CN117588946A - 一种连续出钢感应熔化炉 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种连续出钢感应熔化炉，涉及炼钢设备技术领域，其包括开设有炉膛的炉衬，炉衬上具有与炉膛连通的出钢口和出渣口，沿重力方向上，出渣口的底壁高度高于出钢口的底壁高度；以及用于开关出钢口的封塞结构，炉膛中的钢水液面高度处于出钢口底壁高度与出渣口底壁高度之间时，封塞结构能够打开出钢口，在重力方向上出渣口高于出钢口设置，能够钢水和钢渣进行分离排出，不需要后续再对钢水钢渣混合物进行分离处理，可对废钢进行连续熔融处理，达到连续出钢效果，提高出钢效率，并且不需要进行周期性倾炉动作，降低炉衬损耗，延长炉龄。

Description

一种连续出钢感应熔化炉

技术领域

本申请涉及炼钢设备领域，尤其是涉及一种连续出钢感应熔化炉。

背景技术

感应熔化炉也称感应熔炼炉，是一种炼钢熔炼设备，一般由中频电源、电容柜、炉体、机械倾炉装置等组成。在实际生产过程中，废钢在炉体内熔炼成钢水和钢渣，熔融状态下的钢渣和钢水密度是不同的，熔融的钢渣浮在钢水上方，通过机械倾炉装置将钢水和钢渣从炉体顶部倒出，在倾炉过程中，原料熔炼需停止，因此现有的熔化炉采用的是顶出钢顶出渣的生产方式，其生产模式为节拍式熔化，周期性出钢。

针对上述中的相关技术，发明人认为，现有的熔化炉生产模式有如下缺陷：①采用顶出钢顶出渣的生产方式，钢水和钢渣混合，影响出钢质量；②采用节拍式熔化、周期性出钢的生产模式，生产效率低；③周期性出钢倾炉动作会降低炉衬以及炉体结构的稳定性，会造成炉龄降低，并且熔炼过程中炉体内部处于高温状态，而出钢过程以及重新向炉体内加料过程中，炉体内部温度降低，因此炉衬在生产过程中周期性冷热交替，炉衬使用寿命缩短，同样使得熔化炉的炉龄短。

发明内容

为了解决现有熔化炉生产模式所存在问题，本申请提供一种连续出钢感应熔炉。

本申请提供的一种连续出钢感应熔炉采用如下的技术方案：

一种连续出钢感应熔化炉，包括：开设有炉膛的炉衬，炉衬上具有与炉膛连通的出钢口和出渣口，沿重力方向上，出渣口的底壁高度高于出钢口的底壁高度；用于开关出钢口的封塞结构，炉膛中的钢水液面高度处于出钢口底壁高度与出渣口底壁高度之间时，封塞结构能够打开出钢口。

通过采用上述技术方案，在熔炼过程中，钢水的液面高度低于出钢口底壁高度时封塞结构关闭出钢口，而当钢水液面高度高于出钢口底壁高度并低于出渣口底壁高度时，封塞结构打开出钢口，由于熔融钢渣位于熔融钢水上方，钢水会在重力作用下从出钢口流出，此时可连续向炉衬内加入待处理的废钢并对废钢进行熔化，保持钢水的液面高度在出钢口底壁高度与出渣口底壁高度之间，实现钢水的连续出料，保障出钢效率；

另外当钢渣的液面高度高于出渣口的底壁高度时，钢渣可从出渣口流出，实现钢水与钢渣的分离，保障出钢质量；

在出钢出渣过程中不需要进行周期性机械倾炉动作，提高炉体结构稳定性，并保持炉衬内的高温状态，延长熔化炉使用寿命。

可选的，出渣口的底壁高度高于出钢口的中心高度，在炉膛中的钢水液面高度处于出钢口中心高度与出渣口底壁高度之间时，封塞结构能够打开出钢口。

通过采用上述技术方案，将出渣口的底壁高度高于出钢口的中心高度设置，在炉膛中的钢水液面高度处于出钢口中心高度与出渣口底壁高度之间时，封塞结构打开出钢口，使出钢口中则保持稳定流量的钢水流出，保障出钢效率，并且能够避免钢水从出渣口中流出。

可选的，该感应熔化炉还包括能够在炉膛内形成感应涡流的感应线圈，感应线圈围设在炉衬外侧，且感应线圈与出钢口、出渣口错开设置。

通过采用上述技术方案，感应线圈围设在炉衬外侧并与出钢口、出渣口错开设置，用以避让出钢口和出渣口，避免感应线圈影响出钢出渣。

可选的，该感应熔化炉还包括支撑架，支撑架包括用于支撑炉衬的炉壳以及用于固定感应线圈的绝缘固定件。

通过采用上述技术方案，设置支撑架用于支撑炉衬和感应线圈，提高熔化炉的结构稳定性，用于固定感应线圈的固定件采用绝缘材料，避免固定件带电漏电。

可选的，炉壳与感应线圈之间具有导磁体。

通过采用上述技术方案，导磁体位于炉壳与感应线圈之间，使导磁体与感应线圈之间形成闭环磁感线，减少炉壳上感应涡流的产生，对炉壳起到保护作用。

可选的，感应线圈与炉衬之间具有隔热缓冲层。

通过采用上述技术方案，在感应线圈与炉衬之间设置隔热缓冲层，以减小炉衬因高温膨胀变形而对感应线圈的挤压作用以及热传递作用，对感应线圈起到保护作用。

可选的，出钢口和/或出渣口具有流量控制结构。

通过采用上述技术方案，出钢口一般采用连续出钢的流量控制，而出渣口中，根据待熔融废钢中的钢渣含量来定制流量控制结构，如：当废钢中的钢渣含量较高时，出渣口可采用连续出渣的方式；当废钢中的钢渣含量较低时，出渣口中可设置定期出渣的流量控制结构。

可选的，该感应熔化炉还包括围设于炉衬外侧的冷却结构。

通过采用上述技术方案，设置冷却结构能够对炉衬及其炉衬上的其他结构进行降温，提高感应炉的安全系数。

可选的，出钢口和/或出渣口处具有保温结构。

通过采用上述技术方案，在出钢口和/或出渣口处设置保温结构，以减少钢水钢渣在流出时的冷却凝固情况，减少出钢口和出渣口的堵塞。

可选的，炉衬采用耐火砖堆砌或采用耐火材料捣打成型。

通过采用上述技术方案，炉衬采用耐火砖堆砌或采用耐火材料捣打成型，生产制造类型多，根据生产需求采用相应材料制成的炉衬即可，当炉衬采用耐火砖堆砌支撑，具有良好的耐高温和绝热效果并且制造成本低。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在本申请中，在重力方向上出渣口高于出钢口设置，能够钢水和钢渣进行分离排出，不需要后续再对钢水钢渣混合物进行分离处理，可对废钢进行连续熔融处理，达到连续出钢效果，提高出钢效率，并且不需要进行周期性倾炉动作，降低炉衬损耗，延长炉龄；

2.在本申请进一步设置中，感应线圈与炉衬之间设置隔热缓冲层，以降低炉衬高温膨胀变形对于感应线圈的影响，对感应线圈起到防护作用；

3.在本申请进一步设置中，在感应线圈与炉壳之间设置导磁体，以减小感应线圈在炉壳中所产生的涡流，对炉壳起到保护作用。

附图说明

图1是一种连续出钢感应熔化炉的立体结构示意图；

图2是图1的侧视剖面示意图；

图3是图2增加挡板和封塞结构后的结构示意图；

图4是封塞结构的三种实施例对比示意图；

图5是图1的中部俯视剖面示意图；

图6是图5中A的放大示意图。

附图标记说明：1、炉衬；11、炉膛；12、出钢口；121、出钢通道；13、出渣口；131、出渣通道；2、封塞结构；3、感应线圈；4、支撑架；41、顶架；42、绝缘固定件；43、底座；44、炉壳；45、连接柱；5、导磁体；6、隔热缓冲层；7、冷却结构；8、挡板；91、钢水层；92、钢渣层。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种连续出钢感应熔化炉，能够实现连续出钢出渣，并且将钢水和钢渣分开送出，不需要进行炉体倾翻卸料动作，提高出钢效率。如附图1、附图2所示，该感应熔化炉包括炉衬1、支撑架4和感应线圈3。其中；

支撑架4作为熔化炉的支撑结构，用于支撑炉衬1和感应线圈3；

感应线圈3与外接中频交流电源连接以在炉衬1中产生涡流，实现废钢的熔化；

炉衬1中开设有用于装载废钢和熔融液的炉膛11，且炉衬1上具有与炉膛11连通的出钢口12和出渣口13，沿重力方向出渣口13底壁高度高于出钢口12底壁高度，在出钢口12处设置封塞结构2用于开关出钢口12，当炉膛11中的钢水液面高度处于出钢口12底壁高度与出渣口13底壁高度之间时，封塞结构2能够打开出钢口12。

结合附图3，其实施原理为：在初始时炉膛11内无熔融的钢水钢渣，在生产前先向炉膛11内放入一定量的废钢，通过对感应线圈3通电使废钢熔化成熔融的钢水和钢渣，其中，钢渣层92位于钢水层91上方。

废钢持续熔化使得钢水液面上升，当钢水层91液面高于出钢口12底壁高度并低于出渣口13底壁高度时，可将封塞结构2打开，使钢水能够从出钢口12流出，而由于钢渣层92位于钢水层91上方，若钢渣层92液面高度高于出渣口13底壁高度时，钢渣能够从出渣口13流出，若钢渣层92液面高度低于出渣口13底壁高度时，出渣口13中无钢渣流出。

在出钢口12中有钢水流出后，向炉膛11内连续加入废钢进行熔化，通过控制合理的废钢熔化速率以及炉膛11中的进钢量，保持钢水层91液面保持动态平衡，即：使钢水层91液面高度始终处于出钢口12底壁高度与出渣口13底壁高度之间，并允许钢水层91液面高度在上述高度范围之间浮动，保证出钢口12能够连续稳定的出钢。

而对于钢渣层92，则分为两种情况：①当废钢中钢渣含量低时，废钢熔融后所产生的钢渣量少，无法使钢渣层92的液面高度始终保持在出渣口13底壁高度以上，从而无法进行连续出渣，少量的钢渣层92覆盖在钢水层91上方，起到保温作用不影响废钢连续熔化；②当废钢中钢渣含量高时，或随着废钢连续熔化而不断积累熔融钢渣后，钢渣层92达到一定钢渣量，使钢渣层92的液面高度始终保持在出渣口13底壁高度以上，能够实现连续出渣。

基于钢渣层92的两种情况，可在出渣口13处设置流量控制结构，来实现出渣口13的连续出渣或者间歇性出渣。其中，对于连续出渣，将出渣口13作开放式设置即可，根据废钢中的钢渣含量也可适当调节出渣口13的口径，当废渣含量高时可扩大出渣口13的口径，以避免因出渣速率小于钢渣层92液面高度上升速率，而出现钢渣从炉膛11顶部溢出的情况；而对于间歇性出渣，则在出渣口13处设置挡料用的挡板8即可，在出渣口13中的钢渣量重量足以推动挡板8转动打开出渣口13就可进行出渣动作。

在其他实施例中，也可根据生产需求在出钢口12处也设置流量控制结构，本实施例中是以连续出钢的方式进行生产，因此将出钢口12进行开放式设置即可。

另外，流量控制结构可以与外接控制系统电性连接，便于人工调控出钢、出渣流量，以提高控制性和人机交互性。

综上，本实施例中对于钢水层91液面以及钢渣层92液面的控制较为严苛，钢水层91、钢渣层92的液面高度变化会影响感应线圈3的输入功率（或废钢的熔化速率）以及在生产过程中的进钢量，在本实施例中可通过设置液面检测仪器（未图示）来对钢水层91和钢渣层92液面高度进行监测。

具体地，可采用红外液面监测仪或电磁波液面监测仪，液面监测精度高，将仪器安装在熔化炉上方，并使炉膛11顶部作开放式设置，方便进钢加量也减小对液面监测仪的干扰和影响。

另外，红外线或电磁波对于感应线圈3所产生的涡流会有一定影响，在其他实施例中，也可采用在炉衬1内侧壁相应高度作液面高度标识，通过人工观察的方式来对钢水层91和钢渣层92液面高度进行监测，也可通过出钢口12和出渣口13处的钢水、钢渣流量大小来反应液面高度。

在出钢口12处设置保温结构，以减少钢水在出钢口12处的冷却凝固，减小堵塞的情况出现。具体地，可在出钢口12处设置电热丝进行通电保温，也可采用额外的加热保温设备对出钢口12处进行保温处理。对于出渣口13也可设置相应的保温结构，特别是对于间歇性出渣方式时的出渣口13，更容易发生钢渣凝固堵塞情况。

本实施例中，为便于钢水和钢渣后续收集，在出钢口12处以及出渣口13处设置通道或者管道，需要说明的是：出钢口12和出渣口13指的是钢水和钢渣从该感应熔化炉排出的口，而并非特指钢水和钢渣从炉膛11中排出的口。在本实施例中，出钢口12和出渣口13指的是管道或者通道远离炉膛11一侧的开口，为便于说明，出钢口12处设置出钢通道121，出渣口13处设置出渣通道131。

出钢通道121呈茶壶状，连通于炉膛11侧壁底部，出钢口12则高于炉膛11底部设置，封塞结构2则采用与出钢通道121相适配的耐热塞棒，通过插拔方式来开关出钢通道121及出钢口12，耐热塞棒将整个出钢通道121堵住，避免钢水层91液面高度高于出钢口12底壁高度前，钢水流入到出钢通道121中滞留，在无法实现连续出钢生产要求下，钢水在出钢通道121中滞留也会容易出现钢水冷却凝固造成堵塞的情况。

在其他实施例中，出钢口12可设计成直通型，便于耐热塞棒的塞入，如附图4所示的三种耐热塞棒类型，第一种适用本实施例茶壶状的出钢通道121，第二种适用倾斜的直通型出钢通道121，第三种适用水平的直通型出钢通道121。

需要另外说明的是，出钢通道121连通于炉膛11侧壁底部但并不意味着出钢通道121仅能连通于炉膛11侧壁底部，在其他实施例中，将出钢通道121设置在炉膛11的底壁，可适应性的在出钢通道121中设置过滤结构，能够尽量将炉膛11内的钢水排出，并能避免出现未熔化的小颗粒废钢掉入到出钢口12中造成堵塞；又或者出钢通道121连通于炉膛11侧壁中部，使出钢通道121与炉膛11底壁之间具有一定高度，考虑到废钢中可能存在难熔融的杂质且杂质密度大于钢水密度，在废钢熔融后这些杂质沉积在炉膛11底部，长时间连续生产后杂质沉积量达到一定程度会对出钢通道121堵塞影响。

综上，出钢通道121的形状、位置等可基于实际生产需求来合理进行调整。

在本实施例进一步设置中，出渣口13的底壁高度高于出钢口12的中心高度，在炉膛11中的钢水液面高度处于出钢口12中心高度与出渣口13底壁高度之间时，封塞结构2能够打开出钢口12，以出钢口12处钢水流动的截面为圆形为例，在打开封塞结构2取出耐热塞棒后，出钢口12中单位时间内流出的钢水流量与出钢口12截面积的一半相等。即：上述的出钢口12与出渣口13高度相应的设置，使得出钢口12处能够以一定流量的钢水连续流出，保证钢水产出效率。

本实施例中，出渣口13底壁高度要高于出钢口12中心高度5-10cm，在连续生产过程中，使得钢水层91液面高度能够有一定的浮动范围，尽量减少钢水层91液面高度高于出渣口13底壁高度使得钢水从出渣口13流出的情况，减少钢水的浪费。

该感应熔化炉设置出钢口12和出渣口13来实现钢水、钢渣分离送出并能实现连续生产，使得炉体不需要进行倾翻卸料，在一般的需要倾炉出钢的熔化炉中，炉衬1一般不会采用耐火砖堆砌，避免熔化炉在倾炉过程中影响耐火砖堆砌的炉衬1的结构。而在本申请中，熔化炉不需要倾炉动作，炉衬1则可采用耐火砖堆砌而成，耐火砖材料可为硅铝质耐火砖、镁质耐火砖、含碳耐火砖等其中一种或几种，相对于现有的炉衬1或炉衬来说，采用耐火砖砌成的炉衬1具备良好的耐高温和绝热效果，满足熔化炉的使用需求，并且价格低节约成本。

在其他实施例中，炉衬1也可采用一般的耐火材料捣打成型即可。

对于炉膛11，其上下贯穿炉衬1，即：耐火砖只需堆砌成炉衬1侧壁即可，炉膛11上侧开口开放，以便熔化炉使用过程中向炉膛11内连续加入废钢，炉膛11下侧开口则通过支撑架4中的底座43进行封闭，底座43也需采用耐高温、绝热效果好的材料制成，在其他实施例中，也可在堆砌炉衬1时将炉膛11下侧开口直接封闭。

结合附图5、附图6，对于感应线圈3，围设在炉衬1外侧并与出钢口12、出渣口13错开设置。由于出钢口12与出渣口13在重力方向上有高度差，且出钢口12连通于炉膛11侧壁底部，为使感应线圈3能够产生规则的磁场，本实施例中感应线圈3采用两组，其中一组设置在出渣口13以上，另一组设置在出渣口13与出钢口12之间，两组感应线圈3可连接同一个外接中频交流电源。

在炉衬1与感应线圈3之间设置隔热缓冲层6，以减小炉衬1因高温膨胀变形对感应线圈3的挤压和导热。本实施例中，采用硅酸铝纤维板、云母纸或者耐火砂等软性材料衬垫或填充，以形成1-10cm的隔热缓冲层6，在耐火砖炉衬1受热膨胀变形时，隔热缓冲层6能够提供较为松散的空间，保护感应线圈3不受挤压变形，并且能够起到一定隔热效果，防止感应线圈3受热温度过高。

对于支撑架4，其包括顶架41、绝缘固定件42、炉壳44、连接柱45以及底座43。具体地，绝缘固定杆采用绝缘材料制成，用于固定连接感应线圈3并避免支撑架4漏电。其中，感应线圈3可以是连续的螺旋线圈，也可以是若干根单线圈组成的线圈组，绝缘固定杆则不仅起到支撑固定作用，还能起到保持单线圈间距的作用，以避免单线圈之间短路。

绝缘固定杆通过连接柱45与炉壳44固定连接，炉壳44顶部与底部分别与顶架41和底座43固定，在实际使用时炉衬1也可直接放置在地面上进行使用，对地面做相应的保护措施即可。

本实施例中，绝缘固定杆周向分布设置六根，在炉壳44与感应线圈3之间具有导磁体5，导磁体5与顶架41、底座43以及绝缘固定杆固定连接，且沿轴向分布有六块。一般炉壳44会采用钢结构制成，而导磁体5的磁阻小，感应线圈3外侧的磁感线大部分会通过导磁体5以形成闭环磁感线，不会在炉壳44上形成涡流，或者炉壳44上的涡流较小，避免炉壳44的钢结构熔化，对炉壳44起到保护作用。

进一步设置中，在炉衬1外侧设置冷却结构7来起到降温作用，提高感应熔化炉的安全系数。本实施例中，冷却结构7采用水冷结构，水冷管道铺设在导磁体5与隔热缓冲层6之间，主要对导磁体5和隔热缓冲层6进行降温。在其他实施例中，也可采用气冷、油冷结构等能够满足冷却功能结构均可。

具体地，由于感应线圈3在出钢口12和出渣口13处未进行铺设，则水冷管道可铺设在该区域，需要注意的是：出钢口12和出渣口13出需保持一定温度以减小钢水和钢渣的冷却凝固，而水冷管道温度较低以起到降温作用，因此水冷管道虽在水平高度上与出钢口12和出渣口13平齐，但需使水冷管道与出钢口12、出渣口13保持一定距离，避免水冷管道的降温作用影响到保温结构的保温作用。

在其他实施例中，水冷管道也可沿重力方向在导磁体5与隔热缓冲层6之间完全铺设，并与感应线圈3错开设置。具体地，当感应线圈3采用一体式螺旋线圈时，水冷管道也可采用螺旋式水管，与感应线圈3交错铺设；当感应线圈3采用单线圈铺设至，水冷管道也可采用若干根单圈水冷管道进行铺设，以满足对导磁体5与隔热缓冲层6的整体降温效果。

另外，水冷管道采用非金属材料制成，减小涡流的影响以及与感应线圈3接触短路的情况。

本申请实施例的一种连续出钢感应熔化炉的实施原理为：

首先，向炉膛11中加入废钢，对感应线圈3通交变电流以在炉膛11中产生涡流，使废钢熔化成钢水和钢渣；

其次，检测钢水液面高度，当钢水液面高度高于出钢口12中心高度且低于出渣口13液面高度时，取出耐热塞棒以打开出钢口12；

然后，钢水从出钢口12连续流出，此时向炉膛11中继续加入废钢，调节感应线圈3功率，使废钢的熔化速率与钢水流出速率保持动态平衡，即：保持钢水液面高度处于出钢口12中心高度与出渣口13底壁高度之间，使钢水能够连续流出；当钢渣液面高度高于出渣口13底壁高度时，钢渣则从出渣口13流出，实现钢水钢渣分离。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续出钢感应熔化炉，其特征在于，包括：开设有炉膛（11）的炉衬（1），所述炉衬（1）上具有与所述炉膛（11）连通的出钢口（12）和出渣口（13），沿重力方向所述出渣口（13）的底壁高度高于所述出钢口（12）的底壁高度；用于开关所述出钢口（12）的封塞结构（2），所述炉膛（11）中的钢水液面高度处于所述出钢口（12）底壁高度与所述出渣口（13）底壁高度之间时，所述封塞结构（2）能够打开所述出钢口（12）。

2.根据权利要求1所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，所述出渣口（13）的底壁高度高于所述出钢口（12）的中心高度，在所述炉膛（11）中的钢水液面高度处于所述出钢口（12）中心高度与所述出渣口（13）底壁高度之间时，所述封塞结构（2）能够打开所述出钢口（12）。

3.根据权利要求1所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，该感应熔化炉还包括能够在所述炉膛（11）内形成感应涡流的感应线圈（3），所述感应线圈（3）围设在所述炉衬（1）外侧，且所述感应线圈（3）与所述出钢口（12）、所述出渣口（13）错开设置。

4.根据权利要求3所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，该感应熔化炉还包括支撑架（4），所述支撑架（4）包括用于支撑所述炉衬（1）的炉壳（44）以及用于固定所述感应线圈（3）的绝缘固定件（42）。

5.根据权利要求4所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，所述炉壳（44）与所述感应线圈（3）之间具有导磁体（5）。

6.根据权利要求3所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，所述感应线圈（3）与所述炉衬（1）之间具有隔热缓冲层（6）。

7.根据权利要求1所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，所述出钢口（12）和/或所述出渣口（13）具有流量控制结构。

8.根据权利要求1所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，该感应熔化炉还包括围设于所述炉衬（1）外侧的冷却结构（7）。

9.根据权利要求1所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，所述出钢口（12）和/或所述出渣口（13）处具有保温结构。

10.根据权利要求1所述的连续出钢感应熔化炉，其特征在于，所述炉衬（1）采用耐火砖堆砌或采用耐火材料捣打成型。