CN106197034A - 生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统，包括电弧炉、换热器、储水池和冷却塔、高位水箱、密闭设置的补水箱以及补水泵；电弧炉上设有水夹套；换热器包括内管，内管通过第一管路连接电弧炉的水夹套；内管出水端通过第二管路通入储水池；换热器连接第三管路，换热箱通过第四管路连接冷却塔；储水池通过第五管路连接水夹套。水夹套连接补水箱，补水箱连接高位水箱，高位水箱连接补水泵。使用本发明，在正常工作中可以避免电弧炉向外释放高温热污染，避免冷却水向外释放蒸汽污染，在停电时也可以防止水夹套内因汽化现象产生高温和高压，确保安全作业，同时水资源利用率较高。

Description

生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统

技术领域

本发明涉及耐火材料生产技术领域，尤其涉及一种电弧炉冷却机构。

背景技术

在熔注耐火材料的生产过程中，电弧炉是常用的设备。在运行过程中，电弧炉将其内的耐材原料熔化，因此需要在生产过程中持续维持高温状态。过高的温度会降低设备使用寿命，并使工作人员在车间内无法正常工作。因此，需要对电弧炉的炉壁进行冷却，在维持炉内高温的同时，将高温区域控制在电弧炉内，防止炉内热量大量传递给环境，降低设备使用寿命并使车间内不适于人工作业。

现有的冷却结构是使用水冷，在电弧炉炉壁处设置水夹套，冷却水不断地流经水夹套，从而冷却电弧炉的炉壁。这种冷却结构的缺点是：冷却水被电弧炉加热后温度较高，流量较少时甚至出现沸腾现象；冷却水排放时蒸汽弥漫，对厂区产生污染，使厂区墙壁因长期潮湿而受损。排出的冷却水无法重复利用，水资源浪费较为严重。

另外，现有的冷却结构还具有安全隐患：如果生产过程中发生意外停电，则水泵停止运行，冷却水不再流动；而此时电弧炉内的高温料液则不会因停电而迅速冷却，而是会维持相当长时间的高温。这样电弧炉水夹套内的水会被加热至沸腾，如果系统密封性好会有炸开的危险；如果系统是开放系统，则会带来大量的蒸汽，使人员无法进入生产区域。目前，还没有能够解决此安全隐患的电弧炉生产系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够避免蒸汽污染厂区、重复利用水资源，且能够防止意外停电时发生安全问题的电弧炉安全冷却系统。

为实现上述目的，本发明的生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统包括电弧炉、换热器、储水池、冷却塔、高位水箱、密闭设置的补水箱以及补水泵；

电弧炉上设有用于冷却电弧炉的水夹套；换热器包括换热箱，换热箱内沿换热箱的长度方向设有内管，内管外表面均匀间隔设有若干换热盘片；内管的进水端连接有第一管路，第一管路连接电弧炉的水夹套的顶部；内管的出水端连接有第二管路，第二管路通入储水池的一侧底部；换热箱于内管进水端处连接有第三管路，第三管路的末端开口在冷却塔的正上方；换热箱于内管出水端处连接有第四管路，第四管路连接所述冷却塔的底部；所述第四管路上设有用于将冷却塔内的水送入换热箱的第一循环泵；

储水池底部于第二管路的相对侧连接有第五管路，第五管路连接电弧炉的水夹套的底部；第五管路上设有用于将储水池内的水送入电弧炉的水夹套内的第二循环泵；

所述水夹套的顶部通过第六管路与所述补水箱的顶部相连接，所述补水箱的底部通过第七管路与水夹套的中部相连接；第六管路上设有第一阀门，第七管路上设有第二阀门；所述补水箱的底端高于所述水夹套的顶部；所述补水箱的侧壁底部连接有第一透明管，第一透明管的上端与补水箱的顶部相连通；补水箱顶部连接有放散阀；水夹套侧壁连接有温度表；

所述高位水箱的底端高于补水箱的顶部；高位水箱的底部通过第八管路连接所述补水箱的顶部，第八管路上设有第三阀门；所述补水泵的进水管连接外置的水源，补水泵的出水管连接高位水箱的顶部；所述高位水箱的侧壁底部连接有用于显示水位的第二透明管，第二透明管的顶端高于高位水箱顶端且其顶部敞口；所述第二透明管的顶部向上倾斜连接有支撑杆，支撑杆顶部连接有凹面朝下的弧形顶盖，弧形顶盖位于第二透明管的上方；

所述水夹套侧壁设有用于显示水夹套内压力的第一压力表，所述补水箱侧壁设有用于显示补水箱内压力的第二压力表；

所述换热盘片上均匀分布有多个换热孔；

所述冷却塔包括冷却箱，冷却箱的底壁中心向上固定连接有竖杆，竖杆顶端位于冷却箱顶部；竖杆上由上至下均匀间隔连接有若干溢流盘，溢流盘的直径由上至下依次增大；第三管路的末端开口在最上层溢流盘的正上方；冷却塔底部连接有排空管，排空管上设有排空阀。

使用本发明的安全冷却系统和，在正常工作中可以通过直接冷却水的循环和间接冷却水的循环有效冷却电弧炉的炉壁，避免电弧炉生产过程中向环境释放大量热污染，也提高了相关设备的使用寿命，并且防止了冷却水被电弧炉加热后产生蒸汽污染的问题。

在停电时，使用本发明的安全冷却系统和电弧炉耐火材料安全冷却生产方法能够保证电弧炉水夹套内的水不被加热至沸腾，避免压力过高带来的危险，也避免了设备的损失，同时能够在停电时充分利用补水箱和高位水箱中的水吸收热能的能力，并且防止因汽化现象导致水夹套内的压力升高后补水箱中的水无法向下流入水夹套的问题。

使用本发明，能够完全避免生产过程中蒸汽弥散到厂区内的情况，并且能够循环利用水资源，有效冷却电弧炉，具有良好的生产应用价值和环保价值。

换热孔的设置，既降低了换热盘片对水的阻力、有利于水在换热箱内的流动，又加快了水与换热盘片之间的换热速度。

溢流盘包括盘底，盘底周边向上连接有倾斜设置的盘沿。这样的设置，当上层溢流盘的水溢流到下层溢流盘的时候，就不会直接通过下层溢流盘的边缘直接溢流至更下一层溢流盘，而是只有在该层溢流盘盛满水后才会继续向下溢流。这样，在工作中每层溢流盘都盛满了水，因此大大增加了水与空气接触的面积，使水中的热量能够更迅速地被空气带走。

风机的出风口朝向溢流盘。这样可以进一步提高水与空气的换热效率，降低水温。

如果第二管路没有通入储水池的底部，而是开口在储水池液面上方，那么从第二管路仍然会流出少量蒸汽，对环境造成少量蒸汽污染；第二管路没有通入储水池的底部，则可以完全避免蒸汽弥散到大气中的现象。

总之，本发明的安全冷却系统和电弧炉耐火材料安全冷却生产方法，在正常工作中可以避免电弧炉向外释放高温热污染，避免冷却水向外释放蒸汽污染，在停电时也可以防止水夹套内因汽化现象产生高温和高压，确保安全作业，同时水资源利用率较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图1的Ａ－Ａ向视图；

图4是溢流盘的结构示意图；

图5是图3的俯视图。

具体实施方式

图1中箭头所示方向为该处流体的流动方向。

如图1至图5所示，本发明的生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统包括电弧炉1、换热器、储水池2、冷却塔、高位水箱21、密闭设置的补水箱22以及补水泵23；

电弧炉1上设有用于冷却电弧炉1的水夹套24；电弧炉1及其水夹套24均为本领域常规技术，具体结构不再详述。

换热器包括换热箱3，换热箱3内沿换热箱3的长度方向设有内管4，内管4外表面均匀间隔设有若干换热盘片5；内管4的进水端连接有第一管路6，第一管路6连接电弧炉1的水夹套24的顶部；内管4的出水端连接有第二管路7，第二管路7通入储水池2的一侧底部；换热箱3于内管4进水端处连接有第三管路8，第三管路8的末端开口在冷却塔的正上方；换热箱3于内管4出水端处连接有第四管路9，第四管路9连接所述冷却塔的底部；所述第四管路9上设有用于将冷却塔内的水送入换热箱3的第一循环泵10；

储水池2底部于第二管路7的相对侧连接有第五管路11，第五管路11连接电弧炉1的水夹套24的底部；第五管路11上设有用于将储水池2内的水送入电弧炉1的水夹套24内的第二循环泵19；

所述水夹套24的顶部通过第六管路25与所述补水箱22的顶部相连接，所述补水箱22的底部通过第七管路26与水夹套24的中部相连接；第六管路25上设有第一阀门27，第七管路26上设有第二阀门28；所述补水箱22的底端高于所述水夹套24的顶部；所述补水箱22的侧壁底部连接有第一透明管29，第一透明管29的上端与补水箱22的顶部相连通；补水箱22顶部连接有放散阀30；水夹套24侧壁连接有温度表31；

所述高位水箱21的底端高于补水箱22的顶部；高位水箱21的底部通过第八管路32连接所述补水箱22的顶部，第八管路32上设有第三阀门33；所述补水泵23的进水管连接外置的水源（图未示水源），补水泵23的出水管连接高位水箱21的顶部；所述高位水箱21的侧壁底部连接有用于显示水位的第二透明管34，第二透明管34的顶端高于高位水箱21顶端且其顶部敞口；基于连通器的原理，第二透明管34能够显示高位水箱21内的水位。所述第二透明管34的顶部向上倾斜连接有支撑杆35，支撑杆35顶部连接有凹面朝下的弧形顶盖36，弧形顶盖36位于第二透明管34的上方；弧形顶盖36的设置，能够避免在长期存放或使用的过程中异物落入第二透明管34。

所述水夹套24侧壁设有用于显示水夹套24内压力的第一压力表37，所述补水箱22侧壁设有用于显示补水箱22内压力的第二压力表38；

所述换热盘片5上均匀分布有多个换热孔12；换热孔12的设置，既降低了换热盘片5对水的阻力、有利于水在换热箱3内的流动，又加快了水与换热盘片5之间的换热速度。

所述冷却塔包括冷却箱13，冷却箱13的底壁中心向上固定连接有竖杆14，竖杆14顶端位于冷却箱13顶部；竖杆14上由上至下均匀间隔连接有若干溢流盘17，溢流盘17的直径由上至下依次增大；第三管路8的末端开口在最上层溢流盘17的正上方；冷却塔底部连接有排空管39，排空管39上设有排空阀40，便于维护、检修时将冷却塔内的水排空。

所述溢流盘17包括盘底15，盘底15周边向上连接有倾斜设置的盘沿16。这样的设置，当上层溢流盘17的水溢流到下层溢流盘17的时候，就不会直接通过下层溢流盘17的边缘直接溢流至更下一层溢流盘17，而是只有在该层溢流盘17盛满水后才会继续向下溢流。这样，在工作中每层溢流盘17都盛满了水，因此大大增加了水与空气接触的面积，使水中的热量能够更迅速地被空气带走。

所述冷却箱13的上部侧壁设有风机18，风机18的出风口朝向溢流盘17。这样可以进一步提高水与空气的换热效率，降低水温。

所述水夹套24内设有螺旋板（图未示螺旋板），螺旋板与水夹套24围成螺旋流道，螺旋流道上端连通第一管路6且下端连通第五管路11。这样的设置，使直接冷却水在经过第五管路11到达水夹套24后，必须沿螺旋流道流动较长的距离，才能经第一管路6流出，从而大大延长了水流路径，提高了直接冷却水与电弧炉1之间的换热效率。

使用上述安全冷却系统的电弧炉耐火材料安全冷却生产方法按以下步骤进行：

储水池2中的水为直接冷却水，冷却塔中的水为间接冷却水；

第一步骤是启动第二循环泵19和第一循环泵10，第二循环泵19使直接冷却水在储水池2、电弧炉1的水夹套24、换热箱3的内管4之间循环流动，第一循环泵10使间接冷却水在冷却塔和换热箱3之间循环流动；直接冷却水在换热箱3内走的是管程，间接冷却水在换热箱3内走的是壳程。

直接冷却水在通过水夹套24时被加热，然后在通过换热箱3的内管4时被内管4外部的间接冷却水所冷却；间接冷却水在通过换热箱3时被加热，然后在冷却塔内被冷却；

在第一步骤的运行当中，第一阀门27、第二阀门28、第三阀门33和放散阀30均处于关闭状态，工作人员通过观察第一透明管29确定补水箱22中的水位，如补水箱22中的水位低于补水箱22高度的2/3，则打开放散阀30和第三阀门33，使高位水箱21通过第八管路32向补水箱22中补水直到补水箱22被加满，再关闭放散阀30和第三阀门33；如果高位水箱21中的水位低于高位水箱21高度的2/3，则打开补水泵23，向高位水箱21补水直到高位水箱21被加满，再关闭补水泵23；通过观察第二透明管34确定高位水箱21中的水位；通过以上操作确保在第一步骤的运行过程当中，补水箱22和高位水箱21均处于水量充足的状态；

在第一步骤是运行过程中，当出现停电现象时，第二循环泵19和第一循环泵10停止，此时进行第二步骤；

第二步骤是在停电后，工作人员观察温度表31、第一压力表37和第二压力表38；当温度表31显示水夹套24的温度高于75度时，水夹套24内已有部分水被汽化；此时打开第三阀门33，水夹套24内的水蒸汽通过第六管路25通入补水箱22，使补水箱22与水夹套24之间处于相同的压力；工作人员通过第一压力表37和第二压力表38确认补水箱22与水夹套24之间处于相同的压力后打开第二阀门28，补水箱22内的水流入水夹套24，并在补水箱22内水压的作用下，水夹套24内的已被加热的水通过第一管路6流向换热箱3，最终流入储水池2；

如果不先打开第三阀门33而直接打开第二阀门28，可能导致水夹套24内的水因压力升高（与电弧炉1相接触的水会因不流动而汽化，导致压力升高）而倒流向补水箱22，这样将会造成补水箱22内的水无法向下流入水夹套24，直到水夹套24内的水烧干、蒸汽压力低于补水箱22的水压，从而在此过程中造成安全问题和蒸汽污染问题。

在第二步骤的进行当中，工作人员持续进行以下两种操作：

①观察温度表31，当温度表31显示水夹套24的水温低于50度后，关闭第二阀门28；水夹套24内的水温回升至75度以上之后，重新打开第二阀门28；本操作能够防止补水箱22内的水过快流入水夹套24，以至于未充分吸收电弧炉1内的热能就通过第一管路6流出去。本操作的意义在于停电时充分利用补水箱22内水吸收热能的能力。

②通过第一透明管29观察补水箱22内的液位，当补水箱22内液位低于补水箱22高度的1/3时，打开第三阀门33和放散阀30，使高位水箱21中的水通过第八管路32注入补水箱22，补水箱22注满水或者补水箱22高位水箱21内的水用尽时，关闭第三阀门33和放散阀30。

第一步骤中，在启动第二循环泵19和第一循环泵10的同时，启动风机18从而加速间接冷却水的散热。

正常工作时（未停电），第一步骤的具体运行情况是：启动第一循环泵10和第二循环泵19，第二循环泵19将储水池2中的水送入电弧炉1的水夹套24内，用于冷却电弧炉1；从水夹套24内流出的水温度较高，如直接排放将产生大量的蒸汽，污染工作环境，使厂区墙壁因长期潮湿而受损。本发明中，从水夹套24内流出的水送入换热箱3，通过换热箱3的内管4时，与管外的冷却水发生热交换。换热盘片5的设置能够大幅提高换热效率，并且因为换热孔12的存在而不过多影响冷却水的流动。经过换热后，从电弧炉1水夹套24流出的水的温度大幅降低，最后通过第二管路7注入储水池2的底部。如果第二管路7没有通入储水池2的底部，而是开口在储水池2液面上方，那么从第二管路7仍然会流出少量蒸汽，对环境造成少量蒸汽污染；第二管路7没有通入储水池2的底部，则可以完全避免蒸汽弥散到大气中的现象。第二循环泵19使这部分水在电弧炉1水夹套24、换热箱3和储水池2之间循环流动，持续地冷却电弧炉1。

第一循环泵10将冷却塔底部的水送入换热箱3，这部分水在换热箱3内的流向与内管4中水的流向正好相反，形成逆流换热，冷却内管4中水的效率较高。这部分水经第三管路88流出，在水压的作用下流至冷却塔的顶部，流向第一层溢流盘17，并逐级向下溢流。在溢流的过程中，风机18吹风，加速了水与空气的换热。水溢流至冷却塔的冷却箱13底部后，被第一循环泵10重新抽出，进行下一轮换热循环。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统，其特征在于：包括电弧炉、换热器、储水池、冷却塔、高位水箱、密闭设置的补水箱以及补水泵；

电弧炉上设有用于冷却电弧炉的水夹套；换热器包括换热箱，换热箱内沿换热箱的长度方向设有内管，内管外表面均匀间隔设有若干换热盘片；内管的进水端连接有第一管路，第一管路连接电弧炉的水夹套的顶部；内管的出水端连接有第二管路，第二管路通入储水池的一侧底部；换热箱于内管进水端处连接有第三管路，第三管路的末端开口在冷却塔的正上方；换热箱于内管出水端处连接有第四管路，第四管路连接所述冷却塔的底部；所述第四管路上设有用于将冷却塔内的水送入换热箱的第一循环泵；

储水池底部于第二管路的相对侧连接有第五管路，第五管路连接电弧炉的水夹套的底部；第五管路上设有用于将储水池内的水送入电弧炉的水夹套内的第二循环泵；

所述水夹套的顶部通过第六管路与所述补水箱的顶部相连接，所述补水箱的底部通过第七管路与水夹套的中部相连接；第六管路上设有第一阀门，第七管路上设有第二阀门；所述补水箱的底端高于所述水夹套的顶部；所述补水箱的侧壁底部连接有第一透明管，第一透明管的上端与补水箱的顶部相连通；补水箱顶部连接有放散阀；水夹套侧壁连接有温度表；

所述高位水箱的底端高于补水箱的顶部；高位水箱的底部通过第八管路连接所述补水箱的顶部，第八管路上设有第三阀门；所述补水泵的进水管连接外置的水源，补水泵的出水管连接高位水箱的顶部；所述高位水箱的侧壁底部连接有用于显示水位的第二透明管，第二透明管的顶端高于高位水箱顶端且其顶部敞口；所述第二透明管的顶部向上倾斜连接有支撑杆，支撑杆顶部连接有凹面朝下的弧形顶盖，弧形顶盖位于第二透明管的上方；

所述水夹套侧壁设有用于显示水夹套内压力的第一压力表，所述补水箱侧壁设有用于显示补水箱内压力的第二压力表；

所述换热盘片上均匀分布有多个换热孔；

所述冷却塔包括冷却箱，冷却箱的底壁中心向上固定连接有竖杆，竖杆顶端位于冷却箱顶部；竖杆上由上至下均匀间隔连接有若干溢流盘，溢流盘的直径由上至下依次增大；第三管路的末端开口在最上层溢流盘的正上方；冷却塔底部连接有排空管，排空管上设有排空阀。

2.根据权利要求1所述的生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统，其特征在于：所述溢流盘包括盘底，盘底周边向上连接有倾斜设置的盘沿。

3.根据权利要求1或2所述的生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统，其特征在于：所述冷却箱的上部侧壁设有风机，风机的出风口朝向溢流盘。

4.根据权利要求3所述的生产耐火材料用电弧炉安全冷却系统，其特征在于：所述水夹套内设有螺旋板，螺旋板与水夹套围成螺旋流道，螺旋流道上端连通第一管路且下端连通第五管路。