一种电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统及其应用方法

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：

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。

进一步地，烟气换热装置包括：

烟气侧导热油池，烟气侧导热油池上连接有烟气侧导热油池高温热管，烟气侧导热油池高温热管的另一端与半导体温差发电装置的高温侧相连接；

烟气换热管，设于烟道和集尘罩内，烟气换热管于烟道的上端处设有一烟气换热管导热油入口，烟气换热管于集尘罩的下端处设有一烟气换热管导热油出口；

烟气侧导热油池导热油出口管道，烟气侧导热油池导热油出口管道的一端与烟气侧导热油池相连接，烟气侧导热油池导热油出口管道的另一端与烟气换热管导热油入口相连接，烟气侧导热油池导热油出口管道上安装一烟气侧导热油泵；

烟气侧导热油池导热油入口管道，烟气侧导热油池导热油入口管道的一端与烟气侧导热油池相连接，烟气侧导热油池导热油入口管道的另一端与烟气换热管导热油出口相连接。

进一步地，烟气换热管包括：

烟气换热内管，烟气换热内管内填充有相变吸热材料；

烟气换热外管，套设在烟气换热内管的外部，烟气换热外管与烟气换热内管之间相间隔形成供导热油流过的烟气侧导热油通道，烟气换热外管的一端与烟气侧导热油出口管道相连接，另一端与烟气侧导热油出口管道相连接；

烟气侧夹层高温热管，设于烟气侧导热油通道内，烟气侧夹层高温热管伸出烟气换热外管并与半导体温差发电装置的高温侧相连接。

进一步地，烟气侧导热油池上还连接一烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管，烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管的另一端与半导体温差发电装置的高温侧相连接。

进一步地，集尘罩内还设有一烟气金属塞贝克效应测温管，烟气金属塞贝克效应测温管的另一端与半导体温差发电装置的高温侧相连接。

进一步地，烟气换热管的烟气换热管导热油入口和烟气换热管导热油出口分别通过一三通管与烟气侧导热油池导热油出口管道和烟气侧导热油池导热油入口管道可拆卸地连接。

进一步地，坩埚冷却装置包括：

风冷风机，风冷风机与半导体温差发电装置相连接，风冷风机通过一转动机构可转动地安装在电弧炉的炉膛上。

进一步地，坩埚冷却装置还包括：

坩埚水冷装置，坩埚水冷装置包括一闭式循环水箱和一坩埚水冷螺旋管，闭式循环水箱通过一坩埚水冷供水管和一坩埚水冷回水管分别与坩埚水冷螺旋管的两端相连接，坩埚水冷螺旋管套设在电弧炉的坩埚上，坩埚水冷供水管上设有一坩埚水冷供水泵。

进一步地，还包括一变压器换热装置，变压器换热装置包括：

变压器侧导热油池，变压器侧导热油池上连接有变压器侧导热油池高温热管，变压器侧导热油池高温热管的另一端与半导体温差发电装置的高温侧相连接；

变压器侧螺旋换热管，变压器侧螺旋换热管安装在电弧炉的变压器整流器罩内，以回收变压器的热量；

变压器侧导热油回油管道，变压器侧导热油回油管道的一端与变压器侧导热油池相连接，另一端与变压器侧螺旋换热管的出油口相连接，变压器侧导热油回油管道上安装一变压器侧导热油泵和一多点平衡热交换水冷保护器；

变压器侧导热油出油管道，变压器侧导热油出油管道的一端与变压器侧导热油池相连接，另一端与变压器侧螺旋换热管的进油口相连接；

进一步地，变压器换热装置还包括一变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管，变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管的一端伸入变压器侧导热油池内，另一端与半导体温差发电装置的高温侧相连接。

进一步地，变压器侧螺旋换热管包括：

变压器侧换热内管，变压器侧换热内管内填充有相变吸热材料；

变压器侧换热外管，套设在变压器侧换热内管的外部，变压器侧换热外管与变压器侧换热内管之间相间隔形成供导热油流过的变压器侧导热油通道，变压器侧换热外管的一端与变压器侧导热油回油管道相连接，另一端与变压器侧导热油出油管道相连接。

进一步地，变压器换热装置包括多根变压器侧螺旋换热管，多根变压器侧螺旋换热管之间以可拆卸的方式串联连接。

进一步地，半导体温差发电装置包括高温侧导热陶瓷、高温侧金属板、N型半导体、P型半导体、低温侧金属板、低温侧导热陶瓷和储能电源，高温侧导热陶瓷为半导体温差发电装置的高温侧，高温侧导热陶瓷与高温侧金属板相连接，N型半导体和P型半导体均与高温侧金属板相连接，N型半导体和P型半导体的另一端分别与一块低温侧金属板相连接，两块低温侧金属板与一块低温侧导热陶瓷相连接，两块低温侧金属板分别通过一根导线与储能电源相连接。

进一步地，一块高温侧金属板、一块N型半导体、一块P型半导体和两块低温侧金属板共同组成一个半导体温差发电单元，半导体温差发电装置包括多个半导体温差发电单元，多个半导体温差发电单元串联连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统的应用方法，包括：

在电弧炉冶炼开始阶段，电极的输入功率较小，烟气中含有的显热较少，导热油吸收的热量较小，关闭烟气换热装置、坩埚冷却装置和变压器换热装置，半导体温差发电装置发的电存储在储能电源中；

随着冶炼的进行，电极的输入功率逐渐增大，变压器的发热量也逐步增加；开启烟气换热装置，通过烟气换热装置吸收烟气热量并将热量传递至半导体温差发电装置进行温差发电，同时通过半导体温差发电装置为烟气换热装置供电；开启变压器换热装置，通过变压器换热装置吸收变压器发出的热量，并将热量传递至半导体温差发电装置进行温差发电，同时通过半导体温差发电装置为变压器换热装置供电；

当冶炼进行到中后期，电极的输入功率大，变压器的发热量很大，烟气的温度高，继续开启烟气换热装置和变压器换热装置进行温差发电；并且，导热油的热量逐渐向相变吸热材料转移，通过相变吸热材料储存部分热量；开启多点平衡热交换水冷保护器，带走变压器侧导热油的部分热量，保护变压器；

当冶炼结束后，开启风冷风机和坩埚水冷装置，通过半导体温差发电装置为开启风冷风机和坩埚水冷装置供电，通过开启风冷风机和坩埚水冷装置对坩埚进行气-水联合急冷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统，通过相变材料和热管耦合作用，高效回收烟道高温烟气和变压器等局部位置的高温热量；在冶炼过程中，利用半导体温差发电装置将这些热量进行利用，进行发电，驱动后续的水冷和空气强迫对流，从而使电弧炉炉膛内的坩埚快速冷却，便于取出，同时保证产品物料不会因长时间暴露于空气中而发生氧化等不利反应而影响最终实验结果。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局部部件热量过高、容易过热烧损、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。

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为现有的实验室用半工业直流电弧炉的结构示意图。

图2为本发明的热量回收坩埚冷却系统的结构示意图。

图3为本发明的热量回收坩埚冷却系统中烟气换热装置和半导体温差发电装置的结构示意图。

图4为本发明的热量回收坩埚冷却系统中烟气换热管的结构示意图。

图5为本发明的热量回收坩埚冷却系统中风冷风机与炉膛的连接结构示意图。

图6为本发明的热量回收坩埚冷却系统中坩埚水冷螺旋管与坩埚的安装结构示意图。

图7为本发明的热量回收坩埚冷却系统中坩埚水冷装置的结构示意图。

图8为本发明的热量回收坩埚冷却系统中多根变压器侧螺旋换热管串联组合时的结构示意图。

图9为本发明的热量回收坩埚冷却系统中变压器侧螺旋换热管的内部结构示意图。

图10为本发明的热量回收坩埚冷却系统中半导体温差发电装置的内部结构示意图。

图11为本发明的热量回收坩埚冷却系统中多个半导体温差发电单元串联组合时的结构示意图。

图12为本发明的热量回收坩埚冷却系统中三通管的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、烟气换热装置；11、烟气侧导热油池；12、烟气换热管；13、烟气侧导热油池导热油出口管道；14、烟气侧导热油池导热油入口管道；15、烟气侧导热油池高温热管；16、烟气侧导热油泵；17、烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管；18、烟气金属塞贝克效应测温管；19、三通管；121、烟气换热内管；122、烟气换热外管；123、烟气侧夹层高温热管；124、烟气侧导热油通道；131、烟气侧导热油池导热油出口管道阀门；132、三通管入口阀门；141、三通管出口阀门；161、烟气侧导热油泵控制阀门；

2、半导体温差发电装置；21、高温侧导热陶瓷；22、高温侧金属板；23、N型半导体；24、P型半导体；25、低温侧金属板；26、低温侧导热陶瓷；27、储能电源；28、半导体温差发电箱；29、导热油池支撑板；281、半导体温差发电箱中空侧；282、半导体温差发电箱支撑架；283、恒温标准液箱；

3、坩埚冷却装置；31、风冷风机；32、转动机构；33、坩埚水冷装置；331、闭式循环水箱；332、坩埚水冷螺旋管；333、坩埚水冷供水管；334、坩埚水冷回水管；335、坩埚水冷供水泵；336、坩埚水冷供水控制阀门；

4、变压器换热装置；41、变压器侧导热油池；42、变压器侧螺旋换热管；43、变压器侧导热油回油管道；44、变压器侧导热油出油管道；45、变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管；46、变压器侧导热油池高温热管；47、变压器侧导热油泵；48、多点平衡热交换水冷保护器；49、变压器侧导热油排油管道；421、变压器侧换热内管；422、变压器侧换热外管；423、变压器侧导热油通道；424、螺纹卡口；431、变压器侧导热油回油管道阀门；441、变压器侧导热油出油管道阀门；471、变压器侧导热油泵控制阀门；491、变压器侧导热油排油管道阀门；

100、烟道；101、集尘罩；102、炉膛；103、坩埚；104、变压器整流器罩；105、变压器；106、电极。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图2至图12，一种本发明实施例的电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统，该热量回收坩埚冷却系统主要包括烟气换热装置1、半导体温差发电装置2和坩埚冷却装置3。其中，烟气换热装置1与电弧炉的烟道100和集尘罩101相连接，用于回收高温烟气中的热量，并将热量传递至半导体温差发电装置2；半导体温差发电装置2的高温侧与烟气换热装置1相连接，用于接受烟气换热装置1传递的热量，并利用该热量进行温差发电；半导体温差发电装置2与坩埚冷却装置3相连接，为坩埚冷却装置3供电，该坩埚冷却装置3用于在冶炼结束后对电弧炉的坩埚103进行急冷。

上述的电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统，通过设置烟气换热装置1对电弧炉的烟道100和集尘罩101内的烟气热量进行回收，将回收的烟气热量传递至半导体温差发电装置2进行温差发电，并通过半导体温差发电装置2为坩埚冷却装置3供电，通过坩埚冷却装置3在冶炼结束后对电弧炉的坩埚103进行急冷。该热量回收坩埚冷却系统能够对高温烟气的热量进行回收发电，驱动坩埚冷却装置3对坩埚103进行急冷，不仅有效降低了烟气温度，实现了废热利用，避免了额外的能量损耗和浪费，而且能够在冶炼结束后对坩埚103进行快速冷却，便于坩埚103取出，缩短了炼钢实验流程和时间，同时保证了产品物料不会因长时间暴露于空气中而发生氧化。

参见图2和图3，烟气换热装置1主要包括烟气侧导热油池11、烟气换热管12、烟气侧导热油池导热油出口管道13、烟气侧导热油池导热油入口管道14和烟气侧导热油池高温热管15。其中，在烟气侧导热油池11上连接有烟气侧导热油池高温热管15，该烟气侧导热油池高温热管15的另一端与半导体温差发电装置2的高温侧相连接；烟气换热管12设于烟道100和集尘罩101内，该烟气换热管12于烟道100的上端处设置有一个烟气换热管导热油入口，该烟气换热管12于集尘罩101的下端处设置有一个烟气换热管导热油出口；烟气侧导热油池导热油出口管道13的一端与烟气侧导热油池11相连接，该烟气侧导热油池导热油出口管道13的另一端与烟气换热管12的烟气换热管导热油入口相连接，在该烟气侧导热油池导热油出口管道13上还安装有一台烟气侧导热油泵16；烟气侧导热油池导热油入口管道14的一端与烟气侧导热油池11相连接，该烟气侧导热油池导热油入口管道14的另一端与烟气换热管12的烟气换热管导热油出口相连接。

该烟气换热装置1的主要作用是高效回收来自电弧炉炼钢过程中产生的烟气的热量，并将烟气热量传递至半导体温差发电装置2。该烟气换热装置1工作时，烟气换热管12内的导热油吸收烟道100和集尘罩101内高温烟气的热量，吸收烟气热量后的导热油进入烟气侧导热油池11，通过烟气侧导热油池高温热管15将导热油的热量传递至半导体温差发电装置2的高温侧，半导体温差发电装置2利用该热量进行温差发电，并且为烟气侧导热油泵16供电，通过烟气侧导热油泵16驱动导热油循环流动，持续吸收烟气热量。

参见图4，在本实施例中，烟气换热管12包括烟气换热内管121、烟气换热外管122和烟气侧夹层高温热管123。其中，在烟气换热内管121内填充有相变吸热材料；烟气换热外管122套设在烟气换热内管121的外部，并且该烟气换热外管122与烟气换热内管121之间相间隔形成供导热油流过的烟气侧导热油通道124；烟气换热外管122的一端与烟气侧导热油池导热油出口管道13相连接，其另一端与烟气侧导热油池导热油入口管道14相连接；烟气侧夹层高温热管123设置在烟气侧导热油通道124内，该烟气侧夹层高温热管123伸出烟气换热外管122并与半导体温差发电装置2的高温侧相连接。

这样设置，由于导热油的载热能力有限，当烟气的温度过高时，部分热量可以由导热油逐渐向烟气换热内管121内的相变吸热材料转移，固态的相变吸热材料被加热后达到其熔点，会逐步熔化，吸收大量的热量，直至完全变为液态，通过该相变吸热材料可以储存大量的热量。另外，设置在烟气侧导热油通道124内的烟气侧夹层高温热管123也可以将烟气侧导热油通道124内的导热油的部分热量传递至半导体温差发电装置2的高温侧，实现相变材料-热管-导热油耦合热回收。

在本实施例中，在烟气侧导热油池11上还连接有一根烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17，该烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17的一端伸入烟气侧导热油池11内，接受导热油的热量作为热端，烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17的另一端与半导体温差发电装置2的高温侧相连接。通过该烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17可对烟气侧导热油池11内的导热油的温度进行检测，并且还可以通过金属塞贝克效应进行发电。

在集尘罩101内还设置有一根烟气金属塞贝克效应测温管18，该烟气金属塞贝克效应测温管18的一端伸入集尘罩101的底部中间位置，接受烟气的高温热量作为热端，该烟气金属塞贝克效应测温管18的另一端与半导体温差发电装置2的高温侧相连接。如此设置，可以通过该烟气金属塞贝克效应测温管18检测烟气温度，并且还可以通过金属塞贝克效应进行发电。

参见图2和图3，烟气换热管12的烟气换热管导热油入口通过一根三通管19与烟气侧导热油池导热油出口管道13可拆卸地连接；烟气换热管12的烟气换热管导热油出口也通过一根三通管19与烟气侧导热油池导热油入口管道14可拆卸地连接。如此设置，可以方便对烟气换热管12进行清洗和更换；该通过三通管19的一个接口与大气相通，打开该接口可使烟气换热管12与大气相通，加快烟气换热管12内部的导热油的流出；并且，该接口可作为导热油的进出口，进行导热油的流出和更换等操作。

参见图5，坩埚冷却装置3包括一台风冷风机31，该风冷风机31与半导体温差发电装置2相连接，通过半导体温差发电装置2为该风冷风机31供电；风冷风机31通过一个转动机构32可转动地安装在电弧炉的炉膛102上。在冶炼过程中，为了防止风冷风机31局部受热，可使风冷风机31垂直向下放置；一旦冶炼结束后，需要进行强迫对流换热时，该风冷风机31便可以通过转动机构32旋转到炉门口，对坩埚103进行吹风急冷。

参见图6和图7，该坩埚冷却装置3还包括一个坩埚水冷装置33，该坩埚水冷装置33包括一个闭式循环水箱331和坩埚水冷螺旋管332。其中，闭式循环水箱331通过一根坩埚水冷供水管333和一根坩埚水冷回水管334分别与坩埚水冷螺旋管332的两端相连接；该坩埚水冷螺旋管332套设在电弧炉的坩埚103上，为坩埚103进行水冷降温；在坩埚水冷供水管333上还设置有一台坩埚水冷供水泵335，用于向坩埚水冷螺旋管332通入循环冷却水，半导体温差发电装置2与坩埚水冷供水泵335相连接，为坩埚水冷供水泵335供电。这样设置，在冶炼结束后，通过坩埚水冷供水泵335将闭式循环水箱331内的水通入坩埚水冷螺旋管332对坩埚103进行水冷，通过水的间壁式换热带走坩埚103的大量热量。

在电弧炉炼钢过程中，需要通过变压器105向电极106供电，冶炼进程中变压器105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。为了解决上述问题，在本实施例中，该热量回收坩埚冷却系统还包括一个变压器换热装置4，该变压器换热装置4包括变压器侧导热油池41、变压器侧螺旋换热管42、变压器侧导热油回油管道43、变压器侧导热油出油管道44和变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管45。其中，变压器侧导热油池41上连接有变压器侧导热油池高温热管46，该变压器侧导热油池高温热管46的另一端与半导体温差发电装置2的高温侧相连接；变压器侧螺旋换热管42安装在电弧炉的变压器整流器罩104内，用于回收变压器105的热量；变压器侧导热油回油管道43的一端与变压器侧导热油池41相连接，其另一端与变压器侧螺旋换热管42的出油口相连接；在变压器侧导热油回油管道43上还安装有一台变压器侧导热油泵47和一个多点平衡热交换水冷保护器48；变压器侧导热油出油管道44的一端与变压器侧导热油池41相连接，其另一端与变压器侧螺旋换热管42的进油口相连接；变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管45的一端伸入变压器侧导热油池41内，其另一端与半导体温差发电装置2的高温侧相连接。

如此设置，当需要对变压器105进行降温冷却时，通过变压器侧导热油泵47将变压器侧导热油池41内的导热油输送到变压器侧螺旋换热管42内，通过导热油吸收变压器105整流器处的热量，然后导热油携带热量进入变压器侧导热油池41，再通过变压器侧导热油池高温热管46将变压器侧导热油池41内导热油的热量传递至半导体温差发电装置2的高温侧，半导体温差发电装置2利用该热量进行温差发电。对变压器105进行降温冷却的同时，实现变压器105的废热利用，避免变压器105由于过热而损坏。

具体地，参见图8和图9，变压器侧螺旋换热管42包括变压器侧换热内管421和变压器侧换热外管422。在变压器侧换热内管421内填充有相变吸热材料；变压器侧换热外管422套设在变压器侧换热内管421的外部，该变压器侧换热外管422与变压器侧换热内管421之间相间隔，形成供导热油流过的变压器侧导热油通道423；变压器侧换热外管422的一端与变压器侧导热油回油管道43相连接，其另一端与变压器侧导热油出油管道44相连接。当变压器105的温度过高时，部分热量可以由导热油逐渐向变压器侧换热内管421内的相变吸热材料转移，固态的相变吸热材料被加热后达到其熔点，逐步熔化，吸收大量的热量，直至完全变为液态，通过该相变吸热材料可以储存大量的热量。

进一步地，参见图8，变压器换热装置4包括多根变压器侧螺旋换热管42，该多根变压器侧螺旋换热管42之间以及变压器侧螺旋换热管42与变压器侧导热油回油管道43、变压器侧导热油出油管道44之间通过螺纹卡口424以可拆卸的方式串联连接。这样设置，可以根据需要选择连接合适数量的变压器侧螺旋换热管42，并且在其中某些变压器侧螺旋换热管42损坏时方便进行维修和更换。

参见图10和图11，半导体温差发电装置2包括高温侧导热陶瓷21、高温侧金属板22、N型半导体23、P型半导体24、低温侧金属板25、低温侧导热陶瓷26和储能电源27。其中，高温侧导热陶瓷21为半导体温差发电装置2的高温侧，烟气侧导热油池高温热管15、烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17、烟气金属塞贝克效应测温管18、烟气侧夹层高温热管123、变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管45、变压器侧导热油池高温热管46等均匀该高温侧导热陶瓷21相连接；高温侧导热陶瓷21与高温侧金属板22相连接；N型半导体23和P型半导体24均与高温侧金属板22相连接；N型半导体23和P型半导体24的另一端分别与一块低温侧金属板25相连接；两块低温侧金属板25与一块低温侧导热陶瓷26相连接；两块低温侧金属板25分别通过一根导线与储能电源27相连接。

如此设置，通过上述的各测温管、高温热管将热量传递至高温侧导热陶瓷21，再传递至高温侧金属板22，低温侧金属板25和低温侧导热陶瓷26一端为低温侧，N型半导体23和P型半导体24利用两侧的温差进行发电，将电能储存在储能电源27中。储能电源27与烟气侧导热油泵16、风冷风机31、坩埚水冷供水泵335、变压器侧导热油泵47等供电。

进一步地，参见图11，由一块高温侧金属板22、一块N型半导体23、一块P型半导体24和两块低温侧金属板25共同组成一个半导体温差发电单元，该半导体温差发电装置2包括多个上述的半导体温差发电单元，并且多个半导体温差发电单元之间串联连接。如此，可以得到更大的发电量，更加符合实际需要。

可以在变压器侧导热油泵47的前后分别设置一个变压器侧导热油泵控制阀门471，在烟气侧导热油泵16的前后分别设置烟气侧导热油泵控制阀门161，在坩埚水冷供水泵335的前后分别设置坩埚水冷供水控制阀门336。这样，可以保护相应的泵，减少水击现象的发生，同时也可以方便对相应的泵进行维修和更换等后续维修保养工作。

对于变压器侧导热油循环回路，可以在变压器侧导热油回油管道43上设置变压器侧导热油回油管道阀门431；在变压器侧导热油回油管道43的末端连接变压器侧导热油排油管道49，在变压器侧导热油排油管道49上设置变压器侧导热油排油管道阀门491；在变压器侧导热油出油管道44上设置变压器侧导热油出油管道阀门441；其主要作用是控制相应管道的通断，同时也起到流量调节作用，便于实时控制变压器侧导热油循环回路的导热油流量，从而间接控制热量的传输。

对于烟气侧导热油循环回路，可以在烟气侧导热油池导热油出口管道13上设置一个烟气侧导热油池导热油出口管道阀门131，在烟气侧导热油池导热油出口管道13靠近三通管19处设置三通管入口阀门132，在烟气侧导热油池导热油入口管道14靠近三通管19处设置三通管出口阀门141；其主要作用是控制相应管道的通断，同时具有流量调节功能，便于实时控制烟气侧导热油循环回路的导热油流量，从而间接控制热量的传输。对于这些阀门，要求其耐高温。

本发明中，选择导热油作为各管路流通的介质，主要是因为导热油性质稳定，高温情况下不发生气化，同时不同温度下表现出来的传热能力和物理、化学性质都不会发生很大的改变，安全可靠，同时其自身具有一定的隔绝空气能力，可以对其流经的管道和阀门起到一定的保护作用，因而相应设备的寿命也会延长，适合于电弧炉高温冶炼过程热量的传输。

变压器侧导热油排油管道49布置在变压器侧导热油循环回路的最低端，主要作用是当管道内流通的导热油因使用期限问题需要更换时，可以通过打开变压器侧导热油排油管道阀门491，从而将变压器侧的导热油排出，以便更换新的导热油。

变压器105的主要作用是将管网的交流电变为供电弧炉使用的特定范围的直流电，决定着电弧炉炼钢过程能量输入。

变压器整流器罩104位于变压器105的主要发热部位整流器的上方，可以随时取下或者装上，其质轻，对材质无特殊要求，可以平稳放置在变压器105整流器的上方，为一个长方体型腔体，其主要作用是隔绝实验室用半工业直流电弧炉冶炼过程中产生的烟尘等物质，防止整流器上方积尘过多，加重局部过热而烧损，同时电弧炉冶炼过程中也会有诸如石墨精粉等物料散落在整流器等输电线路上，造成变压器105短路。

闭式循环水箱331是气-水联合急冷装置中水冷环节的供水点，其与供水管网直接相连，本身体积不用很大，可以节省部分空间。同时，闭式循环水箱331不会与空气中的含尘气体相接触，减少了电弧炉冶炼过程中烟尘、物料等杂质进入水箱中，导致水质变差，杂质增多，水箱锈蚀，从而使管道堵塞，换热能力变差等诸多不利现象的发生。

半导体温差发电装置2还包括一个半导体温差发电箱28，在半导体温差发电箱28上设有一个半导体温差发电箱中空侧281，在半导体温差发电箱28的下方设有半导体温差发电箱支撑架282，半导体温差发电箱28内设有恒温标准液箱283。半导体温差发电箱支撑架282的主要作用是对半导体温差发电箱28和两个导热油池提供支撑作用，对其要求是有一定的结构强度，其具体外形或者结构可以依据实验室半工业直流电弧炉具体装置的布置情况而定。

恒温标准液箱283内主要盛装着温度不变的液体，在实验条件有限的情况下，可以使用常温液态水，各金属塞贝克效应测温管的冷端导线伸入该恒温标准液箱283内进行恒温，只需要确定常温液态水的温度，即可根据标准热电偶的数据图表进行换算，将温度信号转化为电流信号后再次转化为温度信号，可以得到相应测温区域的温度。此处的液态水温度不变就是为了保持金属塞贝克效应的冷端处于恒定温度下，热端温度的改变就可以在回路中形成不同的电流信号，进而反馈温度信号。

设置半导体温差发电箱中空侧281的主要目的是让半导体温差发电装置2的低温侧(冷端)与周围空气直接接触，维持其冷端较低的温度，便于形成较大温差条件下的发电量。

烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17、烟气侧导热油池高温热管15、变压器侧导热油池高温热管46、烟气侧夹层高温热管123、烟气金属塞贝克效应测温管18、变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管45，这些热管或者金属塞贝克效应测温管与半导体温差发电箱28的连接方式为活动连接，在装置工作运行期间，只需要让相应的高温热管和测温管卡在高温侧导热陶瓷21内部，保证不发生松动或者滑动即可，尽量不要预留空隙，以免空气进入，降低传热效果。此处的连接不需要螺纹，也不需要固接，以最大限度方便装置的安装和高温热管等的配件的更换和维修等工作。

同时，上述的这些高温热管和测温管与相应的导热油池的连接方式为活动连接，即位于导热油池内部导热油内一定深度，但是不与导热油池底部或者侧壁相接触，依靠卡口在导热油池上部固定住，保证整体结构不会松动和滑动，同时也便于取出，更换或者是相关的维修保养工作。

烟气侧夹层高温热管123与烟道100和集尘罩101内的烟气换热管12的连接方式为活动连接，但是此处的活动连接要求更高，需要保证连接处不能存在导热油泄露，同时接口处建议采用耐高温密封垫圈加以处理，保证不泄露，当高温热管需要加以更换或者维修时，需要先将导热油收回导热油池，再拔出原有的热管，进行更换和维修保养等操作。

多点平衡热交换水冷保护器48的主要作用是防止在电弧炉冶炼过程中，当投入的电能较大时，变压器105的整流器等部位会产生很大的电阻热，一旦导热油的载热能力和相变材料的储热能力达到最大限度时，及时开启多点平衡热交换水冷保护器48的支路，对导热油进行间壁水冷降温，保证变压器105的正常工作，方式出现局部过热烧损。

变压器侧导热油池41和烟气侧导热油池11是两个完全独立的导热油池，二者之间用隔板隔开，互不干扰，可以允许两个导热油池相连的隔板处有热量交换。之所以设置两个导热油池，主要是因为从变压器侧和高温烟气侧回收的热量是不一样的，同时需要的导热油流量等也不一样，为了避免引入流量分配装置等多余的配件，因此区分为两个导热油池，进行不同品味的热源的热回收。

两个导热油池安装在一块导热油池支撑板29上，导热油池支撑板29的一端完全固接在半导体温差发电箱支撑架282上，同时需要保持整体的强度，能够抵抗变压器侧导热油池41和烟气侧导热油池11的自重，保持一定的强度。

三通管19的主要作用是为后续的烟气换热管12输送导热油。三通管19的另外一端与大气相通，其主要作用是方便进行烟道侧导热油的更换操作，加快烟气换热管12内部的导热油的流出，同时自身也可以作为出口，进行导热油的流出和更换等操作。三通管19的最后一端与烟气换热管12相连，进行导热油的输送。三通管19与烟气换热管12、烟气侧导热油池导热油入口管道14、烟气侧导热油池导热油出口管道13之间通过螺纹卡口螺纹连接，通过旋转这些螺纹卡口，可以断开两个管道之间的连接，方便拆装更换。

本发明中的相变吸热材料可采用结晶水合盐材料，本发明使用相变材料的主要作用是进行高温烟气侧和变压器侧废热的储存，方便后续环节的释放。因为在电弧炉炼钢过程中，废热显热较多，因此选用结晶水合盐材料作为相变材料。但是结晶水合盐相变材料有相变次数的限制，使用一段时间后需要进行更换，因此每一个活动螺纹卡口，应该都有套管结构的内管的螺纹卡口，在活动螺纹卡口连接处断开后，主要目的就是为了使内管内的相变材料暴露出来，方便进行更换操作。

烟气换热管12呈螺旋状盘绕在烟道100和集尘罩101的内测，其材质优选为铜管，与烟道100和集尘罩101紧密接触，一般固接在烟道100和集尘罩101内部，但是此处的固接强度可以不用很大，只需要克服管道内导热油的自重和流动产生的动量冲击，以及高温烟气的热应力。必要时，当烟气换热管12的铜管因为腐蚀或者是集尘太大时，可以通过断开三通管19处的螺纹卡口，使用外力将烟气换热管12从烟道100内部拿下来，从而进行清洗和更换。

烟气换热管12为双层套管结构，烟气换热内管121内部盛装相变材料，烟气换热内管121和烟气换热外管122之间的烟气侧导热油通道124内为流动的导热油，同时烟气侧夹层高温热管123也位于夹层之中，主要吸收导热油的热量。

储能电源27的主要作用是进行半导体温差发电的储存，对其要求是可以在充电的时候放电，即适用于频繁充放电的场合，当然也可以允许外加电源对其进行充电，而不一定要求半导体温差发电是其唯一的电力来源。同时，对于需要用电的设备，如变压器侧导热油泵47、烟气侧导热油泵16、坩埚水冷供水泵335、风冷风机31等，其电力输入来源全部来源于储能电源27，自身无任何外接电源。P型半导体24和N型半导体23的布置方式优选采用串联布置半导体模块，可以得到更大的发电量，更符合实际需求。

烟气金属塞贝克效应测温管18的受热端位于集尘罩101的中心位置，接受烟气的高温热量，作为热端。烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17的受热端位于烟气侧导热油池11内，接受导热油的高温热量，作为热端。变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管45的受热端位于变压器侧导热油池41内，接受导热油的高温热量，作为热端。

半导体温差发电装置2的电量来源不仅来自于高温热管传递的热量形成的温差，在半导体中产生电势差，形成电流，同时也有金属塞贝克效应发电，电量来源应该有图10所示的两种途径。

变压器侧螺旋换热管42盘绕在变压器105的整流器的侧边，其结构跟烟气换热管12的结构相同，唯一的差别在于变压器侧螺旋换热管42的内部只有导热油和相变材料，而没有夹层的热管。其余的结构也跟烟气换热管12的结构相同。

坩埚水冷螺旋管332盘绕在坩埚103上，可以根据实际的坩埚103尺寸，定做不同尺寸的坩埚水冷螺旋管332，因为实际实验室用半工业直流电弧炉所使用的坩埚103型号比较固定，因此需要的坩埚水冷螺旋管332的尺寸也是只有那几种。根据实际的坩埚103尺寸，断开坩埚水冷螺旋管332上的螺纹卡口，便可以连接不同的坩埚水冷螺旋管332。通过水的间壁式换热带走坩埚103的大量热量。

风冷风机31通过转动机构32连接在实验室用半工业直流电弧炉炉膛102上，风冷风机31可以通过转动机构32进行转动，在冶炼过程中为了防止风冷风机31局部受热，可以使风冷风机31垂直向下放置；冶炼结束后，需要进行强迫对流换热时，便可使风冷风机31旋转到炉门口，进行吹风急冷。

本发明的电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统，功能全面，集热回收、发电、电能输出、气-水联合急冷等多种功能于一身，其工作流程主要如下：

(1)在实验室用半工业直流电弧炉电弧炉冶炼开始阶段，对于高温烟气侧，烟气侧导热油池导热油出口管道阀门131、烟气侧导热油泵控制阀门161、三通管出口阀门141、三通管入口阀门132全部开启，各螺纹卡口全部旋紧锁死，防止导热油泄露。

对于变压器侧，变压器侧导热油泵控制阀门471、变压器侧导热油回油管道阀门431、变压器侧导热油出油管道阀门441全部开启，变压器侧导热油排油管道阀门491关闭；各螺纹卡口全部旋紧锁死，防止导热油泄露。

同时对于水冷装置，坩埚水冷供水控制阀门336关闭，阻断水冷装置工作。

此阶段电极106输入功率较低，同时烟尘含有的显热也较少，导热油吸收的热量较小，变压器侧导热油泵47、烟气侧导热油泵16、坩埚水冷供水泵335、风冷风机31都不工作，半导体温差发电装置2的发电量也较小，全部储存在储能电源27中。

(2)随着冶炼的进行，电极106的输入功率逐步增大

此阶段中变压器侧导热油泵47、烟气侧导热油泵16都正常进行工作，来自烟道100和集尘罩101内的高温烟气加热烟气换热管12内的导热油，导热油与烟气相当于逆向换热，换热效率较高，导热油携带着热量经过三通管19进入烟气侧导热油池11，释放热量给烟气侧导热油池高温热管15，释放完热量后的导热油继续沿着烟气侧导热油池导热油出口管道13，再次进入烟道100中的烟气换热管12，进行下一轮的循环。

烟气侧导热油池高温热管15获得热量后，将其从热端快速传递到冷端，进而将热量传递给高温侧导热陶瓷21和高温侧金属板22，使其温度升高，而低温侧金属板25温度仍然较低，这样便会在P型半导体24和N型半导体23的两端形成较大温差，进而在回路中形成温差电动势，通过稳压装置将电流平稳传递给储能电源27，形成温差发电。同时储能电源27又继续给变压器侧导热油泵47和烟气侧导热油泵16供电。并且，位于烟气换热管12的烟气侧导热油通道124内的烟气侧夹层高温热管123也会一直源源不断将热量传输到半导体温差发电装置2的热端中，形成了更大的温差。

变压器105侧随着输入功率的增加，整流器发热量逐步增加，导热油携带着整流器的发热量，经过变压器侧导热油出油管道44进入变压器侧导热油池41，释放热量给变压器侧导热油池高温热管46，释放完热量后的导热油继续沿着变压器侧导热油回油管道43再次进入变压器侧螺旋换热管42，进行下一轮的循环。

变压器侧导热油池高温热管46获得热量后，将其从热端快速传递到冷端，进而将热量传递给高温侧导热陶瓷21和高温侧金属板22，使其温度升高，继续在P型半导体24和N型半导体23的两端形成较大温差，进而在回路中形成温差电动势，加大发电量。

同时烟气侧导热油池金属塞贝克效应测温管17、烟气金属塞贝克效应测温管18、变压器侧导热油池金属塞贝克效应测温管45的各自受热端也会被导热油、高温烟气加热，形成温差电动势，进而发电。

此过程中温差电动势的驱动力主要来源有金属塞贝克效应发电和半导体温差发电，电量来源较为充沛，而此阶段主要消耗电能的变压器侧导热油泵47和烟气侧导热油泵16因为发热环节热量较少，所以油泵转速较慢，导热油流动速度也较慢，耗电量较少，总体而言储能电源27是处于不断储能的过程中。

(3)冶炼进行到中后期，电极106的输入功率较大，变压器105侧整流器发热量很大，同时电弧炉烟道100内烟气的温度较高。

此阶段中由前所述，半导体温差发电装置2的温差也会更大，发电量也会更多。同时导热油的载热能力有限，热量便会逐步向烟气换热内管121和变压器侧换热内管421内部的相变材料转移。固态相变材料被加热后达到其熔点，就会逐步熔化，吸收大量的热量，直至完全变为液态，储存大量的热量。同时导热油的热量还会不断被热管抽走。

但是，一旦变压器105侧导热油的温度过高，变压器105的过热损坏风险会显著增大，此阶段便可以开启水冷保护装置，继续带走变压器105侧导热油多余的热量，达到保护变压器105侧整流器的目的。

此阶段回收的热量最多，因此半导体温差发电效果最为显著，也是储能电源27主要的储电环节。

(4)冶炼结束后，电极106不再输入功率，同时也并不产生高温烟气，此流程主要用先前产生的电来驱动坩埚水冷供水泵335和风冷风机31，对坩埚进行急冷。当然也有部分电能需要输出给变压器侧导热油泵47和烟气侧导热油泵16，保证导热油具有一定的流速，但是导热油的流速很慢，这样做可以起来均一热量分配的作用。

首先，将实验室用半工业直流电弧炉炉膛102进行一定程度的旋转，拿出位于炉膛102内温度极高的坩埚103旁用于隔热和保温的石棉，然后将坩埚水冷螺旋管332上的螺纹卡口连接上坩埚水冷供水管333和坩埚水冷回水管334，接着将坩埚水冷螺旋管332套在坩埚103上，并迅速开启坩埚水冷供水控制阀门336，启动坩埚水冷供水泵335，进行高温石墨坩埚103的间壁快速水冷环节。与此同时，将风冷风机31旋转一定角度，使风冷风机31朝向炉膛内的坩埚103，驱动周围空气进行强迫自然对流换热，带走高温石墨坩埚103的热量。

因为没有高温烟气和变压器105侧的热量输入，因此导热油的温度会逐步下降，利用温差发电的发电量也会减少。此时原先已经充分储能的相变材料发挥关键作用，一旦导热油的温度低于相变材料的相变温度点，冶炼阶段受热熔化的相变材料便会逐步释放储存的热量，从液态转变为固态，这部分热量便会传递给导热油，继续维持一段时间的导热油的温度，从而使半导体温差发电的温差不会受太大影响，保持一定的发电量，继续驱动水泵和风机的运转，从而高效快速的带走石墨坩埚103表面的热量，缩短冶炼时间，防止坩埚103内物料的氧化和晶相的破坏。

等到坩埚103温度下降到可以取出时，又可以关闭整个装置，等待下一次实验的进行，同时相关流程也如上所述，继续循环下去。

需要注意的是，关于相关阀门和水泵、油泵、风机等的起闭或者运转，可以引入自动控制系统，这些类型的自动控制系统现在已经技术成熟，可以完全用于本发明的装置上。

本发明的电弧炉炼钢用热量回收坩埚冷却系统，利用高温相变材料和热管储存和传输来自变压器和烟道内的废热，利用半导体温差发电来利用这部分热量，达到后续的水冷和气冷给坩埚急冷，防止物料氧化的目的，主要基于以下的原理：

(1)相变材料热回收原理。相变材料主要是通过自身相态的转化，吸收外界热量或者向外界环境释放热量，从而进行能量的收集和释放。相变材料用于余热回收，可以存储诸多废热，并且利用这些废热产生有益的效应。当外界环境温度高于相变材料的熔点温度时，相变材料就会从外界高温环境吸收热量，同时自身逐步从固态转化为液态，储存大量热量。当外界环境温度逐步降低，并且低于相变材料的熔点温度时，相变材料便会向外界环境中释放热量，同时自身逐步从液态转化为固态，释放大量热量。

在电弧炉冶炼过程中，利用相变材料的相变过程储热能力，可以有效回收实验室半工业电弧炉炼钢过程变压器105等部件和烟道100产生的高温烟气的废热，进行冶炼进程中废热的储存。待冶炼结束后，可以利用相变材料储存的这部分热量，作为后续半导体温差发电的供热端，驱动后续急冷坩埚，快速降温的环节。

(2)热管高效传热原理。热管是一种具有快速均温特性的特殊材料，其中空的金属管体，使其具有质轻的特点，而其快速均温的特性，则使其具有优异的热超导性能。热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，轴向传递热量能力强，而且可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度。热管的热端受热后，其内部的液体就会吸收热量而蒸发，同时遇到热管冷端后，又会液化放出自己所携带的热量，同时沿着内部管壁回流至热管热端，进行下一次循环，如此循环下去借助内部流体的相变来实现高速有效的热量传递。

(3)半导体温差发电和测温。塞贝克效应即温差电现象，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。

半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。P型半导体24的热端空穴的浓度较高，空穴便从高温端向低温端扩散，在通路情况下，就在P型半导体24的两端形成空间电荷(热端有负电荷，冷端有正电荷)，同时在半导体内部出现电场，当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势--温差电动势。P型半导体24的温差电动势的方向是从低温端指向高温端(塞贝克系数为负)，相反，N型半导体23的温差电动势的方向是高温端指向低温端(塞贝克系数为正)，在有温度差的半导体中，即存在电场，一般，半导体的塞贝克系数为数百mV/K，可见在温差较大的场合，利用半导体温差发电量还是挺可观的，也完全可以满足带动风机和水泵，达到给冶炼完成后的坩埚103降温的目的。

在反馈测量电弧炉烟道100和变压器105侧导热油等地方的温度时，外接标准热电偶不利于操作，来回搬动麻烦，同时外接热电偶消耗大，被加热后温度高，存在安全隐患方面，本发明的装置可以通过金属塞贝克效应来实现测温。金属的塞贝克效应很小，一般塞贝克系数为0～10mV/K，但在一定条件下还是可观的，利用金属塞贝克效应来检测高温场合的温度是完全行得通的。如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而增大，热端的电子将由于具有较大的能量，又具有较大的平均自由程，则热端电子向冷端的输运则是主要的过程，从而将产生塞贝克系数为负的塞贝克效应，如金属Al、Mg、Pd、Pt等。相反，如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而减小，热端的电子虽然具有较大的能量，但它们的平均自由程却很小，因此电子的输运将主要是从冷端向热端的输运，从而将产生塞贝克系数为正的塞贝克效应，如金属Cu、Au、Li等。只要选用适当的金属作测温材料，就可轻易测量到从－180℃到+2000℃的温度。因此可以通过金属塞贝克效应来实现对烟道100烟气温度，变压器105局部温度等的掌控，防止局部区域过热损坏，可以及时作出相应的调控。

(4)间壁水冷和强迫对流联合降温。现阶段的半工业直流电弧炉冶炼过程中坩埚103的冷却仍属于自然冷却。通过本发明的装置的半导体温差发电技术，储存的电量可以驱动风机和水泵运转，进行高效的热量传输和快速急冷。整个装置不需要借助外来热源，就可以依靠废热来进行运转。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。