周章懷 李慶元 卿曉斌 劉繼旺 蔡中開(kāi) 楊海云 王文強(qiáng)

（瑞泰科技股份有限公司湘潭分公司 湘潭 411228）

0 引言

電弧爐是一種通過(guò)金屬、非金屬產(chǎn)生電弧過(guò)程中產(chǎn)生的高溫來(lái)對(duì)礦石或金屬等物質(zhì)進(jìn)行熔煉的工業(yè)爐，具有體積小、操作簡(jiǎn)單、靈活性大、溫度受控、性能較強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，起初僅用于冶煉合金鋼，現(xiàn)已在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

生產(chǎn)電熔耐火材料使用的原料屬于難熔物料（熔化溫度2000～2800 ℃）［1］，電弧在電極和熔融物料之間放電，直接加熱物料?，F(xiàn)有技術(shù)中的耐火材料在電弧爐中冶煉，通過(guò)在電弧爐中加入原料進(jìn)行電極通電以實(shí)現(xiàn)一系列反應(yīng)，由于爐中冶煉的溫度較高，弧區(qū)溫度有時(shí)達(dá)3000℃以上，爐內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量含有灰塵的煙氣，該煙氣會(huì)從電極與電極孔之間的間隙飄出，進(jìn)而飄 至 設(shè) 備 現(xiàn) 場(chǎng) 的 空 氣 中 。專(zhuān) 利ZL201721239490.6［2］公開(kāi)了一種便于抽塵筒轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)保電弧爐，采用設(shè)置抽塵裝置的方式對(duì)電弧爐進(jìn)行除塵，但是在實(shí)際生產(chǎn)中考慮到該抽出的煙氣含有大量的熱量，沒(méi)有得到有效的再利用，而且耐火材料（如氧化鋁、鋯英砂、純堿的混合粉料造粒）在電弧爐中處理之前也需要再進(jìn)行預(yù)熱烘干處理，本文針對(duì)現(xiàn)有的電弧爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

鋼鐵行業(yè)利用電爐煉鋼煙氣中的物理熱和化學(xué)熱，進(jìn)行廢鋼預(yù)熱［3］。生產(chǎn)電熔耐火材料使用的電弧爐可參考冶金鋼鐵爐數(shù)據(jù)，考慮能量單耗時(shí)，首先有必要分析其輸出熱量。輸出熱量除了有效的熔融耐火材料液的焓和其精煉所必要的焓之外，作為熱損失部分有排除氣體的熱損失，水冷壁、爐蓋方面的熱損失以及電氣、其他熱損失［4］。根據(jù)煉鋼爐有關(guān)報(bào)道，降低能耗單耗重要的是減少整個(gè)輸出熱量，因此首先要減少約43%的熱損失，其中排出氣體熱損失23.6%，水冷壁、爐蓋的熱損失8.6%，電氣、其他熱損失3.6%［4］。

鑒于此，電弧反應(yīng)產(chǎn)生煙塵氣中余熱復(fù)用勢(shì)在必行。

1 技術(shù)方案

余熱利用節(jié)能環(huán)保電弧爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案主視圖如圖1所示。

圖2 A處局部結(jié)構(gòu)放大示意圖

圖3 爐蓋結(jié)構(gòu)俯視圖

圖4 翅片與內(nèi)環(huán)體立體結(jié)構(gòu)示意圖

爐體內(nèi)部中空，底部具有熔池，頂部具有爐蓋（為水冷式）；爐蓋上圍繞中心設(shè)置有若干個(gè)電極孔和加料孔；還包括設(shè)置于爐蓋上的煙罩和螺旋翅片旋轉(zhuǎn)體；其中，煙罩包括：煙罩內(nèi)環(huán)體、煙罩外環(huán)體和煙罩頂蓋，煙罩內(nèi)環(huán)體圍繞電極孔設(shè)置，且煙罩內(nèi)環(huán)體上端開(kāi)口，下端與爐蓋抵接，煙罩內(nèi)環(huán)體內(nèi)壁上還設(shè)有進(jìn)煙孔；煙罩內(nèi)環(huán)體與煙罩外環(huán)體上端通過(guò)煙罩頂蓋相接，煙罩頂蓋上一側(cè)設(shè)有抽煙管，另一側(cè)設(shè)有進(jìn)料口。

該電弧爐在具體工作過(guò)程中，電極向下伸入至熔池料中，該料為需要加熱反應(yīng)的耐火顆粒料，如工業(yè)氧化鋁、鋯英砂、純堿的混合粉料，可預(yù)制成顆粒，通過(guò)放電熔解，發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙塵氣，一部分從電極與電極孔之間的間隙中溢出，此時(shí)，一部分煙塵氣在抽煙管作用下通過(guò)進(jìn)煙孔、過(guò)煙孔進(jìn)入螺旋翅片之間，并向上排出至下一步處理；另一部分煙塵氣也可以經(jīng)過(guò)加料孔后向上移動(dòng)排出。

當(dāng)需要加新料時(shí)，混合粉料顆粒通過(guò)進(jìn)料口落至螺旋翅片上，并沿螺旋向下的方向移動(dòng)并攤開(kāi)，在高溫?zé)焿m氣的作用下被快速預(yù)熱，最終經(jīng)過(guò)料通道、加料孔落至熔池中發(fā)生反應(yīng)，大幅提高了能量回收利用率，而且加料過(guò)程產(chǎn)生的粉塵也會(huì)被抽出處理，不至于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生大量的粉塵；其中，旋轉(zhuǎn)底板可以在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下，繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，便于進(jìn)料口處的粉料均衡落至各螺旋翅片之間的螺旋道里。

旋轉(zhuǎn)底板與煙罩外環(huán)體的旋轉(zhuǎn)連接處設(shè)有第一旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，旋轉(zhuǎn)底板與爐蓋（可以為水冷爐蓋）的旋轉(zhuǎn)連接處設(shè)有第二旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，兩處形成動(dòng)密封，保證螺旋翅片旋轉(zhuǎn)體各處的氣密性。

第一旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)外環(huán)體外圍的第一盛水環(huán)槽，煙罩外環(huán)體下端浸入第一盛水環(huán)槽中；第二旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)為爐蓋外圍的第二盛水環(huán)槽，旋轉(zhuǎn)底板底部設(shè)有浸入第二盛水環(huán)槽中的環(huán)狀擋板，兩處通過(guò)水密封來(lái)保證密封性，便于制造，而且也有助于隔熱。

過(guò)煙孔處設(shè)有開(kāi)口朝下的擋料罩，從而防止下落的粉料進(jìn)入過(guò)煙孔中。旋轉(zhuǎn)外環(huán)體下方還設(shè)有用以將料導(dǎo)向過(guò)料通道處的倒錐體，起到導(dǎo)向作用，便于顆粒料能夠順利落入至過(guò)料通道處。為了便于顆粒料能夠順利沿螺旋下落，螺旋翅片的旋向?yàn)樽笮?，螺旋翅片旋轉(zhuǎn)體沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)對(duì)顆粒料層形成傾斜向上的力，從而減小積壓顆粒料的可能性。

2 技術(shù)原理

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該節(jié)能環(huán)保電弧爐余熱利用的技術(shù)原理為：電弧爐上設(shè)有螺旋翅片旋轉(zhuǎn)體，當(dāng)抽出煙塵氣時(shí)，氣氛中的大量余熱便對(duì)攤在螺旋翅片上的耐火材料顆粒料層進(jìn)行快速預(yù)熱。

（1）收塵孔與電極孔處飄出的煙塵氣向上四周擴(kuò)散經(jīng)過(guò)進(jìn)煙孔、過(guò)煙孔后經(jīng)過(guò)各層螺旋翅片之間，在較大散熱面積作用下，溫度快速分散用于加熱其上的混合顆粒料層，使其快速升溫，顆粒料越向下移動(dòng)越接近爐內(nèi)的溫度，可有效降低電極加熱所消耗的能量；而且這種向上抽氣的方式有效阻止了空氣中的雜質(zhì)氣氛進(jìn)入到發(fā)紅高溫的電極上而導(dǎo)致其氧化，因此，該進(jìn)氣結(jié)構(gòu)在一定程度上降低了電極的消耗。

（2）抽氣結(jié)構(gòu)既可以有效抽出爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行后處理，又同時(shí)將傳統(tǒng)上料過(guò)程中所產(chǎn)生的粉塵一并抽出，一舉兩得，大幅改善了現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

電弧反應(yīng)產(chǎn)生煙塵氣中余熱利用的節(jié)能電弧爐，該電弧爐上設(shè)有螺旋翅片旋轉(zhuǎn)體，當(dāng)抽出煙塵氣時(shí)，氣氛中的大量余熱便對(duì)攤在螺旋翅片上的耐火材料顆粒料層進(jìn)行快速預(yù)熱，回收爐內(nèi)及電極孔處的煙塵氣余熱，從而降低制造成本。