喷淋式强制风冷电弧炉炉壳的制作方法

本发明涉及电弧炉炼钢领域，具体是一种喷淋式强制风冷电弧炉炉壳。

背景技术：

电弧炉炉壳的冷却技术是电炉冶炼的重要技术。在电弧炉冶炼过程中，炉壳内壁的耐火材料会承受高温作用，这些高温作用主要来自于电弧的辐射作用、炉渣和金属的喷溅、高温烟气等。耐火材料承受的热量如果不能被炉壳及时带走，高温作用就会造成耐火材料的损耗，缩短炉衬寿命，增加生产成本。

由于电弧炉三个电极距离炉壁距离不同，炉壁距离电极较近的地方温度较高，较远的地方温度较低，因此电炉炉壁会存在三个“热点区”和三个“冷点区”，不同区域需要的冷却强度不同，电弧炉炉壁“热点区”和“冷点区”冷却的问题也是提升电弧炉炉衬寿命的关键。

目前，电弧炉炉壳冷却技术中，水冷炉壁技术较为普遍，但由于管路中水流速的限制，水冷炉壁冷却效果也比较有限。水冷炉壁为安装、检修方便，大多呈块状，由于其形状的限制，也难以解决“热点区”和“冷点区”的冷却问题。水冷炉壁的上述问题导致炉衬耐材消耗不均，炉衬寿命缩短。现有技术中虽有风冷和水冷的结合，但这种技术方案通常是两种冷却方式独立运行，各自发挥冷却作用，没有发挥风和水的协同冷却作用。

技术实现要素：

本发明提供了一种喷淋式强制风冷电弧炉炉壳，以达到提升电弧炉炉壳冷却效果的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种喷淋式强制风冷电弧炉炉壳，包括外层炉壳、内层炉壳、气体冷却组件和液体冷却组件。内层炉壳设置在外层炉壳内，内层炉壳与外层炉壳之间形成中空腔体。气体冷却组件包括多个间隔设置在外层炉壳上的气体喷嘴，每个气体喷嘴均设置有气体流量阀，每个气体喷嘴的出口均与中空腔体连通。液体冷却组件包括多个间隔设置在外层炉壳上的液体喷嘴，每个液体喷嘴均设置有液体流量阀，每个液体喷嘴的出口均与中空腔体连通，并且多个气体喷嘴和多个液体喷嘴间隔设置。

进一步地，在外层炉壳的同一轴向高度位置，多个气体喷嘴和多个液体喷嘴沿外层炉壳的周向间隔交替设置。

进一步地，在外层炉壳的同一轴向高度位置，相邻两个气体喷嘴之间设置有至少两个间隔设置的液体喷嘴。

进一步地，该气体冷却组件还包括送风总管和气体分配器，气体分配器的入口与送风总管连接，气体分配器的出口与多个气体喷嘴的入口连接。

进一步地，该液体冷却组件还包括进水总管和液体分配器，液体分配器的入口与进水总管连接，液体分配器的出口与多个液体喷嘴的入口连接。

进一步地，喷淋式强制风冷电弧炉炉壳还包括回液组件，该回液组件与中空腔体连通，并能够回收由该液体冷却组件喷出的液体。

进一步地，该回液组件包括回液腔和回液管路，回液腔位于外层炉壳的下方并且回液腔与中空腔体连接，回液管路与回液腔连接，并用于将回液腔中的液体导出。

进一步地，喷淋式强制风冷电弧炉炉壳还包括废气收集组件，该废气收集组件与中空腔体连通，并能够收集中空腔体内的废气。

进一步地，该废气收集组件包括废气收集排放管路和废气降温冷却装置，废气收集排放管路的一端与中空腔体连接，废气收集排放管路另一端与废气降温冷却装置连接，废气降温冷却装置能够对废气进行降温冷凝。

本发明的有益效果是：本发明实施例通过利用风冷和水冷的协同冷却的方式，充分发挥了水的蒸发吸热作用，并通过风冷协同作用，使电弧炉炉壳的冷却效果更好。而且，气体冷却组件和液体冷却组件均可以进行流量调节，例如在温度高的区域可以增大流量，在温度低的区域可以减小流量，从而能够适用于不同温度的冷却区域。

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发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明喷淋式强制风冷电弧炉炉壳的主视结构示意图；

图2为本发明喷淋式强制风冷电弧炉炉壳的俯视结构示意图。

图中附图标记：10、外层炉壳；20、内层炉壳；21、中空腔体；31、气体喷嘴；32、送风总管；33、气体分配器；41、液体喷嘴；42、进水总管；43、液体分配器；51、回液腔；52、回液管路；61、废气收集排放管路；62、废气降温冷却装置。

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发明。

如图1和图2所示，一种喷淋式强制风冷电弧炉炉壳，包括外层炉壳10、内层炉壳20、气体冷却组件和液体冷却组件。内层炉壳20设置在外层炉壳10内，内层炉壳20与外层炉壳10之间形成中空腔体21，内层炉壳20的内侧设置有电弧炉的炉衬。气体冷却组件包括多个间隔设置在外层炉壳10上的气体喷嘴31，每个气体喷嘴31均设置有气体流量阀，每个气体喷嘴31的出口均与中空腔体21连通。液体冷却组件包括多个间隔设置在外层炉壳10上的液体喷嘴41，每个液体喷嘴41均设置有液体流量阀，每个液体喷嘴41的出口均与中空腔体21连通，并且多个气体喷嘴31和多个液体喷嘴41间隔设置。

本发明实施例通过利用风冷和水冷的协同冷却的方式，充分发挥了水的蒸发吸热作用，并通过风冷协同作用，使冷却效果更好。而且，气体冷却组件和液体冷却组件均可以进行流量调节，例如在温度高的区域可以增大流量，在温度低的区域可以减小流量，从而能够适用于不同温度的冷却区域。

需要说明的是，在图1中，外层炉壳10与内层炉壳20均为同轴设置的筒形结构，外层炉壳10与内层炉壳20之间的间距为10mm至100mm。外层炉壳10与内层炉壳20之间的间距优选为30mm～70mm，更优选为50mm。在该尺寸范围内，喷淋式强制风冷电弧炉炉壳冷却效果较好。

本发明实施例中，外层炉壳10为筒形结构，上述多个气体喷嘴31和多个液体喷嘴41在外层炉壳10的外周壁上间隔均布，并且在外层炉壳10同一轴向高度位置，多个气体喷嘴31和多个液体喷嘴41沿外层炉壳10的周向间隔交替设置。优选地，沿外层炉壳10的轴向，多个气体喷嘴31和多个液体喷嘴41间隔交替设置。将多个气体喷嘴31和多个液体喷嘴41交替间隔设置可以使风冷和水冷更好的协同冷却，达到最优化的冷却效果。

当然，本发明实施例并不限于上述结构，例如在一种未图示的实施例中，在外层炉壳10的同一横截面内，相邻两个气体喷嘴31之间设置有至少两个间隔设置的液体喷嘴41。即相邻两个气体喷嘴31之间设置有多个液体喷嘴41。该未图示的实施例可以适用于所需液体冷却流量较大的炉壳结构。本发明实施例中的多个气体喷嘴31和多个液体喷嘴41的排布方式可以根据不同冷却需要进行选择，凡是采用多个气体喷嘴31和多个液体喷嘴41间隔分布的排布方式均应该在本申请的保护范围之内。

如图1和图2所示，该气体冷却组件还包括送风总管32和气体分配器33，气体分配器33的入口与送风总管32连接，气体分配器33的出口与多个气体喷嘴31的入口连接。上述气体喷嘴31的数量可以为50至5000个，上述气体分配器33的数量和型号根据所需要的气体喷嘴31数量选用。送风总管32的入口与送风系统连接，用于提供设定压力和流量的气体，本发明实施例中送风系统提供的是压缩空气。

本发明实施例中，上述每个气体喷嘴31的气体流量在50m³/h～1500nm³/h之间，每个气体喷嘴31的风压在0.2mpa～0.8mpa之间。

具体地，每个气体喷嘴31上均设置有一个气体流量阀，该气体流量阀能够控制对应的该气体喷嘴31的流量大小。上述每个气体喷嘴31上的气体流量阀均与控制系统连接，通过该控制系统可以根据不同冷却需要控制对应冷却区域的气体喷嘴31的流量大小。

如图1和图2所示，该液体冷却组件还包括进水总管42和液体分配器43，液体分配器43的入口与进水总管42连接，液体分配器43的出口与多个液体喷嘴41的入口连接。上述液体喷嘴41的数量可以为50至5000个，上述液体分配器43的数量和型号根据所需要的液体喷嘴41数量选用。进水总管42的入口与液压泵连接，用于提供设定压力和流量的液体，本发明实施例中的液压泵提供的是冷却水。

本发明实施例中，上述每个液体喷嘴41的冷却水流量在0.01m³/h～1.5m³/h之间，每个液体喷嘴41的压力在0.1mpa～0.5mpa之间。

具体地，每个液体喷嘴41上均设置有一个液体流量阀，该液体流量阀能够控制对应的该液体喷嘴41的流量大小。上述每个液体喷嘴41上的液体流量阀均与控制系统连接，通过该控制系统可以根据不同冷却需要控制对应冷却区域的液体喷嘴41的流量大小。

设置液体流量阀和气体流量阀能实现对电弧炉的炉壳冷却的精确控制，使电弧炉的炉壳在喷淋和强制风冷的作用下，大幅提高降温效率，增加炉壳的使用寿命，提高经济效益。

如图1所示，喷淋式强制风冷电弧炉炉壳还包括回液组件，该回液组件与中空腔体21连通，并能够回收由该液体冷却组件喷出的液体。具体地，该回液组件包括回液腔51和回液管路52，回液腔51位于外层炉壳10的下方并且回液腔51与中空腔体21连接，回液管路52与回液腔51连接，并用于将回液腔51中的液体导出。

设置回液组件能够回收液体喷嘴41喷出的液体，使液体能够重复利用，避免浪费。

喷淋式强制风冷电弧炉炉壳还包括废气收集组件，该废气收集组件与中空腔体21连通，并能够收集中空腔体21内的废气。该废气收集组件包括废气收集排放管路61和废气降温冷却装置62，废气收集排放管路61的一端与中空腔体21连接，废气收集排放管路61另一端与废气降温冷却装置62连接，废气降温冷却装置62能够对废气进行降温冷凝。

设置废气收集组件，能够通过该废气收集组件收集中空腔体21中的废气(含有水蒸汽)，该水蒸汽在废气降温冷却装置62的作用下冷凝形成水滴，并可以重复利用。经过冷凝后的废气可以由废气收集排放管路61排出。

以下将以某厂30t电炉为原型进行对比说明。在该具体实施例中气体喷嘴31和液体喷嘴41均为300个。通过数值模拟的方法对下列实施例和对比例讨论该电炉的优选参数。

对于冷却水参数的选取，由于炉壳冷却效果主要取决于冷却水量而非水压，因此以下实例中仅设定了冷却水量。对于冷风参数的选取，由于蒸发冷却速度与风速相关，气体压力是风速的决定因素，因此以下实例中仅设定了气体压力。

具体实施例1

本具体实施例1中，电弧炉炉壳冷却方式采用本发明的喷淋式强制风冷方式，具体步骤如下：

(1)同时启动所述喷淋式强制风冷电弧炉炉壳中的气体冷却组件和液体冷却组件。

(2)打开液体冷却组件，调节各液体喷嘴41的流量，冷却水流量均设定为1.0m³/h(冷却水压力随之确定)。

(3)打开气体冷却组件，调节各气体喷嘴31的流量和压力，风压均设定为0.5mpa(风量随之确定)。

(4)打开废气收集组件和回液组件，收集液体、液体和废气中的热量以及水蒸汽以循环利用。

在该具体实施例1中，喷淋式强制冷却方式的电弧炉炉壳的温度场，炉壳的平均温度为52℃。

对比例1

本对比例中，电弧炉炉壳冷却方式采用风冷的冷却方式，具体步骤如下：

(1)同时启动所述喷淋式强制风冷电弧炉炉壳中的气体冷却组件和液体冷却组件。

(2)打开液体冷却组件，调节各液体喷嘴41的流量，冷却水流量均设定为0m³/h。

(3))打开气体冷却组件，调节各气体喷嘴31的流量和压力，风压均设定为0.5mpa(风量随之确定)。

(4)打开废气收集组件和回液组件，收集液体、液体和废气中的热量以及水蒸汽以循环利用。

在该对比例1中采用风冷冷却电弧炉炉壳的温度场，炉壳的平均温度为492℃。

对比例2

本对比例中，电弧炉炉壳冷却方式采用水冷的冷却方式，具体步骤如下：

(1)同时启动所述喷淋式强制风冷电弧炉炉壳中的气体冷却组件和液体冷却组件。

(2)打开液体冷却组件，调节各液体喷嘴41的流量，冷却水流量均设定为1.0m³/h(冷却水压力随之确定)。

(3)打开气体冷却组件，调节各气体喷嘴31的流量和压力，风压均设定为0.5mpa，风量为0(风压为供气组件的出口压力，在该步骤中，各气体喷嘴31的气体流量调节阀均未开启，所以风量为0)。

(4)打开废气收集组件和回液组件，收集液体、液体和废气中的热量以及水蒸汽以循环利用。

在该对比例2中，采用风冷冷却电弧炉炉壳的温度场，炉壳的平均温度为381℃。

具体实施例2至具体实施例6

对于冷却水参数的选取，由于炉壳冷却效果主要取决于冷却水量而非水压，因此具体实施例2至具体实施例6中其它条件与具体实施例1相同，仅改变冷却水量(水压保持不变，改变液体调节阀开度大小)来研究不同冷却水量对炉壳冷却效果的影响。

具体步骤如下：

(1)同时启动所述喷淋式强制风冷电弧炉炉壳中的气体冷却组件和液体冷却组件。

(2)打开液体冷却组件，调节各液体喷嘴41的流量，冷却水流量均设定为表1中的值(冷却水压力随之确定)。

(3)打开气体冷却组件，调节各气体喷嘴31的流量和压力，风压均设定为0.5mpa(风量随之确定)。

(4)打开废气收集组件和回液组件，收集液体、液体和废气中的热量以及水蒸汽以循环利用。

表1为不同冷却水量及对应的内炉壳表面温度的模拟结果。

表1

从表1中的结果来看，冷却水流量优选为1.0～1.5m³/h，从表1中实施例1、实施例5、实施例6可以看出，在水量大于1.0m³/h时，水量上升炉壳表面温度下降不明显，为减少冷却水用量，其更优选为1.0m³/h。

具体实施例7至具体实施例11

对于冷风参数的选取，由于蒸发冷却速度与风速相关，气体压力是风速的决定因素，因此具体实施例7至具体实施例11中其他条件与具体实施例1相同，仅改变气体压力来研究风压对炉壳冷却效果的影响。

具体步骤如下：

(1)同时启动所述喷淋式强制风冷电弧炉炉壳中的气体冷却组件和液体冷却组件。

(2)打开液体冷却组件，调节各液体喷嘴41的流量，冷却水流量均设定为1.0m³/h(冷却水压力随之确定)。

(3)打开气体冷却组件，调节各气体喷嘴31的流量和压力，调节各气体喷嘴31的压力，风压均设定为表2中的值(风量随之确定)。

(4)打开废气收集组件和回液组件，收集液体、液体和废气中的热量以及水蒸汽以循环利用。

表2为不同风压及对应的内炉壳表面温度的模拟结果。

表2

从表2中的结果来看，风压优选为0.5～0.7mpa，从表2中具体实施例1、具体实施例10、具体实施例11可以看出，在风压大于0.5mpa时，风压上升对炉壳表面温度影响不明显，因此风压更优选为0.5mpa。

通过对比例1、2，具体实施例1至具体实施例11可以看出，本发明提供的喷淋式强制风冷电弧炉炉壳具有更强的冷却效果，并且在本发明优选的冷却水量1.0m³/h，风压0.5mpa时，喷淋式强制风冷电弧炉炉壳的冷却效果最佳，内炉壳表面温度达到了52℃，可以有效冷却炉壳，保护炉衬，提高耐火材料寿命。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明通过利用风冷和水冷的协同冷却的方式，充分发挥了水的蒸发吸热作用。若传统水冷炉壁冷却水按温升30℃考虑，本发明相同质量水的蒸发吸热能力约为现有技术中水升温时吸热能力的15倍。

通过不同部位水量和风量的控制，实现对不同区域的冷却强度控制，而不仅仅是整体冷却，故本发明可以大大提高和改良电弧炉炉壁的冷却效果，有针对性地降低炉衬局部侵蚀，延长使用寿命，提高经济效益。

通过对冷却水量、风压和炉壳间厚度的调整，可以实现风冷和水冷协同冷却的最佳效果，效果远远大于单纯的水冷、单纯的风冷或简单的风冷和水冷的结合。特别是不同冷风喷嘴风压的调整，可以使空腔内的流体分布更为优质，最大限度发挥协同作用的效果。

因此用本发明提供的喷淋式强制风冷电炉炉壳的方法可以更好的冷却电弧炉炉壁，延长炉衬使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明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，本发明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。