Способ и устройство для непосредственной заливки из ковша в электрическую печь жидкого металла

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к непосредственной заливке из ковша в электрическую печь жидкого металла. Согласно изобретению тележка с заполненным жидким металлом ковшом перемещается в исходное положение к электрической печи, после чего опускается и перемещается горизонтально до тех пор, пока его верхний край не окажется расположенным над электрической печью. Затем ковш наклоняется, плавно поднимается и постепенно перемещается горизонтально так, что при этом его верхний край удерживается в положении, при котором жидкий металл может сливаться из ковша в печь. При последующем наклоне, опускании и горизонтальном перемещении ковш возвращается в исходное положение. Изобретение позволяет контролировать расход сливаемого металла, снижает опасность повреждения охлаждающих поверхностей и/или огнеупорной футеровки печи. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для непосредственной заливки жидкого металла из ковша в электрическую печь.

В настоящее время вторичная переплавка лома черных металлов осуществляется главным образом в электрических печах, в частности в дуговых печах. Такие печи позволяют переплавлять и вторично использовать лом черных металлов для изготовления из него новой стальной продукции.

При переплавке лома черных металлов некоторые из содержащихся в нем остаточных элементов, таких как медь, никель и т.п., не могут быть отделены от стали и поэтому присутствуют в конечной продукции. Чем больше лома черных металлов подвергается вторичной переработке, тем выше будет содержание этих элементов в полученной продукции. При производстве определенной продукции, например стальных листов и т.п., повышенное содержание в них таких остаточных элементов нежелательно.

Один из возможных путей уменьшения содержания остаточных элементов в стали, полученной из лома черных металлов, заключается в добавлении некоторого количества жидкого передельного чугуна непосредственно в электрическую печь.

Однако при заливке в электрическую печь жидкого металла из ковша, перемещаемого подъемным или мостовым краном, достаточно сложно контролировать расход сливаемого из ковша передельного чугуна. Фактический расход жидкого чугуна не является постоянной величиной и меняется в зависимости от угла наклона ковша. Кроме того, достаточно сложно контролировать и угол наклона висящего на мостовом или подъемном кране ковша. При неконтролируемой заливке в печь жидкого металла помимо выбросов из печи части жидкого металла или частично расплавленной находящейся в печи стали происходит и удар жидкого передельного чугуна, следствием которого может быть повреждение панелей охлаждения, которыми изнутри выложена печь.

В DE-B-1284576 описано устройство для непосредственной заливки жидкого металла из ковша в электрическую печь, содержащее заполненный жидким металлом ковш с цапфами, установленный на тележке с несущей рамой, и механизмы для перемещения, подъема, опускания и наклона ковша с приводными устройствами.

Для слива жидкого металла из ковша в электрическую печь ковш можно поднимать и опускать с помощью одного приводного устройства и наклонять с помощью другого, работающего независимо от первого приводного устройства.

Однако в известном устройстве отсутствует возможность контроля за процессом слива жидкого металла из ковша в электрическую печь.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа и в создании устройства, позволяющих вести контроль за процессом слива жидкого металла непосредственно из ковша в электрическую печь.

Эта задача решается с помощью предложенного способа непосредственной заливки жидкого металла из ковша в электрическую печь, включающего перемещение к электрической печи в исходное положение тележки с установленным на ней и заполненным жидким металлом ковшом, имеющим верхний и нижний края, наклон, подъем и горизонтальное перемещение ковша, слив жидкого металла в печь при изменении угла наклона ковша, наклон, опускание и горизонтальное перемещение ковша для возврата его в исходное положение. Согласно изобретению после установки в исходное положение согласовано друг с другом опускают и горизонтально перемещают ковш до расположения его верхнего края над электрической печью, после чего согласовано друг с другом ковш наклоняют, плавно поднимают и осуществляют его постепенное горизонтальное перемещение для фиксации верхнего края ковша в положении, при котором жидкий металл может сливаться в печь, при этом контролируют расход сливаемого из ковша жидкого металла и изменяют угол его наклона, а после слива жидкого металла в печь ковш возвращают в исходное положение путем согласованных друг с другом его наклона, опускания и горизонтального перемещения.

В предпочтительной форме реализации изобретения расход сливаемого из ковша жидкого металла определяют посредством взвешивания тележки в течение всей операции слива металла, а изменение угла наклона ковша регулируют в зависимости от расхода сливаемого из него жидкого металла.

При этом опускание ковша и его плавный подъем осуществляют при помощи установленных в шарнирах с возможностью поворота вокруг своей оси двух рычагов, имеющих захваты, на которых подвешивают ковш, а наклон ковша осуществляют при помощи двуплечего рычага, поворачивающегося вокруг оси, центр вращения которой совпадает с осью, проходящей через цапфы ковша, закрепленные на подвешивающих рычагах.

Целесообразно, чтобы ось вращения двух рычагов с захватами была расположена сбоку от ковша на несущей раме тележки.

Предложенное устройство для осуществления способа содержит заполненный жидким металлом ковш с цапфами, установленный на тележке с несущей рамой, и механизмы для перемещения, подъема, опускания и наклона ковша с приводными устройствами. В соответствии с изобретением устройство снабжено средством для контролирования расхода сливаемого из ковша жидкого металла, при этом механизм опускания и подъема ковша выполнен в виде двух рычагов, поворачивающихся вокруг своей оси и имеющих захваты под цапфы ковша, а механизм наклона выполнен в виде двуплечего рычага, поворачивающегося вокруг оси, центр вращения которой совпадает с осью, проходящей через цапфы ковша, закрепленные на подвешивающих рычагах.

Желательно, чтобы в устройстве ось вращения двух рычагов с захватами была расположена сбоку от ковша на несущей раме тележки.

Желательно также приводное устройство двух рычагов с захватами выполнить в виде по крайней мере одного гидроцилиндра.

Целесообразно также и приводное устройство двуплечего рычага выполнить в виде по крайней мере одного гидроцилиндра.

В устройстве указанные приводные устройства могут быть выполнены и в виде электромеханического устройства.

В предпочтительном варианте реализации изобретения устройство для контролирования расхода сливаемого из ковша жидкого металла может быть выполнено в виде средства для непрерывного взвешивания ковша во время всей операции слива из него жидкого металла.

Целесообразно предложенное устройство снабдить крышкой из огнеупорного материала, закрывающей ковш во время его транспортировки в исходное положение, чтобы избежать тепловых потерь.

Предложенный способ заливки жидкого металла в печь не требует применения подъемного или мостового крана, и все манипуляции с ковшом, т.е. его сложные по характеру и контролируемые перемещения, осуществляются с помощью тележки. Во время заливки верхний край ковша, который предпочтительно имеет сливной носок, постоянно удерживается на небольшом расстоянии над краем печи. При этом по сравнению с заливкой жидкого металла в ковш с использованием подъемного или мостового крана значительно уменьшается высота, с которой жидкий металл падает в печь. В результате снижается и опасность повреждения охлаждающих панелей и/или огнеупорной футеровки печи.

Благодаря возможности выбора определенного расхода сливаемого из ковша жидкого металла удается сократить до минимума выбросы из печи жидкого чугуна и расплавленной стали.

Непрерывно контролируя вес тележки и/или ковша до его заполнения и в течение всего времени слива из него жидкого металла, можно определить и зафиксировать во время каждой операции расход сливаемого из ковша жидкого металла, связать его с имеющим сложный характер движением ковша. Имея такую зависимость, можно рассчитать оптимальное движение ковша в течение всего процесса заливки.

При проведении исследований, которые легли в основу настоящего изобретения, было установлено, что расход жидкого металла может широко варьироваться для разных ковшей и зависит, например, от формы сливного носка, степени износа огнеупорной футеровки ковша и т.п. Проведя испытания различных ковшей, для каждого ковша можно установить оптимальный характер его движения путем непрерывного взвешивания ковша и измерения расхода сливаемого из него в печь жидкого металла.

Если по каким-либо причинам расход становится слишком большим, то для его снижения до заданной величины необходимо временно уменьшить скорость наклона или даже сам угол наклона ковша. Автоматизируя процесс движения ковша, можно обеспечить необходимое регулирование расхода непосредственно в процессе заливки печи.

Одним из преимуществ предложенного устройства является использование в нем тележки, с помощью которой имеется возможность одновременно или независимо осуществлять подъем или опускание и наклон ковша. При этом, очевидно, можно поднять или опустить ковш, не изменив угол его наклона.

Как уже отмечалось, для подъема, опускания и наклона ковша можно использовать гидроцилиндры или электромеханические устройства. Следует подчеркнуть, что одно из движений можно, очевидно, осуществлять с помощью гидроцилиндра, а другое - с помощью электромеханического устройства, при этом непрерывной контроль за весом ковша можно вести с помощью тех же гидроцилиндров и/или электромеханических устройств, используемых для перемещения ковша.

Предложенные в изобретении способ и устройство могут найти применение для всех типов электрических печей.

Однако наибольший положительный эффект может быть получен при их использовании для загрузки электрических печей, имеющих боковую загрузочную платформу. В этом случае с помощью предложенных в изобретении способа и устройства можно уменьшить размеры загрузочной платформы за счет существенного повышения точности заливки печи из ковша жидким металлом. Поскольку изобретение позволяет постоянно поддерживать заданный расход заливаемого в печь жидкого металла, то при проектировании боковой загрузочной платформы ее размеры можно выбирать в зависимости от конкретной величины расхода сливаемого из ковша жидкого металла. Обычно размеры боковой загрузочной платформы выбираются с определенным запасом. При этом и сама печь должна иметь соответствующую конструкцию. Прежде всего это относится к печам ЕВТ-типа (имеющим эксцентрическое выпускное отверстие), которые поворачиваются на наклоняющей опоре, в связи с чем возникает необходимость в закреплении на печи с противоположной по отношению к платформе стороне противовесов, при наличии которых наклоненная во время разливки жидкой стали печь по окончании разливки автоматически возвращается в горизонтальное положение. Уменьшение размеров боковой загрузочной платформы, которое может быть достигнуто при реализации настоящего изобретения, позволяет уменьшить противовесы и тем самым снизить стоимость печи.

Другие преимущества и особенности изобретения подробно рассмотрены ниже в описании примеров его предпочтительного выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, где: на фиг. 1 изображен график изменения веса ковша с жидким металлом в виде его зависимости от угла наклона ковша; на фиг. 2А-В - виды сбоку предназначенной для заливки в электрическую печь жидкого металла тележки с устройствами для установки в ней ковша; на фиг. 3А-В - последовательность процесса заливки жидкого металла из ковша в электрическую печь: 3А - тележка, находящаяся в исходном положении рядом с печью; 3Б - тележка и ковш в момент начала заливки жидкого металла в печь; 3В - тележка в конце процесса заливки жидкого металла в печь.

На фиг. 1 показан график зависимости расхода сливаемого из ковша жидкого металла от его угла наклона. Из этого графика следует, что при изменении угла наклона ковша количество сливаемого из него жидкого металла не остается постоянным, а проходит через максимум при строго определенном значении угла наклона. Из графика также следует, что этот максимум зависит от скорости изменения угла наклона ковша. При более медленном изменении угла наклона, как показано на нижней кривой (2^o вместо 5^o), максимум имеет менее выраженный характер. Следует подчеркнуть, что показанная на фиг. 1 зависимость относится к ковшу определенной формы. Для ковша с другой геометрией эта зависимость также будет другой, а для одного и того же ковша она будет меняться по мере износа огнеупорной футеровки, которой покрыта внутренняя поверхность ковша.

На фиг. 2А-В показано устройство для непосредственной заливки из ковша жидкого металла в электрическую печь. Используемая для этой цели тележка 10 имеет несущую раму 12 с тремя осями 14, 16, 18.

На фиг. 2Б показан один из двух рычагов 20 с захватами, шарнирно закрепленный на оси 21, расположенной на несущей раме 12 сбоку от ковша 22. Рычаг 20 можно перемещать с помощью гидроцилиндра 23, один конец которого шарнирно соединен с первым концом рамы 12, а второй соединен с рычагом 20, что позволяет поднимать и опускать ковш 22, который через подвешивающие рычаги 26 соединен с захватами рычагов 20. Ковш 22 крепится к раме 12 анкерным устройством 19, наличие которого препятствует во время транспортировки ковша 22 его поворотам в захватах рычагов 20.

На фиг. 2В показан второй приводимый в движение двуплечий рычаг 30, центр вращения которого совпадает с осью цапф 24, закрепленных на подвешивающих рычагах 26. Один конец двуплечего рычага 30 соединен с цапфами 24 ковша 22. На днище ковша имеется выступ 25, который входит в паз 27, выполненный на втором конце двуплечего рычага 30. Гидроцилиндр 29, один конец которого шарнирно соединен с рычагом 20 с захватами, а другой соединен с двуплечим рычагом 30, используется для наклона ковша 22 вокруг оси, проходящей через цапфы 24.

На фиг. 3А-В проиллюстрирован процесс заливки жидкого передельного чугуна в электрическую печь. На фиг. 3А установленное на тележке 10 и предназначенное для непосредственной заливки в печь жидкого металла устройство 12 показано в исходном положении рядом с печью 30. В рассматриваемом варианте печь 30 имеет боковую загрузочную платформу 32, предназначенную для заливки жидкого металла в печь 30. Изнутри платформа 32 покрыта толстым слоем огнеупорного материала 34. Для защиты огнеупорного материала 34 от ударов при заливке в печь жидкого передельного чугуна на днище платформы уложена ударостойкая плита 36, изготовленная из специального огнеупорного материала. Заполненный жидким передельным чугуном ковш 22 со сливным носком 38 установлен на тележке 10.

На фиг. 3Б показана вторая фаза процесса заливки, предшествующая началу заливки жидкого передельного чугуна в загрузочную платформу печи. Перемещаемый гидроцилиндром 23 ковш 22 опущен в нижнее положение и наклонен, а его сливной носок 38 находится над платформой 32. Поскольку нижний конец ковша 22 в этот момент соединен анкерным устройством 19 с рамой 12, то в этом положении угол наклона ковша никак не связан с поворотом двуплечего рычага 30. Следует обратить внимание на небольшое расстояние между сливным носком 38 и платформой 32, что, естественно, уменьшает энергию удара жидкого передельного чугуна в огнеупорный материал 34, которым покрыто днище платформы 32. Небольшая высота падения ограничивает выбросы жидкого передельного чугуна и повышает безопасность работающего в непосредственной близости от электрической печи персонала.

На фиг. 3В ковш изображен в момент окончания процесса заливки жидкого передельного чугуна в электрическую печь 30. В этот момент ковш 22 находится в горизонтальном положении, когда из него можно слить в печь весь находящийся в нем чугун. Следует обратить внимание на то, что не всегда требуется полностью сливать в печь весь находящийся в ковше 22 металл. На практике может оказаться необходимым слить из ковша в печь 30 строго определенное количество жидкого чугуна, т.е., например, опорожнить ковш 22 только наполовину. Очевидно, что в этом случае не требуется наклонять ковш 22 до такой степени, чтобы он оказался повернутым в горизонтальное положение.

Для наклона ковша 22 в заданное положение необходимо отсоединить от рамы 12 анкерное устройство 19 и с помощью гидроцилиндра 29 наклонить ковш на требуемый угол, повернув его вокруг оси, проходящей через цапфы 24. С помощью гидроцилиндра 23 можно независимо от величины угла наклона поднять и опустить ковш 22 с тем, чтобы при том или ином угле наклона свести к минимуму высоту падения в печь передельного чугуна.

После полного или частичного слива из ковша 22 в печь 30 необходимого количества передельного чугуна ковш возвращается в исходное положение путем выполнения в обратной последовательности всех описанных выше операций.

Формула изобретения

1. Способ непосредственной заливки жидкого металла из ковша в электрическую печь, включающий перемещение к электрической печи в исходное положение тележки с установленным на ней и заполненным жидким металлом ковшом, имеющим верхний и нижний края, наклон, подъем и горизонтальное перемещение ковша, слив жидкого металла в печь при изменении угла наклона ковша, наклон, опускание и горизонтальное перемещение ковша для возврата его в исходное положение, отличающийся тем, что после установки в исходное положение согласовано друг с другом опускают и горизонтально перемещают ковш до расположения его верхнего края над электрической печью, после чего согласовано друг с другом ковш наклоняют, плавно поднимают и осуществляют его постепенное горизонтальное перемещение для фиксации верхнего края ковша в положении, при котором жидкий металл может сливаться в печь, при этом контролируют расход сливаемого из ковша жидкого металла и изменяют угол его наклона, а после слива жидкого металла в печь ковш возвращают в исходное положение путем согласованных друг с другом его наклона, опускания и горизонтального перемещения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход сливаемого из ковша жидкого металла определяют посредством взвешивания тележки в течение всей операции слива металла, а изменение угла наклона ковша регулируют в зависимости от расхода сливаемого из него жидкого металла.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что опускание ковша и его плавный подъем осуществляют при помощи установленных в шарнирах с возможностью поворота вокруг своей оси двух рычагов, имеющих захваты, на которых подвешивают ковш, а наклон ковша осуществляют при помощи двуплечего рычага, поворачивающегося вокруг оси, центр вращения которой совпадает с осью, проходящей через цапфы ковша, закрепленные на подвешивающих рычагах.

4. Способ по п.3, отличающееся тем, что ось вращения двух рычагов с захватами располагают сбоку от ковша на несущей раме тележки.

5. Устройство для непосредственной заливки жидкого металла из ковша в электрическую печь, содержащее заполненный жидким металлом ковш с цапфами, установленный на тележке с несущей рамой, и механизмы для перемещения, подъема, опускания и наклона ковша с приводными устройствами, отличающееся тем, что оно снабжено средством для контролирования расхода сливаемого из ковша жидкого металла, при этом механизм опускания и подъема ковша выполнен в виде двух рычагов, поворачивающихся вокруг своей оси и имеющих захваты под цапфы ковша, а механизм наклона выполнен в виде двуплечего рычага, поворачивающегося вокруг оси, центр вращения которой совпадает с осью, проходящей через цапфы ковша, закрепленные на подвешивающих рычагах.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что ось вращения двух рычагов с захватами расположена сбоку от ковша на несущей раме тележки.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что приводное устройство двух рычагов с захватами выполнено в виде, по крайней мере, одного гидроцилиндра.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что приводное устройство двуплечего рычага выполнено в виде, по крайней мере, одного гидроцилиндра.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что приводное устройство двух рычагов с захватами выполнено в виде электромеханического устройства.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что приводное устройство двуплечего рычага выполнено в виде электромеханического устройства.

11. Устройство по любому из пп.5 - 10, отличающееся тем, что устройство для контролирования расхода сливаемого из ковша жидкого металла выполнено в виде средства для непрерывного взвешивания ковша во время всей операции слива из него жидкого металла.

12. Устройство по любому из пп.5 - 11, отличающееся тем, что оно снабжено крышкой из огнеупорного материала, закрывающей ковш во время его транспортировки в исходное положение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5