CN108424993B - 一种降低冶炼电极消耗的装置及其使用、制造方法 - Google Patents

一种降低冶炼电极消耗的装置及其使用、制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低冶炼电极消耗的装置，包括电极喷淋环、进水管、调节进水管流量的水阀、进气管和调节进气管流量的气阀，电极喷淋环包括内环腔室和外环腔室，内环腔室与进水管连通，外环腔室与进气管连通。内环腔室嵌套在外环腔室中构成嵌套环状结构，外环腔室被内环腔室分为外环上腔室和外环下腔室，外环上腔室与外环下腔室连通。内环腔室内侧壁上设有喷水孔，外环上腔室的内侧壁上设有喷气孔Ⅰ，外环下腔室内侧壁上设有喷气孔Ⅱ。在喷出的气体的作用下，水在电极上形成一层均匀的水膜，有效隔离了电极与空气中的氧进行化学反应，降低了电极的消耗；还可防止烟尘在水孔处沉积，避免水孔堵塞。本发明还公开了该装置的使用和制造方法。

Description

一种降低冶炼电极消耗的装置及其使用、制造方法
技术领域
本发明属于优质钢冶炼领域，特别是使用电极作为加热装置的电弧炉、电转炉以及矿热炉等冶炼领域，具体涉及一种降低冶炼电极消耗的装置及其使用、制造方法。
背景技术
正常情况下，电弧炉冶炼时电极的消耗主要来自2个方面：
1.本身电弧的产生会烧掉一部分电极，约占电极消耗的40％-50％。
2.电极温度升高，会与空气中的氧气起反应，会造成电极的氧化，从而带来电极的额外消耗，这部分消耗约占电极消耗的50％-60％。
目前多数使用电极加热的电弧炉，或没有阻止电极氧化消耗的装置，或者有，如电极喷淋装置，但喷淋效果不佳，基本起不到降低电极消耗的功能或降低的程度微乎其微。
这类喷淋装置结构十分简陋，只是一个环，环上钻了一圈小孔，冶炼时喷水，不冶炼时喷气。但是由于电弧炉冶炼现场扬尘以及水质不好等原因，这些小孔经常会发生堵塞，以致于水喷不出，或喷出时方向不正确，不能在电极上形成水膜，从而不能隔离氧气，降低电极消耗的作用非常有限。有时甚至会导致电极夹持器打火，造成设备的损坏。。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种降低冶炼电极消耗的装置，该装置结构简单、操作方便，能在电极上形成水膜，有效隔离电极与空气中的氧化学反应，从而降低电极消耗；本发明还提供了该降低冶炼电极消耗的装置的使用方法和该降低冶炼电极消耗的装置的制造方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种降低冶炼电极消耗的装置，包括电极喷淋环、进水管、用于调节进水管流量的水阀、进气管和用于调节进气管流量的气阀，所述水阀连接在所述进水管上，所述进水管与所述电极喷淋环连通，所述气阀连接在所述进气管上，所述进气管与所述电极喷淋环连通。
进一步的，所述电极喷淋环包括内环腔室和外环腔室，所述内环腔室与所述进水管连通，所述外环腔室与所述进气管连通。
进一步的，所述内环腔室嵌套在所述外环腔室中构成嵌套环状结构，所述外环腔室被所述内环腔室分为外环上腔室和外环下腔室，所述外环上腔室与所述外环下腔室连通。
进一步的，所述内环腔室靠近电极的内侧壁上设有与外界相通的喷水孔，所述外环上腔室靠近电极的内侧壁上设有与外界相通的喷气孔Ⅰ，所述外环下腔室靠近电极的内侧壁上设有与外界相通的喷气孔Ⅱ。
进一步的，所述喷气孔Ⅱ的直径大于所述喷气孔Ⅰ的直径。
进一步的，所述电极喷淋环的内环面为倾斜面，所述电极喷淋环套接在所述电极上，所述电极喷淋环内环面的上端到所述电极外表面的距离小于所述电极喷淋环内环面的下端到所述电极外表面的距离；所述外环上腔室内侧壁到所述电极外表面的距离小于所述外环下腔室的内侧壁到所述电极外表面的距离。
进一步的，所述喷水孔喷出的水与所述电极的夹角为β，所述喷气孔Ⅰ喷出的气体与所述电极的夹角为α，所述喷气孔Ⅱ喷出的气体与所述电极的夹角为θ。
本发明还涉及一种降低冶炼电极消耗的装置的使用方法，该使用方法包括如下步骤：
步骤a.将进水管与电极喷淋环的内环腔室密封连通，并在进水管上安装水阀；将进气管与电极喷淋环的外环腔室密封连通，并在进气管上安装气阀；
步骤b.将电极喷淋环固定在电极夹持器上；
步骤c.调试电极喷淋环喷出水和气的流量，通过调节气阀与水阀调整水和气体喷出的流量；
步骤d.调试完成即可进行正常工作。
进一步的，所述步骤c的具体操作为：调节喷水孔喷出的水与电极形成的夹角β及水的流量，调节喷气孔Ⅰ喷出的气体与电极形成的夹角α及气体的流量，调节喷气孔Ⅱ喷出的气体与电极形成的夹角θ及气体的流量，夹角θ、α、β的大小及水和气流量的大小，要以水可以在电极上能形成均匀的水膜且水不飞溅、不从电极滴入电炉为准。
本发明还涉及一种降低冶炼电极消耗的装置的制造方法，该制造方法包括如下步骤：
步骤1.冲压：选取非导磁的不锈钢圆环进行加工电极喷淋环，对所选取的圆环进行冲压，使在圆环中心孔为圆台状，即圆环内环面为倾斜面；
步骤2.车加工：利用车床在圆环的外环面车出三个型腔，即内环腔室的型腔、外环上腔室的型腔和外环下腔室的型腔；
步骤3.将薄壁圆环Ⅰ焊接在内环腔室的型腔上构成内环腔室的外环面形成密封的内环腔室，并对内环腔室进行试压与检漏；
步骤4.在外环上腔室的型腔和外环下腔室的型腔上焊接薄壁圆环Ⅱ，薄壁圆环Ⅱ的上端焊接在外环上腔室的顶壁上，薄壁圆环Ⅱ的下端焊接在外环下腔室的底壁上，薄壁圆环Ⅱ构成外环上腔室型腔和外环下腔室型腔的外环面，形成密封的外环腔室，并对外环腔室进行试压与检漏；
步骤5.利用数控加工在内环腔室的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷水孔，在外环上腔室的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷气孔Ⅰ，在外环下腔室的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷气孔Ⅱ；
步骤6.将进水管与电极喷淋环的内环腔室密封连通，并在进水管上安装水阀；将进气管与电极喷淋环的外环腔室密封连通，并在进气管上安装气阀。
采用本发明技术方案的优点为：
1.本发明的电极喷淋环为嵌套结构，包括喷水的内环腔室和喷气的外环腔室，并使用一圈喷水孔和两圈喷气孔，在在冶炼时，水和气同时喷，可使喷出的水沿电极表面均匀形成水膜，有效隔离了电极与空气中的氧进行化学反应，从而降低电极的消耗；而且电极喷淋环喷出的水还起到冷却电极的作用；此外，水和气同时喷，还可防止烟尘在水孔处沉积，从而避免了水孔的堵塞。
2.本发明包括两路气和一路水，一路水设置在两路气之间，即水从喷水孔喷出到达电极，气体从喷气孔Ⅰ和喷气孔Ⅱ喷出到达电极，从喷气孔Ⅰ喷出的气体在喷出水的上方，避免喷出的水与上部电极或其它零件接触，导致损坏；从喷气孔Ⅱ喷出的气体在喷出水的下方，上下两路气体可将从喷水孔喷出的水控制在一定的范围内。
3.为保证电极喷淋环在工作时水基本沿电极圆柱面形成水膜，本发明设计喷气孔Ⅱ的直径略大于喷气孔Ⅰ的直径，这样的设计还可以防止喷水孔喷出的水溅到电极夹持器上，造成电气拉弧损坏设备，另一方面可使喷出的水被强制沿电极表面形成水膜。
4.本发明的电极喷淋环采用不锈钢整体加工，结构强度大、使用寿命长；喷水孔、喷气孔Ⅰ和喷气孔Ⅱ采用数控加工，分布均匀，有利于所得到均匀的水膜。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明降低冶炼电极消耗的装置的结构示意图。
图2为本发明电极喷淋环与电极装配的示意图。
上述图中的标记分别为：1、电极喷淋环；2、进水管；3、水阀；4、进气管；5、气阀；6、内环腔室；61、喷水孔；62、薄壁圆环Ⅰ；7、外环腔室；71、外环上腔室；711、喷气孔Ⅰ；72、外环下腔室；721、喷气孔Ⅱ；73、薄壁圆环Ⅱ；8、电极。
具体实施方式
在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2所示，一种降低冶炼电极消耗的装置，包括电极喷淋环1、进水管2、用于调节进水管2流量的水阀3、进气管4和用于调节进气管4流量的气阀5，水阀3连接在进水管2上，进水管2与电极喷淋环1连通，气阀5连接在进气管4上，进气管4与电极喷淋环1连通。电极喷淋环1包括内环腔室6和外环腔室7，内环腔室6与进水管2连通，外环腔室7与进气管4连通。本发明的电极喷淋环1在冶炼时，水和气同时喷，水喷到电极8上后，在喷出的气体的作用下，水在电极上形成一层均匀的水膜，能有效地隔离了电极与空气中的氧进行化学反应，从而能有效降低电极的消耗。而且电极喷淋环喷出的水还起到冷却电极的作用。此外，水和气同时喷，还可防止烟尘在水孔处沉积，从而避免了水孔的堵塞。
上述内环腔室6嵌套在外环腔室7中构成嵌套环状结构，外环腔室7被内环腔室6分为外环上腔室71和外环下腔室72，外环上腔室71与外环下腔室72连通。内环腔室6靠近电极8的内侧壁上设有与外界相通的喷水孔61，外环上腔室71靠近电极8的内侧壁上设有与外界相通的喷气孔Ⅰ711，外环下腔室72靠近电极8的内侧壁上设有与外界相通的喷气孔Ⅱ721。在内环腔室6内侧壁的周向上均匀分布喷水孔61，在外环上腔室71内侧壁的周向上均匀分布喷气孔Ⅰ711，在外环下腔室72内侧壁的周向上均匀分布喷气孔Ⅱ721。为保证电极喷淋环1在工作时水基本沿电极8圆柱面形成水膜，通常设计喷气孔Ⅱ721的直径略大于喷气孔Ⅰ711的直径，这样的设计还可以防止喷水孔61喷出的水溅到电极夹持器上，造成电气拉弧损坏设备，另一方面可使喷出的水被强制沿电极表面形成水膜。
上述电极喷淋环1的内环面为倾斜面，电极喷淋环1套接在电极8上，电极喷淋环1内环面的上端到电极8外表面的距离小于电极喷淋环1内环面的下端到电极8外表面的距离。外环上腔室71内侧壁到电极8外表面的距离小于外环下腔室72的内侧壁到电极8外表面的距离；即电极喷淋环1中间的孔为圆台状。外环上腔室71靠近电极8的内侧壁、内环腔室6靠近电极8的内侧壁和外环下腔室72靠近电极8的内侧壁构成上述倾斜面；优选的，喷水孔61、喷气孔Ⅰ711和喷气孔Ⅱ721均垂直设置在倾斜面上；喷水孔61喷出的水与电极8的夹角为β，喷气孔Ⅰ711喷出的气体与电极8的夹角为α，喷气孔Ⅱ721喷出的气体与电极8的夹角为θ。水喷出的角度β以及两侧气体的喷出角度α、θ均可根据实际需要进行设计。电极喷淋环1的内环面为倾斜面、水喷出的角度θ以及两侧气体的喷出角度α、β的设计，可保证喷出水气的方向均为倾斜向下，既可以喷到电极8上，又不会飞溅，可避免引起其它部件的损坏。
水气均有相对应的气阀5与水阀3调整其流量。总的要求是：水喷到电极8上后，在上下两侧喷出的气体的作用下，水在电极上形成一层均匀的水膜，并且以水不飞溅到电极以外的区域为好；水膜只存留与电极表面，可防止水对炉盖三角区的耐材产生侵蚀，使三角区耐材使用寿命得以延长。水膜的长度也可通过水阀3来调节，一般来说，水量越大则水膜越长，但水也不能无限制地变大，要以水不从电极8滴入电炉为好，以防止水进入炉内，对炉内耐材产生不利影响。
本发明包括两路气和一路水，一路水设置在两路气之间，即水从喷水孔61喷出到达电极8，气体从喷气孔Ⅰ711和喷气孔Ⅱ721喷出到达电极8，从喷气孔Ⅰ711喷出的气体在喷出水的上方，避免喷出的水与上部电极或其它零件接触，导致损坏；从喷气孔Ⅱ721喷出的气体在喷出水的下方，上下两路气体可将从喷水孔61喷出的水控制在一定的范围内。水喷到电极8上后，在上下两侧喷出的气体的作用下，水在电极8上形成一层均匀的水膜，并且水不飞溅到电极8以外的区域；保证水膜只存留与电极表面，可防止水对炉盖三角区的耐材产生侵蚀，延长三角区耐材使用寿命。
本发明一种降低冶炼电极消耗的装置的使用方法为：
步骤a.将进水管2与电极喷淋环1的内环腔室6密封连通，并在进水管2上安装水阀3；将进气管4与电极喷淋环1的外环腔室7密封连通，并在进气管4上安装气阀5。
步骤b.将电极喷淋环1固定在电极夹持器上。
步骤c.调试电极喷淋环1喷出水和气的流量；具体操作为：通过调节气阀5与水阀3调整水和气喷出的流量，即调节喷水孔61喷出的水与电极8形成的夹角β及水的流量，调节喷气孔Ⅰ711喷出的气体与电极8形成的夹角α及气体的流量，调节喷气孔Ⅱ721喷出的气体与电极8形成的夹角θ及气体的流量，夹角θ、α、β的大小及水和气流量的大小，要以水可以在电极8上能形成均匀的水膜且水不飞溅、不从电极8滴入电炉为准。
调试时控制的要求为：水喷到电极8上后，在上下两侧喷出的气体的作用下，水在电极上形成一层均匀的水膜，并且以水不飞溅到电极以外的区域为好；水膜的长度也可通过水阀3来调节，一般来说，水量越大则水膜越长，但水也不能无限制地变大，要以水不从电极8滴入电炉为好，以防止水进入炉内，对炉内耐材产生不利影响。
步骤d.调试完成即可进行正常工作。
本发明一种降低冶炼电极消耗的装置的制造方法为：
步骤1.冲压：选取非导磁的不锈钢圆环进行加工电极喷淋环1，对所选取的圆环进行冲压，使在圆环中心孔为圆台状，即圆环内环面为倾斜面。
步骤2.车加工：利用车床在圆环的外环面车出三个型腔，即内环腔室6的型腔、外环上腔室71的型腔和外环下腔室72的型腔。
步骤3.将薄壁圆环Ⅰ62焊接在内环腔室6的型腔上构成内环腔室6的外环面形成密封的内环腔室6，并对内环腔室6进行试压与检漏；试压与捡漏合格则进行焊接外环腔室7。
步骤4.在外环上腔室71的型腔和外环下腔室72的型腔上焊接薄壁圆环Ⅱ73，薄壁圆环Ⅱ73的上端焊接在外环上腔室71的顶壁上，薄壁圆环Ⅱ73的下端焊接在外环下腔室72的底壁上，薄壁圆环Ⅱ73构成外环上腔室71型腔和外环下腔室72型腔的外环面，形成密封的外环腔室7；然后对外环腔室7进行试压与检漏，试压与捡漏合格进行则进行喷水孔61、喷气孔Ⅰ711和喷气孔Ⅱ721的加工。
步骤5.利用数控加工在内环腔室6的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷水孔61，在外环上腔室71的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷气孔Ⅰ711，在外环下腔室72的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷气孔Ⅱ721。
步骤6.将进水管2与电极喷淋环1的内环腔室6密封连通，并在进水管2上安装水阀3；将进气管4与电极喷淋环1的外环腔室7密封连通，并在进气管4上安装气阀5。
本发明有效地隔离了电极与空气中的氧进行化学反应，从而有效降低电极的消耗。水气均有相对应的气阀5与水阀3调整其流量，如果喷出的水气调节得当，电极上的水膜形成的较好，预计至少可节约电极消耗10％以上。
按目前电炉吨钢电极消耗约1.1kg计算，电极价格按11万计算，产量每月按7万吨计算，则本发明每年产生的效益为：70000×12×1.1×10％/1000×11＝1016.4万元。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种降低冶炼电极消耗的装置，其特征在于：包括电极喷淋环(1)、进水管(2)、用于调节进水管(2)流量的水阀(3)、进气管(4)和用于调节进气管(4)流量的气阀(5)，所述水阀(3)连接在所述进水管(2)上，所述进水管(2)与所述电极喷淋环(1)连通，所述气阀(5)连接在所述进气管(4)上，所述进气管(4)与所述电极喷淋环(1)连通，所述电极喷淋环(1)上设有喷水孔和喷气孔，所述电极喷淋环(1)的中心孔呈圆台状；所述电极喷淋环(1)包括内环腔室(6)和外环腔室(7)，所述内环腔室(6)与所述进水管(2)连通，所述外环腔室(7)与所述进气管(4)连通；所述内环腔室(6)嵌套在所述外环腔室(7)中构成嵌套环状结构，所述外环腔室(7)被所述内环腔室(6)分为外环上腔室(71)和外环下腔室(72)，所述外环上腔室(71)与所述外环下腔室(72)连通；所述内环腔室(6)靠近电极(8)的内侧壁上设有与外界相通的喷水孔(61)，所述外环上腔室(71)靠近电极(8)的内侧壁上设有与外界相通的喷气孔Ⅰ(711)，所述外环下腔室(72)靠近电极(8)的内侧壁上设有与外界相通的喷气孔Ⅱ(721)；所述喷气孔Ⅱ(721)的直径大于所述喷气孔Ⅰ(711)的直径；所述电极喷淋环(1)的内环面为倾斜面，所述电极喷淋环(1)套接在所述电极(8)上，所述电极喷淋环(1)内环面的上端到所述电极(8)外表面的距离小于所述电极喷淋环(1)内环面的下端到所述电极(8)外表面的距离；所述外环上腔室(71)内侧壁到所述电极(8)外表面的距离小于所述外环下腔室(72)的内侧壁到所述电极(8)外表面的距离；外环上腔室(71)靠近电极(8)的内侧壁、内环腔室(6)靠近电极(8)的内侧壁和外环下腔室(72)靠近电极(8)的内侧壁构成倾斜面；喷水孔(61)、喷气孔Ⅰ(711)和喷气孔Ⅱ(721)均垂直设置在倾斜面上。
2.如权利要求1所述的一种降低冶炼电极消耗的装置，其特征在于：所述喷水孔(61)喷出的水与所述电极(8)的夹角为β，所述喷气孔Ⅰ(711)喷出的气体与所述电极(8)的夹角为α，所述喷气孔Ⅱ(721)喷出的气体与所述电极(8)的夹角为θ。
3.一种如权利要求1或2所述的降低冶炼电极消耗的装置的使用方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤a.将进水管(2)与电极喷淋环(1)的内环腔室(6)密封连通，并在进水管(2)上安装水阀(3)；将进气管(4)与电极喷淋环(1)的外环腔室(7)密封连通，并在进气管(4)上安装气阀(5)；
步骤b.将电极喷淋环(1)固定在电极夹持器上；
步骤c.调试电极喷淋环(1)喷出水和气的流量，通过调节气阀(5)与水阀(3)调整水和气体喷出的流量；
步骤d.调试完成即可进行正常工作。
4.如权利要求3所述的降低冶炼电极消耗的装置的使用方法，其特征在于：所述步骤c的具体操作为：调节喷水孔(61)喷出的水与电极(8)形成的夹角β及水的流量，调节喷气孔Ⅰ(711)喷出的气体与电极(8)形成的夹角α及气体的流量，调节喷气孔Ⅱ(721)喷出的气体与电极(8)形成的夹角θ及气体的流量，夹角θ、α、β的大小及水和气流量的大小，要以水在电极(8)上能形成均匀的水膜且水不飞溅、不从电极(8)滴入电炉为准。
5.一种如权利要求1或2所述的降低冶炼电极消耗的装置的制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤1.冲压：选取非导磁的不锈钢圆环进行加工电极喷淋环(1)，对所选取的圆环进行冲压，使在圆环中心孔为圆台状，即圆环内环面为倾斜面；
步骤2.车加工：利用车床在圆环的外环面车出三个型腔，即内环腔室(6)的型腔、外环上腔室(71)的型腔和外环下腔室(72)的型腔；
步骤3.将薄壁圆环Ⅰ(62)焊接在内环腔室(6)的型腔上构成内环腔室(6)的外环面形成密封的内环腔室(6)，并对内环腔室(6)进行试压与检漏；
步骤4.在外环上腔室(71)的型腔和外环下腔室(72)的型腔上焊接薄壁圆环Ⅱ(73)，薄壁圆环Ⅱ(73)的上端焊接在外环上腔室(71)的顶壁上，薄壁圆环Ⅱ(73)的下端焊接在外环下腔室(72)的底壁上，薄壁圆环Ⅱ(73)构成外环上腔室(71)型腔和外环下腔室(72)型腔的外环面，形成密封的外环腔室(7)，并对外环腔室(7)进行试压与检漏；
步骤5.利用数控加工在内环腔室(6)的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷水孔(61)，在外环上腔室(71)的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷气孔Ⅰ(711)，在外环下腔室(72)的内侧壁上加工一圈均匀分布的喷气孔Ⅱ(721)；
步骤6.将进水管(2)与电极喷淋环(1)的内环腔室(6)密封连通，并在进水管(2)上安装水阀(3)；将进气管(4)与电极喷淋环(1)的外环腔室(7)密封连通，并在进气管(4)上安装气阀(5)。
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