CN104713349A - 密闭负压电弧冶炼炉 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种密闭负压电弧冶炼炉，包括电极架(3)、电极(5)、烟气罩(4)、炉体(8)和基台(2)，其特点是：所述基台(2)下面，设有可供炉体(8)停放的升降台(9)；所述烟气罩(4)由四周的罩壁(11)和上端的罩盖(12)围成，罩壁(11)设有与电极(5)数目相同且凹向罩壁(11)内侧的凹槽(13)，凹槽(13)是由两个相对的槽壁和内侧槽壁以及下端板(20)围成，下端板(20)上开有可供电极(5)出入的电极插口(6)；所述电极架(3)的立柱(21)下端通过横轴(24)与基台(2)相连，在立柱(21)的一侧设有牵拉机构。其有益效果是：炉口及烟气罩密闭性能显著增强，可减少热量损失，避免环境污染，改善作业条件。电极在立柱带动下调整倾角，动作灵敏，且坚固耐用。炉内温度均匀，热效率高，且形成负压冶炼氛围，冶炼质量大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶炼设备，即一种适于碳化硼等非金属矿石或金属合金冶炼的密闭负压电弧冶炼炉。
背景技术
电弧炉是利用电弧产生高温进行熔炼的设备。现有的电弧炉多有一个基台，基台上面安装多个电极架，电极架上安装棒状电极，基台下面设有通道，电弧炉的炉体可沿通道移动。作业时，电极插入炉体，产生电弧，释放出高温能量，使原料热熔。一炉热熔完毕后，抽出电极，移走炉体，再进行下一个炉体的热熔。电弧炉占地面积小，工艺灵活性大，能有效地去除杂质，炉温容易控制，因而广泛用于多种非金属矿石或金属合金的热熔冶炼。可是，目前的电弧冶炼炉存在着以下弊端：
一、炉体上口没有密封。由于炉体要在基台下面移动，炉体的上沿与基台底面之间需要留有缝隙。冶炼时，一部分热量和烟尘就会通过炉体和基台之间的缝隙排到炉体外围，使炉体外围温度升高，空气质量降低，造成热能损失，损害作业人员的健康。
二、烟气罩高度不够，密闭不严。烟罩是一种盒状容器，扣在炉体的上面。烟罩上端设有排烟口，排出的热量和烟尘通过排烟口进入负压回收管道，可以防止热量损失和烟尘污染。可是，烟气罩上除了排烟口之外，还要开设电极的入口，而电极的入口不能太高，太高就会就会妨碍电极的动作。烟气罩高度低，其上盖处于高温区，热量回收的难度增大，各个开口排出的烟尘和热量增加，直接破坏炉体周围的作业环境。此外，烟气罩上面还需要有下料口和下料管，高温导致原料下落途中提前热熔，造成下料管的沾挂堵塞，需要频繁的清理和更换，甚至取消下料管，炉体远距离上料，加大了场地需求，提高了作业成本。
三、电极的间距调整困难。常用的电弧冶炼炉配有三支电极，作业时电极之间的距离，即所构成的极心圆直径的大小，对于电弧状态的影响很大。例如： 在电极开始工作时电弧很难形成，需要加入引弧焦才能形成电弧，而引弧焦对产品质量具有负面影响。在冶炼过程中，三个电极所构成的极心圆中心的温度很高，外围的温度较低，内外的反应速度相差很大，中部反应完成时，外周反应尚未完成。外面反应完成了，中部已经过烧。相反，有的电弧炉的极心圆比较大，还会出现中间反应不好的现象。为了解决这个问题，有人尝试通过改变电极夹持套管的角度来改变电极角度，但因电极比较笨重，调整比较费力，相关部件容易损坏，故障率高，可调范围小，调整灵敏度低，作业效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种热熔过程中炉口与基台实现密闭，烟气罩高度增加，回收性能提高，排放减少，电极的间距可以随时调整的密闭敏调电弧冶炼炉。
上述目的是由以下技术方案实现的：一种密闭负压电弧冶炼炉，包括电极架、电极、烟气罩和炉体，其中，电极架设在基台之上，炉体可在基台下面移动，其特点是：所说的基台下面，设有可供炉体停放的升降台；所说的烟气罩由四周的罩壁和上端的罩盖围成，罩壁设有与电极数目相同且凹向罩壁内侧的凹槽，凹槽是由两个相对的槽壁和内侧槽壁以及下端板围成，凹槽上端及外侧敞开，下端板位于罩壁下部，下端板上开有可供电极出入的电极插口；所说的电极架，包括立柱、横臂和电极，立柱安装在基台上，横臂吊挂在立柱上，电极夹持在横臂的外端，立柱下端通过横轴与基台相连，在立柱的一侧设有牵拉机构。
所说的升降台是一块硬质板面，板面下面由升降装置支撑。
所说的升降装置是气动活塞或液压油缸。
所说的罩盖上开有下料口和排烟口，下料口内装有下料管。
所说的罩壁、罩盖及下料管是设有由双层壁板围成的水冷腔，水冷腔与循环水管相通。
所说的电极插口和下料口均设有密封部件。
所说的牵拉机构有套在立柱上的套环，套环与拉板相铰连，拉板另一端铰连螺管，螺管内配装有螺杆，螺杆通过变速箱与调角电机相传动。
所说的横臂的内端固定在滑套上，滑套套装在立柱的外面，在立柱一侧设有调高电机、减速机和竖立的丝杠，丝杠外面配有丝母，丝母与滑套相固连。
所说的横臂中部上方设有吊索，吊索向上通过立柱上端的滑轮进入立柱内腔，吊索一端吊挂配重块。
本发明的有益效果是：炉口及烟气罩密闭性能显著增强，可减少热量损失，避免环境污染，改善作业条件。电极在立柱带动下调整倾角，动作灵敏，且坚固耐用。炉内温度均匀，热效率高，且形成负压冶炼氛围，冶炼质量大幅提高。
附图说明
图1是第一种实施例的主视图；
图2是第一种实施例的工作状态图；
图3是第二种实施例的结构及工作状态图；
图4是第三种实施例的主视图；
图5是第三种实施例的俯视图；
图6是第三种实施例的部件下料管的放大主视图；
图7是第三种实施例的工作状态图；
图8是第四种实施例的主视图。
图9是第四种实施例的牵拉机构的主视图
图10是第四种实施例的牵拉机构的俯视图；
图11是第四种实施例的工作状态图。
图中可见：通道1，基台2，电极架3，烟气罩4，电极5，电极插口6，开口7，炉体8，升降台9，液压油缸10，罩壁11，罩盖12，凹槽13，排烟口14，下料口15，观察门16，下料管17，水冷腔18，侧壁19，下端板20，立柱21，滑套22，横臂23，横轴24，套环25，拉板26，螺管27，螺杆28，调角电机29，丝母30，丝杠31，调高电机32，滑轮33，拉索34，配重铁35，卡铁36，滚轮37。
具体实施方式
本发明总的构思是针对现有电弧冶炼炉三个不足采取三个措施，设置升降台，炉体上升即可与基台密闭，炉体下降即可移动；烟气罩周围设置凹槽，在不影响电极动作的前提下增加烟气罩的高度，实现烟罩的冷却和密闭；电极架的立柱可以摆动，捆绑电极同步倾斜，准确调整电极间距，获得最佳冶炼电弧。围绕这一构思的实施方式可有多种，下面仅列举四种实施例：
第一种实施例：如图1所示，这种电弧冶炼炉也有一个立式的圆形炉体8，炉体8的下面设有行走轮，可在通道1里面沿轨道移动。通道1上面设有基台2，基台2周围竖立三个电极架3，每个电极架3都夹持一根柱状的电极5。在电极5的下方，基台2设有开口7，开口7的上面设有烟罩4，烟气罩4的上面设有三个电极插口6。特别是：在基台2下面的通道1里设有升降台9，升降台9是一块硬质板材，上面设有钢轨，升降台9的下面开有地槽，地槽内设有两个气缸或液压油缸10，气缸或液压油10的活塞支撑升降台9。平时，升降台9与通道1的地面相平，上面的轨道与地面上的轨道相通，炉体8可以通过轨道走上升降台9，也可以从升降台9走向通道1。冶炼开始前，开启气缸或液压油缸10，活塞上行，升降台9上升，把炉体8向上抬起，炉口抵顶基台2的下表面，形成平面密封。随后三个电极4下落插入炉内，引弧升温冶炼。由于炉口密闭，冶炼的热量和烟尘不能从炉口向周围扩散，只能向上通过烟罩4排出，并被上面的引风设备抽走，进行过滤和回收。因此，热量损失和环境污染大幅下降，炉体8周围温度降低，空气洁净，作业环境明显改善。此外，由于热量损失小，炉内热量集中，温升加快，冶炼时间缩短，冶炼质量显著提高。
第二种实施例，如图3所示，基台2的开口7大于炉体1的上口。作业时，炉体1上升后炉口超过基台2的上表面，且与烟罩4的下口相对，密闭性能更好，热量损失和环境污染更低，作业环境更好，作业效率和冶炼质量更高。
第三种实施例：如图4图5所示，这种电弧冶炼炉的烟气罩4也是一个由四周的罩壁11和上端的罩盖12围成的容器，上面也开有电极插口6和排烟口14。上述结构与现有电弧冶炼炉的烟气罩4是一致的。所不同的是：罩壁11设有与电极5数目相同且凹向罩壁11内侧的凹槽13，凹槽13是由两侧的槽壁19和内侧槽壁以及下端板20围成，凹槽13上端及外侧敞开，下端板20是一个平置的板面，位于罩壁11的下部，接近烟气罩4的下边缘，下端板20上开有可供电极5插入的电极插口6。
工作时，如图7所示，基台2中间的开口7下面是冶炼炉的炉体8，上面扣着烟气罩4。基台2上面烟气罩4周围装有多电极架3，电极架3通过吊装机构把持着电极5，电弧炉的电极架3一般有三个，所装配电极5为三支，图中仅画出其中的两支。电极5从烟罩4的电极插口6插入电弧冶炼炉8，进行热熔冶炼。
冶炼过程中，电极5既要上下移动，又要摆动调整电极端部之间的距离。显然，插入电极5的电极插口6的高度不能太高，直径也不能太大。高度太高就会限制电极5的摆动，也会减少电极5的工作行程。电极插口6的直径太大烟气罩4的密闭性就会降低。可是，烟气罩4的罩盖12上还设有排烟口14，最好还设有下料口15，这两个口都需要进行密封，而且下料口15及下面的下料管17还要防止原料提前热熔，因而都需要较低的温度环境。只有增加烟气罩4的高度，使罩盖12远离高温区，才能解决上述问题。这就形成了一高一低的矛盾。在烟罩4的罩壁11上开设向内的可供电极5活动的凹槽13，凹槽13的下端开设电极插口6，电极5进入烟气罩4的位置不高，电极5的活动范围没有缩小，而烟罩4的高度则可大幅增加，便于排烟口14和下料口15的密闭和降温，较好的解决了这一难题。
此外，罩壁11、罩盖12以及下料管17的管壁均设有由双层壁板围成的水冷腔18，水冷腔18与循环水管相通，可以通过循环水回收冶炼炉发出的部分热量，并且使烟罩4和下料管27得到冷却，防止冶炼车间的温度过高，延长烟罩4的使用寿命，避免下料管17的沾挂堵塞。
罩盖12的温度降低，等于排烟口14和下料口15的温度降低，为进行密闭提供了条件。排烟口14上口是敞开的，所说的密闭是指烟罩4的高度增加，排烟口14与上方的负压排烟管更加接近，烟气难以向周围扩散。下料口15的密闭可以通过加设没密封盖等方式解决。此外，电极插口6上面可采用耐高温的密封环进行封堵，提高密闭性能。
实验证明，采用上述方案后，冶炼车间的空气质量明显提高，环境温度明显下降，冶炼的能耗和成本大幅降低，冶炼质量明显提高。
第四种实施例：如图8所示，这种电弧冶炼炉的电极架3的主体是一根立柱21，立柱21上套有滑套22，滑套22固连一支横臂23，横臂23的外端通过液压装置卡装一支柱状的电极5。值得注意的是：立柱22的下端通过一个横轴24直接或间接固定在基台2的上面。这个横轴24的作用是允许立柱21绕横轴24的轴线摆转。为了控制立柱21的摆转幅度，在基台2上面设有一套牵拉机构。结合图9图10可见，这种牵拉机构有套在立柱上的套环25，套环25与拉板26相铰连，拉板26另一端铰连螺管27，螺管27内配装有螺杆28，螺杆28通过变 速箱与调角电机29相传动。结合图11可见：启动调角电机29，螺杆28转动，带动螺管27移动，拉动拉板26和套环25，带动立柱21摆转，使立柱21倾斜。同时，在立柱21的带动下，电极5也出现了倾斜，电弧炉内的三支电极5的距离靠近了，即极心圆的直径变小，电弧强烈而均匀。同理，驱动调角电机29反转，可以改变立柱21的摆转方向，调整电极之间的距离，得到需要的电弧。这里的调角电机29可以是一部，通过传动机构带动三个立柱21同步动作。也可以是三部电机统一控制，实现三个立柱21的同步动作。
此外，电极5的高度调整方式也进行了改进。如图8所示，滑套22的一侧固连丝母30，丝母30配装一支与立柱21相平行的丝杠31，丝杠31通过减速机与调高电机32相传动。启动调高电机32，丝杠31转动，丝母30带动滑套22上行，即可带动横臂23及电极5上行。这一套机构比现有设备的调高机构简单得多。
另由图8可见：立柱21是一个中空管，在横臂23的上中部接有拉索34，拉索34通过滑轮33向下弯折进入立柱21的管内，拉索34下端挂有配重铁35，可以抵消部分电极5及装配部件的重力以及整个电极架3的颠覆力矩，减轻调高电机32的工作负荷。
结合图9图10可见，在牵拉机构的螺管27下面设有滚轮37，滚轮37下面由基台2或其他刚性台面支撑，这种结构既可保证螺管27的移动，又能抵消立柱21摆动后的压力。此外，在立柱21的前侧面加设了卡铁36，可以防止立柱21向前方倾斜，增强立柱21的稳定性。
第五种实施例：结合图11可见，上述四种实施例结合的密闭负压电弧冶炼炉，包括电极架3、电极5、烟气罩4和炉体8，其中，电极架3设在基台2之上，炉体8可在基台2下面移动，基台2下面设有可供炉体停放的升降台9；烟气罩4由四周的罩11壁和上端的罩盖12围成，罩壁11设有与电极数目相同且凹向罩壁内侧的凹槽13，凹槽13是由两个相对的槽壁19和内侧槽壁以及下端板20围成，凹槽13上端及外侧敞开，下端板位于罩壁11的下部，下端板20上开有可供电极5出入的电极插口6；电极架3包括立柱21、横臂23和电极5，立柱21安装在基台2上，横臂23吊挂在立柱21上，电极5夹持在横臂23的外端，立柱21下端通过横轴24与基台2相连，在立柱21的一侧设有牵拉机构。 这种电弧冶炼炉实现了整体的密闭，而且可以准确的调整电弧的状态，可以收到更好的效果。其中，特别值得注意的是，良好的密闭阻断了外部空气的流入，使炉内形成负压条件，产生了类似真空冶炼的效果，有利于原料的脱气脱杂，热熔速度加快，产品纯度提高。特别是对于碳化硼的冶炼，表现尤为突出。碳化硼结晶块的质量指标超过了国标，原材料消耗降低10％，耗电量大幅度降低，碳化硼产品晶型更加规整，产品纯度提高了2％以上，达到了国际先进水平。其具体指标如下表：
碳化硼结晶块技术指标的对比情况
| 项目 | 国标(％) | 美国标准(％) | 实验产品指标(％) |
| 总硼 | 76.5-81.0 | 73.0-81.0 | 80.13 |
| 游硼 | ＜0.7 | ＜0.5 | 0.16 |
| 游碳 | ＜0.7 | 无 | 0.61 |
| 总硼加总碳 | ≥98.0 | ≥98.0 | 99.17 |
| 氟 | ＜0.0025 | ＜0.0025 | 0.0010 |
| 氯 | ＜0.0075 | ＜0.0075 | 0.0050 |
| 钙 | ＜0.3 | ＜0.3 | 0.0062 |
| 铁 | ＜1.0 | ＜1.0 | 0.013 |
Claims (9)
1.一种适于碳化硼等非金属矿石或金属合金冶炼的密闭负压电弧冶炼炉。包括电极架(3)、电极(5)、烟气罩(4)和炉体(8)，其中，电极架(3)设在基台(2)之上，炉体(8)可在基台(2)下面移动，其特点是：所述基台(2)下面，设有可供炉体(8)停放的升降台(9)；所说的烟气罩(4)由四周的罩壁(11)和上端的罩盖(12)围成，罩壁(11)设有与电极(5)数目相同且凹向罩壁(11)内侧的凹槽(13)，凹槽(13)是由两个相对的槽壁和内侧槽壁以及下端板(20)围成，凹槽(13)上端及外侧敞开，下端板位于罩壁(11)下部，下端板(20)上开有可供电极(5)出入的电极插口(6)；所说的电极架(3)，包括立柱(21)、横臂(23)和电极(5)，立柱(21)安装在基台(2)上，横臂(23)吊挂在立柱上，电极(5)夹持在横臂(23)的外端，立柱(21)下端通过横轴(24)与基台(2)相连，在立柱(21)的一侧设有牵拉机构。
2.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述升降台(9)是一块硬质板面，板面下面由升降装置支撑。
3.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述升降装(9)置是气动活塞或液压油缸(10)。
4.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述罩盖(12)上开有下料口(15)和排烟口(14)，下料口(15)内装有下料管(17)。
5.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述罩壁(11)、罩盖(12)及下料管(17)是设有由双层壁板围成的水冷腔(18)，水冷腔(18)与循环水管相通。
6.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述电极(5)插口和下料口(15)均设有密封部件。
7.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述牵拉机构有套在立柱(21)上的套环(25)，套环(25)与拉板(26)相铰连，拉板(26)另一端铰连螺管(27)，螺管(27)内配装有螺杆(28)，螺杆(28)通过变速箱与调角电机(29)相传动。
8.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述横臂(23)的内端固定在滑套(22)上，滑套(22)套装在立柱(21)的外面，在立柱(21)一侧设有调高电机(32)、减速机和竖立的丝杠(31)，丝杠(31)外面配有丝母(30)，丝母(30)与滑套(22)相固连。
9.根据权利要求1所述的密闭负压电弧冶炼炉，其特征在于：所述横臂(23)中部上方设有吊索，吊索向上通过立柱(21)上端的滑轮(37)进入立柱(21)内腔，吊索一端吊挂配重块。
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