本發(fā)明涉及電弧爐煉鋼領(lǐng)域，具體是一種噴淋式強(qiáng)制風(fēng)冷電弧爐爐殼。

背景技術(shù)：

電弧爐爐殼的冷卻技術(shù)是電爐冶煉的重要技術(shù)。在電弧爐冶煉過程中，爐殼內(nèi)壁的耐火材料會(huì)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?zé)煔獾取Ｄ突鸩牧铣惺艿臒崃咳绻荒鼙粻t殼及時(shí)帶走，高溫作用就會(huì)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(gè)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(yuǎn)的地方溫度較低，因此電爐爐壁會(huì)存在三個(gè)“熱點(diǎn)區(qū)”和三個(gè)“冷點(diǎn)區(qū)”，不同區(qū)域需要的冷卻強(qiáng)度不同，電弧爐爐壁“熱點(diǎn)區(qū)”和“冷點(diǎn)區(qū)”冷卻的問題也是提升電弧爐爐襯壽命的關(guān)鍵。

目前，電弧爐爐殼冷卻技術(shù)中，水冷爐壁技術(shù)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(diǎn)區(qū)”和“冷點(diǎn)區(qū)”的冷卻問題。水冷爐壁的上述問題導(dǎo)致爐襯耐材消耗不均，爐襯壽命縮短?，F(xiàn)有技術(shù)中雖有風(fēng)冷和水冷的結(jié)合，但這種技術(shù)方案通常是兩種冷卻方式獨(dú)立運(yùn)行，各自發(fā)揮冷卻作用，沒有發(fā)揮風(fēng)和水的協(xié)同冷卻作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(shè)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(gè)間隔設(shè)置在外層爐殼上的氣體噴嘴，每個(gè)氣體噴嘴均設(shè)置有氣體流量閥，每個(gè)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(gè)間隔設(shè)置在外層爐殼上的液體噴嘴，每個(gè)液體噴嘴均設(shè)置有液體流量閥，每個(gè)液體噴嘴的出口均與中空腔體連通，并且多個(gè)氣體噴嘴和多個(gè)液體噴嘴間隔設(shè)置。

進(jìn)一步地，在外層爐殼的同一軸向高度位置，多個(gè)氣體噴嘴和多個(gè)液體噴嘴沿外層爐殼的周向間隔交替設(shè)置。

進(jìn)一步地，在外層爐殼的同一軸向高度位置，相鄰兩個(gè)氣體噴嘴之間設(shè)置有至少兩個(gè)間隔設(shè)置的液體噴嘴。

進(jìn)一步地，該氣體冷卻組件還包括送風(fēng)總管和氣體分配器，氣體分配器的入口與送風(fēng)總管連接，氣體分配器的出口與多個(gè)氣體噴嘴的入口連接。

進(jìn)一步地，該液體冷卻組件還包括進(jìn)水總管和液體分配器，液體分配器的入口與進(jìn)水總管連接，液體分配器的出口與多個(gè)液體噴嘴的入口連接。

進(jìn)一步地，噴淋式強(qiáng)制風(fēng)冷電弧爐爐殼還包括回液組件，該回液組件與中空腔體連通，并能夠回收由該液體冷卻組件噴出的液體。

進(jìn)一步地，該回液組件包括回液腔和回液管路，回液腔位于外層爐殼的下方并且回液腔與中空腔體連接，回液管路與回液腔連接，并用于將回液腔中的液體導(dǎo)出。

進(jìn)一步地，噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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連通，并能夠收集中空腔體內(nèi)的廢氣。

進(jìn)一步地，該廢氣收集組件包括廢氣收集排放管路和廢氣降溫冷卻裝置，廢氣收集排放管路的一端與中空腔體連接，廢氣收集排放管路另一端與廢氣降溫冷卻裝置連接，廢氣降溫冷卻裝置能夠?qū)U氣進(jìn)行降溫冷凝。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明實(shí)施例通過利用風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(gòu)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(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明噴淋式強(qiáng)制風(fēng)冷電弧爐爐殼的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明噴淋式強(qiáng)制風(fēng)冷電弧爐爐殼的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中附圖標(biāo)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(fēng)總管；33、氣體分配器；41、液體噴嘴；42、進(jìn)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(shí)施方式

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

如圖1和圖2所示，一種噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(shè)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(cè)設(shè)置有電弧爐的爐襯。氣體冷卻組件包括多個(gè)間隔設(shè)置在外層爐殼10上的氣體噴嘴31，每個(gè)氣體噴嘴31均設(shè)置有氣體流量閥，每個(gè)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(gè)間隔設(shè)置在外層爐殼10上的液體噴嘴41，每個(gè)液體噴嘴41均設(shè)置有液體流量閥，每個(gè)液體噴嘴41的出口均與中空腔體21連通，并且多個(gè)氣體噴嘴31和多個(gè)液體噴嘴41間隔設(shè)置。

本發(fā)明實(shí)施例通過利用風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(shè)置的筒形結(jié)構(gòu)，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(qiáng)制風(fēng)冷電弧爐爐殼冷卻效果較好。

本發(fā)明實(shí)施例中，外層爐殼10為筒形結(jié)構(gòu)，上述多個(gè)氣體噴嘴31和多個(gè)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(gè)氣體噴嘴31和多個(gè)液體噴嘴41沿外層爐殼10的周向間隔交替設(shè)置。優(yōu)選地，沿外層爐殼10的軸向，多個(gè)氣體噴嘴31和多個(gè)液體噴嘴41間隔交替設(shè)置。將多個(gè)氣體噴嘴31和多個(gè)液體噴嘴41交替間隔設(shè)置可以使風(fēng)冷和水冷更好的協(xié)同冷卻，達(dá)到最優(yōu)化的冷卻效果。

當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例并不限于上述結(jié)構(gòu)，例如在一種未圖示的實(shí)施例中，在外層爐殼10的同一橫截面內(nèi)，相鄰兩個(gè)氣體噴嘴31之間設(shè)置有至少兩個(gè)間隔設(shè)置的液體噴嘴41。即相鄰兩個(gè)氣體噴嘴31之間設(shè)置有多個(gè)液體噴嘴41。該未圖示的實(shí)施例可以適用于所需液體冷卻流量較大的爐殼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例中的多個(gè)氣體噴嘴31和多個(gè)液體噴嘴41的排布方式可以根據(jù)不同冷卻需要進(jìn)行選擇，凡是采用多個(gè)氣體噴嘴31和多個(gè)液體噴嘴41間隔分布的排布方式均應(yīng)該在本申請的保護(hù)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(fēng)總管32和氣體分配器33，氣體分配器33的入口與送風(fēng)總管32連接，氣體分配器33的出口與多個(gè)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(gè)，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(fēng)總管32的入口與送風(fēng)系統(tǒng)連接，用于提供設(shè)定壓力和流量的氣體，本發(fā)明實(shí)施例中送風(fēng)系統(tǒng)提供的是壓縮空氣。

本發(fā)明實(shí)施例中，上述每個(gè)氣體噴嘴31的氣體流量在50m³/h～1500nm³/h之間，每個(gè)氣體噴嘴31的風(fēng)壓在0.2mpa～0.8mpa之間。

具體地，每個(gè)氣體噴嘴31上均設(shè)置有一個(gè)氣體流量閥，該氣體流量閥能夠控制對應(yīng)的該氣體噴嘴31的流量大小。上述每個(gè)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(yīng)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(jìn)水總管42和液體分配器43，液體分配器43的入口與進(jìn)水總管42連接，液體分配器43的出口與多個(gè)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(gè)，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(jìn)水總管42的入口與液壓泵連接，用于提供設(shè)定壓力和流量的液體，本發(fā)明實(shí)施例中的液壓泵提供的是冷卻水。

本發(fā)明實(shí)施例中，上述每個(gè)液體噴嘴41的冷卻水流量在0.01m³/h～1.5m³/h之間，每個(gè)液體噴嘴41的壓力在0.1mpa～0.5mpa之間。

具體地，每個(gè)液體噴嘴41上均設(shè)置有一個(gè)液體流量閥，該液體流量閥能夠控制對應(yīng)的該液體噴嘴41的流量大小。上述每個(gè)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(yīng)冷卻區(qū)域的液體噴嘴41的流量大小。

設(shè)置液體流量閥和氣體流量閥能實(shí)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(qiáng)制風(fēng)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(jì)效益。

如圖1所示，噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(dǎo)出。

設(shè)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(fù)利用，避免浪費(fèi)。

噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(jìn)行降溫冷凝。

設(shè)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(fù)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。

以下將以某廠30t電爐為原型進(jìn)行對比說明。在該具體實(shí)施例中氣體噴嘴31和液體噴嘴41均為300個(gè)。通過數(shù)值模擬的方法對下列實(shí)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(shí)例中僅設(shè)定了冷卻水量。對于冷風(fēng)參數(shù)的選取，由于蒸發(fā)冷卻速度與風(fēng)速相關(guān)，氣體壓力是風(fēng)速的決定因素，因此以下實(shí)例中僅設(shè)定了氣體壓力。

具體實(shí)施例1

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

(1)同時(shí)啟動(dòng)所述噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(shè)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(fēng)壓均設(shè)定為0.5mpa(風(fēng)量隨之確定)。

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

在該具體實(shí)施例1中，噴淋式強(qiáng)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(fēng)冷的冷卻方式，具體步驟如下：

(1)同時(shí)啟動(dòng)所述噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(shè)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(fēng)壓均設(shè)定為0.5mpa(風(fēng)量隨之確定)。

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

在該對比例1中采用風(fēng)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(shí)啟動(dòng)所述噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(shè)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(fēng)壓均設(shè)定為0.5mpa，風(fēng)量為0(風(fēng)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(fēng)量為0)。

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

在該對比例2中，采用風(fēng)冷冷卻電弧爐爐殼的溫度場，爐殼的平均溫度為381℃。

具體實(shí)施例2至具體實(shí)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(shí)施例2至具體實(shí)施例6中其它條件與具體實(shí)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(shí)啟動(dòng)所述噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(shè)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(fēng)壓均設(shè)定為0.5mpa(風(fēng)量隨之確定)。

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

表1為不同冷卻水量及對應(yīng)的內(nèi)爐殼表面溫度的模擬結(jié)果。

表1

從表1中的結(jié)果來看，冷卻水流量優(yōu)選為1.0～1.5m³/h，從表1中實(shí)施例1、實(shí)施例5、實(shí)施例6可以看出，在水量大于1.0m³/h時(shí)，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(shí)施例7至具體實(shí)施例11

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

具體步驟如下：

(1)同時(shí)啟動(dòng)所述噴淋式強(qiáng)制風(fēng)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(shè)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(fēng)壓均設(shè)定為表2中的值(風(fēng)量隨之確定)。

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

表2為不同風(fēng)壓及對應(yīng)的內(nèi)爐殼表面溫度的模擬結(jié)果。

表2

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

通過對比例1、2，具體實(shí)施例1至具體實(shí)施例11可以看出，本發(fā)明提供的噴淋式強(qiáng)制風(fēng)冷電弧爐爐殼具有更強(qiáng)的冷卻效果，并且在本發(fā)明優(yōu)選的冷卻水量1.0m³/h，風(fēng)壓0.5mpa時(shí)，噴淋式強(qiáng)制風(fēng)冷電弧爐爐殼的冷卻效果最佳，內(nèi)爐殼表面溫度達(dá)到了52℃，可以有效冷卻爐殼，保護(hù)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(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：本發(fā)明通過利用風(fēng)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(shù)中水升溫時(shí)吸熱能力的15倍。

通過不同部位水量和風(fēng)量的控制，實(shí)現(xiàn)對不同區(qū)域的冷卻強(qiáng)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(jì)效益。

通過對冷卻水量、風(fēng)壓和爐殼間厚度的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷和水冷協(xié)同冷卻的最佳效果，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單純的水冷、單純的風(fēng)冷或簡單的風(fēng)冷和水冷的結(jié)合。特別是不同冷風(fēng)噴嘴風(fēng)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(qiáng)制風(fēng)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(shí)施例，不能以其限定發(fā)明實(shí)施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。