CN201731763U - 一种带有自保护功能炉墙的电炉 - Google Patents

Abstract

一种带有自保护功能炉墙的电炉，炉墙包括带有开孔的炉壳和其内用耐火砖砌筑的砖衬，冷却系统采用嵌布入电炉炉墙砖衬中的铜质冷却元件，其内设有总是充有冷却水的循环水道，它的两端分别与进、出水管焊接，在进、出水管的外面套装有保护套管，软质填料填充在保护套管与进、出水管之间的空隙内，密封盖分别与保护套管和炉壳固定连接，利用水冷降低电炉熔池砖墙的温度，让极具破坏性的高钛渣冷冻凝结成紧贴在炉墙上的固体渣皮，渣皮即使临时掉落，它也会在很短的时间内自动重新结渣，实现自保护功能。该装置对电炉炉墙的保护具有明显的效果，是实现电炉炉墙长寿，安全生产，稳定高产的有力保证。

Description

一种带有自保护功能炉墙的电炉

技术领域

本实用新型涉及一种具有自保护功能的炉墙的电炉，它适合于钢铁工业和有色金属冶炼的电炉炉墙保护，特别适用于热通量10-80KW/h.m²的钒钛磁铁矿直接还原铁和钛铁矿冶炼的高温电炉，也适用于冶炼镍铁、铬铁、钒铁、硅铁等有色冶金矿热炉的炉墙保护。

背景技术

用钒钛磁铁矿直接还原铁和钛铁矿冶炼高钛渣(渣中TiO₂≥45％)，常用电炉熔炼。由于产品温度高达1650℃-1700℃，目前，冶炼高钛渣的电炉炉墙常用镁砖，镁砖的优点是耐火温度高达2000℃，荷重软化开始温度1600℃左右，而且其抗碱性较强。但镁砖的缺点是抗酸性差，热振性不好，体积膨胀严重，传热快，因此在工业冶炼高钛渣时，炉墙耐火镁砖面临三种主要危险因素：一是由于电炉内渣温可高达1750℃，对电炉炉墙耐火镁砖的热融损很严重；二是由于炉内的高钛渣化学性能呈酸性，对呈碱性的镁质砖衬有中和化学反应作用，形成低熔点物质，使砖墙很快融化掉；三是炉渣中还含有氧化亚铁(FeO)，当其含量高时也与炉墙耐火镁砖发生化学反应，形成低熔点物质，使砖墙也会很快融化掉。

传统技术为保护熔炼生产中炉墙完好，大多数工厂采用溅渣保护方法，即定期向炉内加入炭质物料，让炉内熔渣翻腾飞溅，粘在炉墙上形成渣皮，以便保护住炉墙。这种人工造渣皮的方法为了均匀地达到需要的渣皮厚度和高度，不仅要求有高超的操作技巧，而且极其耗能，每次溅渣要消耗几十吨物料和几万度电，并且采用溅渣保护必须停止生产好几天，影响生产。在使用溅渣保护方法的操作过程中，炉温和渣温的变化、渣中TiO₂浓度的变化、渣中FeO浓度的变化等，都会使生成的渣皮厚度和渣皮高度发生变化，甚至完全消失，况且这种变化既不便控制，又不便观测，所以这种需要定期实施的炉墙溅渣保护方式，不仅操作过程十分繁琐，安全生产也得不到保障。

02228797.3号专利公开了一种用于炼铜的闪速炉沉淀池双层水平铜水套冷却装置，它通过在炉墙上装有大量的一块接一块的1.0～3.0m长的大型水平铜冷套(2)以及立式的渣线水套(3)，再配有四层铜管(2)构成，铜的熔点仅有1083℃，生产中铜液温度最高1200℃。该冷却装置需要采用大铜冷却板、立式渣线水套、铜管三种铜冷却器，结构很复杂，投资很高，由于其布置位置离内墙厚度不均匀，炉衬表面坑坑凹凹不光滑，导致渣皮不均匀，而且冷却器能带走热量有限，其冷却强度不能满足至少带走80KW/h.m²的热通量的需要。

实用新型内容

针对上述冶炼电炉炉墙保护技术的局限性和不足，本实用新型的目的是提供一种带有自保护功能炉墙的电炉，它通过在电炉的炉墙内与炉衬一起砌筑的结构简单的铜质六面体水冷却器，降低炉墙砖温度，使渣在砖面上不断自动形成均匀的冷冻渣层，电炉炉墙利用炉渣自身形成的冷冻渣层，实现了自动保护功能，使炉墙耐火材料不再受到高温炉渣的热熔损、不再受到炉渣成分频繁变化的化学侵蚀、机械冲刷和热振破坏，从而延长了电炉炉墙的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种带有自保护功能炉墙的电炉，具有炉底、炉顶、炉墙和冷却系统，所述炉墙包括带有开孔的炉壳8和其内用耐火砖砌筑的砖衬1，所述冷却系统包括与供水泵相连接的供水管线、排水槽、循环水冷却塔、事故水塔和停电后自动向供水泵供电的柴油发电机。所述的冷却系统还包括六面体铜冷却器2、进水管3、出水管4、保护套管5、软质填料6和密封盖7。所述六面体铜冷却器2位于炉墙的炉壳8内，用耐火砖与砖衬1砌筑在一起，六面体铜冷却器2内设有至少一条总是充有冷却水的循环水道，每个循环水道的两端分别与进水管3、出水管4焊接，在进水管3、出水管4的外面套装有保护套管5，软质填料6填充在保护套管5与进水管3、出水管4之间的空隙内，密封盖7设有内孔，通过内孔套装在保护套管5外，密封盖7的外沿与炉壳8焊接，以防止气体或耐火粉状材料漏出，所述进水管3外端的进水口伸出保护套管5位于炉壳8外面的部分，以便该进水口与冷却系统的供水管线对接，所述出水管4外端的出水口伸出保护套管5位于炉壳8外面的部分，将该出水口与冷却系统的排水槽对接。

所述的每个六面体铜冷却器2由一整块厚度均等的铜板制成，并且其厚度与炉墙的耐火砖砖衬1的厚度相等或是砖衬1的厚度的整数倍，便于砌筑时嵌入，各六面体铜冷却器2分上、下层间隔、错开布置在铁口到最高渣线之间的炉墙内。六面体铜冷却器2的厚度的取值范围为55-130mm，优选的厚度为65-100mm。

六面体铜冷却器2的循环水道是单根或双根，所述循环水道的水管采用与六面体铜冷却器2相同的铜材制成，它们的含Cu量≥99.5％，所述循环水道水管中水的流速≥1m/sec，进水的温度≤50℃。

所述进水管3的内径和出水管4的内径相等，内径尺寸小于六面体铜冷却器2厚度的90％，并且大于Φ28mm。所述进水管3和出水管4是用铜管或钢管制成，进入所述进水管3的水压≥0.15MPa。

保护套管5的内径大于进水管3或出水管4的外径，保护套管5的外径小于密封盖7的内孔的直径。

所述耐火砖是镁砖、镁碳砖或碳砖。软质填料6为硅酸铝纤维毡。密封盖7的内孔直径比保护套管5的外径大1-2mm，密封盖7的外径比炉壳8上的所述开孔直径大20-30mm。

本实用新型的带有自保护功能炉墙的电炉，利用水冷降低电炉熔池砖墙的温度，让极具破坏性的高钛渣冷冻凝结成固体渣皮，紧贴在炉墙上，由它去承受高温高钛渣的热流融损，机械冲刷和化学腐蚀，从而完整地保护了炉墙。而且，本实用新型形成的内衬渣皮平整，四周渣皮厚度均匀，其炉墙的保护层能稳定地耐受1600℃-1750℃的渣温，该渣皮的厚度可以通过调节冷却水量来加厚或减薄，渣皮即使临时掉落，它也会在很短的时间内自动重新结渣，实现炉墙的自保护功能。本实用新型装置使用安全可靠，操作简单，对电炉炉墙的保护具有明显的效果，为实现电炉炉墙长寿，电炉安全高产创造了条件。

附图说明

图1为本实用新型电炉的自保护炉墙内的冷却器结构示意图。

图2为六面体冷却器的平面布置图。

图中使用数字标号的技术含义为：

1-砖衬        2-六面体铜冷却器    3-进水管    4-出水管

5-保护套管    6-软质填料          7-密封盖    8-炉壳

具体实施方式

本实用新型带有自保护功能炉墙的电炉具有炉底、炉顶、炉墙和冷却系统，所述冷却系统包括与供水泵相连接的供水管线、排水槽、循环水冷却塔、事故水塔和停电后自动向供水泵供电的柴油发电机，如图1所示，所述炉墙包括其内用耐火砖砌筑的砖衬1和其上具有开孔的炉壳8，冷却系统还包括六面体铜冷却器2、进水管3、出水管4、保护套管5、软质填料6、密封盖7。所述的炉墙砖衬1是用含MgO≥90％的镁砖砌成，该砖衬1的耐火砖也可以是镁碳砖、碳砖。六面体铜冷却器2前面的炉墙砖衬1的厚度在115-345mm之间，六面体铜冷却器2的厚度要与炉墙砖衬1的砖块厚度一致或是其整数倍，其厚度的取值范围为55-130mm，优选的厚度为65-100mm，以便于砌筑时嵌入砖衬。所述的六面体铜冷却器2由一整块厚度均等的铜板制成，其含Cu量要≥99.5％，其内设有一条或多条循环水道，采用与冷却器2相同材质的铜制成。在需要强化冷却时，铜冷却器2内的循环水道铜管可以由单根变为双根。六面体铜冷却器2的铜材也可以用压制铜材，用钻孔法加工循环水道，六面体铜冷却器2的进、出水管是用另外的铜管或钢管焊接上去的。进水管3和出水管4分别与六面体铜冷却器2的循环水道相连接，进水管3和出水管4的内径相等，它们的内径尺寸小于六面体铜冷却器2厚度的90％，而且大于φ28mm，它的后面可再用钢管或橡胶管接到冷却系统中，进水管3将冷却后的水引入铜冷却器2；出水管4将升温的水引出到排水槽，送到循环水泵房，经处理后可循环使用。如图2所示，在炉墙中的六面体铜冷却器2共5层，上下层间隔错开布置在铁口到最高渣线之间，全炉共120块，冷却区炉墙每平方米可以带走80-150KW/h.m2热量。

所述的保护套管5用于保护铜冷却器2的进水管3和出水管4，它用钢管制成，保护套管5的内径大于进水管3和出水管4的外径，安装时，保护套管5分别套在进水管3和出水管4上，保护套管5将进水管3和出水管4包住，进水管3外端的进水口伸出保护套管5位于炉壳8外面的部分，以便该进水口与冷却系统的供水管线对接，出水管4外端的出水口伸出保护套管5位于炉壳8外面的部分，将该出水口与冷却系统的排水槽对接。保护套管5可防止外力对进水管3和出水管4的铜管的挤压破坏，同时又允许它们在钢管内上、下、左、右、前、后六个方向上能适当产生位移，而且产生位移时不会发生进、出水管被破坏的事故。

所述的软质填料6是填入保护套管5与进水管3和出水管4之间间隙处的软质耐火材料，它允许进水管3和出水管4两水管在保护套管5内能适当的移动，并防止保护套管5与进、出水管间的空隙溢漏热气和炉内耐火材料，本装置填入的软质填料6是可以被压缩的硅酸铝纤维毡。

为了美观和消除电炉炉壳开孔与保护套管5间的孔隙，特用一个密封盖7将其封住。该密封盖7厚4-6mm，带有内孔，其内径比保护套管5的外径大1-2mm，外径比炉壳上开的圆孔直径大20-30mm。在安装时，将密封盖7的内环焊在保护套管5外，外沿点焊在电炉炉壳上。并且，安装保护套管5时，电炉炉壳开孔在左右方向比套管外径各大5mm左右，上下方向比套管外径各大15mm左右。

下面说明本实用新型的带有自保护功能的炉墙的电炉的工作原理。本实用新型采用传热效果最好的铜质冷却元件，嵌布入电炉炉墙砖衬中，本实用新型装置必须保证铜冷却器2的循环水道中总是有水，这些水至少能带走80KW/h.m²的热量，这要求供水泵压力要保证水到达六面体铜冷却器2时有0.15MPa以上的压力，确保铜冷却器2内循环水道中的水的流速要大于1m/sec，让水能快速流动，并且还要求冷却进水的温度要低才好，水温低带走的热量较多。电炉工作期间，所述进、出水管及循环水道中通入软水冷却，当冷却水从进水管3流入六面体铜冷却器2内部之后，使铜冷却器2得到冷却，并使冷却器2周围的炉墙砖衬1的温度降低。由于高钛渣的凝结温度为1350℃，电炉内的高温熔渣碰到冷却的炉墙砖衬1后，便自行凝结成冷冻渣层，并粘在炉墙上。进入铜冷却器2内的冷却水会有一定温升，最后由出水管4排出引入排水槽，送到循环水泵房，经处理后可循环使用。

为保证铜冷却器2的软水冷却不能断水，本装置配备有一套事故保安水源，包括事故水塔和停电事故时用的柴油发电机组。事故水塔可采用高位安全水塔，其容量保证30分钟用量，这30分钟用于抢修供水泵。一但供水泵停止供水，水塔低压阀门自动打开，向冷却系统供水，事故供水管路与正常供水管线并联。当水泵供电停电时，与供电电网相联锁的柴油发电机在1分钟内自动启动发电，向供水泵供电，使供水泵继续供水。

实施例1

9000KVA钒钛磁铁矿直接还原铁和钛铁矿冶炼电炉，包括其上具有开孔的炉壳8、炉墙，所述炉墙包括炉墙砖衬1、铜冷却器2、进水管3、出水管4、保护套管5、软质填料6、密封盖7，炉墙砖衬1是用含MgO91％的镁砖砌成，砖块的厚度为65mm，炉墙砖衬1的厚度为115mm。六面体铜冷却器2是用含Cu99.6％的纯铜铸造制成，其中的循环水道由相同材质铜管制成，厚度为65mm。电炉工作期间，进水管3将冷却后的水引入循环水道，控制最高水温在50℃以下。进水管3和出水管4是与铜冷却器2循环水道联接的铜管，它们的长度在760mm，管壁厚6mm，管内径φ29mm。它们的后面再用钢管接出，与冷却系统的管线对接。出水管4将升温后的水排出到排水槽，送到循环水泵房，经处理后可循环使用。保护套管5用钢管制成，将进水管3和出水管4包住，用于保护六面体铜冷却器2的进水管3和出水管4，其内径大于进水管3和出水管4的外径，其外径小于密封盖7的内孔直径。软质填料6采用硅酸铝纤维毡，用于填入保护套管5与进水管3和出水管4之间间隙处。密封盖7是套在保护套管5上的一个钢制圆环法兰，该密封盖7厚4mm，内径比保护套管5的外径大1mm，外径比炉壳上的开孔直径大20mm。在安装时，将密封盖7的内环焊在保护套管5上，外沿点焊在电炉炉壳上。

实施例2

9000KVA钒钛磁铁矿直接还原铁和钛铁矿冶炼电炉，包括其上具有开孔的炉壳8、炉墙，所述炉墙包括炉墙砖衬1、铜冷却器2、进水管3、出水管4、保护套管5、软质填料6、密封盖7，炉墙砖衬1是用含MgO93％的镁砖砌成，砖块的厚度为100mm，炉墙砖衬1的厚度为345mm。六面体铜冷却器2是用含Cu99.6％的纯铜铸造制成，其中的循环水道由相同材质铜管制成。电炉工作期间，所述循环水道中通入软水冷却，控制最高水温在30℃以下。所述的进水管3和出水管4是与铜冷却器2循环水道联接的钢管，长度在790mm，管壁厚10mm，管内径φ30mm。它们的后面再用橡胶管与冷却系统的管线对接。保护套管5用钢管制成，内径大于进水管3和出水管4的外径，其外径小于密封盖7的内孔直径，将进水管3和出水管4包住。在保护套管5与进水管3和出水管4之间间隙处填入的软质填料6是硅酸铝纤维毡。密封盖7是套在保护套管5上的一个钢制圆环法兰，该密封盖7厚6mm，内径比保护套管5的外径大2mm，外径比炉壳上的开孔直径大30mm。在安装时，将密封盖7的内环焊在保护套管5上，外沿点焊在电炉炉壳上。

本实用新型通过在电炉的炉墙中设置铜质的水冷却器，降低炉墙温度，使液态熔渣在炉墙的前面由于被降温而自动凝结成冷冻渣层，这些固态冷冻渣层紧贴在炉体砖墙上，由于它始终达不到熔化温度，质地坚硬，起到了自我保护炉墙的作用，使炉墙耐火材料不再受到高温炉渣的热熔损、不会与渣中TiO₂和FeO发生化学反应，也不会被熔渣机械冲刷所损坏。即使少量融损，也会自行重新凝结上，始终保持炉墙耐火材料的完好，从而延长了电炉炉墙的使用寿命。本实用新型在9000KVA电炉上试用效果良好，渣层厚800mm以上，炉墙保护层稳定，电炉工作安全可靠，生产连续作业率高。

Claims (10)

1.一种带有自保护功能炉墙的电炉，具有炉底、炉顶、炉墙和冷却系统，所述炉墙包括带有开孔的炉壳(8)和其内用耐火砖砌筑的砖衬(1)，所述冷却系统包括与供水泵相连接的供水管线、排水槽、循环水冷却塔、事故水塔和停电后自动向供水泵供电的柴油发电机，其特征在于：

所述的冷却系统还包括六面体铜冷却器(2)、进水管(3)、出水管(4)、保护套管(5)、软质填料(6)和密封盖(7)，

所述六面体铜冷却器(2)位于炉墙的炉壳(8)内，用耐火砖与砖衬(1)砌筑在一起，六面体铜冷却器(2)内设有至少一条总是充有冷却水的循环水道，每个循环水道的两端分别与进水管(3)、出水管(4)焊接，在进水管(3)、出水管(4)的外面套装有保护套管(5)，软质填料(6)填充在保护套管(5)与进水管(3)、出水管(4)之间的空隙内，密封盖(7)设有内孔，通过内孔套装在保护套管(5)外，密封盖(7)的外沿与炉壳(8)焊接，以防止气体或耐火粉状材料漏出，

所述进水管(3)外端的进水口伸出保护套管(5)位于炉壳(8)外面的部分，以便该进水口与冷却系统的供水管线对接，所述出水管(4)外端的出水口伸出保护套管(5)位于炉壳(8)外面的部分，将该出水口与冷却系统的排水槽对接。

2.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：所述的每个六面体铜冷却器(2)由一整块厚度均等的铜板制成，并且其厚度与炉墙的耐火砖砖衬(1)的厚度相等或是砖衬(1)的厚度的整数倍，便于砌筑时嵌入，各六面体铜冷却器(2)分上、下层间隔、错开布置在铁口到最高渣线之间的炉墙内。

3.根据权利要求1或2所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：六面体铜冷却器(2)的厚度的取值范围为55-130mm，优选的厚度为65-100mm。

4.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：六面体铜冷却器(2)的循环水道是单根或双根，所述循环水道的水管采用与六面体铜冷却器(2)相同的铜材制成，它们的含Cu量≥99.5％，所述循环水道水管中水的流速≥1m/sec，进水的温度≤50℃。

5.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：所述进水管(3)的内径和出水管(4)的内径相等，内径尺寸小于六面体铜冷却器(2)厚度的90％，并且大于Φ28mm。

6.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：所述进水管(3)和出水管(4)是用铜管或钢管制成，进入所述进水管(3)的水压≥0.15MPa。

7.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：保护套管(5)的内径大于进水管(3)或出水管(4)的外径，保护套管(5)的外径小于密封盖(7)的内孔的直径。

8.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：所述耐火砖是镁砖、镁碳砖或碳砖。

9.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：软质填料(6)为硅酸铝纤维毡。

10.根据权利要求1所述的带有自保护功能炉墙的电炉，其特征在于：密封盖(7)的内孔直径比保护套管(5)的外径大1-2mm，密封盖(7)的外径比炉壳(8)上的所述开孔直径大20-30mm。

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