CN213778596U - 用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，包括电弧炉、电极喷吹一体化装置、尾气回用与氮气复合喷吹装置、粉剂料仓和喷吹罐；电极喷吹一体化装置中，粉剂喷枪置于石墨电极中心孔内，且粉剂喷枪的前端部与石墨电极端部平齐，粉剂喷枪由内层中心通道和外层环形通道组成；尾气回用与氮气复合喷吹装置中，电弧炉的废气排放口、袋式收尘器、引风机、空压站依次相连接，空压站出口、氮气调压站出口分别与混气调压站入口相连，混气调压站出口分别与喷吹罐压缩空气入口、粉剂喷枪环形通道入口相连；喷吹罐携粉剂空气出口与粉剂喷枪中心通道入口相连。本实用新型更有利于粉剂在熔池内混合和扩散，减少石墨电极氧化，节约还原剂使用量。

Description

用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置

技术领域

本实用新型涉及电弧炉冶炼技术领域，特别是涉及一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置。

背景技术

电弧炉作为钢铁及合金冶炼、矿石熔炼和冶金废渣二次处置的主流加热熔炼设备，存在多种炉型，如熔融还原冶炼炉、矿热炉、钢包精炼炉等。从供电形式上又有交流电弧炉和直流电弧炉之分，直流电弧炉又包括单顶电极底电极直流电弧炉、多顶电极电弧炉等。

上述电弧炉冶炼过程中一般要添加燃料、还原剂或者调质剂，在现有喷吹添加技术中，喷枪插入位置与电极加热位置是分开的，插入熔池中喷枪喷出的粉剂呈局部团聚态，或上浮到熔池表层形成泡沫渣，使得粉剂与液相熔体无法快速充分实现高温化学反应，产品质量不佳，虽延长冶炼周期可改善上述情况但冶炼效率降低。由于液相熔体粘度较大且电极与喷枪分置，电弧搅拌能力差，喷入粉剂缺乏动力分散到整个熔池，很难实现均质化学反应。粉剂与液相熔体存在密度差，密度小的粉剂容易集中在熔池上部，形成两相界面，造成热化学反应效率低。

电弧炉石墨电极损耗主要是氧化损耗，熔池内空气或含氧气体会显著增加电极消耗。研究表明，石墨电极附近的氧浓度和石墨表面气流速度对电极氧化速率有明显的影响。电弧炉炼钢电极单耗达4～6kg/t.钢水，石墨电极售价20000～80000元/t，因此降低电极损耗可大幅节约生产成本。

电弧炉冶炼产生大量尾气，经废气处理系统排放。尾气中含有较高浓度的CO气体和热量没有实现利用。CO气体具有还原性，可替代焦炭、煤粉等还原剂使用。一般喷粉输送气采用氮气，氮气由专用空分设备制取。若能将电弧炉冶炼尾气回用替代部分氮气，既能减少还原剂用量又能节约氮气使用量。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，以克服现有电弧炉冶炼的缺陷，使粉状喷剂在熔池中与液相熔体快速均匀混合，改善冶金动力学条件，利用氮气和电弧炉尾气混合气作为保护气，减少石墨电极氧化，并节约还原剂使用量。

本实用新型是这样实现的，一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，包括电弧炉、电极喷吹一体化装置、尾气回用与氮气复合喷吹装置、粉剂料仓、和喷吹罐；

所述电极喷吹一体化装置由中空的石墨电极和粉剂喷枪组成，所述石墨电极伸入电弧炉内并插入熔池中，所述石墨电极中心孔孔径大小与粉剂喷枪外径匹配，所述粉剂喷枪置于石墨电极中心孔内，且粉剂喷枪的前端部与石墨电极端部平齐；所述粉剂喷枪由同轴设置的内层中心通道和外层环形通道组成，内层中心通道为粉剂吹送通道，外层环形通道为电极保护气吹送通道；

所述尾气回用与氮气复合喷吹装置包括袋式收尘器、引风机、空压站、氮气调压站、和混气调压站，所述袋式收尘器入口与电弧炉的废气排放口相连，所述袋式收尘器出口通过管路与引风机入口相连，所述引风机出口通过管路与空压站入口相连，所述空压站出口、氮气调压站出口分别通过管路与混气调压站入口相连，所述混气调压站出口分别与喷吹罐的压缩空气入口、粉剂喷枪的环形通道入口相连；

所述粉剂料仓出口与喷吹罐的粉剂入口相连，所述喷吹罐的携粉剂空气出口与粉剂喷枪的中心通道入口相连。

石墨电极电弧放电会产生强大的熔池搅拌力，喷出的粉剂位于电弧放电中心区域，会随电弧搅拌扩散到整个熔池，与熔池内液相熔体形成均匀反应体系。大量保护性气体由石墨电极中心吹入熔池内，驱赶石墨电极周边及熔池内氧化性气体脱离电弧炉排出。

优选的，所述粉剂料仓出口通过分料器与喷吹罐的粉剂入口相连。

优选的，所述喷吹罐的携粉剂空气出口通过粉剂分配器与粉剂喷枪的中心通道入口相连，

优选的，所述混气调压站出口的管路分成三支，混气供气第一分支管路与喷吹罐的压缩空气入口相连，混气供气第二分支管路与所述粉剂分配器的入口相连，混气供气第三分支管路与粉剂喷枪的环形通道入口相连。

优选的，所述粉剂喷枪，其基体由耐高温陶瓷材料制成，如碳化硅、氮化硅材质，可承受1600℃以上的高温环境。

本实用新型具有以下优点和有益效果：

1、本实用新型提出的电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，采用电极喷吹一体化设计，将带有双通道粉剂喷枪置于石墨电极轴线中心孔内，喷吹进入中心通道内的粉剂与熔池熔体间的混合，将在强大电弧搅拌力的作用下扩散至整个熔池，使熔体与粉剂混合均匀度显著提升，高温化学反应更充分快捷。与现有的电极加热和粉剂喷吹分置的装置相比，具有更好的混合条件，更有利于粉剂在熔池内混合和扩散，明显缩短了单炉作业周期，节约电能消耗，提高了台时产量，具有更好的使用性能。

2、本实用新型提出的电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，采用电极喷吹一体化设计，粉剂喷吹采用氮气和尾气混合气作为气源，为电弧区增加了大量气体，这些气体提供了电弧离子源，使电弧强度更加剧烈，熔池内化学反应更加迅速。与传统实心电极加热装置相比，电弧能量利用率更高。

3、本实用新型提出的电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，采用电极喷吹一体化设计，粉剂喷枪保护气通道采用氮气和尾气混合气作为气源，大量气体进入熔池驱赶原有含氧气体，使熔池内原有熔体带入的空气脱离熔池，经数次循环后电弧炉内处于还原性气氛，显著降低了电极氧化消耗量，延长电极使用寿命，降低生产成本。

4、本实用新型提出的电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，采用尾气回用与氮气复合喷吹设计，利用电弧炉尾气与氮气制成混合喷吹系统，尾气替代部分氮气作为粉剂吹送载体和石墨电极保护气，不仅将尾气实现了再利用，还降低了氮气使用量，解决了电弧炉喷吹氮气成本过高的问题。

5、本实用新型提出的电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，采用尾气回用与氮气复合喷吹设计，尾气中含一氧化碳还原性气体，将尾气回用电弧炉，节约了工艺过程还原剂使用量，降低了还原工艺所用成本。尾气中的一氧化碳还原性气体还可更好地保护电极，降低电极消耗量。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的双电极直流电弧炉用作熔融还原冶炼炉的工艺流程图。

图2是本实用新型实施例二提供的交流钢包精炼炉用作钢水精炼的工艺流程图。

图3是本实用新型实施例提供的电极喷吹一体化的结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的电极喷吹一体化的俯视图。

图中：1、电弧炉电源；2、石墨电极；3、粉剂喷枪；3-1、中心通道；3-2、环形通道；4、电弧作用区；5、熔池；6、电弧炉；6-1、废气排放口；7、袋式收尘器；8、引风机；9、空压站；10、氮气调压站；11、混气调压站；11-1、混气供气第一分支管路；11-2、混气供气第二分支管路；11-3、混气供气第三分支管路；12、粉剂料仓；13、分料器；14、喷吹罐；15、粉剂分配器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

电弧炉具有电弧温度高、炉内温度易精确控制的优势，与转炉等炉型相比，冶炼周期较长，耗电量较大，冶炼成本较高。电弧炉采用石墨电极加热，石墨电极消耗也会显著增加生产成本。当电弧炉内添加外加粉剂时，粉剂与原有熔体难以均匀化，只能将冶炼周期延长更多，耗电量会进一步加大。冶炼产生的废气一般是处置后外排，废气含有的热量及气体成分中对冶炼有益的成分均未得到好的利用。本实用新型提出的一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，可降低石墨电极消耗量，将尾气回用冶炼，缩短冶炼周期，节约电能，降本增效。

本实用新型的实施例提供一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，其电弧炉加热及外加剂添加采用电极喷吹一体化装置完成，其冶炼过程产生的尾气采用尾气回用与氮气复合喷吹装置实现回用。

电极喷吹一体化装置由中空的石墨电极2和粉剂喷枪3组成，石墨电极2伸入电弧炉6内并插入熔池5中，粉剂喷枪3置于石墨电极3中心孔内，且粉剂喷枪3的前端部与石墨电极2端部平齐。粉剂喷枪3由同轴设置的内层中心通道3-1和外层环形通道3-2组成，内层中心通道3-1为粉剂吹送通道，外层环形通道3-2为电极保护气吹送通道。

将电弧炉6加热用石墨电极2沿轴线中心开孔，并将由同轴设置的内层中心通道3-1和外层环形通道3-2组成的粉剂喷枪3，插入石墨电极2中心孔至与石墨电极2前端平齐，其中：粉剂从内层中心通道3-1进入熔池5内，保护性气体从外层环形通道3-2贯入熔池5内，使从内层中心通道3-1出来的粉剂与从外层环形通道3-2出来的保护性气体一起形成共轴动力深入熔池；

尾气回用与氮气复合喷吹装置由袋式收尘器7、引风机8、空压站9、氮气调压站10、混气调压站11及相关管路连接件及阀门组成，所述袋式收尘器7入口连通电弧炉6的废气排放口6-1，所述引风机8入口与袋式收尘器7出口通过废气管路及阀门进行连接，所述空压站9入口与引风机8出口进行连通，所述氮气调压站10与空压站9通过各自气体输送管道及阀门汇合为混气管道并与混气调压站11连通。

将电弧炉6冶炼过程产生的尾气经袋式收尘器7除尘后，由引风机8送入空压站9储存，储存的尾气与氮气调压站10的氮气以一定的比例送入混气调压站11储存，使混合气体用于喷吹罐14粉剂下料、粉剂喷枪3粉剂喷吹和保护性气体吹送。

所述粉剂料仓12出口通过分料器13与喷吹罐14的粉剂入口实现连通，所述喷吹罐14的携粉剂空气出口通过粉剂分配器15与粉剂喷枪的中心通道3-1入口相连，所述混气调压站11出口的管路分成三支，分别为混气供气第一分支管路11-1、混气供气第二分支管路11-2、混气供气第三分支管路11-3，混气供气第一分支管路11-1与喷吹罐14的压缩空气入口相连，混气供气第二分支管路11-2与所述粉剂分配器15的入口相连，粉剂分配器15出口与粉剂喷枪的中心通道3-1入口由管路相连通，混气供气第三分支管路11-3与粉剂喷枪的环形通道3-2入口相连。

冶炼生产开始时，电弧炉电源1启动，石墨电极2电弧放电，形成电弧作业区4，将混气供气第三分支管路11-3与粉剂喷枪环形通道3-2接通供电极保护气，保护气进入电弧炉6内，减少石墨电极高温氧化，降低了石墨电极消耗量，保护气在电弧放电区4形成电弧离子气源，增强了电极电弧放电效应，形成温度更高的电弧作业区4。电弧炉6内物料受电弧作业区4高温熔化形成熔池5，依据不同冶炼阶段要求，将粉剂分配器15与粉剂喷吹的中心通道3-1相连通进行粉剂喷吹，粉剂可根据不同工艺需求进行加入，如熔融还原冶炼金属时加入还原剂焦炭、煤粉等，钢水精炼时加入脱硫剂等。由于粉剂喷吹与电弧顺向，粉剂将被电弧带入熔池深处，电弧强力搅拌作用使粉剂在整个熔池5内快速均匀化，使粉剂与熔体高温化学反应更加充分。与常规石墨电极和喷枪分置工艺及装置相比，具有节省石墨电极、冶炼周期短的优势，电能消耗降低，产品品质得到提升。

电弧炉6冶炼过程产生的尾气经废气排放口6-1排出，由袋式收尘器7进行除尘，除尘后的气体由引风机8送至空压站9储存，根据冶炼需要，氮气调压站10储存的氮气与空压站9储存的尾气按照一定比例混合后送入混气调压站11，尾气与氮气混合，可根据电弧炉工况条件进行成分调整，如尾气中氧含量过高时，可增加氮气比例。混气调压站11混合气体由混气供气第一分支管路11-1送入喷吹罐14，用于喷吹罐下料，混气调压站混合气体由混气供气第二分支管路11-2送入粉料分配器15，粉料分配器15与粉剂喷枪中心通道3-1连接用于粉剂喷吹，混气调压站混合气体由混气供气第三分支管路11-3送入粉剂喷枪环形通道3-2用于石墨电极保护性气体吹送。

上述粉剂喷枪，其基体由耐高温陶瓷材料制成，如碳化硅、氮化硅材质，可承受1600℃以上的高温环境。

本实施例中，空压站9出口可增加气体成分检测仪表，根据电弧炉冶炼气体成分要求，灵活调配尾气在混气中的比例。

综上所述，本实用新型的一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，通过电极喷枪同轴一体化制作进行电弧加热和粉剂喷吹，强化了电弧冶炼强度，均匀了熔池反应物相，降低了电极消耗，实现了尾气有效回用。

1、由于粉剂喷枪采用了双层结构设计，粉剂喷枪外层环形通道吹送电极保护气体的同时，加强了粉剂喷枪内层中心通道粉剂喷吹速度，从而将粉剂送入熔池更深区域。

2、由于粉剂喷枪与电极处于同一轴线，粉剂喷出区域与电极电弧区重合，从而借助电弧搅拌力将粉剂均匀分散到整个熔池。

3、由于粉剂喷枪外层可通入保护性气体，保护性气体借助电弧搅拌力混入整个熔池，驱赶氧化性气体排出熔池，由废气排放口排出电弧炉外，形成保护气氛，从而使电极受到保护，电极消耗量降低。

4、由于采用尾气回用与氮气复合喷吹，尾气回用替代了部分还原剂，从而使还原剂用量降低，氮气使用量降低。

为了更好地理解本实用新型的上述实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

实施例一：

如图1所示，一种双顶电极直流电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，用于冶金废渣的熔融还原冶炼。如图3和4所示，石墨电极2为中空电极，中间插入粉剂喷枪3，粉剂喷枪3分为内外两层，其中内层为中心通道3-1，用于喷吹还原剂煤粉，外层为环形通道3-2，用于喷吹保护气体氮气并助吹还原剂煤粉。双电极放电对电弧炉内冶金废渣进行加热，高温电弧将固态冶金废渣熔化并形成熔池，电弧形成强大搅拌力，喷入还原剂煤粉随电弧搅拌分散到整个熔池，与冶金废渣完成高温化学反应，将冶金废渣中的金属氧化物还原成有益金属，由于还原剂煤粉还原过程中会形成一氧化碳，使得废气中含有一定量的一氧化碳。

尾气回用与氮气复合喷吹装置，将废气经袋式收尘器7除尘，由引风机8引入空压站9储存，将氮气调压站10氮气与空压站9的废气以合适的比例混合后存储到混气调压站11，从混气调压站11出口管路分成三支，混气供气第一分支管路11-1将混合气体送入喷吹罐14，用于喷吹罐14下料，混气供气第二分支管路11-2将混合气体送入粉料分配器15，经粉料分配器15分用于粉剂喷枪3中心通道3-1煤粉喷吹，混气供气第三分支管路11-3将混合气体送入粉剂喷枪3环形通道3-2用于保护石墨电极2，降低石墨消耗量。

采用本实用新型可实现还原剂煤粉随电弧搅拌力均匀分散到熔池中，缩短了熔炼时间，降低了用电能耗，同时提高了产品质量；产生的废气经尾气回用与氮气复合喷吹装置实现了再利用，降低了还原剂使用量，对石墨电极2形成保护，降低了石墨消耗量，降低了生产成本。

实施例二：

如图2所示，一种双顶电极钢包精炼炉可喷吹调质剂的加热电极装置，用于钢水的精炼。如图3和4所示，石墨电极2为中空电极，中间插入粉剂喷枪3，粉剂喷枪3分为内外两层，其中内层为中心通道3-1，用于喷吹调质剂生石灰，外层为环形通道3-2，用于喷吹保护气体氮气并助吹调质剂生石灰。双电极放电对钢包精炼炉内钢水进行加热，高温电弧形成强大搅拌力，喷入调质剂生石灰随电弧搅拌分散到整个熔池，与钢水完成高温化学反应，将钢水中的硫磷杂质吸收到渣液相中，调质精炼过程中会产生废气气体。

尾气回用与氮气复合喷吹装置，将废气经袋式收尘器7除尘，由引风机8引入空压站9储存，将氮气调压站10氮气与空压站9的废气以合适的比例混合后存储到混气调压站11，从混气调压站11出口管路分成三支，混气供气第一分支管路11-1将混合气体送入喷吹罐14，用于喷吹罐14下料，混气供气第二分支管路11-2将混合气体送入粉料分配器15，经粉料分配器15分用于粉剂喷枪3中心通道3-1调质剂喷吹，混气供气第三分支管路11-3将混合气体送入粉剂喷枪3环形通道3-2用于保护石墨电极2，降低石墨消耗量。

采用本实用新型可实现调质剂生石灰随电弧搅拌力均匀分散到熔池中，缩短了熔炼时间，降低了用电能耗，同时提高了产品质量；产生的废气经尾气回用与氮气复合喷吹装置实现了再利用，对石墨电极2形成保护，降低了石墨消耗量，降低了生产成本。

在此需要说明的是，当将装置中的氮气调压站10替换为氧气调压站后，可用于炼钢。内层中心通道3-1，用于喷吹调质剂轻烧白云石，外层为环形通道3-2，用于喷吹氧气并助吹调质剂轻烧白云石。电极放电对电弧炉内废钢及铁水进行加热，高温电弧将废钢熔化与铁水共同形成熔池，高温电弧形成强大搅拌力，喷入调质剂轻烧白云石随电弧搅拌分散到整个熔池，与铁水完成高温化学反应，将铁水中过多的碳氧化成气体完成铁水脱碳，并将其它杂质磷、硅等吸收到渣液中，完成铁水脱磷脱硅。缩短了熔炼时间，降低了用电能耗，同时提高了产品质量；产生的废气再利用，减少了氧气使用量，降低了生产成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，其特征在于，包括电弧炉、电极喷吹一体化装置、尾气回用与氮气复合喷吹装置、粉剂料仓、和喷吹罐；

所述电极喷吹一体化装置由中空的石墨电极和粉剂喷枪组成，所述石墨电极伸入电弧炉内并插入熔池中，所述石墨电极中心孔孔径大小与粉剂喷枪外径匹配，所述粉剂喷枪置于石墨电极中心孔内，且粉剂喷枪的前端部与石墨电极端部平齐；所述粉剂喷枪由同轴设置的内层中心通道和外层环形通道组成，内层中心通道为粉剂吹送通道，外层环形通道为电极保护气吹送通道；

所述尾气回用与氮气复合喷吹装置包括袋式收尘器、引风机、空压站、氮气调压站、和混气调压站，所述袋式收尘器入口与电弧炉的废气排放口相连，所述袋式收尘器出口通过管路与引风机入口相连，所述引风机出口通过管路与空压站入口相连，所述空压站出口、氮气调压站出口分别通过管路与混气调压站入口相连，所述混气调压站出口分别与喷吹罐的压缩空气入口、粉剂喷枪的环形通道入口相连；

所述粉剂料仓出口与喷吹罐的粉剂入口相连，所述喷吹罐的携粉剂空气出口与粉剂喷枪的中心通道入口相连。

2.如权利要求1所述的用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，其特征在于，所述粉剂料仓出口通过分料器与喷吹罐的粉剂入口相连。

3.如权利要求1所述的用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，其特征在于，所述喷吹罐的携粉剂空气出口通过粉剂分配器与粉剂喷枪的中心通道入口相连。

4.如权利要求3所述的用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，其特征在于，所述混气调压站出口的管路分成三支，混气供气第一分支管路与喷吹罐的压缩空气入口相连，混气供气第二分支管路与所述粉剂分配器的入口相连，混气供气第三分支管路与粉剂喷枪的环形通道入口相连。

5.如权利要求1所述的用于电弧炉可喷吹粉剂的加热电极装置，其特征在于，所述粉剂喷枪，其基体由耐高温陶瓷材料制成。

Images