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

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范先国
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张敏益
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李华彬
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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
[0001] 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
[0002] 用钒钛磁铁矿直接还原铁和钛铁矿冶炼高钛渣(渣中TiO2彡45 % ),常用电炉熔 炼。由于产品温度高达1650°C -1700°C,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°C,荷重软化开始温度1600°C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°C,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。
[0003] 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勻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。
[0004] 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. Om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°C,生产中铜液温度最 高120(TC。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勻,炉衬表面坑坑凹凹不光滑,导致渣皮不 均勻,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
[0005] 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勻的冷冻渣层,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[0006] 为实现上述目的,本实用新型采用了以下的技术方案:
[0007] —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。
[0008] 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。
[0009] 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 彡lm/sec,进水的温度彡50°C。
[0010] 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Φ28πιπι。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的水压彡0. 15MPa。
[0011] 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。
[0012] 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l_2mm,密封盖7的外径比炉壳8上的所述开孔直径大20-30mm。
[0013] 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,四周渣皮厚度均勻,其炉墙的保护层能稳定地耐受1600°C -1750°C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
[0014] 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。
[0015] 图2为六面体冷却器的平面布置图。
5[0016] 图中使用数字标号的技术含义为:
[0017] 1-砖衬 2-六面体铜冷却器 3-进水管 4-出水管
[0018] 5-保护套管 6-软质填料 7-密封盖 8-炉壳
具体实施方式
[0019] 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Φ 28mm,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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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l-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。
[0023] 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lm/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°C,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。
[0024] 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。
[0025] 实施例1
[0026] 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Mg091%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°C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Φ 29mm。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。
[0027] 实施例2
[0028] 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Mg093%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°C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Φ30πιπι。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。
[0029] 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. 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. 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. 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量彡99.5%,所述循环水道水管中水的流速彡lm/sec,进水的温度 彡 50°C。
  5. 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 Φ 28mm。
  6. 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. 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. 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. 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. 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l_2mm,密封盖(7)的外径比炉壳⑶上的所述开孔直径大20-30mm 。
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