CN207498407U - 可旋转式电弧炉炉底和电弧炉 - Google Patents

可旋转式电弧炉炉底和电弧炉 Download PDF

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王佳
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Abstract

本实用新型公开了一种可旋转式电弧炉炉底和电弧炉,所述可旋转式电弧炉炉底包括固定炉底(4)、旋转炉底(2)和底部注气机构,旋转炉底(2)呈圆形结构,旋转炉底(2)与固定炉底(4)之间形成圆环形的缝隙气室(3),旋转炉底(2)能够以旋转炉底(2)的中心线为轴转动,旋转炉底(2)的内表面设有炉底搅拌桨(1),气体能够依次通过该底部注气机构和缝隙气室(3)进入旋转炉底(2)内的熔池。旋转炉底通过炉底搅拌桨带动熔池中的钢水旋转搅拌,同时缝隙气室不断吹入惰性气体搅拌熔池,双重搅拌效果叠加大大提高熔池搅拌效果,改善冶炼的动力学条件。

Description

可旋转式电弧炉炉底和电弧炉
技术领域
本实用新型涉及一种炼钢设备领域,具体的是一种可旋转式电弧炉炉底,还是一种含有该可旋转式电弧炉炉底的电弧炉。
背景技术
电弧炉内熔池的搅拌一直是电弧炉炼钢的难题之一。由于电弧炉本身结构以及形状的限制,电弧炉熔池一般深度小,这给熔池搅拌带来了较大困难。
目前,电弧炉熔池搅拌技术中主要为底吹搅拌技术。底吹搅拌技术一般在电炉炉底某几个位置底吹惰性气体,带动钢液流动搅拌熔池,然而由于电炉熔池深度小,底吹气体很快从上表面逸出,底吹气柱只能带动底吹点附近的钢液流动,因此电弧炉底吹技术搅拌效果较差。
实用新型内容
为了使电弧炉的熔池容易搅拌,本实用新型提供了一种可旋转式电弧炉炉底和电弧炉,该可旋转式电弧炉炉底的底表面具有炉底搅拌桨,通过旋转炉底对熔池进行水平轴向搅拌,加之缝隙气室的底吹气体对熔池进行竖直方向搅拌,使电弧炉熔池搅拌效果大大提高。该可旋转式电弧炉炉底和电弧炉结构合理,性能优良,为电弧炉冶炼的提供了良好的动力学条件。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种可旋转式电弧炉炉底,包括固定炉底、旋转炉底和底部注气机构,旋转炉底呈圆形结构,旋转炉底与固定炉底之间形成圆环形的缝隙气室,旋转炉底能够以旋转炉底的中心线为轴转动,旋转炉底的内表面设有炉底搅拌桨,气体能够依次通过该底部注气机构和缝隙气室进入旋转炉底内的熔池。
固定炉底在垂直于旋转炉底的中心线的平面上的投影为圆环形,该圆环形的内径为该圆环形的外径的1/4至3/4。
固定炉底的厚度和旋转炉底的厚度相同,缝隙气室的宽度为1mm~30mm,固定炉底的中心线与旋转炉底的中心线重合。
炉底搅拌桨为沿旋转炉底的径向设置的条形凸起,炉底搅拌桨的高度为30mm~300mm,炉底搅拌桨的数量为2个~8个。
所述可旋转式电弧炉炉底还包括旋转驱动机构,该旋转驱动机构含有依次连接的驱动轴、传动单元和驱动单元,驱动轴与旋转炉底固定连接,驱动轴的中心线与旋转炉底的中心线重合。
旋转炉底的中心线沿竖直方向设置,该底部注气机构含有内套筒和外套筒,外套筒套设于内套筒外,内套筒与外套筒之间形成环形空腔,外套筒的上端与固定炉底的下表面密封连接,内套筒的上端与旋转炉底的下表面密封连接,内套筒的下端和外套筒的下端密封连接,该环形空腔与缝隙气室的位置相对应,该环形空腔与缝隙气室连通。
内套筒的中心线和外套筒的中心线均与旋转炉底的中心线重合,沿竖直方向,内套筒分为上下两段,内套筒的上段的上端与旋转炉底固定连接,内套筒的上段的下端与内套筒的下段的上端转动密封连接。
沿竖直方向,外套筒分为上下两段,外套筒的上段的上端与固定炉底固定连接,外套筒的上段的下端与外套筒的下段的上端密封连接。
沿外套筒的周向,外套筒的下段设有多个依次排列的注气通孔,外套筒的下段外套设有环形的注气通道,该注气通道与注气通孔连通。
一种电弧炉,该电弧炉包括上述的可旋转式电弧炉炉底,该电弧炉还包括炉壁,炉壁位于固定炉底的上方。
本实用新型的有益效果是:
1、由于旋转炉底表面具有炉底搅拌桨,炉底旋转时可以带动钢液旋转,搅拌熔池。缝隙气室中通入底吹气体又可以在竖直方向搅拌熔池,并促进夹杂物上浮。
2、本实用新型中的缝隙气室不仅可以起到向电弧炉熔池底吹气体的作用,其作用还在于,防止炉底漏钢。由于本实用新型采用旋转炉底,在旋转炉底和固定炉底之间要必须留出缝隙才可以保证顺利旋转搅拌,若不设计缝隙气室,旋转炉底与固定炉底之间的缝隙很容易发生漏钢,因此缝隙气室不仅起到了底吹气体作用,还可以通过喷吹气体保证钢水不流入缝隙,防止漏钢事故。
3、本实用新型中的可旋转式电弧炉炉底在冶炼中可以在水平方向和竖直方向两个方向上搅拌熔池。在水平方向,熔池底部的炉底搅拌桨沿轴向旋转,带动钢水在水平方向旋转运动,由于炉底搅拌桨能够带动电炉中部的钢水,中部旋转的钢水可以与外侧钢水形成速度差,这可以提高钢液的热交换和物质交换提高熔池搅拌效果。在竖直方向,熔池底部的缝隙气室喷吹的气体自熔池底部喷吹进入熔池,气体向上流动的同时,带动钢液在竖直方向上流动,从而改善钢液的搅拌效果。因此,本实用新型中的可旋转式电弧炉炉底在水平和竖直两个方向均可以较好的搅拌电弧炉熔池,提高电弧炉中冶金反映的动力学条件。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型所述可旋转式电弧炉炉底的剖视结构示意图。
图2是去掉底部注气机构的可旋转式电弧炉炉底的结构示意图。
图3是第一种底部注气机构的结构示意图。
图4是图3中沿A-A方向的剖视图。
图5是第二种底部注气机构的结构示意图。
图6是本实用新型所述电弧炉的总体结构示意图。
1、炉底搅拌桨;2、旋转炉底;3、缝隙气室;4、固定炉底;5、驱动单元;6、驱动轴;7、内套筒;8、外套筒;9、注气通孔;10、注气通道;11、炉壁;12、注气接头;13、下堵板。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
一种可旋转式电弧炉炉底,包括固定炉底4、旋转炉底2和底部注气机构,旋转炉底2呈圆形结构,固定炉底4含有用于安装旋转炉底2的圆形孔洞,旋转炉底2位于固定炉底4的该圆形孔洞中,旋转炉底2与固定炉底4之间形成圆环形的缝隙气室3,旋转炉底2能够以旋转炉底2的中心线为轴转动,旋转炉底2的内表面设有炉底搅拌桨1,气体能够依次通过该底部注气机构和缝隙气室3进入旋转炉底2内的熔池,如图1至图5所示。
旋转炉底2的外径尺寸略小于固定炉底4的圆形孔洞的内径,使固定炉底4和旋转炉底2之间形成了圆环形的所述缝隙气室3,该底部注气机构位于固定炉底4和旋转炉底2的下方。旋转炉底2在电弧炉冶炼中(以图1中所示的中心线为轴)向某一方向旋转,并通过所述炉底搅拌桨1带动钢液向该方向旋转以搅拌熔池。缝隙气室3不仅可以起到向电弧炉的熔池底吹气体的作用,其作用还在于,防止炉底漏钢。由于本实用新型采用旋转炉底,在旋转炉底2和固定炉底4之间要必须留出缝隙才可以保证顺利旋转搅拌,若不通过该缝隙气室3向炉底内底吹气体,旋转炉底2与固定炉底4之间的缝隙很容易发生漏钢,因此缝隙气室3不仅起到了底吹气体作用,还可以通过喷吹气体保证钢水不流入缝隙,防止漏钢事故。
本实用新型中的可旋转式电弧炉炉底在冶炼中可以在水平方向和竖直方向两个方向上搅拌熔池。在水平方向,熔池底部的炉底搅拌桨1沿周向旋转,带动钢水在水平方向旋转运动,由于炉底搅拌桨1能够带动电炉中部的钢水,中部旋转的钢水可以与外侧钢水形成速度差,这可以提高钢液的热交换和物质交换提高熔池搅拌效果。在竖直方向,熔池底部的缝隙气室3喷吹的气体自熔池底部喷吹进入熔池,气体向上流动的同时,带动钢液在竖直方向上流动,从而改善钢液的搅拌效果。因此,本实用新型中的可旋转式电弧炉炉底在水平和竖直两个方向均可以较好的搅拌电弧炉熔池,提高电弧炉中冶金反映的动力学条件。
在本实施例中,固定炉底4在垂直于旋转炉底2的中心线的平面上的投影为圆环形,该圆环形的内径为该圆环形的外径的1/4至3/4。固定炉底4的厚度和旋转炉底2的厚度相同,缝隙气室3的宽度为1mm~30mm,优选缝隙气室3的宽度为1mm~10mm,固定炉底4的中心线与旋转炉底2的中心线重合。炉底搅拌桨1为沿旋转炉底2的径向设置的条形凸起,炉底搅拌桨1的高度为30mm~300mm,炉底搅拌桨1的数量为2个~8个。其中厚度为图1中B方向上的尺寸,宽度为图1中C方向上的尺寸,高度为图1中B方向上的尺寸。
在本实施例中,所述可旋转式电弧炉炉底还包括旋转驱动机构,该旋转驱动机构含有依次连接的驱动轴6、传动单元和驱动单元5,该旋转驱动机构位于旋转炉底2的下方,驱动轴6与旋转炉底2刚性固定连接,驱动轴6的中心线与旋转炉底2的中心线重合。驱动单元5能够依次通过传动单元和驱动轴6带动旋转炉底2旋转。驱动单元5的驱动方式可以为电驱动或液压驱动。
在本实施例中,通过缝隙气室3向旋转炉底2内熔池底吹的气体可以为N2、Ar、CO2、O2或它们的组合。所述可旋转式电弧炉炉底可以用于3t~300t的电弧炉。炉底搅拌桨1的材质可以为耐火材料。旋转炉底2的转速为0.5转/min至3转/min。
在本实施例中,旋转炉底2位于固定炉底4的底部,旋转炉底2的中心线沿竖直方向设置,该底部注气机构含有内套筒7和外套筒8,外套筒8套设于内套筒7外,内套筒7与外套筒8之间形成环形空腔,外套筒8的上端与固定炉底4的下表面密封连接,内套筒7的上端与旋转炉底2的下表面密封连接,内套筒7的下端和外套筒8的下端密封连接,该环形空腔与缝隙气室3的位置相对应,该环形空腔与缝隙气室3连通,底吹的气体能够依次通过该环形空腔和缝隙气室3进入旋转炉底2内的熔池,如图1至图4所示。
在本实施例中,内套筒7的中心线和外套筒8的中心线均与旋转炉底2的中心线重合,沿竖直方向,内套筒7分为上下两段,内套筒7的上段的上端与旋转炉底2的下表面固定密封连接,内套筒7的上段的下端与内套筒7的下段的上端转动密封连接,内套筒7的下段的下端与外套筒8的下端固定密封连接,如图1和图3所示。使用时,内套筒7的下段、外套筒8和固定炉底4均静止状态,内套筒7的上段和旋转炉底2均以驱动轴6为轴同步转动。
在本实施例中,沿竖直方向,外套筒8分为上下两段,外套筒8的上段的上端与固定炉底4固定密封连接,外套筒8的上段的下端与外套筒8的下段的上端密封连接,外套筒8的下段的下端与内套筒7的下段的下端固定密封连接,外套筒8的上段的下端面和外套筒8的上段的下端面位于同一水平面内。将内套筒7和外套筒8均设置成上下两段的优点在于方便加工,以及保证内套筒7与外套筒8之间形成环形空腔的密封性。
在本实施例中,沿外套筒8的周向,外套筒8的下段设有多个依次排列的注气通孔9,外套筒8的下段外套设有环形的注气通道10,该注气通道10与注气通孔9连通,注气通道10连接有注气接头12。底吹气体可以从注气接头12依次进入注气通道10、环形空腔和缝隙气室3,如图3和图4所示。或者,沿内套筒7的周向,内套筒7的下段设有多个依次排列的注气通孔9,内套筒7的下端固定密封连接有下堵板13,下堵板13套设于驱动轴6外,下堵板13与驱动轴6转动密封连接,下堵板13连接有注气接头12。底吹气体可以从注气接头12依次进入内套筒7内、环形空腔和缝隙气室3,如图5所示。
下面介绍一种电弧炉,该电弧炉包括上述的可旋转式电弧炉炉底,该电弧炉还包括炉壁11,炉壁11位于固定炉底4的上方,如图6所示。
本实用新型所述的电弧炉在冶炼过程中,旋转驱动机构将驱动旋转炉底2以带动钢水旋转,同时向缝隙气室3中不断底吹惰性气体搅拌熔池,双重搅拌效果叠加大大提高熔池搅拌效果,改善冶炼的动力学条件。
本实用新型的实用新型人采用ANSYS CFX软件进行了一系列数值模拟实验,实验表明,本实用新型的可旋转式电弧炉炉底的搅拌混匀效果远优于传统电弧炉的底吹搅拌技术。
在数值模拟实验中,先进行稳态模拟,再利用稳态模拟的流场结果作为非稳态模拟的初始条件进行混匀时间的非稳态模拟,计算该种方案的混匀时间。在非稳态模拟过程中,建立示踪剂的附加变量,并对该变量设置传输方程以计算示踪剂的浓度分布。在计算开始时的0s~0.1s从底吹入口加入浓度为1的示踪剂,之后停止加入,在流体区域中设置两个监控点监控记录示踪剂浓度变化情况。在模型中设置监控点,读取监控点处示踪剂浓度的大小,在两监控点处的示踪剂浓度差值小于5%表示熔池混匀。通过此种方式模拟计算每种实施例的混匀时间,对比不同方案的搅拌效果优劣。
实施例1和对比例1分别对可旋转式电弧炉炉底和传统底吹电弧炉炉底进行了数值模拟,讨论两种搅拌方式的熔池混匀效果。
实施例1
本实施例中的主要参数为旋转炉底直径1/2R,炉底搅拌桨1的高度为200mm,炉底搅拌桨1的个数为4个,旋转炉底2的转速为2转/min,底吹气体压力1.6Mpa,缝隙气室3的宽度为5mm。
本实施例中的熔池混匀时间为5.2s。
对比例1
本对比例中的旋转炉底2的转速为0转/min,其余参数均与实施例1中参数相同,包括旋转炉底直径1/2R,炉底搅拌桨1的高度为200mm,炉底搅拌桨1的个数为4个,底吹气体压力1.6Mpa,缝隙气室3的宽度5mm。
本对比例中的混匀时间为86.5s。
对比实施例1和对比例1,本实用新型的可旋转式电弧炉炉底的搅拌效果远优于传统底吹电弧炉炉底的搅拌效果。本实用新型适用于3t~300t电弧炉。本实用新型中的可旋转式电弧炉炉底,旋转炉底通过炉底搅拌桨带动熔池中的钢水旋转搅拌,同时缝隙气室不断吹入惰性气体搅拌熔池,双重搅拌效果叠加大大提高熔池搅拌效果,改善冶炼的动力学条件。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施例,不能以其限定实用新型实施的范围,所以其等同组件的置换,或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰,都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外,本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,所述可旋转式电弧炉炉底包括固定炉底(4)、旋转炉底(2)和底部注气机构,旋转炉底(2)呈圆形结构,旋转炉底(2)与固定炉底(4)之间形成圆环形的缝隙气室(3),旋转炉底(2)能够以旋转炉底(2)的中心线为轴转动,旋转炉底(2)的内表面设有炉底搅拌桨(1),气体能够依次通过该底部注气机构和缝隙气室(3)进入旋转炉底(2)内的熔池。
2.根据权利要求1所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,固定炉底(4)在垂直于旋转炉底(2)的中心线的平面上的投影为圆环形,该圆环形的内径为该圆环形的外径的1/4至3/4。
3.根据权利要求2所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,固定炉底(4)的厚度和旋转炉底(2)的厚度相同,缝隙气室(3)的宽度为1mm~30mm,固定炉底(4)的中心线与旋转炉底(2)的中心线重合。
4.根据权利要求1所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,炉底搅拌桨(1)为沿旋转炉底(2)的径向设置的条形凸起,炉底搅拌桨(1)的高度为30mm~300mm,炉底搅拌桨(1)的数量为2个~8个。
5.根据权利要求1所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,所述可旋转式电弧炉炉底还包括旋转驱动机构,该旋转驱动机构含有依次连接的驱动轴(6)、传动单元和驱动单元(5),驱动轴(6)与旋转炉底(2)固定连接,驱动轴(6)的中心线与旋转炉底(2)的中心线重合。
6.根据权利要求1所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,旋转炉底(2)的中心线沿竖直方向设置,该底部注气机构含有内套筒(7)和外套筒(8),外套筒(8)套设于内套筒(7)外,内套筒(7)与外套筒(8)之间形成环形空腔,外套筒(8)的上端与固定炉底(4)的下表面密封连接,内套筒(7)的上端与旋转炉底(2)的下表面密封连接,内套筒(7)的下端和外套筒(8)的下端密封连接,该环形空腔与缝隙气室(3)的位置相对应,该环形空腔与缝隙气室(3)连通。
7.根据权利要求6所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,内套筒(7)的中心线和外套筒(8)的中心线均与旋转炉底(2)的中心线重合,沿竖直方向,内套筒(7)分为上下两段,内套筒(7)的上段的上端与旋转炉底(2)固定连接,内套筒(7)的上段的下端与内套筒(7)的下段的上端转动密封连接。
8.根据权利要求7所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,沿竖直方向,外套筒(8)分为上下两段,外套筒(8)的上段的上端与固定炉底(4)固定连接,外套筒(8)的上段的下端与外套筒(8)的下段的上端密封连接。
9.根据权利要求7所述的可旋转式电弧炉炉底,其特征在于,沿外套筒(8)的周向,外套筒(8)的下段设有多个依次排列的注气通孔(9),外套筒(8)的下段外套设有环形的注气通道(10),该注气通道(10)与注气通孔(9)连通。
10.一种电弧炉,其特征在于,该电弧炉包括权利要求1~9中任意一项所述的可旋转式电弧炉炉底,该电弧炉还包括炉壁(11),炉壁(11)位于固定炉底(4)的上方。
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