Ltd，CH-5401 Baden/Switgerland“Arc Furnaces”，的公司文件，特別是第9頁上邊左圖公開了這類爐體。
金屬熔化爐通常均是鋼結(jié)構(gòu)的，為了抵抗爐內(nèi)的高溫，在熔化區(qū)域均設(shè)置有耐火材料構(gòu)成的爐襯。在熔化區(qū)(渣線)的上面爐外殼由水冷卻的壁段(也稱冷卻板)組成，使得所要求的部分免受熱作用的損害。
在前述列舉的公司文件“Arc Furnaces”或DE-2745622 C2中公開了這類金屬熔化爐，爐壁的渣線以上的區(qū)域由冷卻板構(gòu)成，該冷卻板是由鋼管構(gòu)成的。在公司文件中的爐子中，上述管子相互之間隔開一段距離，而管子之間的距離是用金屬條加以填充的，在DE-2745622C2中的爐子中，壁板是由緊靠著排列的側(cè)面空開的冷卻蛇形管構(gòu)成。在這兩個例子當(dāng)中，它們均靠著一個作為板壁或骨架構(gòu)成的支撐壁加以固定的。
在新的大功率直流電弧爐本身所示出的，電弧或多或少地向側(cè)面偏轉(zhuǎn)，這樣的偏轉(zhuǎn)是由于受到圍繞大電流導(dǎo)體的磁場所引起的，并具有很強的損耗爐壁和爐蓋的后果。在爐內(nèi)的不對稱的能量分布造成了附加的能量損失。
到目前為止，大體上采用兩種對策來克服電弧的側(cè)向偏轉(zhuǎn)—在背離偏轉(zhuǎn)的方向上偏心地設(shè)置電極(EP-0 158 937 B1)；—在一個較高的平面上圍繞爐臺設(shè)置大電流饋電線，僅在爐體的離電源的較遠側(cè)才向下引導(dǎo)向爐底電極的連線(EP-0518070A1)。
對于這兩個措施而言，均可以證明有影響電弧偏轉(zhuǎn)的作用。實際上實現(xiàn)的偏心的設(shè)置本身并不足以證明，能可靠地完全消除偏轉(zhuǎn)，與此相反，有目的設(shè)置大電流饋電線能證明是有充分作用的措施，但它也有缺點，該措施的效果本身很難事先加以確定，因為在爐旁的一切東西和處在安放地點的磁性部件和它們的磁飽合度在計算時都必須加以考慮。
實踐表明，專門設(shè)置大電流饋電線有可能導(dǎo)致對偏轉(zhuǎn)校正過份的危險謀求對電弧偏轉(zhuǎn)的補償可能導(dǎo)致向相反方向偏轉(zhuǎn)，這只能導(dǎo)致和偏轉(zhuǎn)所聯(lián)系的問題移到爐內(nèi)部的另外的一個區(qū)域。
雖然人們在考慮到這樣的危險而重新計算大電流饋電線系統(tǒng)，改變結(jié)構(gòu)或者改建，然而卻不能保證把偏轉(zhuǎn)隨后加以去除，對此而言，改建大電流饋電線系統(tǒng)既昂貴又費時。而且爐子在一定的時間內(nèi)必須停止運行。如果以這樣的方式對特定的爐容量和電極電流可以找到一個解決方案，但是該解決方案對于另一個爐容量和/或爐的功率并不是一定適用。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種直流電弧爐的技術(shù)方案，該方案可以實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)校正的平衡，在不關(guān)閉爐子或不改建爐子的情況下就可以實現(xiàn)，并且對所有的爐容量和功率均可適用。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)是通過下述措施加以解決的，即至少爐外殼的爐壁部分是由非磁性材料、特別是非磁性的鋼或銅構(gòu)成，該爐體壁的部分最好是設(shè)置在爐子與電源相對一側(cè)。
本發(fā)明首先實現(xiàn)了爐子有優(yōu)點的結(jié)構(gòu)，該爐子在渣線以上的范圍由鋼制的大量水冷卻的壁段所組成，該壁段由支承結(jié)構(gòu)加以固定。
本發(fā)明以下述的知識為基礎(chǔ)通過電極流動的直流電流在電極周圍產(chǎn)生磁場。在無限長的電極和不存在磁性元件的理想情況下B＝μo·I/2πr式中，B＝以泰斯拉為單位的磁場，I是以安培為單位的通過電極的電流，r是以米計算的距電極縱軸的距離，μo是一個常數(shù)(4π·10-7)。在實際中，電極長度是有限的，這導(dǎo)致了磁場的減少。在電極的非磁場中的磁性元件，也就是爐壁導(dǎo)致了不能簡單地計算磁場的分布。特別是在爐子下面放著置的大電流饋電線的影響在起作用。
通過由非磁性材料的那些代替一個或多個(通常的)磁性壁段，這樣就產(chǎn)生在這些段的磁動力的集中，由這樣通過電流流過電極而產(chǎn)生的磁場的環(huán)繞的分布可以通過一個附加的磁場(窗戶磁場)加以表示，在電極范圍內(nèi)窗口磁場的磁力線切割電弧。這樣產(chǎn)生一個作用到電弧上的力，該力指向背離非磁性壁段的方向。以這樣的方式，在爐體下面或旁邊延伸并從電源設(shè)備引向爐底電極的大電流饋電線的影響可以進一步地被校正。
因為已經(jīng)建造的由非磁性材料構(gòu)成的單一壁段可能形成偏轉(zhuǎn)的過補償，本發(fā)明的進一步構(gòu)成在于，使窗口磁場的影響的補償作用通過下述辦法加以減弱，即使非磁性的壁段至多部分地可用在其外部使用由磁性材料做成的平衡板加以遮蓋。該平衡板可直接地以微不足道的距離安置在非磁性壁段上，以此方式該平衡板可以與一塊或者多塊鄰近的“正常的”壁板相重疊。該平衡板也可以和非磁性的壁段有一段距離的放置，例如在壁段的支承結(jié)構(gòu)的外部，該平衡板也可以簡單地分為可以裝配的或可以建造的部分。一個特別有優(yōu)點的改型可以是，平衡板由兩部分構(gòu)成它們相互間可以移動，這兩個半板片或多或少地近似，或兩個半個板部分地可以被移動越過相鄰的“通常的”壁段，使用這樣的方法可以使有效的平衡板的表面積簡單地變化。一個另外的變化的可能性在于，改變平衡板和非磁性壁段之間的距離。如果平衡板向外部遠離爐體移動，偏轉(zhuǎn)的補償作用如強。平衡板向內(nèi)移動使補償作用變?nèi)?，如果非磁性壁段完全地和沒有距離地被一個平衡板所蓋上，補償力可以減少為零。
由于這類操作不需要停爐就可以進行，因此第一次地實現(xiàn)了由操作人員觀察爐子的運行即電弧的偏轉(zhuǎn)和抗磨損的措施轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶怆娀〉钠D(zhuǎn)，直至達到所希望的電弧偏轉(zhuǎn)補償為止。在使用多塊平衡板時，這樣的操作甚至可以簡單的方式用遙控加以實現(xiàn)。
在實踐中，人們可以進一步發(fā)展，在開始時人們可以有意通過非磁性壁段產(chǎn)生過補償，借以達到通過所說的平衡板能達到一個最佳的磁場分布。
本發(fā)明的進一步的優(yōu)點在于，任何具有一個分段的并且裝配有非磁性壁板和平衡裝置的爐體上部結(jié)構(gòu)的爐子均可以重新裝配，因為具有新的裝入的壁段的后者可以重新共同裝置成一個單元。
發(fā)明的實施例及由此可以達到進一步的優(yōu)點將借助于附圖加以詳細地描述。
在附圖中，除了解釋發(fā)明的草圖外還詳細地展示了發(fā)明的實施例。


圖1給出了具有爐體、熔化電極、電源和由電源連向熔化電極和爐底電極的大電流饋電線的直流電弧爐設(shè)備。
圖2給出了本發(fā)明的一個實施例，它是通過具有從外面部分地由平衡板蓋住的一個非磁性壁段的直流電弧爐的爐壁的縱剖面圖。
圖3給出了沿圖2的AA線的壁段的剖面圖。
圖4給出了本發(fā)明的第二個實施例，它是通過具有從外面由一平衡板部分遮蓋(并且平衡板是由支撐螺栓加以固定的)的非磁性壁段的直流電弧爐的爐壁的縱剖面圖。
圖5給出了沿圖4中BB線的壁段的剖面圖。
圖6給出了本發(fā)明的第三個實施例，它是通過具有配裝分為兩片平衡板之間可以相互移動的兩平衡板片的一個非磁性壁段的直流電弧爐的爐壁的縱剖斷面。
圖7給出了沿圖6中CC線的壁段的縱剖面。
在圖1給出的極大簡化了的直流電弧爐設(shè)備中，1是爐體，2是熔化電極，該熔化電極安放在電極支撐臂6上，7是在爐管體旁邊放置的電源設(shè)備，大電流饋電線8-連接熔化電極2，另一個大電流饋電線8+連到爐低電極9。爐體本身包括爐底部U，爐上部O和爐蓋D。在渣線S上面的爐上部O是由鋼制的水冷壁段構(gòu)成的，考慮到建筑結(jié)構(gòu)、固定和冷卻液的連通，這些壁段均與在前述公司文件第9頁在上部的圖或在DE-2745622 C2的圖1和圖2所描述和示出的壁段相應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，在爐壁部分中，爐上部的爐壁，通常是設(shè)置在電源設(shè)備7對面的爐壁部分是由非磁性的鋼或銅制的一個或者多個壁段組成。
該壁段包括在水平方向延伸的由非磁性的鋼構(gòu)成的管道10，這些管道例如不是一個靠著一個地而是(在垂直方向上)相互離開一段距離，并且使用由與管道10同樣的材料制成的金屬條互相之間加以連接，例如焊接，管道10之間留下的間隙12在裝入壁段3之前或還有之后被填充以耐火材料3。這也同樣適合于相鄰壁段之間的空隙。該壁段3由一個骨架形狀的支承結(jié)構(gòu)所保持，從其中，例如管13、14、15和16作為冷卻液體的供入和排出。支承結(jié)構(gòu)的一部分是一個用以把壁段靠在(圖中未示出的)爐下部的支承角鋼17，以及一個支承板18作為(同樣設(shè)有示出的)爐蓋的放置平面。到目前為止，壁段的結(jié)構(gòu)，除了管10的材料和金屬條11，均和現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)。
如上面詳細說明的，通過裝入由非磁性材料、特別是非磁性的鋼或銅制成的壁段，可以對電弧的偏轉(zhuǎn)施加實質(zhì)性的影響，根據(jù)段的建造情況，在此不僅一個壁段以描述的方式加以構(gòu)成，而且可以使用所說的材料建造兩個或者更多的相鄰的壁段。最好是這樣來進行，即從開始就預(yù)計對電弧偏移進行過補償，然后可以根據(jù)操作經(jīng)驗加以細微的調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明通過從外面裝上一個或多個平衡板19或20a和20b靠到一個或者多個非磁性的壁段3上來實施細調(diào)整。
在第一實施例中，如它在圖2和圖3中所示出的那樣，為了減少由非磁性材料構(gòu)成的壁段3的作用，將一個平衡板19以可拆卸的方式直接固定在非磁性壁段的外側(cè)，為此目的在管10及金屬條11的上面安裝一個由非磁性材料構(gòu)成的中間板20，該中間板20又設(shè)有向外成直角延伸的夾板21。該夾板具有一個孔，通過該孔插入一個銷22。平衡板19具有一個裂口23，以使平衡板19可以在夾板21上移動并借助于銷22加以固定。平衡板的壁厚d應(yīng)如此選取，使得它的厚度應(yīng)至少是管10壁厚的W的兩倍。
在圖2和3中僅僅為壁段3設(shè)置了一個平衡板19，該板例如大約蓋住了一半壁段面積。不言而喻，可以把另一塊平衡板放置在管子13和支承角鐵17之間的空間內(nèi)和并以同樣的方式固定在那里。同樣，平衡板19可以在切線方向上再細分并且這些細分的部分可以分別加以固定，以便可以根據(jù)操作經(jīng)驗實現(xiàn)對電弧的最佳影響。
代替實際上安放在壁段的外壁上的一個或者多個平衡板，可以使用一單獨的實際上可以蓋住壁段的整個外表面的平衡板19。在圖4和5中作為實例示意地給出了這種可能性。
在那里借助于有螺紋的螺栓24把平衡板19固定在非磁性的壁段3上，平衡板的壁厚d再次如此地選取，使得它至少是管10壁厚的兩倍。支撐螺栓24固定在螺栓板25上，而螺栓板本身是焊接在壁段3的外壁上。
根據(jù)平衡板19離壁段3(管10)的距離來確定平衡作用，因而該距離應(yīng)是可以調(diào)整的，在擰松固定螺母26以后在螺紋支撐螺栓24上移動平衡板19可以實現(xiàn)該距離的變化和然后加以固定。也可以不使用支撐螺栓和螺母而使用固定在平衡板19上的套筒式內(nèi)抓的螺栓和管來實現(xiàn)距離的變化(沒有在圖4和5中示出)。在該實施例中也可以實現(xiàn)對平衡板19的進一步細分和對細分的板相互分開的加以固定及移動。
在本發(fā)明的第三個實施例當(dāng)中，如圖6和7所示，平衡板可以細分為兩個大致同樣大小的、由(通常的)磁性材料做成的部分20a和20b、和其它實施例中一樣，半片平衡板20a、20b的壁厚d是如此地加以選取，使它至少為管10的壁厚w的兩倍，平衡板的下端部安放在設(shè)有一個槽28的托架27上，其上端部被夾持器29所固定，該夾持器固定在支撐結(jié)構(gòu)的管14上，該夾持器同樣設(shè)置有一個槽或縫隙30。以這樣的方式兩個半片平衡板20a和20b在切線方向可以相互移動和相對壁段3移動。在推到一塊的狀態(tài)(如圖7中的點劃線所示)兩個半片平衡板20a和20b完全蓋住了非磁性的壁板3。通過在切線方向上移動一片或者兩片半片平衡板可以實現(xiàn)平衡。這樣就是在“通常的”壁段上面移動外板端部或者兩個外板端部。當(dāng)它們本身僅靠著非磁性的壁段3時，從磁學(xué)的觀點來看它們并沒有施加影響。該變化方案特別適合于遙控平衡，例如在控制間內(nèi)通過電動、氣動或液壓來移動平衡板片。
同樣，在根據(jù)圖6和圖7的實施方式中可以采取某些變化，而不離開發(fā)明所覆蓋的范圍。例如，也可以設(shè)置未細分的平衡板，該平衡板能通過手動或者遙控或多或少地從非磁性的壁段區(qū)域離開。根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)即定的結(jié)構(gòu)情況可能要求該平衡板或該兩個平衡板片再細分。原則上這里和其它改型所謀求的一樣，平衡板離開非磁性壁段的距離和它們的面積以及它們在切線方向移開的路徑應(yīng)如此地考慮，以可以對電弧的偏轉(zhuǎn)的最佳平衡為準。
除了描述的對平衡板或者多塊平衡板部分的固定和移開的可能性以外，還有其它的可能性可以考慮和實現(xiàn)。在圖6和圖7的改型當(dāng)中可以如此地實現(xiàn)平衡板，不是使兩個半片平衡板20a和20b彼此加以離開，而是使它們向非磁性的壁段3的范圍靠攏。
本發(fā)明并不局限于由蛇形管構(gòu)成的壁段，對于不使用冷卻管而使用箱形壁板的爐體也可以實現(xiàn)。對于這樣的結(jié)構(gòu)，箱壁由非磁性的材料加以實現(xiàn)。
為便于理解本發(fā)明借助于一個爐體加以描述，該爐體在渣線S以上由唯一的壁段構(gòu)成。對于這類的爐體，本發(fā)明特別優(yōu)選地加以使用，因為它可以在現(xiàn)存的爐子設(shè)備中補充實現(xiàn)。本發(fā)明也同樣對于由鋼構(gòu)成并且內(nèi)部設(shè)置有耐火材料襯層的一個爐體的爐體結(jié)構(gòu)上設(shè)置。不言而喻，平衡裝置不是直接靠著管壁就靠著附助結(jié)構(gòu)加以固定。此外，這樣的一個結(jié)構(gòu)相應(yīng)著所描述和示出的分段爐體的結(jié)構(gòu)。
標號表1爐體2熔化電極3非磁性壁段6電極支撐臂7電源設(shè)備8+，8- 大電流饋電線9爐底電極10 由非磁性鋼和銅制成的管11 金屬條12 在10之間的中間間隙13，14，15，16 冷卻液體的供入、排出管17 支撐角鋼18 支撐板19 由磁性鋼制成的分開的平衡板20 中間板21 夾板22 銷23 在19中的裂口24 支撐螺栓25 螺栓板26 固定螺母27 托架28 在27內(nèi)的槽29 夾持器30 在29內(nèi)的縫隙O爐上部S渣線U爐下部d19或20a和20b的厚度w10的壁厚
權(quán)利要求
1.直流電弧爐具有耐熱的爐壁、鋼制的爐外殼、一個爐底電極(9)和一個由位于爐子(1)外側(cè)的電源設(shè)備(7)通過大電流饋電線(8+，8-)加以供電的熔化電極(2)，其特征是，至少爐外殼的一個壁段(3)是由非磁性材料、最好是由非磁性的鋼或銅構(gòu)成的，該壁段最好是設(shè)置在爐子(5)的與電源設(shè)備(7)相對的一側(cè)。
2.權(quán)利要求1所述的由直流電弧爐，其特征是，在爐中，在渣線以上范圍的耐熱爐壁是由鋼制的大量水冷卻壁段構(gòu)成，該水冷卻壁段被固定在支撐結(jié)構(gòu)上，至少有一個壁段是由非磁性材料、最好由非磁性的鋼或銅構(gòu)成，該壁段最好設(shè)置在爐子(5)的與電源設(shè)備(7)相對的一側(cè)。
3.權(quán)利要求1或2所述的直流電弧爐，其特征是，為非磁性壁段部分即壁段(3)設(shè)置有平衡設(shè)備(19、20a、20b)，用于補償非磁性壁段部分即壁段(3)對電弧的磁作用。
4.權(quán)利要求3所述的直流電弧爐，其特征是，所述的平衡設(shè)備包括一塊或多塊由磁性鋼構(gòu)成的平衡板(19、20a、20b)，該一塊或多塊平衡板靠在非磁性壁段部分即壁段(3)的外面。
5.權(quán)利要求4所述的直流電弧爐，其特征是，一塊或者多塊平衡板可拆卸地被固定在非磁性的壁段部分即壁段(3)上。
6.權(quán)利要求5所述的直流電弧爐，其特征是，一塊或者多塊平衡板使用銷釘(22)加以固定。
7.權(quán)利要求4所述的直流電弧爐，其特征是，平衡設(shè)備(19、20a、20b)離開非磁性壁段部分即壁段(3)一段距離加以配置。
8.權(quán)利要求7所述的直流電弧爐，其特征是，平衡設(shè)備包括一塊一部分或多部分的平衡板(19)，該平衡板借助于支撐螺栓(24)可拆卸地固定在非磁性的壁段部分即壁段(3)上，并且平衡板與非磁性壁段部分或壁段(3)的距離是可以調(diào)整的。
9.權(quán)利要求7所述的直流電弧爐，其特征是，平衡設(shè)備(20a、20b)在爐子切線方向上作為整體靠著非磁性壁段部分或壁段(3)外側(cè)是可以移動的，并且離此有一段距離。
10.權(quán)利要求9所述的直流電弧爐，其特征是，平衡設(shè)備是由兩塊平衡板半片(20a、20b)組成，這兩塊平衡板半片可以移動地被夾持在保持設(shè)備(27、29)上，它們可以彼此相向移動和/或相對于非磁性壁段(3)移動。
11.權(quán)利要求1至10中任一項所述的直流電弧爐，其特征是，平衡板或多個平衡板(19、20a、20b)的厚度(d)至少是壁段(3)的壁厚(w)的兩倍。
全文摘要
直流電弧爐的爐管具有一個耐熱的壁,該壁在渣線(S)的上部區(qū)域最好是由鋼制成的大量水冷卻壁段(1)組成,這些壁段是由支撐結(jié)構(gòu)(13—18)加以固定的,至少有一個壁段是由非磁性的鋼或銅組成,并且最好是設(shè)置在電源設(shè)備(7)對面的爐管側(cè)。以這樣的方式使在爐管下部或上部伸延的大電流導(dǎo)體施加影響,因而對所造成的電弧的偏轉(zhuǎn)進行補償。非磁性壁段的作用可以通過在靠著非磁性壁段(3)的外部的可御下地固定的平衡板(19)加以部分或全部地取消,以這樣的方式平衡電弧的偏轉(zhuǎn)并達到最佳的平衡狀態(tài)。
文檔編號F27B3/08GK1180159SQ9511312
公開日1998年4月29日 申請日期1995年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者S·－E·施滕維斯特 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司