[发明专利]用于电弧炉和钢包炉的冷却炉顶

说明书

本发明涉及一种如独立权利要求前序部分所述的用于电弧炉和钢包炉的冷却炉顶。

本发明是在炼钢领域中作为熔化和处理黑色及有色金属合金的电弧炉和钢包炉的可移动炉盖部件。

现有技术中包括了在电弧炉和钢包炉上用作炉盖部件的炉顶以防止炉内热量的散失和有害气体及挥发性废物的泄漏。

这种炉顶包括至少一个用于插入电极的中心孔和一个外围孔或第四孔，该外围孔或第四孔与吸气系统相连，将废气和废物及粉末的挥发性颗粒从熔炉中排放出去。

为了避免炉顶过热和将熔炼周期中产生的热量去除，炉顶装有一冷却系统，该冷却系统包括多个通常是紧密相邻的并充入加压冷却液的冷却回路，并且是径向扩展或环形环或螺旋或线圈式或者是其它形式和得到垂直，水平或斜向的热交换面。

这种冷却系统的实施例的问题是炉顶表面上的温度分布不均匀。

事实上，已经知道电极所在位置即炉顶的中心区域的热量比电极辐射的周边区域的热量要大。而且，由于热的烟气流向排气孔的量比流向相对侧的更大，所以烟气排放孔附近的温度比其相对侧的温度要高。

实际上，排气孔连在抽气系统上，该抽气系统在炉内造成一不均匀的负压。

这种抽气造成优先的烟气流，尤其从工艺口(炉渣门，用于燃烧嘴、喷枪及添加添加剂的孔等等)以及机械连接的未完全密封处进到熔炉内的空气产生的优先流动，导致熔炉内热量不均匀。

更确切地说，由于炉顶与炉的侧壁间的不完全密封以及在炉顶下方烟气排放的系统抽气导致的负压，一同导致空气流入熔炉内与电极接触。

由于这种现象，空气中的氧包围在电极相当热的表面上与石墨发生氧化，从而导致构成电极里的石墨消耗极高。

另一个工艺上的缺点是在空气穿过熔炉内区域时引起热量不均衡，从能量角度言冷却了熔炉内整个区域，无法进行理想的操作。

最后，特别在钢包炉的精炼阶段，考虑到节约和工艺的原因，为了快速准确地生产出要求成份的钢，特别要求能获得在熔炉上方的空气可以控制到的状态。

在现有技术的实施例中无法获得这些条件，从而由于不可能永久地且完全地密封熔炉，使空气不可避免地从炉顶与炉壳之间的环形分离界面进入到熔炉内直接和熔炉内产生的气氛相接触。

进入熔炉内的空气引起炉渣和液态金属上发生氧化反应，反过来导致生产的液态金属的质量下降。

而且，在熔炉内产生的不均匀的负压造成粘接材料、工艺材料、造渣材料被主气流带走导致这些材料消耗增大甚至完全被除去。

因此必须减少这些材料被除去，以便回收工艺粉末和材料，通过将烟气流保持在有限的速度从而降低烟气将悬浮在熔炉内的细小的挥发性物质带走的数量。

这一点对于获得炉内所装材料的更大产量有直接的经济利益。

在现有技术中已经知道的这类冷却炉顶的另一个缺点是其在整个炉顶表面用一种大体一致的方式散除热量。这意味着热量去除与炉子最热区域所需去除的热量至少相等，从而，对于炉顶的大部分表面，冷却系统的尺寸过大，导致热量消耗高，设备费用高。

为了延长炉顶的使用寿命，有一些炉顶在朝向其内侧的一面用耐火材料将冷却管道防护起来。

然而，这种实施例并不是十分奏效，因为耐火材料面向电极的里面和接触冷却管道的外面之间温差很大，耐火材料磨损很快，往往会破碎落入炉内。

也有一些炉顶是由冷却板构成，例如一种相互连接排列的段的结构。每一个冷却板都有一组与单个冷却系统或普通冷却系统相连的冷却管道。

在第一种情况中，建造和管理费用非常高，然而在第二种情况中，在单个板之间的焊缝，或冷却管道的单个部件之间的焊缝形成临界点，并沿冷却管道产生张力，即使用回火或退火之类的热处理也无法完全消除。

由于冷却管承受极高温度的条件产生的张力可能导致焊缝断裂，冷却水发生泄漏会进入炉子。通常冷却管道里循环的水有很高压力，那么就有相当多数量的水渗入炉内，只要一接触熔融金属就立即蒸发，这导致炉内压力突然增加，一定条件下可导致爆炸。

如果发生这种现象，炉子必须立即关闭，那么随之而来的除了对工人潜在的危险还有各种技术和经济问题。

还有一些炉顶装有喷啉式的冷却系统，利用水的射流与炉顶的外表面配合。

喷淋式冷却系统的优点是可以按照想要的方式将水流喷洒在炉顶的表面，这样在最热的区域上取得更好的冷却效果。然而，另一方面喷淋式冷却系统的缺点是虽然在炉子外围区域的热量去除的应该比较之更热的中心区域少，但是在外围区域处喷洒的冷却水被收集起来，从而该处热量去除的非常多。