专利名称：电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置及预热方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种电弧炉的阶梯扰动函道废钢预热装置和预热方法。
背景技术：
电炉炼钢中，节能、环保和降耗一直是全球电炉炼钢技术发展的核心技术之一。二十年来国内外有过多种设计方案，但由于其技术难度很大，目前仅有少量的技术投入实际使用，其典型代表如:公开号为DE4025249A1的德国专利申请公开的手指竖炉；公开号为US2007/0013112A1的美国专利申请公开的侧推竖井加料技术和公开号为US5400358的美国专利公开的一种振动连续加料的C0NSTEEL技术。其中，竖井加料预热采用烟气穿透废钢层，预热节能效果好，可以达到吨钢60 IOOkw.h的节能效果，但其设备容易被废钢砸坏，维护量大影响生产。而C0NSTEEL是一种水平连续给料技术，可实现电炉稳弧冶炼，环保且电极消耗降低，可大大降低电炉的生产过程费用，但该技术中，废钢只有上层物料被加热，故废钢预热效果不佳，据国内外报道，其平均节能效果只有吨钢25kw.h ;此外，由于要提高与原料(废钢)的换热效率，输送槽内的废钢在输送带上堆高比较薄，这必然加大预热段的长度，导致设备全长可达90 100m，这对车间的布置是非常不利的；且该技术中的还存在动态密封漏气较严重，对风机等的容量要求较大的缺陷。为改善连续输送过程中的换热效率，本申请人提出的且专利号为ZL201010270535.2的中国专利公开了一种短流程废钢预热输送装置，并在其中提出了阶梯槽换热输送的构思，通过阶梯间的缝隙弥散烟气来增大烟气与物料(废钢)的接触面积，提高烟气余热的利用效率，这种构思理论上可以获得较好的换热效率，但实际设计过程中发现:该短流程废钢预热输送装置存在阶梯结构复杂，热负荷强度非常大(双面直接和烟气接触)，阶梯的可靠性差、工作寿命短和可维护性差的缺陷，在短时间内难以克服，此外，热区的密封门也是一个危险点，在某种意义上，装备的可靠性是一票否决的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置及预热方法，该电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置不仅能够有效提高烟气与废钢之间的换热效率，而且结构简单，制造维护简便，设备的可靠性更高。为达到上述目的，本发明首先提出了一种电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，包括呈倾斜安装并用于输送废钢物料的热交换函道，所述热交换函道的低侧端与电炉相连，高侧端分别与集烟除尘管和加料密封装置相连，所述热交换函道包括用于向电炉输送废钢物料的输料槽和盖装在输料槽上并用于烟气导流的导流罩，且所述热交换函道在其长度延伸方向上设有至少一个用于扰乱废钢物料流态和烟气流态的截面突变结构。进一步，所述截面突变结构包括设置在所述输料槽上用于扰乱废钢物料流态的阶梯结构，且所述阶梯结构的两阶梯面之间设有密封板。进一步，所述截面突变结构还包括设置在所述导流罩上用于扰乱烟气流态的鼓凸结构，所述鼓凸结构上设有朝向所述输料槽槽底凸起的凸出部。进一步，所述输料槽设置为采用刚性连接并同步水平振动送料的一体式结构。进一步，所述阶梯结构与所述鼓凸结构一一对应设置，且所述鼓凸结构对应设置在所述阶梯结构朝向电炉的一侧。进一步，所述输料槽上设有至少两级阶梯结构，且每一级所述阶梯结构的高度差为废钢平均尺度的1/3 4倍，相邻两级阶梯结构之间的间隔距离为废钢平均尺度的2 20倍，所述废钢平均尺度=总体被输送的废钢中各块废钢最大长度之和/总体被输送废钢的废钢总块数。进一步，相邻两级阶梯结构之间的输料槽的槽底呈水平设置或倾斜设置；所述阶梯结构与输料槽的槽底之间的折弯处倒圆或倒角或设有过渡倾斜面。进一步，所述导流罩和鼓凸结构内均设有用于余热回收的气化冷却系统。进一步，所述导流罩上与所述阶梯结构对应设有至少两个鼓凸结构，相邻两鼓凸结构之间设有空气导管或烧嘴。本发明还提出了一种采用如上所述电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热方法，利用加料密封装置向所述输料槽添加废钢物料，在所述热交换函道上的截面突变结构和水平振动的共同作用下，扰乱废钢物料的流态，使废钢物料在局部区域具有透气性，且在所述截面突变结构的作用下，扰乱烟气在所述导流罩内的流态，使烟气与废钢物料充分换热。本发明的有益效果在于:
本发明的一种电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，通过在热交换函道上设置用于扰乱废钢物料流态和烟气流态的截面突变结构，能够有效提高废钢物料与烟气之间的换热效率,理由如下:
换热原理表明，进行热交换的介质，尤其是气体，流速和紊流程度状态决定了介质间的换热效率，因此，能够破坏气体稳定流动的方法就能很好地改善换热；对在同一热交换函道内相对流动的废钢物料和烟气，局部破坏废钢物料的运动流态和烟气的运动流态，就能够改善两者的接触程度，提高换热效率；
因此，本发明的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，能够在基本不改变换热装置大结构的前提下，破坏换热介质的流场，来改善废钢预热的效果。本发明的一种电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置与现有技术的对比如下:
1)与同等长度的阶梯穿透式的预热方式相比，本发明的预热效果虽然略差，但设备的可靠度大大提高，其中，输料槽的内表面主要被废钢物料覆盖，热负荷较小，输料槽的热安全性得到提高(输料槽是水冷的，如果阶梯热负荷强度大，则最容易的漏水点，漏水后会引发安全生产问题)；而本发明电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置的阶梯结构中设有密封板，一方面是对输料槽强度的大大加强，另一方面消除了现有输料槽缝隙被堵的可能性，装备的可靠性和安全性大大提高；而烟气流场的紊乱程度的提高，可以提高导流罩汽化冷却的功效，增加蒸汽回收；
2)与C0STEEL的水平输送带相比，在同样长度下，本发明的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置的换热效率会有较大提高，这样，较短的设备可以获得类似的废钢预热效果，故本发明的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置具有设备小巧、安装灵活的优点，更适合于旧厂改造和利用现有设备，降低改造投资成本；另外，阶梯结构对相互牵连的废钢进行动态截断，废钢物料在预热过程中不易发生粘连，故生产可靠度高；
总之，本发明的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置构思巧妙，以简单可靠的结构提高了换热效率，与烟气和废钢物料接触的零部件之间没有相对运动的构件，故设备可靠性高易于制造和维护，在提高换热效率的同时，还具有结构简单、制造维护简便的优点，具有推广价值。
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
图1为本发明电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置实施例的结构示意 图2为热交换函道的第一种结构示意 图3为热交换函道的第二种结构示意图。
具体实施例方式下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。如图1所示，为本发明电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置实施例的结构示意图。本实施例的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，包括呈倾斜安装并用于输送废钢物料的热交换函道1，热交换函道I的低侧端与电炉2相连，高侧端分别与集烟除尘管3和加料密封装置4相连，热交换函道I包括用于向电炉2输送废钢物料的输料槽5和盖装在输料槽5上并用于烟气导流的导流罩6，且热交换函道I在其长度延伸方向上设有至少一个用于扰乱废钢物料流态和烟气流态的截面突变结构。热交换函道I可以采用多种结构实现:如图2所示，为热交换函道I的第一种结构示意图，该热交换函道I设置的截面突变结构包括设置在输料槽5上用于扰乱废钢物料流态的阶梯结构7，且阶梯结构7的两阶梯面之间设有密封板8，通过设置密封板8，能够加强输料槽5的强度，并消除了现有输料槽5缝隙被堵的可能性，可靠性和安全性大大提高；如图3所示，为热交换函道2的第一种结构示意图，该热交换函道2的截面突变结构除了设置阶梯结构7外，还包括设置在导流罩6上用于扰乱烟气流态的鼓凸结构9，鼓凸结构9上设有朝向所述输料槽5槽底凸起的凸出部，鼓凸结构9与导流罩6之间平滑过渡，通过设置鼓凸结构9，能够进一步扰乱烟气流态，可以提高导流罩6汽化冷却的功效，增加蒸汽回收。本实施例的热交换函道I采用图3所示的结构，即热交换函道I上既设有阶梯结构7，又设有鼓凸结构9，通过设置阶梯结构7，由于阶梯落差的作用和输料槽5的振动作用，局部破坏废钢物料的运动流态，使其具有局部透气性，同时，通过阶梯结构对热交换函道I横截面的突变作用，烟气在阶梯结构的单独作用下或与鼓凸结构的共同作用下也会发生流态紊乱，进而提高烟气与废钢物料的换热效率。优选的，输料槽5设置为采用刚性连接并同步水平振动送料的一体式结构，即密封板8与两个阶梯面之间刚性连接，进一步提高设备的安全性和可靠性。
优选的，阶梯结构7与鼓凸结构9 一一对应设置，且鼓凸结构9对应设置在阶梯结构7朝向电炉的一侧，采用该结构的截面突变结构，使流态紊乱的烟气恰好与局部透气性较好的废钢物料相遇，提高换热效率。进一步，输料槽5上设有至少两级阶梯结构，且每一级阶梯结构7的高度差为废钢平均尺度的1/3 4倍，相邻两级阶梯结构7之间的间隔距离为废钢平均尺度的2 20倍，废钢平均尺度=总体被输送的废钢中各块废钢最大长度之和/总体被输送废钢的废钢总块数。实验表明，阶梯结构7的高度是一个重要参数，影响废钢物料被疏松的程度，同时当高差较大时，下落的废钢容易翻滚，使废钢更换换热界面，提高换热效率；相邻两个阶梯结构7之间的长度必须有足够的空间，使得废钢物料能够在到达下一个阶梯结构时，停止自由滑落，而在外界水平振动驱动力下可控运行。本实施例的阶梯结构7的高度差为废钢平均尺度的I倍，相邻两级阶梯结构7之间的间隔距离为废钢平均尺度的10倍。进一步，相邻两级阶梯结构7之间的输料槽5的槽底呈水平设置或倾斜设置；阶梯结构7与输料槽5的槽底之间的折弯处倒圆或倒角或设有过渡倾斜面，本实施例相邻两级阶梯结构7之间的输料槽5的槽底呈水平设置，三个阶梯结构7与输料槽5的槽底之间的折弯处分别倒圆、倒角和设置过渡倾斜面，如图3所示，能够减小磨损，当然，阶梯结构7与输料槽5的槽底之间也可全部采用倒圆或倒角或设置过渡倾斜面，不再累述。进一步，导流罩7和鼓凸结构9内均设有用于余热回收的气化冷却系统，即导流罩7和鼓凸结构9为气化冷却部件。进一步，导流罩6上与阶梯结构7对应设有至少两个鼓凸结构9，相邻两鼓凸结构9之间设有空气导管10或烧嘴，即相邻两个鼓凸结构9之间形成容腔，本实施例的相邻两鼓凸结构9之间设有空气导管10。本实施例的阶梯结构7设置有3个，鼓凸结构9与阶梯结构7对应设置为3个。本实施例的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，通过在热交换函道I上设置用于扰乱废钢物料流态和烟气流态的截面突变结构，能够有效提高废钢物料与烟气之间的换热效率，理由如下:
换热原理表明，进行热交换的介质，尤其是气体，流速和紊流程度状态决定了介质间的换热效率，因此，能够破坏气体稳定流动的方法就能很好地改善换热；对在同一热交换函道内相对流动的废钢物料和烟气，局部破坏废钢物料的运动流态和烟气的运动流态，就能够改善两者的接触程度，提高换热效率；
因此，本实施例的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，能够在基本不改变换热装置大结构的前提下，破坏换热介质的流场，来改善废钢预热的效果。下面结合上述电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置对本发明电弧炉阶梯扰动函道废钢预热方法的具体实施方式
作详细说明。本实施例采用如上所述电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热方法，利用加料密封装置4向输料槽5添加废钢物料，在热交换函道I的截面突变结构和水平振动的共同作用下，扰乱废钢物料的流态，使废钢物料在局部区域具有透气性，且在截面突变结构的作用下，扰乱烟气在导流罩6内的流态，使烟气与废钢物料充分换热。具体的，在废钢物料输送过程中，利用设置在输料槽5上的阶梯结构7，在阶梯结构I的落差作用下和输料槽5的振动作用下，局部破坏废钢物料的运动流态，使其具有局部透气性，同时，通过阶梯结构对热交换函道I横截面的突变作用，烟气在阶梯结构的单独作用下或与鼓凸结构9的共同作用下也会发生流态紊乱，进而提高烟气与废钢物料的换热效率。因此，本实施例的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热方法，构思巧妙，以简单可靠的结构提高了换热效率，与烟气和废钢物料接触的零部件之间没有相对运动的构件，故设备可靠性高易于制造和维护，在提高换热效率的同时，还具有结构简单、制造维护简便的优点，具有推广价值。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:包括呈倾斜安装并用于输送废钢物料的热交换函道，所述热交换函道的低侧端与电炉相连，高侧端分别与集烟除尘管和加料密封装置相连，所述热交换函道包括用于向电炉输送废钢物料的输料槽和盖装在输料槽上并用于烟气导流的导流罩，且所述热交换函道在其长度延伸方向上设有至少一个用于扰乱废钢物料流态和烟气流态的截面突变结构。
2.根据权利要求1所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:所述截面突变结构包括设置在所述输料槽上用于扰乱废钢物料流态的阶梯结构，且所述阶梯结构的两阶梯面之间设有密封板。
3.根据权利要求2所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:所述截面突变结构还包括设置在所述导流罩上用于扰乱烟气流态的鼓凸结构，所述鼓凸结构上设有朝向所述输料槽槽底凸起的凸出部。
4.根据权利要求3所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:所述输料槽设置为采用刚性连接并同步水平振动送料的一体式结构。
5.根据权利要求3或4所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:所述阶梯结构与所述鼓凸结构一一对应设置，且所述鼓凸结构对应设置在所述阶梯结构朝向电炉的一侧。
6.根据权利要求5所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:所述输料槽上设有至少两级阶梯结构，且每一级所述阶梯结构的高度差为废钢平均尺度的1/3 4倍，相邻两级阶梯结构之间的间隔距离为废钢平均尺度的2 20倍，所述废钢平均尺度=总体被输送的废钢中各块废钢最大长度之和/总体被输送废钢的废钢总块数。
7.根据权利要求6所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:相邻两级阶梯结构之间的输料槽的槽底呈水平设置或倾斜设置；所述阶梯结构与输料槽的槽底之间的折弯处倒圆或倒角或设有过渡倾斜面。
8.根据权利要求3或4所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:所述导流罩和鼓凸结构内均设有用于余热回收的气化冷却系统。
9.根据权利要求3或4所述的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，其特征在于:所述导流罩上与所述阶梯结构对应设有至少两个鼓凸结构，相邻两鼓凸结构之间设有空气导管或烧嘴。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置的电弧炉阶梯扰动函道废钢预热方法，其特征在于:利用加料密封装置向所述输料槽添加废钢物料，在所述热交换函道上的截面突变结构和水平振动的共同作用下，扰乱废钢物料的流态，使废钢物料在局部区域具有透气性，且在所述截面突变结构的作用下，扰乱烟气在所述导流罩内的流态，使烟气与废钢物料充分换热。
全文摘要
本发明公开了一种电弧炉阶梯扰动函道废钢预热装置，包括热交换函道，热交换函道的低侧端与电炉相连，高侧端分别与集烟除尘管和加料密封装置相连，热交换函道包括用于向电炉输送废钢物料的输料槽和盖装在输料槽上并用于烟气导流的导流罩，且热交换函道在其长度延伸方向上设有至少一个用于扰乱废钢物料流态和烟气流态的截面突变结构。本发明还公开了一种电弧炉阶梯扰动函道废钢预热方法，利用加料密封装置向所述输料槽添加废钢物料，在热交换函道上的截面突变结构和水平振动的共同作用下，扰乱废钢物料的流态，使废钢物料在局部区域具有透气性，且在所述截面突变结构的作用下，扰乱烟气在所述导流罩内的流态，使烟气与废钢物料充分换热。
文档编号F27D13/00GK103196296SQ20131013118
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者黄其明, 宋朝省 申请人:中冶赛迪工程技术股份有限公司