[发明专利]一种电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统及其应用方法

说明书

本发明公开了一种电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统及其应用方法，电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统包括：烟气换热装置，烟气换热装置与电弧炉的烟道和集尘罩相连接，以回收高温烟气中的热量；半导体温差发电装置，半导体温差发电装置的高温侧与烟气换热装置相连接，以利用烟气换热装置回收的热量进行温差发电；坩埚冷却装置，半导体温差发电装置与坩埚冷却装置相连接，为坩埚冷却装置供电。该电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统解决了实验室半工业电弧炉冶炼进程中烟气热损失严重和坩埚温度过高、坩埚不易取出、影响冶炼进程等一系列问题。

技术领域

本发明涉及电弧炉炼钢技术领域，具体而言，涉及一种实验室半工业直流电弧炉炼钢用热量回收、坩埚冷却系统及其应用方法。

背景技术

相较于以烧结机、高炉以及转炉生产钢铁的长流程，以电弧炉炼钢为核心的短流程炼钢方法具有节能环保、效率高和产品适用性好等特点。随着国家对工业领域节能环保和工序降耗的逐步重视和政策倾斜，作为耗能大户的钢铁生产行业，未来发展必须重视如何进一步节能，电弧炉炼钢也会进一步发展。同时，电弧炉在处理诸如城市垃圾焚烧飞灰，底渣等危废，以及矿物提取方面也具有广泛的应用，可以适应诸多复杂的原料条件和冶炼需求。

随着电弧炉炼钢设备的发展和冶炼技术的进步，现如今国内诸多钢厂更倾向选择超高功率电弧炉，而非普通的电弧炉。超高功率电弧炉在集成控制，工序降耗上优势明显，当然也需要相应的大炉容，可以处理更多的钢铁炉料。但是，随之而来也给诸多的关于电弧炉的研究工作带来了一些问题。

电弧炉炼钢过程是连续进行的，对冶炼停炉时间有严格的要求，同时入炉炉料较大，不适合用作冶炼试验装备，通常是进行工艺和技术成熟的冶炼操作，但是诸多围绕以电弧炉工艺为主的研究工作，比如危废处理，电炉熔分等，多数都处于试验阶段，工艺和相关技术不够成熟，受限于成本和冶炼条件等的限制，不能够进行大规模的工业实验来验证理论分析和研究的结果。因此，除了数值模拟这一途径之外，实验室小型电弧炉设备试验便成为最好的选择。

实验室用电弧炉炉容较小，一般采用石墨坩埚盛装物料，装料量一般为6～15kg，依靠单根石墨电极与炉料放热来熔化炉料，按照实际的工艺要求进行相关的冶炼操作，得到具有实用价值的结果和方案，而且设备投入费用和冶炼成本较低，实验结果具有可靠性，目前已成为诸多冶炼工艺在工业实践前的必备环节。

在实验室用半工业电弧炉(如图1所示)的实际冶炼过程中，坩埚固定在电弧炉炉膛内，坩埚外壁面与炉膛之间的空隙填充上石棉，起到固定坩埚和一定的保温作用，延缓热量散失，保证冶炼过程中的持续高温。电极产生的电弧温度较高，可以将炉料熔化后加热到1400～1750℃，从而达到相关冶炼操作和工艺的要求。冶炼结束后，坩埚温度较高，不能立刻取出来进行下一炉的冶炼操作，常规处理方式是等待坩埚自然冷却，然后取出坩埚，进行后续的坩埚内物料的分析检测工作，但是等待其自然冷却，需要耗时15～20h，坩埚外壁面的温度才能下降到可以取出而不会烫伤的温度。这一弊端影响了正常的实验室坩埚冶炼流程，浪费了实验时间，同时也会对物料在高温环境中形成的一些晶相造成氧化等不利破坏，影响了实验效果。

同时需要注意的是，因实验过程中人工加料和实验现象观察的需要，一般坩埚上部不用盖子封住，这样就会导致有大量的高温烟气直接向上溢出，带走大量的废热，对电弧炉烟道后续的除尘布袋造成不利影响，同时电弧炉炉体也会吸收大量的热量，温度较高，对后续坩埚的取出和进一步分析造成更大的阻碍。并且，冶炼进程中变压器等部位发热严重，会存在烧损的风险，过多的局部热量集中对冶炼进程十分不利，难以在冶炼过程中对局部废热加以直接利用，造成了额外的能量损耗和浪费。因此，对于此部分的废热回收利用必须加以重视和处理。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统及其应用方法，以至少解决现有技术中的电弧炉烟气热损失严重、坩埚温度过高不易取出、冶炼时间长、产品物料容易发生氧化的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统，包括：