CN103097554B - 用于在电弧炉中电磁搅拌的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电磁搅拌在电弧炉(10)中熔化的钢的装置(11)包括两个电磁搅拌器单元(12，13)、电流源(14)、和控制单元(15)。两个搅拌器在电弧炉的外部底部表面(10a)上安装在底部表面的中心位置(10b)的相反侧处，电流源操作地连接到两个电磁搅拌器单元，并且控制单元操作地连接到电流源，以控制两个电磁搅拌器单元的操作。

Description

用于在电弧炉中电磁搅拌的装置和方法
技术领域
本发明大体涉及电磁搅拌在AC或DC电弧炉中熔化的钢。 
背景技术
在电弧炉(EAF)中熔化的钢的电磁搅拌(EMS)因如下多个原因而为有利的：例如用于改善熔化速度并且减小工艺时间，用于改善温度均匀化，用于减小能量消耗，并且用于在带绕(taping)期间阻止涡旋形成。 
在AC EAF处EMS的更早的装配中，搅拌器单元在中心位置处在底部之下安装。在DC EAF中，DC电流收集在集成到炉的底部耐火部内的大电极中。电极通过底部连接到外部。底部电极区域为非常大的(典型地2×3m)。 
发明内容
因而，在DC EAF处EMS的装配中，不能够在炉的底部之下在中心位置处放置搅拌器单元。正常地，不存在足够靠近熔化部并且具有足够大面积的其它区域。 
另外，用于DC和AC EAF的现有技术搅拌器单元似乎为非柔性的并且不为所有类型的应用提供充分搅拌。 
本发明的目的为提供分别地用于电磁搅拌在电弧炉中熔化的钢的装置和方法，其解决上面的问题。 
本发明的特别的目的为提供这种装置和方法，其提供用于柔性搅拌器定位和使用。 
本发明的另一目的为提供这种装置和方法，通过其该搅拌可在EAF工艺循环期间动态地受控。 
本发明的又另一目的为提供这种装置和方法，其为简单、坚固、可靠并且具有低成本。 
根据本发明的、除了别的以外的这些目的通过在所附专利权利要求中主张权利的用于电磁搅拌的装置和方法获得。 
根据本发明的一个方面，提供用于电磁搅拌在电弧炉中熔化的钢的装置，其包括：两个电磁搅拌器单元、至少一个电流源、和控制单元。两个搅拌器在电弧炉的外部底部表面上安装在底部表面的中心位置的相反侧处，电流源操作地连接到两个电磁搅拌器单元，并且控制单元操作地连接到电流源，以控制两个电磁搅拌器单元的操作。优选地，电弧炉为具有DC底部电极的DC电弧炉并且两个电磁搅拌器单元安装在DC底部电极的相反侧上。 
在一个实施例中，两个电磁搅拌器单元中的各个具有芯部，其带有缠绕芯部的分离线圈。芯部中的各个可具备例如由铝或其它非磁性材料制成的护罩，其覆盖芯部的底部表面和侧表面并且放置在芯部和绕组的中间。这种护罩减小在搅拌器的底部表面和侧表面上的电磁场。 
在本发明的另一实施例中，两个电磁搅拌器单元中的各个具有带有饼状类型的绕组的芯部。使用这种绕组，不需要护罩。 
在本发明的又一实施例中，芯部具有一个或多个弯曲部，其适应于电弧炉的外部底部表面的形状。因此，合适的搅拌可获取，同时最小化因此使用的能量。另外，非常强的搅拌力可获取。 
在又一进一步实施例中，用于两个电磁搅拌器单元的控制单元和单一电流源构造成将两个电磁搅拌器单元操作为单一单元。因此，电流源***可以操作地连接到两个搅拌器，使得两个搅拌器平行地在向前或向后方向上操作。可选地，单一电流源***操作地连接到两个搅拌器，使得两个搅拌器在与彼此相反的方向上操作，从而给予沿着炉壁顺时针或逆时针循环的钢熔化流。又可选地，单一电流源***构造成操作两个电磁搅拌器单元，以在EAF工艺循环的不同阶段期间获取不同搅拌操作和/或不同搅拌模式。 
本发明还涉及电弧炉，特别地DC炉，其包括上面公开的用于电磁搅拌的装置。 
根据本发明的进一步方面，提供用于电磁搅拌在电弧炉中熔化的钢的方法。根据本方法，提供两个电磁搅拌器单元，其在电弧炉的外部底部表面上安装在底部表面的中心位置的相反侧处。至少一个电流源连接到两个电磁搅拌器单元。最后，两个电磁搅拌器单元的操作由操作地连接到电流源的控制单元控制。 
依靠本发明，具有足够强度的电磁搅拌还能够用于具有大的底部电极的DC炉。本发明为不同应用提供具有非常多种可能操作特征的柔性方案。通过本发明，电磁搅拌实现，同时能量消耗减小。强的搅拌力能够获取并且搅拌模式可被控制。 
本发明的进一步特征和它的优点将从在下文给出的本发明的优选实施例的以下详细描述和附图1-4(其仅仅经由示例而给出)而显而易见，并且因此不限制本发明。 
附图说明
图1a-b以顶视图和侧视图显示EAF，其中示意性地指示了根据本发明的一个实施例的、用于电磁搅拌在EAF中熔化的钢的装置。 
图2-4以透视视图显示用于在图1a-b中示意性地指示的、用于电磁搅拌的装置中使用的不同搅拌器。 
具体实施方式
图1a-b中示出电弧炉(EAF)10，其中根据本发明的一个实施例的、用于电磁搅拌在EAF 10中熔化的钢的装置11实现。该EAF可为示出的DC EAF或AC EAF。 
用于电磁搅拌的装置11包括两个电磁搅拌器单元12、13，操作地连接到两个电磁搅拌器单元12、13的单一电流源***14，和控制单元15，其操作地连接到单一电流源***14，以控制两个电磁搅拌器单元12、13的操作。两个电磁搅拌器单元12、13在EAF的外部底部表面10a上安装在底部表面10a的中心位置10b的相反侧处。该DC EAF典型地具有DC底部电极，其在底部表面10a的中心位置10b处定位并且两个电磁搅拌器单元因而安装在DC底部电极的相反侧上。 
应当理解，EAF可典型地由铁制造，并且在这种实例中电磁搅拌器单元将在其中定位的EAF的区域处的材料必须被改变成非磁性材料，诸如例如奥氏体钢。 
单一电流源***14可被交换成多个电流源，例如每个电磁搅拌器单元一个电流源。 
控制单元15和单一电流源***14可优选地构造成将两个电磁搅拌器单元12、13操作为单一单元。因此，单一电流源***14可以操作地连接到两个搅拌器12、13，使得两个搅拌器平行地在向前或向后方向上操作，或在与彼此相反的方向上操作，从而给予沿着炉壁顺时针或逆时针循环的钢熔化流。 
另外，控制单元15和单一电流源***14可构造成操作该两个电磁搅拌器单元12、13，以在EAF工艺循环的不同阶段期间获取不同搅拌操作和/或不同搅拌模式。 
在图2中示出的为可在图1a-b的用于电磁搅拌的装置11中使用的电磁搅拌器单元的实施例。电磁搅拌器单元为三相搅拌器并且具有带有所谓的饼状类型的绕组22的铁芯部21。绕组22不缠绕芯部而是沿着芯部21的三侧卷绕。各相具有两个绕组或极，其被连接使得电流将在相反方向上在两个绕组中行进。然而，该绕组设计致使电磁搅拌器单元比铁芯部21的宽度宽很多。该设计似乎更不利于在DC EAF中的强搅拌器，这是由于在DC底部电极的侧面处的受限的空间。 
在图3中示出的是可在图1a-b的用于电磁搅拌的装置11中使用的电磁搅拌器单元的可选实施例。该电磁搅拌器单元为三相搅拌器并且具有铁芯部31，其带有缠绕芯部的分离线圈32。各相具有两个绕组或极，其被连接使得电流将在相反方向上在两个绕组中行进。通过该设计，电磁搅拌器单元的宽度将仅仅稍微大于铁芯部31的宽度并且制造被简化了。该设计的潜在缺点为铁芯部31必须更重，典型地大约为图2的铁芯部的两倍重，例如40吨而不是20吨。另外，该设计需要更大的电功率输出用于给定搅拌力。为此，电磁搅拌器单元还优选地具有护罩33，其覆盖芯部的底部表面31a和侧表面31b、31c(也就是除了面对EAF的侧面之外的所有侧面)并且放置在芯部31和线圈32中间。该护罩可由铝或其它合适材料(诸如铜)制成并且减小在电磁搅拌器单元的底部表面31a和侧表面31b、31c上的电磁场，由此致使电磁搅拌器单元更有能量效率。铁芯部31的重量可被进一步减小。 
在图4中示出的为可在图1a-b的用于电磁搅拌的装置11中使用的电磁搅拌器单元的又一可选实施例。电磁搅拌器单元包括芯部41和绕组42并且可基于图2和3的类型中的任一种。然而，芯部41具有一个或多个弯曲部43，其适应于EAF 10的外部底部表面10a的形状。因此，电磁搅拌器单元可更靠近EAF 10放置并且可由此提供更强搅拌力和/或使得更有能量效率。弯曲部设计特别地适合于图3类型的磁搅拌器。 
应当理解，本发明还涉及包括上面公开的用于电磁搅拌的装置11的EAF(诸如DC和AC EAF)。 

Claims (12)

1.一种用于电磁搅拌在电弧炉(10)中熔化的钢的装置(11)，其包括：
-两个电磁搅拌器单元(12，13)，其在所述电弧炉的外部底部表面(10a)上安装在所述底部表面的中心位置(10b)的相反侧处；和
-至少一个电流源(14)，其操作地连接到所述两个电磁搅拌器单元；和
-控制单元(15)，其操作地连接到所述电流源，以控制所述两个电磁搅拌器单元的操作，其中，所述两个电磁搅拌器单元各具有芯部(31)，其带有缠绕所述芯部的分离线圈(32)，其特征在于
-所述两个电磁搅拌器单元各具有护罩(33)，其覆盖所述芯部的底部表面(31a)和侧表面(31b，31c)并且放置在所述芯部和所述分离线圈(32)的绕组的中间，所述护罩减小在所述搅拌器的底部表面(31a)和侧表面(31b，31c)上的电磁场。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，单一电流源操作地连接到所述两个电磁搅拌器单元。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电弧炉为具有DC底部电极的DC电弧炉并且所述两个电磁搅拌器单元安装在所述DC底部电极的相反侧上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述护罩中的各个由铝制成。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的装置，其特征在于，所述芯部中的各个具有一个或多个弯曲部(43)，其适合于所述电弧炉的外部底部表面的形状。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元和所述电流源构造成将所述两个电磁搅拌器单元操作为单一单元。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述单一电流源***操作地连接到所述两个搅拌器，使得所述两个搅拌器平行地在向前或向后方向上操作。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流源操作地连接到所述两个搅拌器，使得所述两个搅拌器在与彼此相反的方向上操作，从而给予沿着炉壁顺时针或逆时针循环的钢熔化流。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元和所述电流源构造成操作所述两个电磁搅拌器单元，以在所述EAF工艺循环的不同阶段期间获取不同搅拌操作和/或不同搅拌模式。
10.一种电弧炉(10)，其包括权利要求1-9中的任一项所述的用于电磁搅拌的装置。
11.根据权利要求10所述的电弧炉，其特征在于，所述电弧炉为DC电弧炉。
12.一种用于电磁搅拌在电弧炉(10)中熔化的钢的方法，其包括：
-提供两个电磁搅拌器单元(12，13)，其在所述电弧炉的外部底部表面(10a)上安装在所述底部表面的中心位置(10b)的相反侧处，其中，所述两个电磁搅拌器单元各具有芯部(31)，其带有缠绕所述芯部的分离线圈(32)；并且
-将至少一个电流源(14)连接到所述两个电磁搅拌器单元；并且
-通过操作地连接到所述电流源的控制单元(15)控制所述两个电磁搅拌器单元的操作，其特征在于如下步骤：
为所述两个电磁搅拌器单元中的每个提供护罩(33)，其覆盖所述芯部的底部表面(31a)和侧表面(31b，31c)并且放置在所述芯部和所述分离线圈(32)的绕组的中间，所述护罩减小在所述搅拌器的底部表面(31a)和侧表面(31b，31c)上的电磁场。
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