基于电弧炉余热回收通道构建的预热废钢连续加料系统及其
使用方法
技术领域
本发明涉及电弧炉炼钢或铸造熔化废钢铁原料的节能配套设备,特别是一种基于电弧炉余热回收通道构建的预热废钢连续加料系统及其使用方法。
背景技术
现代电弧炉炼钢或铸造,电弧炉采用超高功率化与强化用氧技术熔化废钢,使电弧炉副产煤气量大大增加,副产煤气的出炉温度高达1200°C以上,废气带走的热量占总热量支出的15~20%,折合成电能相当于80~120KW.H/T钢。为了降低能耗、回收能量,废钢在入炉熔炼前进行预热,尤其是利用电弧炉排出的高温煤气进行废钢预热,提高炉料带入的物理热,是高效、节能最直接的办法。
到目前为止,全世界所使用的电炉废钢预热方法主要有:料蓝预热法、双壳电炉法、竖窑电炉法、炉料连续预热法。
(一)料篮预热法:
料篮预热法是日本首先发明并使用的,其工作原理是将装满废钢料的网状料篮,轮流放入二个带有同一个旋转盖的预热室内,1200°C的电炉副产煤气,由电弧炉第4孔排出,进入水冷管道,再通过水冷旋转炉盖,进入预热室,穿过料篮内废钢预热废钢;此时将另一装满废钢的料篮吊入另一个预热室。第一个预热室的预热废钢欲使用时,先旋开旋转炉盖到另一个预热室,热煤气开始预热另一个预热室内的废钢;吊出第一个预热室内的热废钢料篮,装入电弧炉,以此重复。
此法可预热废钢至200~250°C,可节电20~30KW.H/T。
此法存在的问题是:
A.煤气携带的热量,相当部分用于加热较长的水冷管道、旋转炉盖、冷预热室体,余热利用率≤30%;
B.高温煤气(或废气)使料篮局部过热,降低料篮使用寿命;
C.由于废钢附着的油漆、塑料、废油等,预热后产生白烟、臭气、二噁英等有毒有害物难以处理;
D.吊起料篮再转入电炉加料过程中与炉外空气接触,预热的废钢降温严重。
(二)双壳电炉法:
此法由日本于1992年发明,是一种电双炉法;一套可旋转的电极升降装置,交替对2个炉体进行预热、供电熔化废钢。甲炉供电融化时,产生的高温煤气,通过燃烧室煤气燃烧后进入乙炉预热乙炉内已装好的废钢,甲炉钢熔炼结束后,升起电极旋转到乙炉,此时,甲炉出钢、重装料,乙炉通电融化废钢,产生的煤气,经燃烧室煤气燃烧后,进入甲炉预热甲炉的废钢,如此重复。
此法可回收30%以上余热,可节电40~50KW.H/T;减少热停工时间约10%以上,提高生产效率15~20%。
此法存在的问题是:
A.只能预热一炉废钢,随着废钢温度的提高,尾气温度也随之升高;
B.第一炉热废钢熔化后,补加的废钢只能加冷废钢,废钢熔炼效率低;
C.有毒有害物混入尾气,较难处理。
(三)竖炉电炉法:
竖炉电炉法是德国于1988年研发,1992年实施的。竖炉电炉炉体是椭圆形,在炉顶相当炉顶第4孔的位置,配置一个竖窑烟道,并于融化室联通。在竖窑烟道底部与融化室之间有一水冷活动托架(指形阀),将竖炉与熔化室隔开。废钢分批加入竖窑中,废钢经预热后,打开托架预热废钢落入熔池,重复进行,可实现100%废钢预热。出钢时,炉体需要倾斜,需要把竖窑连同炉盖一起升起800mm左右。
竖炉法可将废钢预热到600~700°C,节电60~80KW.H/T;竖窑内废钢可起到自然除尘作用,可回收大颗粒含铁尘粒;
此法存在的问题是:
A.水冷指形托架易被重大废钢砸坏;
B.水冷指形托架易烧坏,漏水进入高温熔池,引发大事故;
C.无法实现随时倾炉自动流渣的操作;
D.废钢温度,下部高,上部低,加料时高、低温度的废钢一起加入。
(四)炉料连续预热法:
此法是意大利发明的,1987年首先在美国运行,我国至今引进十几套,最大配套电弧炉为220吨。
此法有连续加料机(链式输送机),机上所载废钢与电炉产生的高温煤气逆向而行,废钢被连续加热并不断落入电炉熔池,电弧加热熔池,熔池熔化废钢。煤气降温到一定温度转入另一余热回收系统,首先在燃烧室燃烧提高自身温度,然后进入余热锅炉,最后经除尘后放空。
此法的优点是:连续预热连续加料,不必停电旋炉盖补加料,缩短冶炼周期,提高生产效率;废钢入炉温度可达200~300度,综合节电50~70KW.H/T;电弧特别稳定,大大减少对电网的干扰,减少SVC的补偿容量;
此法存在的问题是:
A.煤气与废钢接触不充分,只是废钢表面受热换热,废钢预热温度不高;
B.高温煤气抽出,在燃烧室燃烧后,更高温的废气进入废热锅炉产生蒸汽,对于大型钢企,串联VOD炉冶炼的工艺,需要蒸汽;否则需要另找蒸汽的使用出路,适用不普遍。
以上都是目前电弧炉预热废钢设备需要解决的问题。
发明内容
本发明第一个目的是提供一种可充分预热废钢的电弧炉余热回收通道。
本发明第二个目的是以上述电弧炉余热回收通道为基础构建一种预热废钢连续加料系统。
本发明第三个目的是实现上述预热废钢连续加料系统的连续加料的使用方法。
本发明提供一种电弧炉余热回收通道,其特征在于:其包括一连通固定在电弧炉第4孔上的导流管,还包括一直立的换热储料箱,所述的换热储料箱底部侧面进气口外接固定一倾斜向下与导流管顶端开口压贴连通的过渡管;箱腔底部设置一由加料油缸水平推动的加料车,该加料车以一定时间间歇把预热的废钢连续推入过渡管,预热的废钢由过渡管向下滑入流管底部落入电弧炉内熔化;换热储料箱顶部侧面出气口倾斜向下外接一预热通道, 预热通道下端密封,沿预热通道顶面中下部依次设有供煤气排出的一集气管和一可把进入预热通道的空气排出的自然排气管。
在上述的电弧炉余热回收通道中,所述的过渡管管腔内表层为耐磨、耐冲击、耐高温的耐火骨料浇注层, 浇注层与过渡管内壁之间粘接有轻质莫来石保温砖砌筑层;过渡管顶端与进气口采用水冷凹槽密封法兰连接固定,密封法兰的凹槽内填充满密封用的耐高温膨胀棉。
在上述的电弧炉余热回收通道中,所述的导流管顶端开口边沿固定有与电弧炉倾炉方向平行的水冷滑动密封环, 过渡管底端管口边沿固定有与水冷滑动密封环保持贴紧的水冷镜面密封环,水冷滑动密封环与水冷镜面密封环在电弧炉倾炉方向上转动密封配合。
在上述的电弧炉余热回收通道中,所述的出气口与预热通道的上端通过水冷迷宫密封装置连接,所述的水冷迷宫密封装置包括固定在出气口边沿上的第一水冷迷宫密封门和固定在预热通道的顶端开口边沿上的第二水冷迷宫密封门,第一水冷迷宫密封门和第二水冷迷宫密封门嵌合密封连接。
在上述的电弧炉余热回收通道中,所述的预热通道包括一两端开口的长方管形箱体,箱体内顶部和侧壁均铺设有耐高温膨胀棉, 箱体底壁铺设有轻质保温砖层, 高温膨胀棉与保温砖层包围的长条状空间为预热涵道。
基于上述电弧炉余热回收通道,本发明提供一种预热废钢连续加料系统,包括一废钢储料箱,其特征在于:其还包括权利要求1至权利要求5任一项所述的电弧炉余热回收通道;所述的预热涵道下端连接所述的废钢储料箱,预热涵道内安装一可把废钢从废钢储料箱上行连续运送到换热储料箱箱腔内的链板式耐热输送机。
在上述预热废钢连续加料系统中,所述的链板式耐热输送机包括安装预热涵道内顶端开口内的驱动链轮和安装在废钢储料箱内加料口下方的从动链轮, 驱动链轮与从动链轮通过履带式的链板传动连接;从动链轮上方的链板与安装在废钢储料箱出口上的平料器间隔配合。
在上述预热废钢连续加料系统中,所述的换热储料箱侧面中部设有与箱腔相通的鼓风孔及点火孔。
在上述预热废钢连续加料系统中,所述的换热储料箱底面安装有若干轨道轮,一可推动换热储料箱向进气口方向前后移动的移位油缸固定在地面上。
基于上述预热废钢连续加料系统,本发明提供一种预热废钢连续加料系统的使用方法,将预热废钢连续加料系统的导流管底端开口与电弧炉的第4孔焊接固定,其特征在于所述的方法为:
将电弧炉熔化期、氧化期脱碳、脱氧产生的高温煤气经过电弧炉的第4孔上的导流管、过渡管进气口进入换热储料箱的箱腔内,上升的高温煤气对加料车上及堆积在箱腔内的废钢进行加热;
同时,箱腔的内高温煤气由其顶部侧面的出气口下行进入预热涵道,对由链板式耐热输送机上行输送到换热储料箱内的废钢进行加热,经过与废钢热交换的煤气温度降低后由预热涵道下部的集气管抽吸排出;
集气管抽吸出的煤气温度范围是100℃~150℃,经除尘后存于煤气柜备作它用,预热废钢时产生的有毒有害物,随煤气进入煤气柜,在煤气燃烧时无害化处理;
箱腔底部加料车上的废钢被加热到900℃以上,并由加料车将加热到900℃以上的废钢推出进气口,然后由过渡管经导流管落入电弧炉内熔化。
在上述的预热废钢连续加料系统的使用方法中,废钢在预热涵道内上行传送过程中与热煤气进行热交换的时间可通过链板式耐热输送机的运行速度调节;
热煤气在预热涵道内停留与废钢换热的时间可通过与集气管连接的引风机转速控制;
废钢滞留在换热储料箱的箱腔内与热煤气热交换时间由加料油缸推拉加料车的间歇时间控制。
本发明的显著效果如下:
(1) 1200°C以上热煤气首先在换热储料箱内,在废钢间隙中穿行,接触面积大,换热效果好,最下层的废钢温度可达900°C以上,节电120KW.H/T;
(2) 在换热储料箱内,始终由加料车将温度最高的最下层废钢,不断加入电弧炉熔池,且热废钢入炉过程中,仍在与更高温的煤气换热升温,亦即加入电弧炉的热废钢都是温度最高的,最有效的利用了煤气的温度梯度,提高了入炉废钢温度;
(3) 煤气在预热涵道内,虽然与废钢只是表面接触,但除了废钢外,其宽4周都是导热系数极小的耐高温膨胀棉,热损很小,煤气的热量主要被导热好的废钢吸收,提高了煤气余热利用的有效性;
(4) 煤气携带的预热废钢时产生的尘粒经布袋除尘器去除,有毒有害物,最终经过高温燃烧被消除;煤气可方便的用于企业其他各种加热系统;
(5) 本发明连续加料系统不影响电弧炉的自动流渣以及出钢作业。
附图说明
图1为本发明电弧炉余热回收通道及预热废钢连续加料系统的结构示意图。
图2为本发明的换热储料箱主视结构示意图。
图3为本发明的换热储料箱左视结构示意图。
图4为本发明的导流管、过渡管和换热储料箱连接的结构示意图。
图5为本发明的预热通道的结构示意图。
图6为本发明的链板式耐热输送机的结构示意图。
图7为本发明的预热通道中安装链板式耐热输送机传送废钢的结构左视图。
图8为本发明的加料车的主视结构示意图。
图9为本发明的加料车的左视结构示意图。
图中附图标识为:10.导流管;20.过渡管;201.过渡管顶端;202.轻质莫来石保温砖砌筑层;203.浇注层;204. 水冷镜面密封环;30.换热储料箱;31.箱腔;32.进气口;33.出气口;34.鼓风孔;35.点火孔;36.水冷通气壁;37.水冷止料壁;38.水冷迷宫密封装置;381.第一水冷迷宫密封门;382.第二水冷迷宫密封门;39.轨道轮;40.预热通道;41.耐高温膨胀棉;410.轻质保温砖层;42.预热涵道;421.预热涵道下端;422. 预热涵道上端;431.耐火棉吊顶密封段一;432.耐火棉吊顶密封段二;44.箱体;50.废钢储料箱;51.加料口;52.平料器;60.链板式耐热输送机;61.驱动链轮;62.从动链轮;63.链板;64.托轮;65.轮轨;66.托板;70.加料车;701.倒梯形槽;702.挡板;703.导杆;71.加料油缸;80.集气管;90.自然排气管;100.废钢;500.移位油缸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
电弧炉余热回收通道的实施方式如下:
如图1的电弧炉余热回收通道,包括一连通固定在电弧炉第4孔上的导流管10,还包括一直立的换热储料箱30,所述的换热储料箱30底部侧面进气口32外接固定一倾斜向下与导流管顶端开口压贴连通的过渡管20,换热储料箱30的箱腔31底部设置一由加料油缸71水平推动的加料车70,该加料车70以一定时间间歇把预热的废钢连续推入过渡管20,预热的废钢由过渡管20向下滑入流管10底部落入电弧炉内熔化;换热储料箱30顶部侧面出气口33倾斜向下外接一预热通道40, 预热通道40下端密封,沿预热通道40顶面中下部依次设有供煤气排出的一集气管80和一可把进入预热通道40的空气排出的自然排气管90。
如图4所示,上述的过渡管20管腔内表层为耐磨、耐冲击、耐高温的耐火骨料浇注层203, 浇注层203与过渡管20内壁之间粘接有轻质莫来石保温砖砌筑层202;使高温煤气可上行通过或是被预热的废钢沿过渡管20内表面下行滑入导流管10进入电弧炉内。
如图1和图4所示,过渡管20顶端201与进气口32采用水冷凹槽密封法兰A连接固定,密封法兰A的凹槽内填充满密封用的耐高温膨胀棉321;由进气口32进入换热储料箱30箱腔31内的高温煤气上升并由换热储料箱30顶部的出气口33排出,对于由出气口33投入的废钢堆积在箱腔31内时,高温煤气可对于堆积的废钢由箱腔31底部向上温度递减地预加热,使堆积在箱腔31内底层的废钢温度高,而顶层的废钢温度低。
导流管10顶端开口边沿固定有与电弧炉倾炉方向平行的水冷滑动密封环101, 过渡管20底端管口边沿固定有与水冷滑动密封环101保持贴紧的水冷镜面密封环204,水冷滑动密封环101与水冷镜面密封环204在电弧炉倾炉方向上转动密封配合,即可保证高温煤气不会外漏,又可使预热的废钢可随时顺利通过,又不影响电弧炉冶炼工艺要求,随时倾炉自动流渣,只要倾炉角度在15度(正常倾炉流渣的最大角度)以内,一切操作都不需停电停炉,都可以正常运行。
如图1、图2、图4和图5所示,换热储料箱30顶部侧面与箱腔31相通的出气口33与预热通道40的上端通过水冷迷宫密封装置38连接,所述的水冷迷宫密封装置38包括固定在出气口33边沿上的第一水冷迷宫密封门381和固定在预热通道40的顶端开口422边沿上的第二水冷迷宫密封门382,第一水冷迷宫密封门381和第二水冷迷宫密封门382嵌合密封连接;如图4和图5所示,预热通道40包括一两端开口的长方管形箱体44,箱体44内顶部和侧壁均铺设有耐高温膨胀棉41, 箱体44底壁铺设有轻质保温砖层410, 高温膨胀棉41与保温砖层410包围的长条状空间为预热涵道42;高温煤气由换热储料箱30顶部的出气口33从预热涵道42顶端倾斜向下充满,可利用预热涵道42对由预热涵道42底端缓慢上行输送到顶端以进入换热储料箱30的废钢进行全程预加热;废钢在预热涵道42内与高温煤气进行热交换后降温,降温后的煤气控制在100℃~150℃之间由集气管80通过引风机抽吸排出、储存备作它用。
{基于上述电弧炉余热回收通道构建的预热废钢连续加料系统}实施方式如下:
下面参照图1~9说明本发明预热废钢连续加料系统的构建和工作原理。
如图1所示的一种预热废钢连续加料系统,包括一废钢储料箱50,其还包括前述的电弧炉余热回收通道;预热涵道42下端421连接废钢储料箱50,预热涵道42内安装一可把废钢从废钢储料箱50上行连续运送到换热储料箱30箱腔31内的链板式耐热输送机60;箱腔31底部设置一由加料油缸71水平推动的加料车70,该加料车70以一定时间间歇把预热的废钢连续推入过渡管20,预热的废钢由过渡管20向下滑入流管10底部落入电弧炉内熔化。
如图2、图3、图4、图8和图9所示,换热储料箱30箱腔31底部安装有防护加料车70的水冷通气壁36及可把废钢导向堆积在加料车70上的水冷止料壁37;本发明的加料车70具有倒梯形槽701, 水冷止料壁37插入到倒梯形槽701中,倒梯形槽701一端具有一与加料油缸71伸缩杆连接的挡板702, 加料车70底部与固定连接在箱腔31底部的两根导杆703滑动配合。
本发明的换热储料箱30侧面中部设有与箱腔31相通的鼓风孔34及点火孔35;当箱腔31中的高温煤气有剩余时,可通过鼓风孔34向箱腔31顶部的煤气减压缓冲室鼓入空气,经点火孔35送入明火,点燃煤气;煤气燃烧放热,又重复辐射加热换热储料箱30下部的废钢。
如图1、图2和图4所示,换热储料箱30底面安装有若干轨道轮39,一可推动换热储料箱30向进气口32方向前后移动的移位油缸500固定在地面上;在移位油缸500的驱动下换热储料箱30可前后移动;装配、检修本发明时移位油缸500驱动换热储料箱30向后移动,运行本发明时换热储料箱30向前移动,使过渡管20与导流管10镜面密封配合。
如图1和图5~图7所示,本发明的链板式耐热输送机60包括安装预热涵道42内顶端开口 422内的驱动链轮61和安装在废钢储料箱50内加料口51下方的从动链轮62, 驱动链轮61与从动链轮62通过履带式的链板63传动连接;从动链轮62上方的链板63与安装在废钢储料箱50出口上的平料器52间隔配合;如图6和图7所示,为保证链板63支撑传送废钢100平稳,在两个驱动链轮61与从动链轮62向上支撑的链板63底部设有托轮64,托轮64下设有与其导向配合的轮轨65, 轮轨65安装固定在托板66上。
如图1和图5所示,预热涵道42顶面的耐高温膨胀棉41与链板63间隔,而预热涵道42下半部的集气管80和自然排气管90之间的耐高温膨胀棉41设置有可与废钢顶部平整表面较紧密贴触密封的耐火棉吊顶密封段一431,耐火棉吊顶密封段一431可尽量防止煤气外漏,并可防止过多的空气吸入预热涵道42;自然排气管90与平料器之间设有可与废钢顶部平整表面较紧密贴触密封的耐火棉吊顶密封段二432;由于重复使用的链板式耐热输送机60的链板63有余热,使废钢之间缝隙的空气受热膨胀,一部分受热膨胀的空气可从自然排气管90溢出,减少废钢缝隙把空气带入预热涵道42。
如图1所示,高温煤气通过电弧炉第4孔沿导流管10、过渡管20、换热储料箱30的箱腔31向上行,再由箱腔31侧面出气口33经预热涵道42下行到集气管80处被引风机抽吸排出;而链板式耐热输送机60的链板63把废钢储料箱50中的废钢经预热涵道42由下向上的上行传送到由箱腔31侧面出气口33处,然后废钢经由出气口33由上向下落入箱腔31底部,再由加料车70把其从进气口32推出经过渡管20和导流管10后从电弧炉第4孔落入电弧炉中;即高温煤气在电弧炉余热回收通道中与废钢的传送运动方向过程相反。
如图1所示,详细说明本发明连续向电弧炉连续提供预热的废钢的工作过程:
将预处理好尺寸规格的废钢用电磁铁吸盘吊装倒入废钢储料箱50的加料口51而落在链板63上,上行的链板63带动若干废钢穿过废钢储料箱50进入预热涵道42,若干废钢进入预热涵道42时被平料器52整成其平料器52底面统一高度的一层。
被整平的废钢通过耐火棉吊顶密封段二432后,由于链板63余热使废钢的空气膨胀并由自然排气管90排出,以减少废钢之间缝隙中的空气被带入预热涵道42的高温煤气加热段。
然后废钢在链板63的带动下通过耐火棉吊顶密封段一431后与预热涵道42内下行的高温煤气接触并进行热交换,废钢因吸收热煤气的潜热而温度越来越高,直到废钢被链板式耐热输送机60送到箱腔31侧面出气口33处时温度更高,然后上行被加热的废钢散落入换热储料箱30的箱腔31内堆集。
废钢在预热涵道42期间要调控煤气引风机的转速(抽力),调整热煤气在预热涵道42内的流速(亦即停留时间),使热煤气从集气管80被抽出时,温度在100℃~150℃范围内。煤气经过布袋除尘器除尘后,由煤气引风机将煤气送至煤气柜储存待用。
散堆在换热储料箱30箱腔31下部的废钢,遇到越来越高温度的热煤气,热煤气从废钢间的缝隙中紧密接触穿过,废钢逐渐下移,其上部被新落入的废钢覆盖,废钢越往下移,遇到的热煤气温度越高,废钢更易吸收更多的煤气的潜热,其温度越来越高,直至废钢下落到到加料车70时,由加料油缸71间歇推动加料车70将废钢送入过渡管20,此时的热废钢在过渡管内一边滑落整形变“小”,一边进一步吸收热量提高温度,直至热废钢通过导流管10进入特制电弧炉第4孔落入电弧炉熔池,此时的热废钢温度是最高的,理论计算可以达到900°C以上,可以节电120KW.H/T以上。
要想再提高入炉的热废钢的温度,可以加大换热储料箱30的容积,让废钢在换热储料箱箱腔31内停留更长时间即可;但热废钢的温度不可太高,以防止轻薄料熔融粘连或软化后受挤压严重变形,不能正常运行。
上述预热废钢连续加料系统的使用方法如下:
如图1所示,将预热废钢连续加料系统的导流管10底端开口与电弧炉的第4孔焊接固定,其特征在于所述的方法为:
将电弧炉熔化期、氧化期脱碳、脱氧产生的高温煤气经过电弧炉的第4孔上的导流管10、过渡管20进气口32进入换热储料箱30的箱腔31内,上升的高温煤气对加料车70上及堆积在箱腔31内的废钢进行加热;
同时,箱腔31的内高温煤气由其顶部侧面的出气口33下行进入预热涵道42,对由链板式耐热输送机60上行输送到换热储料箱30内的废钢进行加热,经过与废钢热交换的煤气温度降低后由预热涵道42下部的集气管80抽吸排出;
集气管80抽吸出的煤气温度范围是100℃~150℃,经除尘后存于煤气柜备作它用,预热废钢时产生的有毒有害物,随煤气进入煤气柜,在煤气燃烧时无害化处理;
箱腔31底部加料车70上的废钢被加热到900℃以上,并由加料车70将加热到900℃以上的废钢推出进气口323,然后由过渡管20经导流管10落入电弧炉内熔化。
本发明方法中:废钢在预热涵道42内上行传送过程中与热煤气进行热交换的时间可通过链板式耐热输送机60的运行速度调节。
热煤气在预热涵道42内停留与废钢换热的时间可通过与集气管80连接的引风机转速控制。
废钢滞留在换热储料箱30的箱腔31内与热煤气热交换时间由加料油缸71推拉加料车70的间歇时间控制。
以上实施例仅供说明本发明之用,而非对本发明的限制,本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以作出各种变换或变化,因此,所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴,由各权利要求限定。