本發(fā)明涉及電弧爐煉鋼領域，具體是一種噴淋式強制風冷電弧爐爐殼的冷卻方法。

背景技術：

電弧爐爐殼的冷卻技術是電爐冶煉的重要技術。在電弧爐冶煉過程中，爐殼內(nèi)壁的耐火材料會承受高溫作用，這些高溫作用主要來自于電弧的輻射作用、爐渣和金屬的噴濺、高溫煙氣等。耐火材料承受的熱量如果不能被爐殼及時帶走，高溫作用就會造成耐火材料的損耗，縮短爐襯壽命，增加生產(chǎn)成本。

由于電弧爐三個電極距離爐壁距離不同，爐壁距離電極較近的地方溫度較高，較遠的地方溫度較低，因此電爐爐壁會存在三個“熱點區(qū)”和三個“冷點區(qū)”，不同區(qū)域需要的冷卻強度不同，電弧爐爐壁“熱點區(qū)”和“冷點區(qū)”冷卻的問題也是提升電弧爐爐襯壽命的關鍵。

目前，電弧爐爐殼冷卻技術中，水冷爐壁技術較為普遍，但由于管路中水流速的限制，水冷爐壁冷卻效果也比較有限。水冷爐壁為安裝、檢修方便，大多呈塊狀，由于其形狀的限制，也難以解決“熱點區(qū)”和“冷點區(qū)”的冷卻問題。水冷爐壁的上述問題導致爐襯耐材消耗不均，爐襯壽命縮短?，F(xiàn)有技術中雖有風冷和水冷的結合，但這種技術方案通常是兩種冷卻方式獨立運行，各自發(fā)揮冷卻作用，沒有發(fā)揮風和水的協(xié)同冷卻作用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種噴淋式強制風冷電弧爐爐殼，以達到提升電弧爐爐殼冷卻效果的目的。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種噴淋式強制風冷電弧爐爐殼的冷卻方法，該噴淋式強制風冷電弧爐爐殼包括外層爐殼、內(nèi)層爐殼、氣體冷卻組件和液體冷卻組件，內(nèi)層爐殼設置在外層爐殼內(nèi)，內(nèi)層爐殼與外層爐殼之間形成中空腔體；氣體冷卻組件包括多個間隔設置在外層爐殼上的氣體噴嘴，每個氣體噴嘴均設置有氣體流量閥，每個氣體噴嘴的出口均與中空腔體連通；液體冷卻組件包括多個間隔設置在外層爐殼上的液體噴嘴，每個液體噴嘴均設置有液體流量閥，每個液體噴嘴的出口均與中空腔體連通，并且多個氣體噴嘴和多個液體噴嘴間隔設置；該淋式強制風冷電弧爐爐殼的冷卻方法包括以下步驟：步驟1、啟動該氣體冷卻組件和該液體冷卻組件；步驟2、根據(jù)冷卻需要調(diào)節(jié)各液體噴嘴流量和壓力；步驟3、根據(jù)冷卻需要調(diào)節(jié)各氣體噴嘴的流量和壓力。

進一步地，噴淋式強制風冷電弧爐爐殼還包括回液組件和廢氣收集組件，該回液組件和該廢氣收集組件均與中空腔體(21)連通，該淋式強制風冷電弧爐爐殼的冷卻方法還包括以下步驟：步驟4、打開該廢氣收集組件和該回液組件，收集液體、液體和廢氣中的熱量以及水蒸汽以循環(huán)利用。

進一步地，步驟中2，每個液體噴嘴的冷卻水流量在0.01m³/h至1.5m³/h之間，每個液體噴嘴的壓力在0.1mpa至0.5mpa之間。

進一步地，液體噴嘴的冷卻水流量為1.0m³/h。

進一步地，步驟3中，每個氣體噴嘴的氣體流量在50m³/h～1500nm³/h之間，每個氣體噴嘴的風壓在0.2mpa～0.8mpa之間。

進一步地，氣體噴嘴的風壓為0.5mpa。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明實施例通過利用風冷和水冷的協(xié)同冷卻的方式，充分發(fā)揮了水的蒸發(fā)吸熱作用，并通過風冷協(xié)同作用，使電弧爐爐殼的冷卻效果更好。而且，氣體冷卻組件和液體冷卻組件均可以進行流量調(diào)節(jié)，例如在溫度高的區(qū)域可以增大流量，在溫度低的區(qū)域可以減小流量，從而能夠適用于不同溫度的冷卻區(qū)域。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明噴淋式強制風冷電弧爐爐殼的主視結構示意圖；

圖2為本發(fā)明噴淋式強制風冷電弧爐爐殼的俯視結構示意圖。

圖中附圖標記：10、外層爐殼；20、內(nèi)層爐殼；21、中空腔體；31、氣體噴嘴；32、送風總管；33、氣體分配器；41、液體噴嘴；42、進水總管；43、液體分配器；51、回液腔；52、回液管路；61、廢氣收集排放管路；62、廢氣降溫冷卻裝置。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，一種噴淋式強制風冷電弧爐爐殼，包括外層爐殼10、內(nèi)層爐殼20、氣體冷卻組件和液體冷卻組件。內(nèi)層爐殼20設置在外層爐殼10內(nèi)，內(nèi)層爐殼20與外層爐殼10之間形成中空腔體21，內(nèi)層爐殼20的內(nèi)側設置有電弧爐的爐襯。氣體冷卻組件包括多個間隔設置在外層爐殼10上的氣體噴嘴31，每個氣體噴嘴31均設置有氣體流量閥，每個氣體噴嘴31的出口均與中空腔體21連通。液體冷卻組件包括多個間隔設置在外層爐殼10上的液體噴嘴41，每個液體噴嘴41均設置有液體流量閥，每個液體噴嘴41的出口均與中空腔體21連通，并且多個氣體噴嘴31和多個液體噴嘴41間隔設置。

本發(fā)明實施例提供了該淋式強制風冷電弧爐爐殼的冷卻方法包括以下步驟：

步驟1、啟動該氣體冷卻組件和該液體冷卻組件；

步驟2、根據(jù)冷卻需要調(diào)節(jié)各液體噴嘴41流量和壓力；

步驟3、根據(jù)冷卻需要調(diào)節(jié)各氣體噴嘴31的流量和壓力。

本發(fā)明實施例通過利用風冷和水冷的協(xié)同冷卻的方式，充分發(fā)揮了水的蒸發(fā)吸熱作用，并通過風冷協(xié)同作用，使冷卻效果更好。而且，氣體冷卻組件和液體冷卻組件均可以進行流量調(diào)節(jié)，例如在溫度高的區(qū)域可以增大流量，在溫度低的區(qū)域可以減小流量，從而能夠適用于不同溫度的冷卻區(qū)域。

需要說明的是，在圖1中，外層爐殼10與內(nèi)層爐殼20均為同軸設置的筒形結構，外層爐殼10與內(nèi)層爐殼20之間的間距為10mm至100mm。外層爐殼10與內(nèi)層爐殼20之間的間距優(yōu)選為30mm～70mm，更優(yōu)選為50mm。在該尺寸范圍內(nèi)，噴淋式強制風冷電弧爐爐殼冷卻效果較好。

本發(fā)明實施例中，外層爐殼10為筒形結構，上述多個氣體噴嘴31和多個液體噴嘴41在外層爐殼10的外周壁上間隔均布，并且在外層爐殼10同一軸向高度位置，多個氣體噴嘴31和多個液體噴嘴41沿外層爐殼10的周向間隔交替設置。優(yōu)選地，沿外層爐殼10的軸向，多個氣體噴嘴31和多個液體噴嘴41間隔交替設置。將多個氣體噴嘴31和多個液體噴嘴41交替間隔設置可以使風冷和水冷更好的協(xié)同冷卻，達到最優(yōu)化的冷卻效果。

當然，本發(fā)明實施例并不限于上述結構，例如在一種未圖示的實施例中，在外層爐殼10的同一橫截面內(nèi)，相鄰兩個氣體噴嘴31之間設置有至少兩個間隔設置的液體噴嘴41。即相鄰兩個氣體噴嘴31之間設置有多個液體噴嘴41。該未圖示的實施例可以適用于所需液體冷卻流量較大的爐殼結構。本發(fā)明實施例中的多個氣體噴嘴31和多個液體噴嘴41的排布方式可以根據(jù)不同冷卻需要進行選擇，凡是采用多個氣體噴嘴31和多個液體噴嘴41間隔分布的排布方式均應該在本申請的保護范圍之內(nèi)。

如圖1和圖2所示，該氣體冷卻組件還包括送風總管32和氣體分配器33，氣體分配器33的入口與送風總管32連接，氣體分配器33的出口與多個氣體噴嘴31的入口連接。上述氣體噴嘴31的數(shù)量可以為50至5000個，上述氣體分配器33的數(shù)量和型號根據(jù)所需要的氣體噴嘴31數(shù)量選用。送風總管32的入口與送風系統(tǒng)連接，用于提供設定壓力和流量的氣體，本發(fā)明實施例中送風系統(tǒng)提供的是壓縮空氣。

本發(fā)明實施例的步驟3中，上述每個氣體噴嘴31的氣體流量在50m³/h～1500nm³/h之間，每個氣體噴嘴31的風壓在0.2mpa～0.8mpa之間。優(yōu)選地，氣體噴嘴31的風壓(壓力)為0.5mpa。

具體地，每個氣體噴嘴31上均設置有一個氣體流量閥，該氣體流量閥能夠控制對應的該氣體噴嘴31的流量大小。上述每個氣體噴嘴31上的氣體流量閥均與控制系統(tǒng)連接，通過該控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同冷卻需要控制對應冷卻區(qū)域的氣體噴嘴31的流量大小。

如圖1和圖2所示，該液體冷卻組件還包括進水總管42和液體分配器43，液體分配器43的入口與進水總管42連接，液體分配器43的出口與多個液體噴嘴41的入口連接。上述液體噴嘴41的數(shù)量可以為50至5000個，上述液體分配器43的數(shù)量和型號根據(jù)所需要的液體噴嘴41數(shù)量選用。進水總管42的入口與液壓泵連接，用于提供設定壓力和流量的液體，本發(fā)明實施例中的液壓泵提供的是冷卻水。

本發(fā)明實施例的步驟2中，上述每個液體噴嘴41的冷卻水流量在0.01m³/h～1.5m³/h之間，每個液體噴嘴41的壓力在0.1mpa～0.5mpa之間。優(yōu)選地，液體噴嘴41的冷卻水流量為1.0m³/h。

具體地，每個液體噴嘴41上均設置有一個液體流量閥，該液體流量閥能夠控制對應的該液體噴嘴41的流量大小。上述每個液體噴嘴41上的液體流量閥均與控制系統(tǒng)連接，通過該控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同冷卻需要控制對應冷卻區(qū)域的液體噴嘴41的流量大小。

設置液體流量閥和氣體流量閥能實現(xiàn)對電弧爐的爐殼冷卻的精確控制，使電弧爐的爐殼在噴淋和強制風冷的作用下，大幅提高降溫效率，增加爐殼的使用壽命，提高經(jīng)濟效益。

如圖1所示，噴淋式強制風冷電弧爐爐殼還包括回液組件，該回液組件與中空腔體21連通，并能夠回收由該液體冷卻組件噴出的液體。具體地，該回液組件包括回液腔51和回液管路52，回液腔51位于外層爐殼10的下方并且回液腔51與中空腔體21連接，回液管路52與回液腔51連接，并用于將回液腔51中的液體導出。

設置回液組件能夠回收液體噴嘴41噴出的液體，使液體能夠重復利用，避免浪費。

噴淋式強制風冷電弧爐爐殼還包括廢氣收集組件，該廢氣收集組件與中空腔體21連通，并能夠收集中空腔體21內(nèi)的廢氣。該廢氣收集組件包括廢氣收集排放管路61和廢氣降溫冷卻裝置62，廢氣收集排放管路61的一端與中空腔體21連接，廢氣收集排放管路61另一端與廢氣降溫冷卻裝置62連接，廢氣降溫冷卻裝置62能夠?qū)U氣進行降溫冷凝。

設置廢氣收集組件，能夠通過該廢氣收集組件收集中空腔體21中的廢氣(含有水蒸汽)，該水蒸汽在廢氣降溫冷卻裝置62的作用下冷凝形成水滴，并可以重復利用。經(jīng)過冷凝后的廢氣可以由廢氣收集排放管路61排出。

本發(fā)明實施例中該淋式強制風冷電弧爐爐殼的冷卻方法包括以下步驟：步驟4、打開該廢氣收集組件和該回液組件，收集液體和廢氣中的熱量以及水蒸汽以循環(huán)利用。

以下將以某廠30t電爐為原型進行對比說明。在該具體實施例中氣體噴嘴31和液體噴嘴41均為300個。通過數(shù)值模擬的方法對下列實施例和對比例討論該電爐的優(yōu)選參數(shù)。

對于冷卻水參數(shù)的選取，由于爐殼冷卻效果主要取決于冷卻水量而非水壓，因此以下實例中僅設定了冷卻水量。對于冷風參數(shù)的選取，由于蒸發(fā)冷卻速度與風速相關，氣體壓力是風速的決定因素，因此以下實例中僅設定了氣體壓力。

具體實施例1

本具體實施例1中，電弧爐爐殼冷卻方式采用本發(fā)明的噴淋式強制風冷方式，具體步驟如下：

(1)同時啟動所述噴淋式強制風冷電弧爐爐殼中的氣體冷卻組件和液體冷卻組件。

(2)打開液體冷卻組件，調(diào)節(jié)各液體噴嘴41的流量，冷卻水流量均設定為1.0m³/h(冷卻水壓力隨之確定)。

(3)打開氣體冷卻組件，調(diào)節(jié)各氣體噴嘴31的流量和壓力，風壓均設定為0.5mpa(風量隨之確定)。

(4)打開廢氣收集組件和回液組件，收集液體和廢氣中的熱量以及水蒸汽以循環(huán)利用。

在該具體實施例1中，噴淋式強制冷卻方式的電弧爐爐殼的溫度場，爐殼的平均溫度為52℃。

對比例1

本對比例中，電弧爐爐殼冷卻方式采用風冷的冷卻方式，具體步驟如下：

(1)同時啟動所述噴淋式強制風冷電弧爐爐殼中的氣體冷卻組件和液體冷卻組件。

(2)打開液體冷卻組件，調(diào)節(jié)各液體噴嘴41的流量，冷卻水流量均設定為0m³/h。

(3))打開氣體冷卻組件，調(diào)節(jié)各氣體噴嘴31的流量和壓力，風壓均設定為0.5mpa(風量隨之確定)。

(4)打開廢氣收集組件和回液組件，收集液體和廢氣中的熱量以及水蒸汽以循環(huán)利用。

在該對比例1中采用風冷冷卻電弧爐爐殼的溫度場，爐殼的平均溫度為492℃。

對比例2

本對比例中，電弧爐爐殼冷卻方式采用水冷的冷卻方式，具體步驟如下：

(1)同時啟動所述噴淋式強制風冷電弧爐爐殼中的氣體冷卻組件和液體冷卻組件。

(2)打開液體冷卻組件，調(diào)節(jié)各液體噴嘴41的流量，冷卻水流量均設定為1.0m³/h(冷卻水壓力隨之確定)。

(3)打開氣體冷卻組件，調(diào)節(jié)各氣體噴嘴31的流量和壓力，風壓均設定為0.5mpa，風量為0(風壓為供氣組件的出口壓力，在該步驟中，各氣體噴嘴31的氣體流量調(diào)節(jié)閥均未開啟，所以風量為0)。

(4)打開廢氣收集組件回液組件，收集液體和廢氣中的熱量以及水蒸汽以循環(huán)利用。

在該對比例2中，采用風冷冷卻電弧爐爐殼的溫度場，爐殼的平均溫度為381℃。

具體實施例2至具體實施例6

對于冷卻水參數(shù)的選取，由于爐殼冷卻效果主要取決于冷卻水量而非水壓，因此具體實施例2至具體實施例6中其它條件與具體實施例1相同，僅改變冷卻水量(水壓保持不變，改變液體調(diào)節(jié)閥開度大小)來研究不同冷卻水量對爐殼冷卻效果的影響。

具體步驟如下：

(1)同時啟動所述噴淋式強制風冷電弧爐爐殼中的氣體冷卻組件和液體冷卻組件。

(2)打開液體冷卻組件，調(diào)節(jié)各液體噴嘴41的流量，冷卻水流量均設定為表1中的值(冷卻水壓力隨之確定)。

(3)打開氣體冷卻組件，調(diào)節(jié)各氣體噴嘴31的流量和壓力，風壓均設定為0.5mpa(風量隨之確定)。

(4)打開廢氣收集組件回液組件，收集液體和廢氣中的熱量以及水蒸汽以循環(huán)利用。

表1為不同冷卻水量及對應的內(nèi)爐殼表面溫度的模擬結果。

表1

從表1中的結果來看，冷卻水流量優(yōu)選為1.0～1.5m³/h，從表1中實施例1、實施例5、實施例6可以看出，在水量大于1.0m³/h時，水量上升爐殼表面溫度下降不明顯，為減少冷卻水用量，其更優(yōu)選為1.0m³/h。

具體實施例7至具體實施例11

對于冷風參數(shù)的選取，由于蒸發(fā)冷卻速度與風速相關，氣體壓力是風速的決定因素，因此具體實施例7至具體實施例11中其他條件與具體實施例1相同，僅改變氣體壓力來研究風壓對爐殼冷卻效果的影響。

具體步驟如下：

(1)同時啟動所述噴淋式強制風冷電弧爐爐殼中的氣體冷卻組件和液體冷卻組件。

(2)打開液體冷卻組件，調(diào)節(jié)各液體噴嘴41的流量，冷卻水流量均設定為1.0m³/h(冷卻水壓力隨之確定)。

(3)打開氣體冷卻組件，調(diào)節(jié)各氣體噴嘴31的流量和壓力，調(diào)節(jié)各氣體噴嘴31的壓力，風壓均設定為表2中的值(風量隨之確定)。

(4)打開廢氣收集組件回液組件，收集液體和廢氣中的熱量以及水蒸汽以循環(huán)利用。

表2為不同風壓及對應的內(nèi)爐殼表面溫度的模擬結果。

表2

從表2中的結果來看，風壓優(yōu)選為0.5～0.7mpa，從表2中具體實施例1、具體實施例10、具體實施例11可以看出，在風壓大于0.5mpa時，風壓上升對爐殼表面溫度影響不明顯，因此風壓更優(yōu)選為0.5mpa。

通過對比例1、2，具體實施例1至具體實施例11可以看出，本發(fā)明提供的噴淋式強制風冷電弧爐爐殼具有更強的冷卻效果，并且在本發(fā)明優(yōu)選的冷卻水量1.0m³/h，風壓0.5mpa時，噴淋式強制風冷電弧爐爐殼的冷卻效果最佳，內(nèi)爐殼表面溫度達到了52℃，可以有效冷卻爐殼，保護爐襯，提高耐火材料壽命。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果：本發(fā)明通過利用風冷和水冷的協(xié)同冷卻的方式，充分發(fā)揮了水的蒸發(fā)吸熱作用。若傳統(tǒng)水冷爐壁冷卻水按溫升30℃考慮，本發(fā)明相同質(zhì)量水的蒸發(fā)吸熱能力約為現(xiàn)有技術中水升溫時吸熱能力的15倍。

通過不同部位水量和風量的控制，實現(xiàn)對不同區(qū)域的冷卻強度控制，而不僅僅是整體冷卻，故本發(fā)明可以大大提高和改良電弧爐爐壁的冷卻效果，有針對性地降低爐襯局部侵蝕，延長使用壽命，提高經(jīng)濟效益。

通過對冷卻水量、風壓和爐殼間厚度的調(diào)整，可以實現(xiàn)風冷和水冷協(xié)同冷卻的最佳效果，效果遠遠大于單純的水冷、單純的風冷或簡單的風冷和水冷的結合。特別是不同冷風噴嘴風壓的調(diào)整，可以使空腔內(nèi)的流體分布更為優(yōu)質(zhì)，最大限度發(fā)揮協(xié)同作用的效果。

因此用本發(fā)明提供的噴淋式強制風冷電爐爐殼的方法可以更好的冷卻電弧爐爐壁，延長爐襯使用壽命。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例，不能以其限定發(fā)明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護范圍所作的等同變化與修飾，都應仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術特征與技術特征之間、技術特征與技術方案之間、技術方案與技術方案之間均可以自由組合使用。