CN1099573C - 电弧熔化炉 - Google Patents

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Abstract

一种电弧熔化炉，其中炉体具有电极，利用电弧热熔化废铁；空气吹入口将空气吹入到炉体内；碳吹入量指示器测量炉体内的碳的量；废铁装入量指示器测量装入到炉体内的废铁的量；吹入氧气量指示器测量吹入到炉体内的氧气的量；运算器根据碳吹入量指示器、废铁装入量指示器和吹入氧气量指示器的测量值计算使炉体内的一氧化碳完全燃烧所需要的空气量，并据此控制空气控制阀的开度，从而控制炉体内的燃烧温度和废铁预热装置内的温度。

Description

电弧熔化炉
技术领域
本发明涉及利用电弧熔化废铁、作为钢铁再生的电弧熔化炉。
背景技术
利用图1的纵剖面图说明先有的电弧熔化炉的一个例子，炉体a的炉顶是水冷炉顶b，在其中心垂直地设有电极c，在炉体a的底部设有用以吹进氧气的吹氧口d。
在炉体a的侧面有出铁口e，在其外侧设置的出铁口门f由门升降气缸g控制升降，上升时将出铁口e打开，下降时将出铁口e关闭。
在炉体a的水冷炉顶b上安装着排气管道h，用于输送废铁i的输送带j设在排气管道h的内部，另外，还形成空气吸入口k。
与焦炭等炭原料一起由输送带j输送到炉体a内的废铁i被电极c产生的电弧热加热熔化成为铁水1。水冷炉顶b的作用是吸收从铁水1的表面发射的辐射热。
从吹氧口d吹进来的氧气与碳发生反应，产生一氧化碳m，一氧化碳m在从出铁口e及其他缝隙侵入的空气n中会发生部分燃烧，但是，由于侵入空气n的量很少，所以，一氧化碳m不能完全燃烧，30～60％的一氧化碳m直接进入排气管道h内，在从空气吸入口k进入的空气中再次燃烧，作为废气o排出去。当废气o通过排气管道h时，便对由输送带j向炉体a内输送的废铁i进行预热。
在上述图1所示的先有的电弧熔化炉中，由于在炉体a内产生的一氧化碳m在从缝隙闯入的空气n中进行燃烧，但由于该闯入空气n的量很少，故只能部分燃烧，所以，在有侵入空气n的部分局部温度上升，致使温度不均匀，不能均匀地加热铁水1。
另外，由于向炉体a内供给的燃烧用的空气有赖于从缝隙侵入的空气n，所以，该空气量与在炉体a内产生的一氧化碳m的量无关，只能随其自然燃烧，因此，不能依靠上述一氧化碳m的燃烧来控制炉内温度，从而对于根据电弧熔化炉的状态提高热效率几乎没有任何作用。
另外，在炉体a内，由于由侵入空气n引起的部分燃烧，火焰偏向于某一部分，所以，不能有效地防止从铁水1的表面发射的辐射热向水冷炉顶b散逸，因此，将降低电弧熔化炉的热效率。
由于在由上述侵入空气n引起的不均匀燃烧中未燃烧的残留在炉体a内的一氧化碳m以不均匀的浓度直接导入排气管道h内，所以，在排气管道h内由于燃烧不均匀而不能均匀地加热废铁i，或者有引起爆炸等危险。另外，由于在排气管道h内的燃烧不均匀，产生的热量分布也不均匀，所以，在排气管道h内对废铁i的预热就不均匀，并且，完全不能控制废铁i的预热温度。
本发明的目的是提供这样一种电弧炉化炉，它可以克服这种先有的缺点，在该电弧熔化炉中可以控制炉体内的燃烧温度和废铁预热装置内的温度，从而可以提高热效率和安全性。
发明的公开
在本发明中，运算器根据投入到炉体内的碳、废铁、氧气的量计算在炉体内发生的一氧化碳的量，通过控制阀从空气吹入口向炉体内供给与该一氧化碳的发生量成正比的空气量，因此，可以使炉体内的一氧化碳均匀地燃烧，从而提高热效率，并且可以防止一氧化碳导入废铁预热装置内。
在本发明中，根据压力、气体分析指示器和温度指示器的测量值修正由从炉体的缝隙等侵入的空气及向炉体内投入的碳、废铁、氧气的计量误差产生的实际所需空气量的偏差，因此能供给与炉内产生的一氧化碳的量对应的适量空气。
在本发明中，由于从设在炉壁上的多个空气吹入口沿切线方向将空气向炉体内上部空间吹入，所以，可使炉体内的一氧化碳均匀地燃烧，同时，可以防止由于上部空间的燃烧使铁水的高温辐射热直接向水冷炉顶辐射。
在本发明中，由于从设在炉壁上的多个空气吹入口向炉体内上部空间的中心吹入空气，所以，可使炉体内的一氧化碳均匀地燃烧，同时，可以防止由于上部空间的燃烧使铁水的高温辐射热直接向水冷炉顶辐射。
在本发明中，将由诱导风扇从废铁预热装置的上部出口诱导排出的气体的一部分，利用再循环风扇使之再次循环到炉体内的上部空间，并且，通过调节上述排出气体的再循环量，稀释炉体内的一氧化碳，以使炉体内的上部空间的温度达到设定温度。
在本发明中，将由诱导风扇从废铁预热装置的上部出口诱导排出的气体的一部分，利用再循环风扇吹入到废铁预热装置的下部导入部，并且，通过调节上述排出气体的再循环量，以使该下部导入部的温度达到设定温度，另外，通过调节从上述废铁预热装置的下部导入部旁通到上部出口的下流侧的排出气体的流量，稀释导入到废铁预热装置内的一氧化碳，进行废铁预热装置内的温度控制，以使上述上部出口温度达到设定温度。
附图的简单说明
图1是先有的电弧熔化炉的一个例子的纵剖面图；
图2是第1和第2发明的一个实施例的纵剖面图；
图3是从III-III方向看图2的第3发明的一个实施例的剖面图；
图4是第4发明的一个实施例与图3相同的剖面图；
图5是第5发明的一个实施例的纵剖面图；
图6是第6发明的一个实施例的纵剖面图。
实施发明的最佳形态：
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图2是第1和第2发明的一个实施例的纵剖面图，炉体1的炉顶为水冷炉顶2，在该水冷炉顶2的中心垂直地设有电极3，在偏离中心的位置设有碳吹入口4和废铁预热装置5。并且，在水冷炉顶2的周围和电极3的周围装配着密封部件6，使其没有缝隙，空气不能从外部侵入到炉体1内。
碳吹入口4用于将按碳吹入量指示器CI计量的焦碳、石墨等碳原料吹入炉体1内，并且将碳吹入量作为电信号输给运算器7。
在废铁预热装置5上设有推出废铁用的推进器8，同时，在排气口11上设有压力-气体分析计9。废铁推进器8在废铁推出驱动机10的驱动下动作，从排气口11将废铁推到炉体1内。废铁推出量由废铁装入量指示器SI根据废铁推出驱动机10的移动量进行计量，并作为电信号输给运算器7。另外，压力-气体分析计9检测废铁预热装置5内的气体压力、一氧化碳量和氧气量，并由压力-气体分析指示器PI-GI(压力指示器PI、气体分析指示器GI)作为电信号输给运算器7。
在炉体1的底部，设有吹入氧气的氧气吹入口12，用以将氧气吹入炉体1内。并且，该氧气量由吹入氧气量指示器OI计量，作为电信号输给运算器7。在图2中，将氧气吹入口12设在炉体1的底部，但是，也可以设在炉体1的侧面上部。
另外，还设有用于测量炉体1内上部空间C的温度的温度计21，由该温度计21测量的温度从温度指示器TI输给运算器7。
在炉体1的侧面设有出铁口13，设在其外侧的出铁口门14由门升降气缸15控制升降，上升时将出铁口13打开，下降时将出铁口13关闭。并且，当出铁口门14下降时由门挤压气缸16将出铁口门14挤压到炉体1上，使空气不能从出铁口13闯入到炉体1内。
在炉体1的外部有鼓风机17，由该鼓风机17通过空气流量计18、空气控制阀19从设在炉体1上的空气吹入口20将空气或氧气或富含氧气的空气吹入到炉体1内的上部空气C内。吹入到炉体1内的空气量由空气流量计18测量，并从空气流量指示器AI输入运算器7。另外，空气控制阀19的开度由运算器7的信号控制。
图3是第3发明的一个实施例，上述空气吹入口20至少设有2个以上，并且相对于炉体1的壁1a沿切线方向吹入空气。
图4是第4发明的一个实施例，上述空气吹入口20设有4个以上，在大型的电弧熔化炉中设置4～36个，用以从炉体1的1a向炉体1的上部空间c的中心吹入空气。
在图2和图3中，进入废铁预热装置5内的废铁由废铁推进器8从排气口11推到炉体1内，由电极3产生的电弧热加热熔化后成为铁水22。通过从碳吹入口4吹入碳原料，从氧气吹入口12吹入氧气，进行铁水22中含碳量的调整和精炼。这时，吹入的碳原料和废铁中的碳原料与吹入的氧气发生反应，产生一氧化碳23和热量。这时的发热量是每1kg碳为2450KCal(千卡)。
产生的一氧化碳23是可燃性气体，为了使该一氧化碳23完全燃烧，在图2的装置中，由鼓风机17通过空气流量计18和空气控制阀19控制所需量，从空气吹入口20将空气或氧气或富含氧气的空气吹入到炉体1内，形成火焰24。这时由燃烧反应产生的发热量是每1Kg碳为5630千卡，产生出大量的热。吹入氧气或富含氧气的空气时，与吹入空气时相比，可以提高燃烧火焰温度，同时可以减少排气量。
一氧化碳23燃烧后的高温气体从排气口11通过废铁预热装置5对装入废铁预热装置5内的废铁进行预热，失掉热量后成为低温废气25排出炉外。
炉体1装配上密封部件6后便将缝隙堵死，在出铁口13处对出铁口门14设置门挤压气缸16，将闯入的空气减少到最小限度，从而形成密闭型的炉。
在炉体1内产生的一氧化碳23的量，由进入铁水22内的碳量和吹入的氧气量决定。
进入铁水22内的碳量是由碳吹入量指示器CI计量的从碳吹入口4吹入的碳量、从电极3进入铁水22内的碳量和根据废铁装入量指示器SI的计量计算所能算出的废铁中含有的碳量。当从废铁装入量指示器SI将废铁推出量输给运算器7时，该运算器7便计算每单位时间内投入铁水内的碳量，同时，根据吹入氧气量指示器OI的信号输入从氧气吹入口12吹入的氧气量，根据反应计算，计算出产生的一氧化碳23的量。
对于由反应计算得到的一氧化碳23，由运算器7计算从空气吹入口20吹入到炉体1内的空气或氧气或富含氧气的空气的量，同时，向空气控制阀9输出信号，将由空气流量计18计量的空气或氧气或富含氧气的空气的量吹入到炉体1内。
从空气吹入口20吹入到炉体1内的空气或氧气或富含氧气的空气以每秒30～100m的流速吹入到炉体1内，与从铁水22的表面产生的一氧化碳23混合，在炉体1内全面形成火焰，进行燃烧。
由燃烧产生的辐射热对铁水22进行加热并保温，同时，也大大减少火焰24从铁水22表面向冷炉顶2的热辐射。当然，由于从火焰24辐射的辐射热还会到达水冷炉顶2，所以，会从火焰24产生热损失，但是，可以防止从铁水22产生的传热损失。即，通过使以往只能部分地使用的一氧化碳23在炉体1内燃烧，可以提高电弧熔化炉的热效率。
另外，由于在废铁预热装置5中不进行先有的那种一氧化碳23的再燃烧，所以，不会由于燃烧火焰而引起热量不均匀，同时废铁经过有效地预热，以往为200℃的预热温度，现在可以达到500℃以上，所以，可以提高总体的热效率。
在上述实施例中，为了使炉体1内的一氧化碳23完全燃烧，通过预测计算来控制所需要的空气量，但是，由于不可能使炉体1完全没有缝隙，所以，会侵入所需要量的空气，并且使投入炉体1内的碳、废铁和氧气的实际投入量与测量值之间产生误差。
因此，将由压力、气体分析指示器PI·GI通过压力、气体分析计9对排气口11处的气体进行压力检测和气体分析所检测到的测量值、以及由温度指示器T1通过温度计21测量炉体1内上部空间C的温度所得的测量值输送给上述运算器7，作为使上述炉体1内的一氧化碳23完全燃烧而计算所需要的空气量的修正信号。这样，便可控制从空气吹入口20吹入到炉体1内的空气或氧气或富含氧气的空气的量对应于所产生的一氧化碳23的量不会太多或不足，从而可以将上述一氧化碳23有效地应用于废铁的熔化。
在图3中，由于从设在炉体1的壁1a上的多个空气吹入口20沿切线方向将空气向炉体1内上部空间C内吹入，所以，可以均匀地有效地使炉1内的一氧化碳23燃烧，并且，由于在上部空间C内的燃烧，可以防止铁水22的高温辐射热直接向水冷炉顶2辐射。
在图4中，由于从设在炉体1的壁1a上的多个空气吹入口20向炉体1内上部空间C的中心吹入空气，所以，可以使炉体1内的一氧化碳23均匀地燃烧，并且，由于在上部空间C内的燃烧，可以防止铁水22的高温辐射热直接向水冷炉顶2辐射。
图5是第5发明的一个实施例，图中，标以和图2相同的符号的部分表示同一种机构。
在炉体1的壁1a的上部位置，形成从外向内开口的排出气体吹入口26，另外，在设在上述炉体1的上部的用以利用从炉体1排出的气体预热供给炉体1内的废铁的废铁预热装置5的上部出口27处，通过排气管28和气体冷却器29与诱导风扇30连接。
另外，在该诱导风扇30的排气端与上述炉体1的排出气体吹入口26之间通过排出气体供给管31连接，在该排出气体供给管31的中途设有再循环风扇32，用于将上述诱导风扇30的排气端排出的气体25的一部分供给上述炉体1的上部空间C内。并在该再循环风扇32的排气端设有流量调节挡板33。
另外，还设有温度计34和上部空间温度控制器37，温度计34用于检测上述炉体1内的上部空间C的温度，上部空间温度控制器37在输入该温度计34的检测温度35和设定温度36后调节上述流量调节挡板33的开度，以使上述炉体1内的上部空间C的温度达到设定温度36。38是测量上述排出气体供给管31的再循环流量的流量计。
在图5中，废铁预热装置5的上部出口27排出的气体25被气体冷却器29冷却后，由诱导风扇30进行吸引排出。利用再循环风扇32将该诱导风扇30的排气端排出的气体25的一部分通过排出气体供给管31再循环到炉体1内的上部空间C内，并且，将检测炉体1内上部空间C的温度的温度计34的检测温度35输给已输入了设定温度36的上部空间温度控制器37，利用该上部空间温度控制器37边观察流量计38的检测值边调节上述流量调节挡板33的开度，从而调节排出气体25的再循环量，以使温度计34的检测温度35达到设定温度36。
通过使上述冷却过的排出气体25再循环到上部空间C内，可以将上部空间C内保持在指定的设定温度36，另外，可将炉体1内的一氧化碳23均匀地稀释，并且利用氧浓度低的排出气体25的再循环，可以防止在废铁预热装置5内发生氧化、以及燃烧不均匀或爆炸等现象。
图6是第6发明的一个实施例，图中，标以和图2及图5相同符号的部分表示同一种机构。
设在炉体1上部的废铁预热装置5的上部出口27，通过排气管28和气体冷却器29与诱导风扇30连接，在该诱导风扇30的排气端与在上述废铁预热装置5的下部导入部39处形成的排出气体吹入口40之间，通过排出气体供给管41连接，在该排出气体供给管41的中途设有再循环风扇42，用以将上述诱导风扇30的排气端排出的气体25的一部分供给上述废铁预热装置5的下部导入部39。另外在该再循环风扇42的排气端设有流量调节档板43。
另外，还设有温度计44和导入部温度控制器47，温度计44用于检测上述废铁预热装置5的下部导入部39的温度，导入部温度控制器47在输入该温度计44的检测温度45和设定温度46后调节上述流量调节挡板43的开度，以使上述下部导入部39的温度达到设定温度46。48是测量上述排出气体供给管41的再循环流量的流量计。
还设有将废铁预热装置5的下部导入部39与排气管28的上部出口27的下流侧连接起来的旁通管49，同时，在该旁通管49上设有旁通挡板50。另外还设有温度计51和出口温度控制器54，温度计51用于检测上述废铁预热装置5的上部出口27的温度，出口温度控制器54在输入该温度计51的检测温度52和设定温度53后，调节上述旁通挡板50的开度，以使上述上部出口27的温度达到设定温度53。55是设在上述旁通管49上的开闭挡板。
在图6中，废铁预热装置5的上部出口27排出的气体被气体冷却器29冷却后由诱导风扇30进行吸引排出。利用再循环风扇42通过排出气体供给管41，将该诱导风扇30的排气端排出的气体25的一部分再循环到废铁预热装置5的下部导入部39内，并且，将检测下部导入部39的温度的温度计44的检测温度45输给已输入了设定温度46的导入部温度控制器47，利用该导入部温度控制器47边观察流量计48的检测值边调节上述流量调节挡板43的开度，从而调节排出气体25的再循环量，以使温度计44的检测温度45达到设定温度46。
通过使上述冷却过的排出气体25再循环到下部导入部39内，使下部导入部39的温度保持在指定的温度，并且利用氧浓度低的排出气体25将下部导入部39内的一氧化碳23均匀地稀释，可以防止在废铁预热装置5内废铁发生氧化以及不均匀燃烧及爆炸等现象。
另外，通过旁通管49和旁通挡板50使废铁预热装置5的下部导入部39排出的气体25从上述上部出口27的下流侧旁通，并且将检测上部出口27的温度的温度计51的检测温度52输给已输入了设定温度53的出口温度控制器54，利用该出口温度控制器54调节上述旁通挡板50的开度，从而调节排出气体25的旁通流量，以使温度计51的检测温度52达到设定温度53。
由于通过旁通管49可以调节上述下部导入部39的排出气体25的一部分使其从上部出口27的下流侧旁通，所以，可以将上部出口27的温度控制在指定的温度。这样，还可防止产生白烟及有害物质(二噁英)。另外，由于可使对废铁进行预热的过剩的排出气体25旁通，所以，可以减少由废铁预热装置5引起的压力损失，从而可以实现诱导风扇30的小型化。另外，当在废铁预热装置5内发生堵塞等故障时，还可以使排出气体25从旁通管49排出，所以，可以兼作安全装置。
工业上利用的可能性：
在熔化废铁的电弧熔化炉中，可以控制炉体内的燃烧温度和废铁预热装置内的温度，从而适合于提高热效率和安全性。

Claims (4)

1.一种电弧熔化炉，其特征在于：具有炉体、空气吹入口、碳吹入量指示器、废铁装入量指示器、吹入氧气量指示器和运算器，炉体具有电极，利用电弧热熔化废铁；空气吹入口通过空气控制阀将空气、氧气或富含氧气的空气吹入到上述炉体内的上部空间内；碳吹入量指示器测量装入上述炉体内的碳的量；废铁装入量指示器测量装入到上述炉体内的废铁的量；吹入氧气量指示器测量吹入到上述炉体内的氧气的量；运算器根据上述碳吹入量指示器、废铁装入量指示器和吹入氧气量指示器的测量值计算使上述炉体内的一氧化碳完全燃烧所需要的空气量，并据此控制上述空气控制阀的开度。
2.按权利要求1所述的电弧熔化炉，其特征在于，为得到修正信号，以计算使炉内的一氧化碳完全燃烧所需要的空气量，除了来自指示器的测量值之外，上述运算器还接收来自用于检测在炉体的排气口的排气压力的压力指示器和用于分析气体的气体分析指示器的测量值，和来自用于测量炉体上部空间温度的温度计的测量值。
3.按权利要求1或2所述的电弧熔化炉，其特征在于：空气吹入口在炉壁上具有多个，并且沿切线方向将空气吹入到炉体内上部空间。
4.按权利要求1或2所述的电弧熔化炉，其特征在于：空气吹入口在炉壁上具有多个，并且将空气吹入到炉体内上部空间的中心。
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