一种高炉渣改质用双中空电极直流电弧炉

1.本实用新型涉及电弧炉技术领域，具体涉及一种用于高炉渣改质的双中空电极直流电弧炉。


背景技术：

2.高炉渣是钢铁冶炼过程的主要副产品。在冶炼过程中，每生产1吨生铁可产生300～350kg的高炉渣，且高炉渣出渣温度达1400℃以上，每吨渣含有相当于 60kg标准煤的热量。目前，我国对这些高炉渣的处理几乎全部是针对冷态渣，而且利用的方式也比较简单、粗放，一部分被制备水泥、免烧砖、铺路骨料等建筑材料，一部分经简单处理后又返回到冶炼工序中再熔化生产膨珠和矿渣棉，还有很大一部分由于无法被处理利用而被填埋、堆弃，因此存在利用率较低、经济效益差、环境污染严重等一系列问题。
3.另一方面：由于熔渣的温度较高且其热熔较大因而其蕴含了巨大的热能，我国从二十世纪五六十年代就开始对高炉渣制备矿渣棉技术进行研究。大连环保设计研究院2001年提出了利用高炉熔渣显热一步法生产矿渣棉的技术，该技术通过熔体温度控制和高炉渣调质处理、熔体均化等技术，有效控制了矿渣棉的生产质量。
4.但是，通过对目前国内矿渣棉生产企业调研表明，目前熔渣改质过程均采用三相交流电弧炉进行加热改质，由于三相交流电弧炉加热过程随着熔渣体系导电性能的不断变化，电极不断向上提升，导致电弧炉熔池下部热量不断减少，熔池底部热量的减少一方面导致加入的调质剂不能快速熔化，甚至形成夹生料；另一方面，熔融态渣与固态改质剂直接混合则很难达到均匀，继而严重影响了改质过程熔渣的均质化行为，导致改质过程电耗高、生产效率低下、生产成本高昂。


技术实现要素：

5.基于现有三相交流电弧炉对高炉渣进行改质时，存在改质过程电耗高、改质剂熔化速度慢且不易与高炉渣混合均匀的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种专用于高炉渣改质的双中空电极直流电弧炉，该直流电弧炉通过在炉池内部设置双中空电极，分别用于与煤粉喷吹管道以及改质剂喷吹管道相连接，同时在炉体底部设置多个底吹元件，实现改质剂以熔融状态与高炉渣进行高效搅拌。
6.本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高炉渣改质用双中空电极直流电弧炉，包括电弧炉、第一中空电极、第二中空电极；
7.所述电弧炉包括炉体、炉盖以及熔池，炉体底部设有至少一个排渣口以及多个底吹元件，所述多个底吹元件分别由炉体底部延伸至熔池内；
8.所述第一中空电极、第二中空电极底部分别贯穿所述电弧炉炉盖并伸入炉体熔池内部，所述第一中空电极顶部通过煤粉喷吹管道依次与煤粉罐、氧气罐相连接；所述第二中空电极顶部通过改质剂喷吹管道依次与酸性改质剂存储罐以及氮气罐相连接。
9.作为优选，所述煤粉喷吹管道以及改质剂喷吹管道上分别设有气源流量调节阀，
所述煤粉罐、酸性改质剂存储罐与对应喷吹管道相连接的管路上分别设有粉体流量调节阀。
10.进一步地，所述底吹元件为底吹管，与压缩气源相连接，多个所述底吹元件设置于一条直线上。
11.作为进一步优选，所述底吹元件设置有三个，分别为第一底吹元件、第二底吹元件、第三底吹元件，所述第二底吹元件设置于电弧炉炉底中心，第一底吹元件靠近左侧炉体设置，第三底吹元件靠近右侧炉体设置，所述第一底吹元件顶端与炉体底壁之间的距离为d1，所述第二底吹元件顶端与炉体底壁之间的距离为d2，所述第三底吹元件顶端与炉体底壁之间的距离为d3，d3＞d2＞d1。
12.作为进一步优选，所述第一底吹元件顶端与炉体底壁之间的距离d1为熔池高度的1/10
‑
1/5。
13.作为优选，所述第一中空电极、第二中空电极的顶部分别安装电磁阀门，所述煤粉喷吹管道、改质剂喷吹管道分别与所述电磁阀门相连接。
14.作为优选，所述炉体由内至外依次包括导电耐火碳砖层、炉体绝热弹性层、炉体外壳及保温层，所述炉盖由内至外依次包括高铝轻质耐火砖层、炉盖绝热弹性层和炉盖外壳。
15.本实用新型同现有技术相比具有以下优点及效果：
16.1、本实用新型所述的双中空电极直流电弧炉通过在炉体底部设置多个底吹元件，在电弧炉熔池内部分别设置与粉煤喷吹管道、改质剂喷吹管道相连接的双中空电极，在改质过程中，氧气源将煤粉罐中的煤粉经中空电极的中心孔道输送至电极电弧区，通过燃烧反应释放大量热量，设置于电弧炉炉底的多个底吹元件，通过气体搅拌的方式，匀化电弧炉熔池内部炉渣温度分布，在提高炉内温度的同时，避免了出现局部过热的现象；同时将酸性改质剂通过氮气源喷吹至电极电弧区，以液滴的形式熔于熔池内，并在多个底吹元件的气体搅拌下，迅速扩散，继而实现改质剂与高温炉渣的均匀混合，与现有三相交流电弧炉相比，一方面有效克服了高炉渣改质时，炉池内部热量下降快，改质剂融化速度慢，且不易于高炉渣混合均匀的缺陷；另一方面：煤粉喷吹管道、改质剂喷吹管道以及底吹元件的设置，可以有效改善现有电弧炉改质总体电耗高、生产效率低下、生产成本高昂的问题。
17.2、本实用新型所述的双中空电极直流电弧炉，通过在电弧炉炉体底部设置三个底吹元件，其中：第二底吹元件设置于电弧炉炉底中心，第一底吹元件靠近左侧炉体设置，第三底吹元件靠近右侧炉体设置，三个底吹元件顶端与炉体底壁之间的距离分别为d1、d2、d3，d3＞d2＞d1，所述三个底吹元件均匀布置于炉体底部，底吹元件的出气口以高度递增的方式设置于熔池内部，在改质过程中，梯度设置的三个底吹元件，可以发挥最佳的气泡搅拌效果，以加速熔池内的改质反应。
附图说明
18.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型实施例所述高炉渣改质用双中空电极直流电弧炉的结构示意
图。
20.标号说明：1、炉体；2、炉盖；3、第一中空电极；4、第二中空电极；5、煤粉喷吹管道；6、改质剂喷吹管道；7、煤粉罐；8、氧气罐；9、气源流量调节阀；10、粉体流量调节阀；11、酸性改质剂存储罐；12、氮气罐；13、熔池； 14、电磁阀门；15、排渣口；16、第一底吹元件；17、第二底吹元件；18、第三底吹元件。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
22.实施例1：如图1所示，一种高炉渣改质用双中空电极直流电弧炉，主要由电弧炉、第一中空电极3、第二中空电极4构成。
23.其中：所述电弧炉包括炉体1、炉盖2以及熔池13，炉体1底部设有至少一个排渣口15以及多个底吹元件，所述多个底吹元件分别由炉体1底部延伸至熔池13内，所述第一中空电极3、第二中空电极4底部分别贯穿所述电弧炉炉盖2并伸入炉体熔池13内部，所述第一中空电极3顶部通过煤粉喷吹管道5依次与煤粉罐7、氧气罐8相连接，所述第二中空电极4顶部通过改质剂喷吹管道 6依次与酸性改质剂存储罐11以及氮气罐12相连接，所述煤粉喷吹管道5、改质剂喷吹管道6上分别设有气源流量调节阀9，两个所述气源流量调节阀9分别设置于氧气罐8、氮气罐12的气源出口处，所述煤粉罐7、酸性改质剂存储罐 11与对应的喷吹管道相连接的管路上分别设有粉体流量调节阀10。
24.在本实施例1中，所述电弧炉炉体1由内至外依次包括导电耐火碳砖层、炉体绝热弹性层、炉体外壳及保温层，所述炉盖2由内至外依次包括高铝轻质耐火砖层、炉盖绝热弹性层和炉盖外壳；所述底吹元件为底吹管，与压缩气源相连接，多个所述底吹元件设置于一条直线上。
25.实施例2：如图1所示，一种高炉渣改质用双中空电极直流电弧炉，与实施例1的区别在于，所述底吹元件设置有三个，分别为第一底吹元件16、第二底吹元件17、第三底吹元件18，所述第二底吹元件17设置于电弧炉炉底中心，第一底吹元件16靠近左侧炉体设置，第三底吹元件18靠近右侧炉体设置，所述第一底吹元件16顶端与炉体底壁之间的距离为d1，所述第二底吹元件17顶端与炉体底壁之间的距离为d2，所述第三底吹元件18顶端与炉体底壁之间的距离为d3，其中：d3＞d2＞d1，d1为熔池高度的1/10
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1/5。
26.其中，本实施例2中，所述第一底吹元件16、第二底吹元件17、第三底吹元件18的设置，可以有效提高熔池内部的气泡搅拌效果，加速熔池内部改质剂对高炉渣的调质均质反应。
27.实施例3：如图1所示，一种高炉渣改质用双中空电极直流电弧炉，与实施例1、实施例2的区别在于，所述第一中空电极3、第二中空电极4的顶部分别安装电磁阀门14，所述煤粉喷吹管道5、改质剂喷吹管道6分别与所述电磁阀门14相连接。
28.本实用新型实施例1至3所述的直流电弧炉配合双中空电极、两套喷吹系统以及多个底吹元件对高炉渣进行动态调质。其中，双喷吹系统分别进行酸性改质剂以及煤粉和氧气的喷吹，酸性改质剂主要用于对高炉熔渣改质，煤粉和氧气主要用于为改质过程提供热量，降低电耗，通过高温电弧对改质剂进行快速熔化，可以实现液
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液条件下的快速均质化；
采用煤粉和氧气喷吹可以通过煤粉的燃烧为熔渣体系提供部分热量来源，降低改质过程的电能消耗；通过炉体底部多个底吹元件的设置，可以有效提高改质过程中的气泡搅拌效果，以提高熔池均质反应速度。
29.具体地，本实用新型实施例1至3所述的高炉渣改质用双中空电极直流电弧炉的使用方法如下：
30.s1，将高炉渣移至电弧炉内部，启动电弧炉加热系统；
31.s2，打开炉体底部多个底吹元件，利用氮气将酸性改质剂存储罐11内的酸性改质剂通过第二中空电极4的中心孔道输入电极下端部的高温电弧区快速加热熔化，以液态形式进入高炉熔渣中，两者进行液
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液形式的混匀，多个底吹元件通过气泡搅拌的方式，加速均质反应；
32.s3，酸性改质剂喷吹结束后关闭相应的粉体流量调节阀及气源流量调节阀，电极加热系统持续工作，打开煤粉喷吹管道5，通过氧气将粉煤罐7内的煤粉通过第一中空电极3的中心孔道输入至熔池13内部，煤粉和氧气在高温电弧区被加热发生剧烈燃烧反应，放出大量热量，提高电弧炉内高温熔渣的温度；多个底吹元件通过气泡搅拌的方式，匀化温度分布；
33.s4，当电弧炉内熔池温度达到规定要求后，关闭煤粉喷吹管路，电弧炉加热系统继续加热对高温熔渣进行保温。
34.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。