一种连续预热废钢的炼钢装置的制作方法

本实用新型涉及一种连续预热废钢的炼钢装置，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术：

从装料模式划分，目前用废钢炼钢的电炉工艺和装置可以分为冷装料和热装料两种方式，冷装料即废钢不经过预热处理直接装入炉中冶炼，热装料即废钢需要经过预热后再装入炉子中冶炼。多数传统电弧炉采用冷装料的方式进行冶炼，冶炼过程中主要依靠高温电弧熔化废钢和加热钢水，但是电弧对废钢烧损大，熔化噪音大，冶炼后期需要大量吹氧喷碳和加入大量造渣料造好泡沫渣以实现埋弧冶炼才能提高电弧加热效率，炉内产生大量的高温烟气直接排出。同时每次加废钢需要旋开炉盖，会造成环境污染和能量损失。目前，用于热装料模式的废钢预热型电炉主要包括水平连续预热的Consteel电炉和带手指阀的竖井式电炉，二者均可以实现不开盖加料，实现电弧加热钢水的平熔池冶炼。废钢的预热主要是利用电炉本身在冶炼废钢过程中产生的高温烟气，让这些高温烟气经过废钢以达到预热废钢的效果，提高了输入电炉能源的利用率，但是这两种废钢预热型电炉也都有各自的优缺点。其中，Consteel电炉设备技术成熟、故障率低，但由于烟气仅由废钢的顶部通过因此预热效果差，吨钢电耗最多节约30kWh。而带手指阀的竖井式电炉，由于烟气是从废钢料柱的底部向其顶部扩散，对流换热充分，吨钢电耗可降低约100kWh，但由于竖井和手指阀采用水冷钢结构，废钢预热温度高，因此竖井和手指阀经常发生漏水和粘钢的故障，给正常生产带来了安全隐患。

因此，提供一种连续预热废钢的炼钢装置及工艺已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述的缺点和不足，本实用新型提供一种连续预热废钢的炼钢装置。该装置为将废钢预热、电弧升温、一次能源助熔、炉底吹气搅拌(底吹)、高效吹氧相结合的用废钢炼钢装置。

为了实现以上目的，本实用新型提供了一种连续预热废钢的炼钢装置，其中，所述连续预热废钢的炼钢装置包括：

废钢竖井，该废钢竖井被设置于其上部的第二竖井闸门分隔为废钢装料竖井及废钢预热竖井，且废钢装料竖井的顶部设置有第一竖井闸门用以将其密封；

电弧炉，该电弧炉含有上下设置的炉盖及炉体，该炉体含有上下依次设置的上炉壳、熔池及下炉壳；所述上炉壳上设有多功能炉壁枪；

电弧炉上炉壳所设置的烟气出口通过烟道与所述废钢预热竖井烟道的入口相连；

振动给料机，用以将预热后的废钢送入电弧炉的熔池。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的装置中，所述烟道可为废钢预热竖井的一部分，即二者是连体设置的，当然，二者也可以进行分体设置，只要保证可以实现本实用新型的目的即可。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的装置中，该炉体的底部设置有若干炉底底吹装置，该炉底底吹装置与所述熔池相连通。

其中，在本实用新型所提供的该装置中设置若干炉底底吹装置，一方面可以增加废钢的熔化速度(搅拌作用)，另一方面，还可以起到均质钢液成分的作用；此外，本领域技术人员可以根据电弧炉的大小及钢液冷区点等因素设置底吹数量点及每点的相关参数，如在本实用新型具体实施方式中，每点相关参数如下所示：

流量：0-300L/min，压力0.3-0.4MPa，介质为氩气或氮气。

根据本实用新型具体实施方案，该装置的废钢竖井由第二竖井闸门分隔为废钢装料竖井及废钢预热竖井，其中，废钢仅在废钢预热竖井中被预热，并且第一竖井闸门及第二竖井闸门不会同时开启，以保证预热后的烟气始终在相对稳定的状态下被抽出而进入燃烧沉降室。

具体而言，首先除尘风机在整个冶炼过程中一直在工作。假设废钢竖井仅设一个竖井室和一个闸门，则当向废钢竖井加废钢期间(3分钟左右)，闸门打开，这时大量的野风会从打开的闸门涌入，造成风机负荷变化，烟气的温度也剧烈波动。而在本实用新型的该装置中，废钢竖井为两个竖井室(一大一小，其中，废钢预热竖井较大，而废钢装料竖井较小)并且设置两个闸门(两个闸门使废钢装料竖井和废钢预热竖井都是封闭的空间)，在加废钢过程中两个闸门不会同时打开，除尘风机最大的波动就是增加较小的废钢竖井(废钢装料竖井)空间内的烟气量，所以该装置中的废钢竖井设置方式可以保证预热后的烟气始终在相对稳定的状态下被抽出而进入燃烧沉降室(利于风机的工作，烟气温度更容易控制，对后期烟气的处理有利)。

根据本实用新型具体实施方案，所述废钢预热竖井的井壁采用耐热铸铁板背部贴加耐材(耐火、耐热材料)结构形式，也可采用水冷壁的形式；

所述第二竖井闸门水冷竖井闸板；

另，当所述第一竖井闸门关闭时，需要保证其对废钢装料竖井进行密封。

根据本实用新型具体实施方案，该装置还包括竖井底座，用以支撑废钢竖井。

在本实用新型具体实施方式中，废钢预热竖井的底部可采用焊接或螺栓固定的方式与该竖井底座的表面相连接。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的装置中，所述竖井底座还设置有锁定装置，用以锁定该竖井底座。

根据本实用新型具体实施方案，该装置还包括推钢机，其位于竖井底座上，用以将所述预热后的废钢推到振动给料机的料斗，再由振动给料机将该预热后的废钢送入电弧炉的熔池中。

根据本实用新型具体实施方案，该装置还包括竖井移动设备，该竖井移动设备与竖井底座相连，用于拉动竖井底座以使废钢竖井与电弧炉的炉体分离。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的装置中，废钢预热竖井和竖井底座位于电弧炉的一侧并可与电弧炉分离，不影响该电弧炉的出钢、出渣、下炉壳吊出更换等操作。

根据本实用新型具体实施方案，该装置还包括燃烧沉降室，所述废钢预热竖井的烟气出口经由管路与该燃烧沉降室的入口相连；

所述燃烧沉降室的入口及/或出口设置有若干燃气烧嘴。

在本实用新型更为优选的实施方式中，所述燃气烧嘴为3-5只，每只燃气烧嘴的能力为1.5-3MW。

根据本实用新型具体实施方案，该装置还包括急冷塔，所述燃烧沉降室的气体出口经由管路与该急冷塔的入口相连。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的装置中，燃烧沉降室的入口处设置有测温装置。

其中，所述测温装置设置在燃烧沉降室的入口并靠近燃烧沉降室之处，用以判断进入该燃烧沉降室内的烟气的温度，若烟气的温度低于800℃，则需要启动燃气烧嘴加热该进入燃烧沉降室内的烟气。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的装置中，所述炉盖设置有电极孔，电极安装在该电极孔内，该电极的上端位于电弧炉外，电极的下端位于电弧炉内并伸入至熔池中；

所述电极的上端连接有导电横臂。

其中，所述电极可随导电横臂上下移动。

根据本实用新型具体实施方案，该连续预热废钢的炼钢装置还设置有密封罩，用以将所述振动给料机密封于所述废钢预热竖井的烟道内。

在本实用新型具体实施方式中，所述密封罩用螺栓固定在废钢预热竖井及竖井底座上，以使振动给料机密封于所述废钢预热竖井的烟道内；该密封罩只在电弧炉上炉壳的烟气出口方向敞开，使得电弧炉内的高温烟气能顺利进入废钢预热竖井。

此外，该密封罩可为钢板贴加耐火材料(本领域常规耐火材料)的复合结构，也可以采用水冷形式的密封罩。

本实用新型所述的连续预热废钢的炼钢装置可以适用于多种不同的方法进行连续预热废钢的炼钢，为了进一步对本实用新型的装置进行说明，本实用新型还提供了应用本实用新型的装置进行连续预热废钢的炼钢工艺，所述工艺包括以下步骤：

(1)通电熔化：电弧炉通电，熔化电弧炉熔池内的炉料；

(2)废钢预热及加料：将熔化过程中产生的烟气通入废钢预热竖井中用于预热废钢，并将预热后的废钢加入到熔池中；

(3)吹氧喷碳以及二次燃烧：按照设定的流量及一定比例向熔池中吹氧，向炉渣中喷碳；吹氧喷碳过程中产生的CO二次燃烧，得到高温烟气，再将该高温烟气通入废钢预热竖井中用于预热废钢；

(4)出渣；

(5)出钢。

根据本实用新型具体实施方案，所述的工艺还包括废钢预处理(分类、破碎、加工、筛分)、配料、转运等操作，其均为本领域常规操作，本领域技术人员可以根据现有的技术手段进行处理，只要保证可以实现本实用新型的目的即可。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的工艺中，所述的废钢预热、电极熔化、吹氧喷碳可同时进行。

根据本实用新型具体实施方案，所述的工艺步骤(1)还包括在熔化炉料时，按照一定比例向熔池中吹入氧气以加速炉料熔化的操作。

根据本实用新型具体实施方案，所述的工艺还包括在步骤(1)-(3)中通过炉底底吹装置向熔池中吹入底吹气体的操作。

根据本实用新型具体实施方案，所述工艺的步骤(2)废钢预热及加料，具体包括以下步骤：

使用推钢机将预热后的废钢分批次推入振动给料机的料斗，再由振动给料机将该预热后的废钢送入电弧炉的熔池中；当推送预热后的废钢达到预设的次数后，废钢预热竖井会空出一定的空间，此时打开第二竖井闸门使所述废钢装料竖井中的废钢落入废钢预热竖井内，关闭第二竖井闸门并继续进行预热；再打开第一竖井闸门，向废钢装料竖井中继续加入废钢后，关闭该第一竖井闸门，重复以上向废钢预热竖井及废钢装料竖井中加入废钢并对其进行预热的操作。

其中，在本实用新型所提供的该连续预热废钢的炼钢工艺中，可以根据现场作业需要合理控制向废钢装料竖井中加入废钢的频次(即以一定的频次间断进料)；不过本实用新型对该向废钢装料竖井中加入废钢的方式不做具体要求，在本实用新型一具体实施方式中，可以采用斜桥小车的方式向该废钢装料竖井中加料，只要满足上料频次即可。

根据本实用新型具体实施方案，所述的工艺还包括将预热后的烟气通入燃烧沉降室中并于800℃以上温度进行处理，然后再将处理后所得气体通入急冷塔并将其冷却至200℃以下的操作。其中，急冷塔处理后的气体可送至烟气除尘系统继续进行处理。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的工艺中，废钢冶炼过程采用留钢、留渣操作，并以电弧加热、吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔相结合的能量供应方式对废钢进行加热并至熔化，同时废钢熔炼过程中产生的高温烟气全程导入废钢装料竖井中并对竖井通道内的废钢进行预热，预热后的废钢用推钢机分多批次推入炉内熔池进行熔化，废钢预热是以一定的周期近似连续化的方式进行预热；再利用多功能炉壁枪或埋入式氧枪高效吹氧、喷碳粉造泡沫渣以实现埋弧冶炼，同时电弧加热可继续对钢水升温至合格出钢温度，整个冶炼过程电弧始终给钢水加热，废钢在高温钢水中熔化，化学反应也在金属液相中发生，电弧完全在平坦浴熔池状况下进行工作。

再将预热后的烟气通入燃烧沉降室中并于800℃以上温度进行处理，此时可以保证废气中二噁英充分裂解，然后再将处理后所得气体通入急冷塔并将其冷却至200℃以下，此时可以避免二噁英再次生成，以达到国家规定的环保排放标准。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的工艺步骤(1)中，所述炉料为留钢，当电弧炉中已有留钢时，则该连续预热废钢的炼钢工艺即可按照以上步骤(1)-(5)进行操作；

若为新炉衬的第一次冶炼，即电弧炉中没有留钢，此时需要在电弧炉内产生炉内留钢，具体包括以下步骤：

首先，将导电横臂升起以将电极提到电炉炉盖内，炉盖和电极通过旋转机构一起旋开，用废钢料篮将一定数量的废钢(满足熔池中留钢要求的量)加入熔池中，然后再旋回炉盖和电极；随后通电以熔化该废钢，得到所述留钢。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的工艺中，所有废钢在第二个炉次后都经过预热后再被送到熔池中进行熔化，其废钢预热是以一定的周期近似连续化的方式进行预热。

根据本实用新型具体实施方案，在所述的工艺中，整个炼钢过程中的烟尘是在相对稳定的状态下被抽出，同时抽出的烟尘经过了废钢得吸附(即烟气用于废钢的预热)，并且没有大批废钢采用旋开电炉炉盖的方式加入(除第一次加料外)，减少了炼钢过程中烟尘排放，进而减小了除尘风机的功率。

其次，在所述的工艺中，采用了留钢留渣操作，用留钢传递能量以加速熔化废钢，电弧只对钢水进行加热，实现平熔池冶炼，电弧加热更加平稳，噪音更低，对电网冲击小；具体而言，在本申请中，加料模式及废钢熔化方式保证了平熔池冶炼：首先冶炼开始前炉体内存有一定的钢水(留钢量)；其次加料模式，废钢竖井内的废钢在整个冶炼过程中通过推钢机及振动给料机分批次加入熔池中，电极电弧加热钢水，钢水传热废钢并熔化废钢，每批次的加入量与电极电弧的加热功率相匹配，保证下一次加料时，上一次的加料的废钢已变成液态，没有大量的未化废钢在熔池内堆积，电极电弧始终给钢水加热，(传统用电弧熔化废钢)实现平熔池冶炼。

此外，本实用新型所提供的该工艺采用通电弧加热、吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔相结合的能量供应方式同时对废钢进行加热和熔化，同时设置炉底底吹装置，增加了废钢熔化速度、均质钢水成分；并将烟气二次燃烧与烟气及高温烟气预热废钢、二噁英裂解结合起来，通过急冷塔快速冷却烟气避免二噁英的再次合成。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1所提供的该连续预热废钢的炼钢装置的结构示意图。

主要附图标号说明：

1、炉体；2、下炉壳；3、多功能炉壁枪；4、炉底底吹装置；5、电极；6、熔池；7、炉盖；8、导电横臂；9、振动给料机；10、锁定装置；11、密封罩；12、竖井底座；13、竖井移动设备；14、燃气烧嘴；15、燃烧沉降室；16、急冷塔；17、测温装置；18、推钢机；19、第二竖井闸门；20、第一竖井闸门；21、废钢装料竖井；22、废钢预热竖井；23上炉壳。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种连续预热废钢的炼钢装置，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述装置包括：

废钢竖井，该废钢竖井被设置于其上部的第二竖井闸门19分隔为废钢装料竖井21及废钢预热竖井22，且废钢装料竖井21的顶部设置有第一竖井闸门20用以将其密封；

竖井底座12，用以支撑废钢竖井；该竖井底座12还设置有锁定装置10，用以锁定该竖井底座12；

竖井移动设备13，该竖井移动设备13与竖井底座12相连，用于拉动竖井底座12以使废钢竖井与电弧炉的炉体1分离；

电弧炉，该电弧炉含有上下设置的炉盖7及炉体1，该炉体1含有上下依次设置的上炉壳23、熔池6及下炉壳2；所述上炉壳23上设有多功能炉壁枪3；该上炉壳23设有烟气出口，下炉壳设有出渣口、出钢口；

电弧炉上炉壳23所设置的烟气出口通过烟道与所述废钢预热竖井22烟道的入口相连；

该炉体1的底部设置有若干炉底底吹装置4，该炉底底吹装置4与所述熔池6相连通；

所述炉盖7设置有电极孔，电极5安装在该电极孔内，该电极5的上端位于电弧炉外，电极5的下端位于电弧炉内并伸入至熔池6中；

所述电极5的上端连接有导电横臂8，所述电极5可随导电横臂8上下移动；

振动给料机9，用以将预热后的废钢送入电弧炉的熔池6；

在本实施例中，该连续预热废钢的炼钢装置还设置有密封罩11，密封罩11用螺栓固定在废钢预热竖井22及竖井底座12上，以使振动给料机9密封于所述废钢预热竖井22的烟道内；该密封罩11只在电弧炉上炉壳23的烟气出口方向敞开，使得电弧炉内的高温烟气能顺利进入废钢预热竖井22；

该密封罩11为钢板贴加耐火材料(本领域常规耐火材料)的复合结构，也可以采用水冷形式的密封罩；

推钢机18，其位于竖井底座12上，用以将所述预热后的废钢推到振动给料机9的料斗，再由振动给料机9将该预热后的废钢送入电弧炉的熔池6中；

燃烧沉降室15，所述废钢预热竖井22的烟气出口经由管路与该燃烧沉降室15的入口相连；

所述燃烧沉降室15的烟气入口设置有若干燃气烧嘴14；该燃烧沉降室15的烟气入口处还设置有测温装置17；

急冷塔16，所述燃烧沉降室15的气体出口经由管路与该急冷塔16的入口相连，该急冷塔16的气体出口通过管路与所述烟气除尘系统相连。

实施例2

本实施例提供了一种连续预热废钢的炼钢工艺，该工艺是采用实施例1提供的连续预热废钢的炼钢装置实现的，其中，所述连续预热废钢的炼钢工艺包括以下具体步骤：

步骤(1)：第一次开炉盖装料。

本步骤主要适用于新炉衬的第一次冶炼，用于产生炉内留钢，当炉内已有留钢时，则由步骤(2)开始。该步骤(1)具体包括以下步骤：首先将导电横臂升起将电极提到电炉炉盖内，炉盖和电极通过旋转机构(图1中未示)一起旋开，用废钢料篮将一定数量的废钢(满足熔池中留钢要求的量)加入熔池中，然后再旋回炉盖和电极。

步骤(2)：电极熔化和氧燃助熔。

完成步骤(1)后，导电横臂带动电极下降与废钢起弧，并利用电弧热能熔化废钢，通过电极调节系统(图1中未示)控制导电横臂升降进而控制弧长以对炉料进行熔化；氧燃助熔与电极熔化可同时进行，并且炉内可以利用安装在炉壁上的多功能炉壁枪，按照一定比例向熔池中吹入氧气，以发挥烧嘴助熔功能，加速炉料熔化的操作。

步骤(3)：废钢竖井中初次装料。

本步骤(3)可与步骤(2)同时进行。通过废钢斜桥小车(图1中没有表示；上料形式本专利不作约束；满足上料周期即可)将废钢加入废钢竖井中。

步骤(4)：留钢熔池形成。

在执行步骤(2)-(3)的过程中，废钢料持续熔化，当留钢熔池形成后可进行步骤(6)。

步骤(5)：废钢预热。

完成步骤(2)-(4)的过程中，通电熔化过程中产生的高温烟气会被导入废钢预热竖井中以对该废钢预热竖井内的废钢进行预热。

步骤(6)：废钢竖井中循环方式加料模式。

利用推钢机将步骤(5)预热后的废钢分批次推入振动给料机的料斗，再由该振动给料机将预热后的废钢送到熔池中；当推料达到预设的次数后，废钢预热竖井中会空出一定的空间，此时将第二竖井闸门打开，以使废钢装料竖井中的废钢落入废钢预热竖井内，关闭第二竖井闸门以对废钢进行预热，然后打开第一竖井闸门，利用斜桥小车向废钢装料竖井中加入废钢，加料完成后再关闭第一竖井闸门，进入下一个循环加料周期如此往复；

循环步骤为：废钢预热竖井内废钢预热—废钢预热竖井内预热后的废钢分批次被推出(腾出容纳废钢装料竖井内废钢的空间)—打开第二竖井闸门，落料—关闭第二竖井闸门—打开第一竖井闸门—向废钢装料竖井中加料—关闭第一竖井闸门。

步骤(7)：吹氧喷碳。

当炉体内的熔池已经形成时，便可以同步进行吹氧喷碳操作，利用装在炉壁上的多功能炉壁枪对熔池按设定的流量和比例进行吹氧和喷碳，通过调整多功能炉壁枪喷枪的角度把氧气喷入金属熔池中，而把碳粉喷入到炉渣中，形成合理的泡沫渣厚度并保证钢液的升温速度。

步骤(8)：烟气的二次燃烧。

冶炼过程，在喷碳吹氧的过程中会产生大量的CO气体(一次燃烧)，这些气体在进入废钢预热竖井前，由于有新的空气补充进来(该新的空气是指从废钢预热竖井22与炉体1之间的缝隙补充进来的空气，其中，在设计过程中，会在该装置的废钢预热竖井22与炉体1之间留有一定的缝隙)，且此时的烟气温度远大于650℃，于是便发生了CO气体的二次燃烧，二次燃烧放热使烟气的温度进一步升高，这些温度升高后的烟气被抽入废钢预热竖井中，继续预热废钢预热竖井内的废钢，降低了整个冶炼的能耗。

步骤(9)：底吹。

在步骤2-(8)过程中，炉底设置的炉底底吹装置可以分阶段开启向熔池中吹入底吹气体，以搅拌钢水增加传热效率，加速废钢的熔化，并起到均质钢水成分的作用。

步骤(10)：出渣。

从步骤(7)开始，炉内将不断产生炉渣，这些炉渣在积聚到一定程度后可通过上炉壳所设置的出渣口持续排出。排渣前，利用竖井移动设备将废钢竖井与炉体分离，此时便不会影响出渣时炉体的倾动。

步骤(11)：出钢。

在完成步骤(9)后，当炉内熔池中钢水温度及成分含量达到既定目标后，可以通过上炉壳所设置的出钢口将其排出。出钢前，利用竖井移动设备将废钢竖井与炉体分离，此时便不会影响出钢时炉体的倾动。