一种电弧炉

技术领域

本发明涉及一种电弧炉。

背景技术

为降低冶炼过程中的耐材消耗，现代超高功率炼钢电弧炉普遍采用内嵌水冷面板形式的上炉壳和炉盖。目前，这些水冷面板的冷却水流量在设计之初就已确定，且在冶炼过程中不再调节。设计之初一般依据当前水冷面板在冶炼期间可能遭受的最大热流密度来确定它的冷却水流量，以确保恶劣工况条件下其冷却能力的可靠性；如此一来，正常冶炼工况条件下用到的冷却水流量相比实际需要的要大许多，会明显增加冷却水量以及相应的循环动力消耗。通过增大水冷面板的冷却水进出口温差，可一定程度地减小冷却水设计流量，从而部分地抵消上述不利影响；然而，这种折衷做法的不利之处在于：冷却水出口平均温度的上升，无法可靠地反映水冷面板某些局部温升过大的事实，虽然出口平均温度离饱和值还有较大差距，但是在冷却水流速较低的某些局部可能已经处于欠热沸腾状态，使得这些地方易于结垢而增加传热阻力，增大了冷却水管壁烧穿的风险，而冷却水出口平均温度的升高，会使这种欠热沸腾变得更加容易。

发明内容

本发明涉及一种电弧炉，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种电弧炉，包括炉壳和炉盖，所述炉壳及所述炉盖均内嵌有水冷面板，所述炉壳的水冷面板和/或所述炉盖的水冷面板为长寿型面板，所述长寿型面板的冷却水流量可调。

作为实施方式之一，所述长寿型面板配置有冷却水循环管路，所述冷却水循环管路包括连接面板入水口与冷却水给水主管的进水管路以及连接面板出水口与冷却水回水主管的回水管路，于所述冷却水循环管路上设有流量调节单元。

作为实施方式之一，所述流量调节单元包括自适应流量调节阀，所述自适应流量调节阀包括阀壳、中空芯壳和调节机构，所述芯壳固定安装于所述阀壳内并将阀壳内腔分隔为冷水流通室和热水流通室，所述芯壳内滑设有隔热活塞并将芯壳内腔分隔为冷腔和热腔，所述冷腔与所述热腔内均填充有热变形介质，所述冷腔至少部分位于所述冷水流通室内，所述热腔至少部分位于所述热水流通室内；所述调节机构与所述隔热活塞连接并且调节区位于所述冷水流通室或所述热水流通室内；

所述阀壳上开设有与所述冷水流通室连通的冷水入口和冷水出口，所述进水管路包括连接所述冷水入口与所述冷却水给水主管的第一进水管段以及连接所述冷水出口与所述面板入水口的第二进水管段；

所述阀壳上开设有与所述热水流通室连通的热水入口和热水出口，所述回水管路包括连接所述面板出水口与所述热水入口的第一回水管段以及连接所述热水出口与所述冷却水回水主管的第二回水管段。

作为实施方式之一，所述调节机构包括阀杆和设于所述热水流通室内的阀座，所述阀杆连接于所述隔热活塞上并且自所述热腔穿出至所述热水流通室内，所述阀杆的自由端具有与所述阀座适配的调节部。

作为实施方式之一，所述调节部为形成于阀杆自由端的调节塞，所述阀座横隔于所述热水流通室内并且相适配地开设有阀孔。

作为实施方式之一，所述芯壳的供所述阀杆穿设的穿设孔处进行滑动密封。

作为实施方式之一，所述冷腔内的热变形介质与所述热腔内的热变形介质均为氮气。

作为实施方式之一，所述芯壳为铜质构件。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的电弧炉，通过设计水冷面板的冷却水流量可调，可根据炼钢过程的冶炼工况，按需实时调节当前水冷面板的冷却水流量，使得调节后的冷却水流量正好匹配当前水冷面板的热负荷要求，而不会造成冷却水流量的过量和相应的动力消耗损失，同时也不至于大幅提升冷却水出口平均温度，避免水冷面板局部位置处因冷却水流速较低产生欠热沸腾而导致传热能力恶化的情况，提高水冷面板的服役寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的自适应流量调节阀的安装结构示意图；

图2为本发明实施例提供的自适应流量调节阀的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种电弧炉，包括炉壳和炉盖，所述炉壳及所述炉盖均内嵌有水冷面板2，对于水冷面板2在炉壳内以及在炉盖内的设置均为本领域常规技术，此处不作赘述。

优选地，所述炉壳的水冷面板2和/或所述炉盖的水冷面板2为长寿型面板，所述长寿型面板的冷却水流量可调。其中，优选为炉壳内的水冷面板2和炉盖内的水冷面板2均采用该长寿型面板。本实施例提供的电弧炉，通过设计水冷面板2的冷却水流量可调，可根据炼钢过程的冶炼工况，按需实时调节当前水冷面板2的冷却水流量，使得调节后的冷却水流量正好匹配当前水冷面板2的热负荷要求，而不会造成冷却水流量的过量和相应的动力消耗损失，同时也不至于大幅提升冷却水出口平均温度，避免水冷面板2局部位置处因冷却水流速较低产生欠热沸腾而导致传热能力恶化的情况，提高水冷面板2的服役寿命。

一般地，水冷面板2配置有冷却水循环管路，也即上述长寿型面板配置有冷却水循环管路，其中，该冷却水循环管路包括连接面板入水口与冷却水给水主管41的进水管路31以及连接面板出水口与冷却水回水主管42的回水管路32。

基于上述冷却水流量可调的需求，在其中一个实施例中，可在上述冷却水循环管路上设有流量调节单元，例如在进水管路31和/或回水管路32上设置流量控制阀，进一步可在该水冷面板2的安装处设置测温传感器，通过该测温传感器与流量控制阀联锁，可实现对水冷面板2冷却水流量的自动调节。当然，在水冷面板2的蛇形管道内设置流量调节阀等也为可行方案，但考虑水冷面板2工作环境的恶劣程度，此处设置的流量调节阀需选用耐高温阀门。

本实施例提供一种优选方案，可在不需要消耗外部能源、也不涉及控制信号收发的情况下实现上述冷却水流量自适应调节的目的，具体地：

如图1和图2，所述流量调节单元包括自适应流量调节阀1，所述自适应流量调节阀1包括阀壳11、中空芯壳12和调节机构，所述芯壳12固定安装于所述阀壳11内并将阀壳11内腔分隔为冷水流通室和热水流通室，所述芯壳12内滑设有隔热活塞13并将芯壳12内腔分隔为冷腔和热腔，所述冷腔与所述热腔内均填充有热变形介质15，所述冷腔至少部分位于所述冷水流通室内，所述热腔至少部分位于所述热水流通室内；所述调节机构与所述隔热活塞13连接并且调节区位于所述冷水流通室或所述热水流通室内；所述阀壳11上开设有与所述冷水流通室连通的冷水入口111和冷水出口112，所述进水管路31包括连接所述冷水入口111与所述冷却水给水主管41的第一进水管段以及连接所述冷水出口112与所述面板入水口的第二进水管段；所述阀壳11上开设有与所述热水流通室连通的热水入口113和热水出口114，所述回水管路32包括连接所述面板出水口与所述热水入口113的第一回水管段以及连接所述热水出口114与所述冷却水回水主管42的第二回水管段。

上述阀壳11与第一进水管段之间、阀壳11与第二进水管段之间、阀壳11与第一回水管段之间以及阀壳11与第四回水管段之间均可采用法兰连接形式。上述芯壳12部分伸入至冷水流通室内，以便使得其冷腔至少部分地位于冷水流通室内；同样地，上述芯壳12部分伸入至热水流通室内，以便使得其热腔至少部分地位于热水流通室内。上述芯壳12显然应具有一个直线段，以便于隔热活塞13作直线运动，该直线段可采用方形或圆形截面，依隔热活塞13的形状而定；在其中一个实施例中，该芯壳12可采用长条形壳体，在另外的实施例中，可在上述直线段的两端分别连接球状壳体段，两个球状壳体段分别伸入至冷水流通室和热水流通室内。

如图2，在芯壳12伸入处，可将阀壳11设计成球状/近似球状，保证伸入的芯壳12四周都能接触到水流，水流在芯壳12周围形成绕流，换热效果较好，能提高芯壳12感温准确性和响应速度。

进一步地，上述芯壳12优选为采用导热性较好的材料，例如选用导热系数大、比热容低的金属，能较好地将水流温度传递给热变形介质15；本实施例中，采用铜质构件。芯壳12厚度在满足结构强度和刚度要求的前提下，宜尽可能薄，以提高上述自适应流量调节阀1的响应速度。

上述热变形介质15能随温度的变化而呈现出体积的显著变化，优选为选用比热容低并且对芯壳12和活塞13无腐蚀作用的气体，本实施例中，冷腔和热腔内填充的热变形介质15均选用氮气。隔热活塞13将冷腔内的热变形介质15和热腔内的热变形介质15隔离开来，实现两个空间之间的独立密封和热量交换隔离；隔热活塞13的厚度选择宜使得当它发生移动后，冷腔和热腔内的热变形介质15不会受到对向侧外部绕流的冷却水热量交换的过多影响。

由于冷腔和热腔内热变形介质15的体积变化，可推动上述隔热活塞13进行滑动，并带动调节机构进行相应的调节动作，实现对冷水流通室/热水流通室内的流通面积的控制，从而达到调节水冷面板2内的冷却水流量的目的。可见，本实施例中，通过感应水冷面板2自身冷却水温度的变化来实现水冷面板2冷却水流量的调节，不需要消耗外部能源，也不涉及控制信号的收发，工作可靠性高，因此便于在炼钢电弧炉的复杂工作环境下安装和长时间服役。

上述调节机构可以是采用位移调节方式或转角调节方式，根据调节方式不同采用不同的结构即可，此为阀门领域常规技术，其与隔热活塞13之间进行相应地连接，并且应满足：当水冷面板2回水温度升高时，水冷面板2冷却水流量增大，当水冷面板2回水温度降低时，水冷面板2冷却水流量减小，直至隔热活塞13两侧压力达到平衡。本实施例中，上述调节机构采用位移调节方式，能简化自适应流量调节阀1的结构，确保在炼钢电弧炉的复杂工作环境下具有较高的工作可靠性。在其中一个实施例中，如图2，所述调节机构包括阀杆14和设于所述热水流通室内的阀座16，所述阀杆14连接于所述隔热活塞13上并且自所述热腔穿出至所述热水流通室内，所述阀杆14的自由端具有与所述阀座16适配的调节部；通过隔热活塞13的直线位移，带动阀杆14作直线运动，从而带动调节部靠近或远离阀座16，达到流量调节的目的。该调节部可为阀板等零部件；在可选的实施例中，如图2，所述调节部为形成于阀杆14自由端的调节塞141，所述阀座16横隔于所述热水流通室内并且相适配地开设有阀孔。进一步地，如图2，上述热水流通室可为直角式腔室，包括直线段入口室、直线段出口室以及连接该直线段入口室和直线段出口室的过渡室，芯壳12的一端可伸入至该过渡室内，上述阀座16可以是横隔在过渡室与直线段出口室连接处的隔板，上述阀杆14优选为与该直线段出口室同轴，通过阀杆14的位移即能调节阀孔与调节塞141之间的间隙大小。通过对上述调节塞141形状的设计，可实现对冷却水流量的不同调节特性，优选采用圆锥状或旋转抛物体状的调节塞141。

进一步地，所述芯壳12的供所述阀杆14穿设的穿设孔处进行滑动密封，防止热变形介质15与冷却水相互渗透。

以炉壳水冷面板2为例，对上述自适应流量调节阀1的工作过程进行大致说明：

(1)当炼钢过程还未开始、电弧炉还处于冷态时，调节塞141与阀孔之间维持一初始间距，使得自适应流量调节阀1及冷却水循环管路保持一定的初始流量，此初始流量对应的水冷面板2内冷却水平均流速通常在0.5～1.5m/s之间；此初始流量一方面保证自适应流量调节阀1自适应调节功能的顺利启动，另一方面则有利于将水冷面板2内的气泡冲刷带走，以避免造成水冷面板2冷却能力恶化。此时，在冷水流通室和热水流通室内，芯壳12外绕流的冷却水温度一致，相应地冷腔与热腔内热变形介质15的体积维持不变，使得调节塞141与阀孔之间的间距维持不变。

(2)炼钢过程启动后，水冷面板2接收到来自炉内的热辐射和热对流，导致流经水冷面板2的冷却水温度上升，上升的幅度取决于作用于其上的热流密度和冷却水流量的瞬时相对大小。随后，温度上升的冷却水将热量传递给热腔内的热变形介质15，使得后者体积发生膨胀、压力上升。冷水流通室内的冷却水温度维持不变，则冷腔内热变形介质15的体积和压力维持先前水平，使得隔热活塞13两侧压力不同，在压差作用下隔热活塞13向冷腔侧移动；在隔热活塞13的带动下，阀杆14也向上移动，使得调节塞141与阀孔之间间距变大，增加阀孔出流面积并减小局部阻力系数，从而增大了水冷面板2内部的冷却水流量。

当活塞13上下两侧的压力一致时，隔热活塞13的移动随之停止。

冷却水流量的增加提高了水冷面板2的冷却强度，若此时水冷面板2接收的热流密度不再升高，则增加的冷却水流量将降低冷却水回水的温度；此时，热腔内热变形介质15的体积缩小、压力下降，在压差作用下隔热活塞13带动阀杆14向热腔侧移动，使得调节塞141与阀孔之间间距变小，减小阀孔出流面积并增加局部阻力系数，从而减小了水冷面板2内部的冷却水流量。在一定的热流密度下，上述过程最终会处于一个平衡状态，此时增加的冷却水流量和温度正好与当前热流密度相匹配，不至于让冷却水温度上升太高。正常冶炼工况下，冷却水回水出口平均温度在7～15℃范围内；极端冶炼工况下，如电弧暴露过长时，冷却水回水出口平均温度不超过28℃。

(3)当水冷面板2不再接收来自炉内的热量时，如停炉冷却过程，热水流通室内的冷却水温度会不断降低，热腔内热变形介质15的体积和压力不断减小，在压差作用下隔热活塞13带动阀杆14不断向热腔侧移动，使得调节塞141与阀孔之间间距持续变小，逐步减小阀孔出流面积同时增加局部阻力系数，从而使得水冷面板2内部的冷却水流量持续降低。最终，当冷水流通室和热水流通室内的冷却水温度一致时，调节塞141与阀孔之间间距恢复至初始值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。