本发明涉及电弧炉炼钢领域，特别涉及用于全封闭电弧炉炉盖的一种电极孔真空密闭装置。
背景技术
目前在电炉炼钢过程中电炉炉盖电极孔和电极之间是存在间隙的,这样做主要是为了方便高温电极在复杂的熔化冶炼过程中能够快速自由升降，以保证电弧的稳定和高效生产。但电极孔间隙的存在会导致炉内的烟气外溢至炉外，或炉外的空气会进入炉内。炉内烟气外溢会导致炉内热量损失和冶炼岗位环境的污染。炉外空气进入炉内，在带入21％的氧气的同时还带入了大量的氮气和其他惰性气体，氧气进入炉内会增加电极的氧化和消耗，除氧气之外的其他气体进入电炉炉内则会增加除尘系统运行负荷，氮气进入炉内后再高温电弧下发生裂解，所以这种冶炼工艺会造成钢液增氮，降低钢水纯净度。
鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，提出了一种电炉电极孔真空密闭装置，以解决在电炉高温电极冶炼过程中快速自由升降的同时如何阻止空气或炉气自由进出电极孔的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电极孔真空密闭装置，能够在电炉高温冶炼过程中同时保证电极的快速升降和电极孔的密封，在一定条件下实现电炉内的真空状态。
为达到上述目的，本发明提出一种电极孔真空密闭装置，安装在电炉炉盖的电极孔上，其中，所述电极孔真空密闭装置包括由上至下顺序设置且密封连接的：
密封单元，包括密封套管和能与所述电极密封配合的密封件，所述密封套管为上下贯通且竖直设置的筒状体，所述密封件设置在所述密封套管的内壁上；
伸缩单元，具有呈筒状且竖直设置的伸缩套管，所述伸缩套管上下贯通且能沿竖直方向伸缩，所述伸缩套管的顶端与所述密封套管密封连接；
气封单元，包括气封套管和气封组件，所述气封套管为竖直设置的筒状体且上下贯通，所述气封套管的顶端与所述伸缩套管密封连接，所述气封组件设置在所述气封套管的内壁上。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述气封组件包括散气管和输气管，所述散气管固设在所述气封套管的内壁上并沿所述气封套管的周向设置，在所述散气管的侧壁上开设有多个出气孔，所述输气管的一端固设在所述散气管的侧壁上并与所述散气管的内腔相连通，所述输气管的另一端贯穿所述气封套管并与惰性气源相连通。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述密封件为呈圆环状的绝缘盘根，所述绝缘盘根的外壁与所述密封套管密封地固定连接，所述绝缘盘根的内壁与所述电极密封配合。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述密封单元还包括压紧组件，所述压紧组件包括压紧套管、压紧气囊和输气管，所述压紧套管为上下贯通且竖直设置的筒状体，所述压紧套管的底端与所述密封套管的顶端密封连接，所述压紧气囊呈环状并套设在所述压紧套管内，所述输气管的一端与所述压紧气囊相连通，所述输气管的另一端贯穿所述压紧套管的侧壁并与气源相连接，充气后的所述压紧气囊分别与所述压紧套管的内壁和所述电极的外壁密封配合。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述伸缩套管为橡胶伸缩套管。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述伸缩单元还包括设置在所述伸缩套管下方的金属波纹管，所述金属波纹管竖直设置且上下贯通，所述金属波纹管的顶端与所述伸缩套管密封连接。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述伸缩单元还包括设置在所述伸缩套管上方的三通固定套管，所述三通套管为竖直设置且内部中空的筒状体，所述筒状体的顶端设有第一接口，所述筒状体的底端设有第二接口，所述筒状体的侧壁设有第三接口，所述第一接口与所述密封套管密封连接，所述第二接口与所述伸缩套管密封连接，所述第三接口与电极升降装置密封连接。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述气封单元还包括水冷套管，所述水冷套管呈竖直的筒状且上下贯通，所述水冷套管内具有多条沿所述水冷套管的周向开设的水流通道，多条所述水流通道沿竖直方向顺序排列且串联连接，位于所述水冷套管底部的所述水流通道开设有进水口，位于所述水冷套管顶部的水流通道开设有出水口。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述水冷套3包括外筒体、内筒体和多个挡板，所述内筒体套设在所述外筒体内且与所述外筒体形成有环形空间，所述环形空间的上下两端封闭，所述挡板为水平设置的环形板，所述挡板的内缘与所述内筒体密封连接，所述挡板的外缘与所述外筒体密封连接，多个所述挡板由下至上间隔设置将环形空间分隔为多条水流通道，所述挡板上还开设有能够串联相邻的两条所述水流通道的导流孔。
如上所述的电极孔真空密闭装置，其中，所述水冷套管的底端和顶端分别固设有安装第一法兰和第二法兰，所述水冷套管的底端通过所述第一法兰固接在所述炉盖上并与所述电极孔密封连接，所述水冷套管的顶端通过所述第二法兰与所述气封套管密封连接。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的电极孔真空密闭装置可用于炉内真空状态下的电炉电极孔密封，其利用密封单元和气封单元阻止炉外空气由电炉炉盖上的电极孔进入炉内以及阻止炉内烟气由电极孔向外扩散，并通过伸缩单元保证电极能够自由身升降，从而实现在密闭电极孔的同时不影响冶炼过程中电极自由升降。
本发明提出的电极孔真空密闭装置能够可实现电极孔的完全密闭，在一定条件下实现炉内的真空密封要求，从而减少了电炉产生的烟气量，进而降低了电炉除尘的负荷和能耗；真空状态可减少炉内高温炽热电极被空气中的氧气氧化，从而降低消耗；进入炉内的空气大幅减少，可以减少炉内生产的还原性气体的被空气带入的氧气进行二次氧化或燃烧，从而提高烟气中还原气体的含量，有利于炉内产生的还原性气体的进一步回收和利用；减少氮气进入炉内，降低钢液中氮的含量，显著提升钢水纯净度。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明提出的电极孔真空密闭装置的结构示意图(一)；
图2为本发明提出的电极孔真空密闭装置的结构示意图(二)；
图3为本发明中气封单元的结构示意图；
图4为本发明中水冷套管的结构示意图；
图5为图4中a-a向的剖视图。
附图标记说明：
100、电极孔真空密闭装置；110、密封单元；
111、密封套管；112、密封件；
113、压紧套管；114、压紧气囊；
115、第一输气管；120、伸缩单元；
121、伸缩套管；122、金属波纹管；
123、三通固定套管；130、气封单元；
131、气封套管；132、气封组件；
1321、散气管；1322、第二输气管；
1323、出气孔；133、水冷套管；
1331、水流通道；1332、进水口；
1333、出水口；1334、外筒体；
1335、内筒体；134、第一法兰；
135、第二法兰；200、电极；
300、电极升降装置；1336、挡板。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1、图2所示，本发明提出一种电极孔真空密闭装置100，安装在电炉炉盖的电极孔上，电极孔真空密闭装置100包括由上至下顺序设置且密封连接的密封单元110、伸缩单元120和气封单元130，密封单元110包括密封套管111和能与电极200密封配合的密封件112，密封套管111为上下贯通且竖直设置的筒状体，密封件112设置在密封套管111的内壁上；伸缩单元120具有呈筒状且竖直设置的伸缩套管121，伸缩套管121上下贯通且能沿竖直方向伸缩，伸缩套管121的顶端与密封套管111密封连接；气封单元130包括气封套管131和气封组件132，气封套管131为竖直设置的筒状体且上下贯通，气封套管131的顶端与伸缩套管121密封连接，气封组件132设置在气封套管131的内壁上。
本发明提出的电极孔真空密闭装置100可用于炉内真空状态下的电炉电极孔密封，其利用密封单元110和气封单元130阻止炉外空气由电炉炉盖上的电极孔进入炉内以及阻止炉内烟气由电极孔向外扩散，并通过伸缩单元120保证电极200能够自由身升降，从而实现在密闭电极孔的同时不影响冶炼过程中电极自由升降。
本发明提出的电极孔真空密闭装置100能够可实现电极孔的完全密闭，在一定条件下实现炉内的真空密封要求，从而减少了电炉产生的烟气量，进而降低了电炉除尘的负荷和能耗；真空状态可减少炉内高温炽热电极被空气中的氧气氧化，从而降低消耗；进入炉内的空气大幅减少，可以减少炉内生产的还原性气体的被空气带入的氧气进行二次氧化或燃烧，从而提高烟气中还原气体的含量，有利于炉内产生的还原性气体的进一步回收和利用；减少氮气进入炉内，降低钢液中氮的含量，显著提升钢水纯净度。
在本发明一个可选的例子中，如图3所示，气封组件132包括散气管1321和第二输气管1322，散气管1321沿气封套管131的周向环绕在气封套管131的内壁上并与气封套管131的内壁固定连接，散气管1321具有中空的内腔且在散气管1321的侧壁上开设有多个出气孔1323，第二输气管1322的一端固设在散气管1321的侧壁上并与散气管1321的内腔相连通，第二输气管1322的另一端贯穿气封套管131并与惰性气源相连通。通过第二输气管1322向散气管1321输入惰性气体，惰性气体通过散气管1321上的多个出气孔1323喷吹入电极孔真空密闭装置100内部形成气幕，以阻止来自炉内的高温烟气向上扩散，并减少热辐射。
在一个可选的例子中，惰性气体为氩气。
在本发明一个可选的例子中，密封件112为呈圆环状的绝缘盘根，绝缘盘根的外壁与密封套管111密封地固定连接，绝缘盘根的内壁与电极200密封配合。这样，通过绝缘盘根与电极200的紧密贴合，实现了对电极200上部周围的密封，既防止了炉外的空气通过电极孔进入炉内，又防止了由气封组件进入的惰性气体的放散。在本发明一个可选的例子中，密封单元110还包括压紧组件，压紧组件包括压紧套管113、压紧气囊114和第一输气管115，压紧套管113为上下贯通且竖直设置的筒状体，压紧套管113的底端与密封套管111的顶端密封连接，压紧气囊114呈环状并套设在压紧套管113内，第一输气管115的一端与压紧气囊114相连通，第一输气管115的另一端贯穿压紧套管113的侧壁并与气源相连接，充气后的压紧气囊114分别与压紧套管113的内壁和电极200的外壁密封配合。进一步保证密封单元110对电极200的密封，同时又便于电极200的安装和拆卸。另外，压紧组件还能防止绝缘盘根在电极200升降过程中发生脱落。
在本发明一个可选的例子中，伸缩套管121为橡胶伸缩套管。在电炉冶炼，电极200进行上升时，伸缩套管121伸长，电极200进行下降时，伸缩套管121缩短，而密封单元110与电极200的相对位置不变，这样既能保证电极200能够自由身升降，又能保证电极孔的密封。
在本发明一个可选的例子中，伸缩单元120还包括设置在伸缩套管121下方的金属波纹管122，金属波纹管122竖直设置且上下贯通，金属波纹管122的顶端与伸缩套管121密封连接，金属波纹管122的底端与气封套管131密封连接。金属波纹管122能够减缓电极冶炼过程中的振动对电极200及电极孔真空密闭装置100的损害。
在一个可选的例子中，金属波纹管122上也可以设置有用于向电极孔真空密闭装置100内输送惰性气体的管路。
在本发明一个可选的例子中，伸缩单元120还包括设置在伸缩套管121上方的三通固定套管123，三通固定套管123为竖直设置且内部中空的筒状体，三通固定套管123的顶端设有第一接口，三通固定套管123的底端设有第二接口，三通固定套管123的侧壁设有第三接口，第一接口与密封套管111密封连接，第二接口与伸缩套管121密封连接，第三接口与电极升降装置300密封连接。通过三通固定套管123与电极升降装置300的密封连接，既实现了伸缩套管121能够随电极的升降，又同时固定了绝缘盘根。
在本发明一个可选的例子中，如图4、图5所示，气封单元130还包括水冷套管133，水冷套管133呈竖直的筒状且上下贯通，水冷套管133内具有多个条沿水冷套管133的周向开设的水流通道1331，多条水流通道1331沿竖直方向顺序排列且串联连接，位于水冷套管133底端的水流通道1331开设有进水口1332，位于水冷套管133顶端的水流通道开设有出水口1333。水冷套管133能够阻止来自电炉和钢水的高温对电极孔真空密闭装置100的热辐射，同时便于电极孔真空密闭装置的更换。
在本发明一个可选的例子中，水冷套管133包括外筒体1334、内筒体1335和多个挡板1336，内筒体1335套设在外筒体1334内且与外筒体1334形成有环形空间，环形空间的上下两端封闭，挡板1336为水平设置的环形板，挡板1336的内缘与内筒体1335密封连接，挡板1336的外缘与外筒体1334密封连接，多个挡板1336由下至上间隔设置并将环形空间分隔为多条水流通道1331，挡板1336上还开设有导流孔，以保证相邻的两条水流通道1331能够串联连接。
在本发明一个可选的例子中，水冷套管133的底端和水冷套管133的顶端分别固设有第一法兰134和第二法兰135，水冷套管133的底端通过第一法兰134固接在炉盖上并与电极孔密封配合，水冷套管133的顶端通过第二法兰135与气封套管131密封连接。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。