CN117367099A - 料流可控隔腔鼓风式电炉装置及冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种料流可控隔腔鼓风式电炉装置及冶炼方法，包括下炉体、预热室、炉盖和电极组件，下炉体具有熔分池；上炉体设置有从预热室内纵向延伸至熔分池的堆料空间；电极组件穿过炉盖后伸入下炉体中；热风口设置在预热室下部，用于向堆料空间的下部送入热风，对堆料空间内堆积的物料进行加热；挡料机构安装在预热室侧壁，将堆料空间分隔为上下两部，通过驱动机构带动挡料机构动作放料；出风口，设置在预热室的上部，用于换热后烟气的排出；堆料空间同时作为电弧熔炼烟气和热风向上弥散至出风口的通道。本发明，在物料熔炼过程中，用部分热风化学能替代电能，减少电的消耗，从而实现减排和提高经济效益。

Description

料流可控隔腔鼓风式电炉装置及冶炼方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别是涉及一种料流可控隔腔鼓风式电炉装置及冶炼方法。

背景技术

低碳背景下钢铁业发展面临巨大减碳压力，此外，资源条件的限制也对钢铁节能减排提出了更高的挑战。目前钢铁业避开高炉的典型减碳技术路径是：氢基(或气基)竖炉-还原铁-电炉炼钢工艺。但该工艺受全球精铁矿资源量及铁矿品位约束，竖炉生产出的还原铁一般铁素含量只有80％左右，这给后续电炉炼钢工艺带来了极大的挑战，电耗急剧上升，该类还原铁熔炼的理论电耗高达约700kwh/t(考虑炉子热效率)，甚至更高，如何低成本、绿色低碳熔炼低品质直接还原铁成为一个重大挑战。

低品质直接还原铁要实现低成本、低碳熔炼，降低电耗是首选方向。

1)燃料热能转换成电能，目前国内平均效率约在40％左右，考虑电能传输损耗后(90％)、电炉热传递效率(一般50％-70％)，通过燃料热值-电能-金属热量能量传递路径，金属热量/燃料热值*100％＝21.6％，也就是说，电炉流程通过电流传递的总能量效率在21.6％左右。

该数据也表明，一种炉子，如果化学能转换成金属热效率大于30％，电能由化学能替换的部分，就具有节能效果。

2)考虑到国内电能主要由煤电发电，电炉熔炼脉石含量较高的低品质直接还原铁除电耗高外，还带来了流程的碳排放增高。如果以绿色能源(如天然气，CH4、H2)作为化学能源，能源类型及效率提升会大大减少炼钢环节的碳排放(如在天然气丰富的中东地区)。

3)目前全球竖井废钢预热型电炉，物料加料或采用竖井堆料形式，其优点是热效率高，但缺点是熔池无法溶清，始终存在固液交界面，用于对直环铁比例较高的熔分冶炼时，金属液温度不均匀，出渣时容易导致金属料的损耗，降低金属收得率。

或集中批次加料式，在熔池中形成物料的爆发式堆积加料，对炉内熔池、电网、除尘、电极、噪音等成冲击，造成一个不连续的稳定冶炼环境，增加操作的难度和设备故障。

如果能够根据物料特性在竖井加料中料流可控，冶炼条件、生产环境、电磁辐射、噪音辐射会大幅度改善。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种料流可控隔腔鼓风式电炉装置，在熔炼过程中，用部分热风化学能替代电能，减少电的消耗，降低冶炼成本，同时实现料流的控制。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种料流可控隔腔鼓风式电炉装置，包括：

下炉体，所述下炉体具有熔分池，所述下炉体上设置有出渣口和金属液出口；

上炉体，安装在下炉体上，所述上炉体包括至少一个预热室，所述上炉体设置有从预热室内纵向延伸至熔分池的堆料空间，物料能够从堆料空间下行至熔分池；

炉盖，设置在下炉体或上炉体上，并与上炉体、下炉体共同围成冶炼预热空间；

电极组件，穿过炉盖后伸入下炉体中；

料流控制装置，包括挡料机构和用于驱动挡料机构放料的驱动机构，所述挡料机构设置在预热室下部，并将所述堆料空间分隔为上下两部分，挡料机构上方为上部空间，挡料机构至熔分池为下部空间，所述挡料机构具有透气间隙；

热风口，设置在所述上炉体的下部，用于向堆料空间送入热风；

出风口，设置在预热室的上部；

所述堆料空间同时作为电弧熔炼烟气和热风向上弥散至出风口的排出通道，且烟气和/或热风能够由下部空间上行穿过所述挡料机构后进入上部空间。

本发明一实施例中，所述预热室的数量为一个，或者预热室的数量为两个以上，每个预热室至少有一组料流控制装置。

本发明一实施例中，所述下炉体呈圆形，所述预热室沿下炉体周向间隔布置两个以上。

本发明一实施例中，所述下炉体呈长型，所述预热室沿下炉体长度方向布置有多个。

本发明一实施例中，所述炉盖和电极组件位于预热室的一侧；或者预热室为两个以上，所述炉盖和电极组件位于预热室之间。

本发明一实施例中，所述预热室或堆料空间的截面呈矩形。

本发明一实施例中，所述挡料机构呈梳齿结构，包括主支撑梁以及连接在主支撑梁上的多根平行且间隔设置的挡料臂，所述挡料臂之间的间隙形成所述透气间隙，所述挡料臂伸入堆料空间进行挡料。

本发明一实施例中，所述驱动机构包括第一驱动机构，所述挡料机构能够被第一驱动机构驱动以至少部分地伸入或者退出所述堆料空间，以控制料流；

和/或，所述驱动机构包括用于驱动挡料机构振动的第二驱动机构，通过所述第二驱动机构带动挡料机构振动加料，以控制料流。

本发明一实施例中，所述挡料机构的振动方向为横向或纵向。

本发明一实施例中，所述料流控制装置上设置有称量装置。

本发明一实施例中，所述热风口位于挡料机构上方或下方。

本发明一实施例中，所述料流可控隔腔鼓风式电炉装置还包括热风发生装置和热风环管，所述上炉体沿周向间隔布置有多个所述热风口，各个所述热风口均与热风环管连接，所述热风环管与热风发生装置连接。

本发明一实施例中，所述上炉体的下部沿周向间隔布置有多个用于向炉内喷吹的烧嘴；或者将热风口替换为烧嘴。

本发明一实施例中，每个所述预热室的炉顶设置有加料装置，所述出风口位于预热室上部的侧面或顶部，且所述出风口高于所述堆料空间的顶端。

本发明一实施例中，所述炉盖或者上炉体上设置有用于向被预热的物料喷吹碳粉的喷嘴。

本发明提出一种冶炼方法，采用所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置：

下炉体维持部分熔池；

挡料机构将上部空间和下部空间隔开，向预热室加入物料，物料从挡料机构向上堆积在预热室的上部空间中；

通过热风口向预热室鼓入高温热风，至少预热挡料机构上方的物料；

在下炉体中，电弧和热风共同将挡料机构下方的物料加热、熔化，物料熔化后形成的金属液体沉于下炉体底部，渣液层浮于金属液之上；

根据冶炼程度，驱动挡料机构连续或间断放料，使物料下行落入下部空间和下炉体中；

烟气以及热风通过物料间的间隙向上弥散，对堆料空间内的物料预热，并在换热后从出风口排出；

当液位达到设定位置，渣液从出渣口排出，金属液从下炉体的金属液出口排出。

本发明一实施例中，通过控制挡料机构伸入或退出所述预热室的伸入度的运动方式进行料流量控制；

或者，通过驱动挡料机构振动的方式进行放料，物料通过挡料机构的透气间隙落下；

或者，通过驱动挡料机构伸入或退出所述预热室的方式结合驱动挡料机构振动的方式，进行料流量控制。

本发明提出一种采用所述料流可控隔腔鼓风式电炉装置的冶炼方法：所述预热室为两个以上，各个所述预热室向下炉体进行交替定点给料，且在给料过程中通过挡料机构控制料流。

如上所述，本发明的有益效果在于：挡料机构将堆料空间分隔为上下两部分，冶炼时，从热风口喷入高温热风，加热从热风口到堆料顶端区域内的物料，电极组件在熔分池内电弧熔炼，随着堆积在挡料机构下方及周边的物料逐渐熔化，达到一定液位高度后完成渣液的明确分离，而挡料机构上方堆料空间内的物料被挡料机构挡住，热风/烟气穿透挡料机构的间隙预热上部物料，可根据挡料机构下方物料的熔化情况而进行放料。

热风从预热室下部穿透物料弥散向上，物料下行充分换热；由于堆料空间也部分或者全部作为烟气的排出通道，使得冶炼烟气、热风在向上排出的过程中也与物料换热，物料-热气流的逆向运动热传导，提高热利用效率。

在物料熔炼过程中，用部分热风化学能替代电能，减少电的消耗，从而实现减排和提高经济效益。挡料机构将上部空间物料托住并预热，并在排渣时减少渣液带走原料或金属元素，提高金属收得率，提高经济效益并减排。

附图说明

图1为一个实施例料流可控隔腔鼓风式电炉装置的结构示意图(直流)；

图2为图1的俯视图；

图3为一个实施例中料流控制装置的结构示意图；

图4为又一实施例料流可控隔腔鼓风式电炉装置的结构示意图(交流)；

图5为图4的俯视图(省略热风发生装置、除尘管)；

图6为再一实施例双炉体料流可控隔腔鼓风式电炉装置的结构示意图(直流)；

图7为图6的俯视图(省略热风发生装置、除尘管、循环旁路)；

图8为实施例三个、四个预热室的布置示意图；

图9为实施例六预热室料流可控隔腔鼓风式电炉装置的预热室布置示意图；

图10为实施例多预热室料流可控隔腔鼓风式电炉装置主视图示意图(带料仓)；

图11为实施例多预热室料流可控隔腔鼓风式电炉装置的预热室布置及烟气循环示意图；

图12为实施例中采用烧嘴替换热风口或在热风口内设置烧嘴的示意图；

图13为传统电炉烧嘴表面热传导模型示意图；

图14为本发明热风传热模型示意图。

零件标号说明：

1-电极组件，2-炉盖，3-上炉体、3a-预热室，4-热风环管，5-热风口，6-金属液出口，7-下炉体，8-出渣口，9-加料装置，10-除尘管，11-挡料机构，11a-主支撑梁，11b-挡料臂，12-物料，13-渣液，14-金属液、15-热风发生装置，16-喷嘴，17-堆料空间，17a-下部空间，17b-上部空间，18-维护隔板；19-第一驱动机构；19a-驱动部件；19b-支撑架；20-第二驱动机构；21-称量装置；22-烟气循环旁路；23-烧嘴。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例

经研究，降低电炉电耗除采用一系列技术手段外(如废钢预热、电炉炉型优化等等)，还可以对电炉冶炼进行能量分级传递，来提高能源的利用效率。

以冷态废钢/还原铁为原料例：

废钢/还原铁原料40℃

出铁/出金属液钢液温度：1460～1640℃

天然气烧嘴火焰温度2000℃(纯氧/富氧可获得更高温度)

电弧温度4000～8000℃

从上述数据可看出，由于热源与被加热介质的温度差，化学能烧嘴加热冷态废钢/还原铁的理论效率是较高的(50～80％以上)；而化学能烧嘴加热钢液表面热理论效率是非常低的(不到20％，被热烟气带走排出)，传统电炉烧嘴(纯氧或富氧燃烧)表面热传导模型如图13所示；对电弧加热而言无论是废钢还是钢液(覆盖泡沫渣)理论热效率都很高，但受限于电能生产能源转换效率不高。

电炉生产能源分级传递的概念是，在废钢/还原铁原料在较低温度区域(100～1200℃，取决于设备结构形式)采用化学能预热，以避开发电能量效率低(40％)的问题，而在高温区域(800～1640℃)采用电能加热冶炼。

对于化学能热能传递模式，不同的设计热能传递效率可能是差异非常大的，以下述理论可实现的鼓风传热模型，其热风气体-固体接触传热效率，其不计装置热散的热效率可以达到(1200-300)/1200*100％＝75％(与物料温度、热风/烟气温度、物料加热时间、堆料空间大小、堆料空间高度、预热室热散失等有关)，远远高于电加热总效率21％，也高于传统电炉烧嘴表面热传导的热效率(电炉形成平熔池后，热效率小于20％)。

高温热风鼓风模式对热风的温度要求也不是太高(相比传统电炉的烧嘴：天然气+纯氧)，这为燃料、热源的来源提供了广泛的选择空间。本发明的热风传热模型如图14所示。

为此，将鼓风加热与电炉结合，是提高电炉总热效率的重要技术途径。而形成的条件是要求提供足够堆料空间和堆料高度，并形成物料-热气流的逆向运动热传导。基于此，本发明提供一种料流可控隔腔鼓风式电炉装置及冶炼方法。既可以熔分低品质直接还原铁、也可以冶炼直接还原铁/废钢(破碎料)混合配料，或熔分某些金属矿石料等。

如图1至图11所示，本例中示例的一种料流可控鼓风式电炉装置，包括下炉体7、上炉体3、预热室3a、炉盖2、电极组件1、料流控制装置等。

其中，下炉体7具有熔分池，用于溶化物料12及渣液13分离，该下炉体7上设置有出渣口8和金属液出口6，其中出渣口8的高度高于金属液出口6的高度；其中物料12可以为直接还原铁(例如由竖炉生产的海绵铁)，或者物料12包括直接还原铁和废钢，或者物料12为合金矿；

上炉体3安装在下炉体7，并位于下炉体7的上方，上炉体3具有至少一个预热室3a，预热室3a可以为直立或倾斜设置，上炉体3设置有从预热室3a内纵向延伸至熔分池的堆料空间17，即堆料空间17包括预热室3a内部分和预热室3a下方至熔分池的部分；堆料空间17具有一定的纵向高度，堆料空间17的下端连通熔分池，所述堆料空间17用于堆积物料12；物料12能够从堆料空间17落下至熔分池。

其中，料流控制装置包括挡料机构11和用于驱动挡料机构11放料的驱动机构，挡料机构11设置在预热室3a下部，挡料机构11将堆料空间17分隔成下部空间17a和上部空间17b，即位于挡料机构11上方的上部空间17b，和位于挡料机构11下方的下部空间17a，所述挡料机构11具有透气间隙，使得烟气和热风能够上行穿过挡料机构11对上部空间17b的物料进行预热。其中上部空间17b堆料是从挡料机构11向上堆积，下部空间17a堆料是从金属液或渣液层向上堆积，下部空间17a堆积的物料顶端通常与挡料机构11之间有间隔空间。

当向预热室3a内加入物料12时，物料12可以在自身重力作用下落下，由下向上堆积在堆料空间17下方的熔分池以及堆料空间17内；挡料机构11把堆存物料12分隔成为下部物料、上部物料。第一次加料时挡料机构11可以处于放料状态，物料下行落入熔分池和下部空间，待挡料机构11下方物料堆积到位后，继续堆料，物料则堆积在挡料机构11上。

炉盖2安装在下炉体7上；或者安装在上炉体3上，并位于预热室3a之间。炉盖2、上炉体3、下炉体7共同围成冶炼预热空间；炉盖2上开设有电极孔，电极组件1穿过炉盖2的电极孔后伸入下炉体7的熔分池中，电极组件1与电极孔之间有绝缘密封；

其中，上炉体3的下部(预热室3a的下部或预热室3a下方的上炉体3)设置有热风口5，通过热风口5可以向预热室3a的下部通入高温热风，对堆积于堆料空间17的物料12预热；包括对热风直接喷吹的物料12加热，以及热风向上弥散过程中对热风口5以上空间的物料加热；

在预热室3a的上部设置有出风口10，用于冶炼预热空间中冶炼烟气的排出，堆料空间17还同时作为电极组件1进行熔炼时产生的冶炼烟气、送入的热风向上弥散的排出通道，排出通道上端连接出风口10；冶炼烟气和热风上行过程中也与物料12换热，与物料12换热的模式，熔池上方的下部物料主要为表面热交换，挡料机构11上方的上部物料为烟气/热风弥散换热，换热表面积大，热效率较高。

每个所述预热室3a的炉顶设置有加料装置9，出风口10位于预热室3a上部的侧面或顶部，且所述出风口10高于所述堆料空间17的顶端。根据需要，炉盖2上也可设置加料装置9。

电弧熔炼过程中，熔分池的物料12逐渐熔化，堆料空间17的物料12逐渐落下；具体操作上，下部物料可以完全被熔化，而上部物料可以被挡料机构11托住；并根据需要控制挡料机构11的运动、加料装置9的加料操作，实现对下部物料、上部物料的操控。

由于堆料空间17也作为烟气的排出通道，使得冶炼烟气、热风在向上排出的过程中也与物料换热，物料-热气流的逆向运动热传导，提高热利用效率。

在物料熔炼过程中，用部分热风化学能替代电能，减少电的消耗，从而实现减排和提高经济效益。挡料机构11将上部空间17b的物料托住并预热，并在排渣时减少渣液带走原料或金属元素，提高金属收得率，提高经济效益并减排，便于下部空间及渣液的熔清。通过挡料机构11可以根据需要控制上部空间17b和下部空间17b的物料量。

如图1、图2、图4、图5所示在一些实施例中，炉盖2和电极组件1位于预热室3a的一侧，即炉盖2与上炉体3并排设置，均安装在下炉体7上。

如图6～图11所示，在一些实施例中，预热室3a为两个以上，每个预热室3a至少有一组料流控制装置，炉盖2和电极组件1位于预热室3a之间。该结构，炉盖2相当于支撑在上炉体3上。

在一些实施例中，热风口5位于挡料机构11上方(未示出)，送入的热风可预热上部空间17b的物料。该结构可以减小热风对挡料机构11的寿命影响。

如图1、图4、图6所示，在一些实施例中，热风口5位于挡料机构11下方，位于预热室3a下方的上炉体3上(或者预热室3a下部)，送入的热风可预热下部空间17a、上部空间17b的物料，增大预热物料的范围。

如图8所示，在一些实施例中，下炉体7呈圆形，预热室3a沿下炉体7周向间隔布置两个以上，各预热室3a的上部空间17b是相互隔开的，各预热室3a的下部空间17a通过熔池上方空间连通。

如图9和图11所示，在一些实施例中，下炉体7呈长型，预热室3a沿下炉体7长度方向间隔布置有多个，在下炉体7的宽度方向上可以相对设置两组预热室3a，电极组件1位于相对的预热室3a之间。

如图2、图5、图9、图11所示，在一些实施例中，预热室3a的堆料空间17截面形状，一般为带圆角的矩形以利于挡料机构11的设计，也可以为多边形或其它形状。

如图3所示，本发明一实施例中，挡料机构11呈梳齿结构，包括主支撑梁11a以及连接在主支撑梁11a上的多根挡料臂11b，挡料臂11b之间平行且间隔设置，挡料臂11b的一端与主支撑梁11a连接，另一端为自由端，挡料臂11b之间的间隔形成透气间隙，挡料臂11b伸入堆料空间进行挡料。透气间隙也是用于物料落下的间隙，双箭头所示为挡料机构11振动方向，物料下行，热风和烟气通过透气间隙上行。

间隙可穿透向上弥散的烟气和热风，挡料臂11b挡住物料的下落，考虑到物料摩擦形成的搭桥堆积效应，间隙设计一般是物料颗粒尺寸的3～10倍；为改善挡料特性和透气特性，也可以在物料中混合尺度较大的同类混合物，如对直还铁原料中，混入尺度可控的热压块料或废钢破碎料、或块状焦炭，以增大物料间隙，提高透气性。

其中，驱动机构包括第一驱动机构19，第一驱动机构19能够驱动挡料机构11沿预热室3a的侧向，至少部分地伸入或者退出堆料空间17，以控制料流；挡料机构11的运动轨迹可以是直线也可以是弧线。

挡料机构11伸入预热室的深度，决定了下部空间17a、上部空间17b联通通道的开度大小、完全隔断或完全打开，从而实现实现料流控制，在连续冶炼过程中控制下部物料、上部物料的堆料大小。该方式适合目前钢厂可见的常见的物料如块状、片状废钢任，颗粒状的直接还原铁、颗粒/小块状合金料、颗粒/小块状矿石、尺度可控的废钢破碎料及其混合物料。该方法对上部空间17b清仓有非常高的可靠性。例如挡料臂11a完全抽出预热室3a的情况下，可以实现清仓。

本例中以梳齿结构状的挡料机构11示例说明，如图1和图3所示，挡料臂11b呈弧形，第一驱动机构19包括驱动部件19a和支撑架19b，驱动部件19a一端铰接于预热室3a外壁，另一端与支撑架19b铰接，以带动支撑架19b俯仰动作，挡料机构11设置在支撑架19b上，本例中，支撑架19b为两根，支撑架19b的上端与预热室3a外壁铰接(例如通过铰接支座连接在预热室3a外壁)，主支撑梁11a的两端连接在两支撑架19b下部，提高挡料机构11运动时的支撑稳定性；支撑架19b上端铰接安装于预热室3a外壁或其它结构上，并以该铰接点为圆心俯仰摆动，挡料臂11b是以该铰接点为圆心的弧形结构。其中驱动部件19a可以是液压缸、气缸等，也可以其他可以带动支撑架19b摆动的结构。

驱动部件19a的设置，也可以设计为一组放在中部，通过一连接臂支撑在主支撑梁11a的中部(图10所示例)。

如图1和图3所示，在一些实施例中，挡料机构11以振动的方式放料，所述驱动机构包括用于驱动挡料机构11振动的第二驱动机构20，通过第二驱动机构20带动挡料机构11振动，物料从挡料臂11b之间的间隙落下，可以通过控制振动幅度，改变料流，振动方向可以是横向或纵向，横向包括平行于主支撑梁11a的方向和垂直于挡料臂11b的方向，纵向可以为上下方向。第二驱动机构20的数量可以是一组或两组，安置在适宜处并选择适宜的振动方向。

挡料机构11由第二驱动机构20驱动振动，以破环物料在间隙的搭桥堆积来实现加料，实现全部/部分堆料17b透过挡料机构11间隙可控地落入下部空间17a和下炉体7，以振动模式实现料流控制。当然这种加料方式适合：颗粒状的直接还原铁、颗粒/小块状合金料、颗粒/小块状矿石、尺度可控的废钢破碎料及其混合物料。第二驱动机构20为物理上可行的各种振动装置，包括机械偏心块振动器、压缩空气振动器、磁力振动器等。一般来说图3所示的第二驱动机构20三维振动力方向，均可破环挡料机构上方物料搭桥使得颗粒状物料从挡料机构间隙或挡料机构11端部与预热室3a侧壁缝隙中落入下炉体7。振动装置的力的方向应当选择使得挡料机构对破环物料搭桥破坏效果较好的方向，使得物料下行通畅性较好。振动装置可以设置在主支撑梁11a上或者主支撑梁11a的端部等。一般地，振动装置振动带动整个挡料机构11振动。

本装置的实际操作，可以单独通过挡料机构11伸入/抽出预热室的方式控制料流，也可以单独驱动挡料机构振动的方式控制料流；还可以根据物料状态，采用挡料机构伸入/抽出预热室，与振动交替(或同时)使用，实现料流控制。

料流控制装置上可以设置称量装置21，用于根据挡料机构11伸入深度来评估加料量。典型的称量装置21可以是在支撑架19a上设置的应变片21及其检测设备，在支撑架19a上设置弹性构件与应变片配合，通过检测应变片的变化来确定重量；也可在支撑架19b上端铰接支座(未绘)设置标准的物料重量检测件。

本发明一实施例中，所述炉盖2或者上炉体3上设置有用于向被预热的物料喷吹碳粉的喷嘴16。

在一些实施例中，为提高加热效率和加热均匀性，上炉体3的下部沿沿周向间隔布置有多个所述热风口5，在上炉体3下部的外侧环绕有热风环管4，各个热风口5均与热风环管4连接，热风环管4的进气口与热风发生装置15相连。热风发生装置15可以是燃烧装置，例如热风炉等，采用天然气、煤(粉)、重油等化学燃料燃烧产生，甚至在富氧/纯氧条件下产生的高温烟气。如果需要还原性气氛的烟气，可在热风中加入碳、煤、燃气等，以富燃燃烧实现烟气还原性调节。

热风来源也可以为热风发生装置15产生的高温烟气与电炉本身排出的部分高温烟气混合后的烟气，以调制适当温度的热风，减少冷空气的混入，提高热效率，如图11所示。

熔炼过程中，也可以对炉内用烧嘴/喷嘴对炉内冷区进行补温或喷射调节炉内气氛，产生的烟气、鼓入的热风、电极组件1的冶炼烟气上行，共同对堆料空间17及下行的物料12预热。烟气和热风弥散向上，透过物料12间的间隙，与堆料空间物料和下行物料12形成接触热传导加热，换热后的烟气和热风由出风口10排出，进行除尘或者回收利用等。

如图12所示，在一些实施例中，热风口5内布置有烧嘴23或者将热风口5替换为烧嘴23(如炉内还原性气氛要求不高时)，通过烧嘴23燃烧加热物料12，出风口排出的烟气也可以部分地回收利用。

在另一些实施例中，上炉体3的下部同时设置有热风口5和烧嘴，烧嘴沿预热室3a周向布置为多个，即可以采用鼓入热风和烧嘴燃烧加热的方式相结合。

具体而言，烧嘴与热风口5位于同一高度位置或者不同高度位置；当烧嘴与热风口5位于同一高度位置时，烧嘴与热风口5可以布置为沿预热室3a周向交替设置，当然也可以根据需求布置。

热风口喷吹的热风可实现温度控制、烟气成分控制；从而满足工艺环境的需要。如控制热风的还原性气氛(无氧或少氧)，当物料为还原铁时可以减少铁元素的烧损，提高收得率和经济效益，并防止设备在高温下被氧化；而热风温度的控制，防止还原铁在竖井内的板结，控制设备在适合的温度工作，设备更加稳定、可靠、少维护。

在一些实施例中，预热室3a的炉顶设置有加料装置9，出风口10位于预热室3a上部的侧面或者顶部，且出风口10高于堆料空间17的顶端，采用顶部加料，侧面出风的方式，便于布置。出风口10高出堆料空间17的顶端，使得所有物料12都能够进行换热，且避免物料12从出风口10逃逸。

出风口10可以连接导入除尘装置，便于后续除尘。当然出风口10也可以连接烟气回收利用的循环管路等。本例中，电炉装置还包括循环旁路22，以回收利用部分烟气(图11)。

本发明提出一种采用料流可控隔腔鼓风式电炉装置的冶炼方法，

下炉体维持部分熔池；

通过加料装置9，向预热室3a加入物料12，由于挡料机构11将堆料空间17分隔为上部空间17b和下部空间17a，挡料机构11处于挡料的关闭状态，物料12从挡料机构11向上堆积在预热室3a的上部空间17b中，部分物料可能从挡料机构11间隙落入熔分池或下部空间17a；第一次加料时，也可以部分或完全打开挡料机构11，让物料先落一部分到熔分池和下部空间，然后再关闭挡料机构11，进行放料控制；

通过热风口4向堆料空间17鼓入高温热风，当热风口4位于挡料机构11上方时，可以预热上部空间17b的物料，当热风口4位于挡料机构11下方时，可以预热下部空间17a和上部空间17b的物料；

在下炉体中，电极组件1的电弧和热风共同将挡料机构11下方的物料12加热、熔化，物料12熔化后形成的金属液体沉于下炉体底部，渣液层浮于金属液之上；

根据冶炼需求，驱动挡料机构11连续或间断地放料，使物料可控地下行，落入预热室3a的下部空间17a和下炉体7中；例如当挡料机构11下方的物料熔化至指定的程度后(人工操作生产时操作人员的经验、检测或自动冶炼时工艺模型设定的参数)；在放料过程中或者放料完成后也可以通过加料装置9向预热室3a上部空间补入物料；可以实现实时在线放料、补料。

电极组件1电弧冶炼过程中产生的烟气以及热风口4送入的热风通过物料间的间隙向上弥散，对堆料空间17内的物料预热，并在换热后从出风口10排出；

当液位达到设定位置，渣液从出渣口6排出，金属液从下炉体的金属液出口8排出。

本发明一实施例中，放料方式可以采用控制上述挡料机构11伸入/退出预热室3a的伸入度(伸入量)方式，部分地伸入/退出预热室3a，或者完全伸入/退出预热室3a；或者挡料机构11振动放料的方式，物料通过挡料机构11的间隙和挡料机构11与预热室3a侧壁间隙落下；亦或者两种方式的结合，两种方式交替进行或者同时进行。

本发明提出另一种采用所述料流可控隔腔鼓风式电炉装置的冶炼方法：当预热室3a为两个以上时，各个预热室3a根据冶炼工艺要求，向下炉体7进行交替定点给料，且在给料过程中通过挡料机构11控制各个预热室3a的料流。

具体地，上述装置的冶炼方法：通过炉盖上加料点、电弧熔炼；或其它兑液等方法，使得下炉体7中已经形成了熔池状态。以下主要描述物料12预热过程中的冶炼方法。

物料12预热的熔炼操作方法，将物料12加入预热室3a，物料12通过堆料空间17落下，被挡料机构11挡住，直到上部空间17b内继续堆积至接近上部物料的堆料高度(或称量装置11b设定的重量)，挡料机构11全部或部分打开，或挡料机构11振动，上部物料全部或部分从挡料机构11上方落入熔分池，形成下部堆料；挡料机构11完全关闭，加料装置9继续加料堆积至接近上部物料；在此期间，热风口5喷入高温热风以及电极熔炼的高温烟气，加热堆积在堆料空间的物料12，其中下部堆料主要为表面热传导，穿透挡料机构11的热风和烟气，对挡料机构11上部的堆料弥散穿透换热。

随着电极组件1在熔分池内电弧熔炼，堆积在下方的物料逐渐熔化，下部空间17a内的下部物料自然落下，下部物料逐渐熔化，下部物料高度逐渐降低。此过程中，待下部物料完全熔化，并保持一段时间温度时间后，确保渣液分离后，进行出渣、出钢等操作。

本实施例，在物料12熔炼过程中，用部分热风化学能替代电能，减少电的消耗，从而实现减排和提高经济效益。其中热风的温度在700°以上，通常可以为1000°-1500°；

如图1和图5所示，在一些实施例中，电炉电源分别为交流或直流电源，采用了单个预热室3a。这种炉型，考虑到挡料机构11等重要部件的承载能力和工作环境及设备使用过程中的维护便利性问题，比较适合于小型的隔腔鼓风式电炉。

如图6至图11所示，为解决本方案大型化问题，采用了多个预热室3a的技术方案。

图6、图7为两个预热室3a的主视图和俯视图示例，电炉电源分别为交流或直流电源均可。操作方法和工艺和单个预热室3a一致，但两个预热室3a，可以同时加料操作，也可以控制各自的挡料机构11实现交替加料操作。

图8为3、4个预热室3a在不同下炉体7的俯视图示例，演示了3、4个预热室的其中一种布置方式。

图9，并参考图6、图10主视图，为6个预热室布置的俯视图，电炉电源为交流或直流，通过下炉体7侧壁开多个出渣孔6和出钢口8，多个电极组件1，可实现鼓风电炉的大型化设计。

并在挡料机构11下方设置临时维护隔板18，以供预热室3a维护时临时封闭下炉体7上预热室7的开孔。

图11俯视图为n个预热室3a、m个电极组件1串列布置的俯视图，图10为其主视图，电炉电源为交流或直流，通过下炉体7侧壁开多个出渣口6和金属液出口8，可实现鼓风电炉的超大型化设计。

采用多个(两个及以上)预热室3a的电炉装置，其主要优点是：

在实现单预热室3a电炉工艺的基础上，电炉的大型化和超大型化成为可能。

多个预热室3a的电炉，布料点和布料量可控，实现了对下炉体7熔分池内的布料控制，并每次加料量可控，使得电炉熔炼工艺得到更大的优化。

多预热室机构布料点和布料量在一定程度上可控；多预热室储存了更多的物料，交替加料和预热使得预热室的物料的预热时间更长，物料预热更充分，传热效率也更高。

多预热室结构的电炉也具有较强的容错特性，如果某个预热室发生故障，可停下该预热室下部的热风口，对外部的可维修部分进行在线维护。

多预热室结构的电炉也具有模块化设计特性，减小单个预热室及挡料结构零部件的尺寸、体积、重量，便利整体设备的维护，并提高各零件抗机械、热负荷冲击，零部件的可靠性提高。

本电炉装置，对于不同的原特性，热风的氧化还原特性要根据需要作调整，如对物料12主要为多孔隙易燃的直接还原铁，对烟气中的氧含量敏感，则可以选择鼓风热风的为还原性气体(含氧量低，含CO、C、H2等还原性成分)，并可在配料时按需要混合或分层叠装焦炭或煤等固体燃料。而对其它对氧不敏感的金属矿石、废钢破碎料等，可采用燃气直接加热的方法。一般来说，在物料12配料中混合焦炭、煤等固体可燃物可以提高本电炉中化学能的比例，并提高炉子的还原性。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于，包括：

下炉体，所述下炉体具有熔分池；

上炉体，安装在下炉体上，所述上炉体包括至少一个预热室，所述上炉体设置有从预热室内纵向延伸至熔分池的堆料空间，物料能够从堆料空间下行至熔分池；

炉盖，设置在下炉体或上炉体上，并与上炉体、下炉体共同围成冶炼预热空间；

电极组件，穿过炉盖后伸入下炉体中；

料流控制装置，包括挡料机构和用于驱动挡料机构放料的驱动机构，所述挡料机构设置在预热室下部，将所述堆料空间分隔为上下两部分，挡料机构上方为上部空间，挡料机构至熔分池为下部空间，所述挡料机构具有透气间隙；

热风口，设置在所述上炉体的下部，用于向堆料空间送入热风；

出风口，设置在预热室的上部；

所述堆料空间同时作为电弧熔炼烟气和热风向上弥散至出风口的排出通道，且烟气和/或热风能够由下部空间上行穿过所述挡料机构后进入上部空间。

2.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述预热室的数量为一个，或者所述预热室的数量为两个以上；每个预热室至少有一组料流控制装置。

3.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述下炉体呈圆形，所述预热室沿下炉体周向间隔布置两个以上。

4.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述下炉体呈长型，所述预热室沿下炉体长度方向布置有多个。

5.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述炉盖和电极组件位于预热室的一侧；或者预热室为两个以上，所述炉盖和电极组件位于预热室之间。

6.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述预热室或堆料空间的截面呈矩形。

7.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述挡料机构呈梳齿结构，包括主支撑梁以及连接在主支撑梁上的多根平行且间隔设置的挡料臂，所述挡料臂之间的间隙形成所述透气间隙，所述挡料臂伸入堆料空间进行挡料。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：

所述驱动机构包括第一驱动机构，所述挡料机构能够被第一驱动机构驱动以至少部分地伸入或者退出所述堆料空间，以控制料流；

和/或，所述驱动机构包括用于驱动挡料机构振动的第二驱动机构，通过所述第二驱动机构带动挡料机构振动加料，以控制料流。

9.根据权利要求8所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述挡料机构的振动方向为横向或纵向。

10.根据权利要求8所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括驱动部件和支撑架，所述挡料机构安装在所述支撑架上，所述驱动部件用于驱动支撑架直线运动或者绕一铰点摆动。

11.根据权利要求1-7任意一项所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述料流控制装置上设置有称量装置。

12.根据权利要求1-7任意一项所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述热风口位于挡料机构上方或下方。

13.根据权利要求1-7任意一项所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述料流可控隔腔鼓风式电炉装置还包括热风发生装置和热风环管，所述上炉体沿周向间隔布置有多个所述热风口，各个所述热风口均与热风环管连接，所述热风环管与热风发生装置连接。

14.根据权利要求1-7所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述上炉体的下部沿周向间隔布置有多个用于向炉内喷吹的烧嘴；或者将热风口替换为烧嘴。

15.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：每个所述预热室的炉顶设置有加料装置，所述出风口位于预热室上部的侧面或顶部，且所述出风口高于所述堆料空间的顶端。

16.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述炉盖或者上炉体上设置有用于向被预热的物料喷吹碳粉的喷嘴。

17.根据权利要求1所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：所述预热室上位于挡料机构的下方设置有可伸入和抽出预热室的隔板。

18.一种冶炼方法，采用权利要求1-17任意一项所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：

下炉体维持部分熔池；

挡料机构将上部空间和下部空间隔开，向预热室加入物料，物料从挡料机构向上堆积在预热室的上部空间中；

通过热风口向预热室鼓入高温热风，至少预热挡料机构上方的物料；

在下炉体中，电弧和热风共同将挡料机构下方的物料加热、熔化，物料熔化后形成的金属液体沉于下炉体底部，渣液层浮于金属液之上；

根据冶炼程度，驱动挡料机构连续或间断放料，使物料下行落入下部空间和下炉体中；

烟气以及热风通过物料间的间隙向上弥散，对堆料空间内的物料预热，并在换热后从出风口排出；

当液位达到设定位置，渣液从出渣口排出，金属液从下炉体的金属液出口排出。

19.根据权利要求18所述的冶炼方法，其特征在于：

通过控制挡料机构伸入或退出所述预热室的伸入度的运动方式进行料流量控制；

或者，通过驱动挡料机构振动的方式进行放料，物料通过挡料机构的透气间隙落下；

或者，通过驱动挡料机构伸入或退出所述预热室的方式结合驱动挡料机构振动的方式，进行料流量控制。

20.一种冶炼方法，采用权利要求1-17任意一项所述的料流可控隔腔鼓风式电炉装置，其特征在于：

所述预热室为两个以上，各个所述预热室向下炉体进行交替定点给料，且在给料过程中通过挡料机构控制料流。