專利名稱：電弧爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及利用電弧而將鐵屑等熔化的電弧爐。
背景技術：
電弧爐(也稱為“電爐”)主要是在將固體金屬原料裝入到爐內之后，插入電極進行通電，從而利用電弧來熔化固體金屬原料的設備，在作為典型的電弧爐的制鋼用電弧爐的情況下，作為原料而采用了鐵屑、直接還原鐵(DRI )、以及在高溫下對上述材料進行壓塊(briquette)化得到的熱壓塊鐵(HBI)、生鐵淀鑄鐵塊(鐵淀)等。在這種電弧爐中，為了原料的熔化而消耗大量的電力。然而，在電弧爐中，基于投入電力及氧吹入燃燒器等的全部輸入熱量中實際上用于熔化的熱量占659Γ75%左右，15°/Γ25%左右的熱量作為廢氣的顯熱而被排出。因此，提出有很多如下方法:利用熔化過程中從爐產生的廢氣一邊對碎鐵進行預熱一邊進行熔化，從而盡量減少所需的電力。例如，在專利文獻I中公開有如下技術:不同于電弧爐地另外設置預熱槽，在該預熱槽中利用廢氣對原料進行預熱，然后再將預熱后的原料裝入到電弧爐。另外，在專利文獻2中公開 有如下技術:將電弧爐的爐體自身作為預熱容器來使用，將從其他電弧爐排出的廢氣從上方導入，且從爐體側部的多個排氣口排出廢氣而對原料進行預熱，然后，利用該爐體來進行電弧爐操作。專利文獻1:日本特公昭59-52359號公報專利文獻2:日本特開昭59-122886號公報然而，在專利文獻I所公開的技術中存在如下問題點:由于需要設置預熱槽這樣的新設備，因此成本升高，除此之外，還需要利用水冷管道而將廢氣導入到預熱槽，從而無法充分利用廢氣的顯熱。另外，由于油等附著于原料，因此當將廢氣向原料供給時，會產生含有惡臭氣味的白煙，在作業環境方面并非為優選。雖然在專利文獻2的技術中不會產生這種問題點，但卻存在如下問題點:當將電弧爐的爐體自身作為預熱槽來使用時，在對原料進行預熱的期間內無法進行電弧爐操作，從而效率較差。

實用新型內容本實用新型是鑒于這樣的情形而完成的，其課題在于提供一種電弧爐，無需大幅變更原有的設備而以低成本同時進行原料的預熱與電弧爐熔化。為了解決上述課題，本實用新型提供一種電弧爐，利用通過對電弧電極通電而形成的電弧來熔化原料，所述電弧爐的特征在于，具備:爐主體，其供被熔化的原料裝入；爐蓋，其將爐主體的上部開口封閉；電弧電極，其從所述爐蓋的上方插入到所述爐主體內，因被通電而形成電弧來熔化原料；以及排氣口，通過該排氣口而將所述爐主體內的廢氣排出，所述電弧電極在所述爐主體的水平面上配置為進行電弧加熱的中心相對于所述爐主體的中心偏向側方，所述排氣口設置于與所述電弧電極的偏心方向相反的一側的所述爐主體的側壁、且是所述原料所存在的范圍的高度位置，基于所述電弧電極進行電弧加熱而產生的廢氣從裝入到所述爐主體的原料之間通過而被從所述排氣口排出。在本實用新型中，優選地，具備多個所述排氣口，且能夠對來自各排氣口的排氣風量進行調節、或者能夠切換排氣口。另外，優選地，所述爐主體在裝配有所述爐蓋的狀態下具有準密閉結構。另外，優選地，還具備噴槍，該噴槍將O2氣體吹入到利用來自所述電弧電極的電弧進行熔化而形成的熔融金屬，并利用所述噴槍或其他噴槍來吹入炭材料。進而，優選地，還具備燃燒器，該燃燒器設置于所述爐主體的側壁，對所述爐主體內的原料進行加熱。進而，優選地，在所述爐主體的底部還具備氣體吹入部件，該氣體吹入部件用于將攪拌氣體朝在所述爐體內因原料熔化而形成的熔融金屬吹入。另外，優選地，進行如下操作:將原料一次全部裝入，而不是追加裝入。優選地，還具備設置于所述爐主體的側方、且供體積密度為1.0ton/m3以上的原料裝入而使用的裝入腔，體積密度為1.0ton/m3以上的原料從所述裝入腔經由所述排氣口而裝入到所述爐主體。在該情況下，優選地，所述裝入腔設置為與所述爐主體的形成有所述排氣口的側壁相鄰，利用從所述排氣口排出的廢氣來對被裝入的體積密度為1.0ton/m3以上的原料進行預熱。根據本實用新型，由于電弧電極在爐主體的水平面上配置為進行電弧加熱的中心相對于爐主體的中心偏向側方，從設置于與電弧電極的偏心方向相反的一側的爐主體的側壁、且是原料所存在的范圍的高度位置的排氣口進行爐主體內的排氣，因此，通過電弧加熱、或者通過基于噴槍的O2氣體的供給以及利用燃燒器等而形成為高溫的廢氣的熱量被未熔化的原料吸收，從而有助于原料的預熱，能夠有效利用高溫的氣流而使電力消耗率降低。另外，僅需針對現有的電弧爐變更電弧電極的插入位置與排氣口的位置，因此無需大幅變更原有的設備。

圖1是示出本實用新型的一實施方式所涉及的電弧爐的垂直剖視圖。圖2是示出本實用新型的一實施方式所涉及的電弧爐的水平剖視圖。圖3A是用于對本實用新型的效果進行說明的示意垂直剖視圖。圖3B是用于對本實用新型的效果進行說明的示意水平剖視圖。圖4是示出本實用新型的其它實施方式所涉及的電弧爐的垂直剖視圖。圖5是示出本實用新型的又一其它實施方式所涉及的電弧爐的垂直剖視圖。附圖標記說明:I…爐主體；2…軀干部(爐殼)；3…底部；4…爐蓋；5…電弧電極；6…排氣口 ；7…排氣管道;7a…緩沖器;8…風扇；9…熔融金屬排出口 ;10…噴槍;11...燃燒器;12…電弧；20…裝入腔；21…排氣口 ;25…推桿;30…氣體吹入插塞；L…熔融金屬斤..原料。
具體實施方式
以下，參照附圖對本實用新型的實施方式進行說明。圖1是示出本實用新型的一實施方式所涉及的電弧爐的垂直剖視圖，圖2是其水平剖視圖。該電弧 爐構成為交流式的制鋼用電弧爐，并具備用于對鐵屑等鐵系原料進行電弧加熱而使之熔化的爐主體I。爐主體I具有:呈圓筒狀的水冷構造的軀干部(爐殼)2 ;以及內鑲有耐火物的底部3。從減少熱損失的觀點出發，優選軀干部2也內鑲有耐火物。爐主體I的上部的開口被爐蓋4封閉。在裝配有爐蓋4的狀態下，3個電弧電極5從爐蓋4的上方垂直地插入到爐主體I內的底部3附近。優選地，爐主體I在裝配有爐蓋4的狀態下，將爐蓋4與軀干部(爐殼)2的間隙、電極孔與電弧電極5的間隙以外的部分密封，形成為盡可能防止外部空氣侵入的準密閉結構。另外，從減少熱損失的觀點出發，優選爐蓋4的內側被耐火物覆蓋。在將爐蓋4及電弧電極5拆下的狀態下由鏟斗(bucket)進行碎鐵等原料向爐主體I的裝入。3個電弧電極5由石墨構成，對電弧電極5通電，由此從其前端產生電弧而將鐵屑等原料S熔化。這些電弧電極5在爐主體I的水平面上配置為基于這些電弧電極5進行電弧加熱的中心相對于爐主體I的中心偏向側方。另一方面，在與電弧電極5的偏心方向相反的一側的爐主體I的側壁，且在原料裝入范圍的高度位置設 置有排氣口 6。排氣口 6沿爐主體I的周向設置有多個(在圖中示出了 3個的例子)，利用風扇8將氣體從排氣口 6經由排氣管道7而輸送至集塵設備(未圖示)。在各排氣口 6的排氣管道7設置有緩沖器7a，能夠對來自各排氣口 6的排氣風量進行調節，或者能夠切換排氣口 6。由此，能夠對原料S的預熱進行調整。另外，在爐主體I的底部設置有將因電弧而熔化后的熔融金屬排出的熔融金屬排出口 9。在爐主體I設置有用于進行O2氣體的供給及炭材料的吹入的噴槍10。此外，雖然在圖2中描畫出兩個噴槍10，但是噴槍10的個數并未受到限定。另外，雖然從噴槍10吹入O2氣體與炭材料，但是也可以分別從不同的噴槍供給O2氣體與炭材料。另外，在爐主體I的側壁設置有燃燒器11。通過由燃燒器11產生的燃燒熱而促進熔化的進展較慢的區域中的原料S的熔化、且對因電弧電極5的偏置而殘留的未被熔化的原料S進行補充熔化。此外，雖然在圖2中描畫出兩個燃燒器11，但是燃燒器11的個數并未受到限定。接下來，對以該方式構成的電弧爐的操作進行說明。首先，在將爐蓋4拆下的狀態下，利用鏟斗(未圖示)而將原料S裝入爐主體I內。作為原料S采用了鐵屑、直接還原鐵(DRI)、以及在高溫下使上述鐵屑、直接還原鐵壓塊化得到的熱壓塊鐵(HBI)、生鐵錠鑄鐵塊(鐵錠)、汽車粉碎殘渣(ASR)等。另外，除了這些固體原料以外，作為原料的一部分還能夠另外裝入其他鐵液。接著，裝配爐蓋4，并將電弧電極5插入到爐主體內。也可以預先將電弧電極5裝配于爐蓋4，進而將爐蓋4與電弧電極一體地裝配于爐主體I。在該狀態下，通過對電弧電極5通電而形成電弧12，從而將原料S熔化。此時，電弧電極5在爐主體I的水平面上配置為基于電弧電極5進行電弧加熱的中心相對于爐主體I的中心偏向側方。如圖3A、圖3B所示，首先，在相對于該爐主體I的中心偏向側方的電弧加熱的中心及其附近的區域M利用電弧12來熔化原料S，但是由于爐主體I內的與電弧電極5相反的一側的區域N遠離電弧電極5，因此，存在于區域N的原料S未被熔化。在該狀態下，從在與電弧電極5的偏心方向相反一側的爐主體I的側壁、且是原料S所存在的高度位置設置的排氣口 6進行爐主體I內的排氣，因此如圖3A、圖3B所示，通過電弧加熱而形成為高溫的廢氣流G通過未熔化的原料S的間隙而被從排氣口 6排出。因此，該高溫的廢氣流G的熱被原料S吸收，從而原料S被預熱。當進行該電弧加熱時，利用噴槍10來供給O2氣體以輔助原料S的熔化。隨著熔化的進行，若熔融金屬L滯留于爐內，則從噴槍10向熔渣中噴射作為輔助熱源的炭材料從而向熔渣成型操作轉移，將電弧電極5的前端埋入到熔渣中，并在熔渣內形成電弧12。作為該輔助熱源的炭材料與被供給的氧發生反應，從而有利于促進原料S的熔化。這樣，利用由電弧12進行加熱、以及因電弧12而形成的熔融金屬L的熱量以及高溫的氣流G來將原料S熔化。此時，在爐主體I內的與電弧電極5相反的一側的區域N利用高溫的廢氣對原料S進行預熱，并利用從熔融金屬傳導的熱量來進行熔化。另外，考慮到整體的熱平衡，優選地，在易于產生熔化殘留的位置利用燃燒器11來對原料S進行輔助加熱。并且，在所有原料S熔化后的時刻使爐主體I傾轉而將熔融金屬從熔融金屬排出口 9倒出。根據本實施方式，電弧電極5配置為基于該電弧電極5進行電弧加熱的中心偏離爐主體I的中心，從設置于與電弧電極5的偏心方向相反一側的爐主體I的側壁、且是原料S所存在的高度位置的排氣口 6進行爐主體I內的排氣，因此通過電弧加熱而形成為高溫的廢氣的熱量被并未熔化的原料S吸收，從而有助于原料S的預熱，能夠有效利用高溫的氣流而減小電力消耗率。在現有的電弧爐中，由于使基于電弧電極進行加熱的中心與爐主體的中心一致，且廢氣經由與爐蓋連接的管道而朝上方排出，因此具有顯熱的高溫的廢氣原封不動地排出到爐主體的外部，然而，在本實施方式中，能夠將高溫的廢氣的顯熱有效地用于進行預熱直至原料S的熔化結束的熔化末期為止。另外，僅需針對現有的電弧爐變更電弧電極5的插入位置與排氣口 6的位置，因此無需大幅地變更原有的設備。在本實施方式中，如上所述，優選地，爐主體I在裝配有爐蓋4的狀態下形成為準密閉結構。由此，易于形成從基于電 弧電極5的熔化區域朝向排氣口 6的流動。通過以該方式形成為準密閉結構，使得由熔化產生的成分、來自噴槍10的氧氣或從燃燒器11及微小的間隙導入的空氣的量、與來自排氣口 6的排氣量平衡。另外，優選排氣口 6的最下部的高度位置靠近熔融金屬L的熔融金屬表面，并優選距離熔融金屬表面設定位置500mnTlm的范圍。通過將排氣口 6設置于這樣的位置，高溫的廢氣能夠更長時間地在原料S中流動直至熔化末期為止，從而能夠提高預熱效果。為了最大限度發揮原料的預熱效果，優選地，不進行在通常的電弧爐中所進行的原料的追加裝入，而是一次便裝入所有原料(一次裝入)。為此，優選地，使爐主體I的高度比通常的電弧爐高2成I成，且增大底面積，從而使爐主體I的容積增大2倍左右。在例如70噸(ton)爐的情況下，將爐主體I的容積設為與140噸爐相當。也就是說，將現有的70噸爐的直徑從5800mm變為7300mm。另外，從提高預熱效果的觀點來看，優選地，使由電弧電極5進行加熱的中心的偏心量達到爐主體的直徑的209Γ30%左右。然而，從保護爐壁的觀點來看，優選使電弧電極5與爐壁之間的分離程度與現有的交流路(多次裝入爐)中電弧電極與爐壁之間的分離程度等同。然而，若為了進行一次裝入而增大爐主體I的高度，則電弧電極5的長度必然增力口，因此當裝入原料時，體積密度較高的原料(1.0ton/m3以上，以下稱為高密度原料)可能會使電弧電極5折損。為了防止這樣的電弧電極5的折損，如圖4所示，優選以與爐主體I相鄰的方式設置供高密度原料SI裝入而使用的裝入腔20。另外，高密度原料的比表面積較小，難以被氧化，因此如圖所示，優選將裝入腔20設置于爐主體I的側壁的形成有排氣口6的部分。由此，能夠無需擔心氧化地利用從排氣口 6排出的廢氣對高密度原料進行預熱。在該情況下，如圖所示，將爐內預熱后的廢氣從排氣口 6向裝入腔20排出，從而能夠對裝入腔20內的高密度原料SI進行預熱，并從裝入腔20的側部的排氣口 21進行該裝入腔20的排氣。能夠通過下部的排氣口 6并利用推桿25來進行高密度原料SI從裝入腔20向爐主體I內的裝入。對體積密度較低的原料(不足1.0ton/m3)而言，由于使電弧電極5折損的可能性較小，因此可以利用鏟斗從爐主體I的上部開口裝入原料。為了促進爐主體I內的與電弧電極5相反的一側的原料S的熔化，如圖5所示，優選在爐底3設置用于將攪拌氣體吹入的氣體吹入插塞30且利用氣泡(gas bubble)來攪拌熔融金屬L。實際上，根據本實施方式，通過進行電弧爐操作的結果而能夠確認:與通常的電弧爐相比電力消耗率能夠降低75kWh/ri00kWh/t左右。具體而言，明確了如下情況:相對于通常的電弧爐的單位電力消耗為350kWh/t 400kWh/t的情況，在本實施方式的電弧爐中，能夠降低至250kWh/t 325kWh/t左右。此外，本實用新型不限定于上述實施方式，能夠進行各種變形。例如，在不必擔心原料S的熔化殘留的情況下，無需設置燃燒器11。另外，在上述實施方式中，雖然示出了使用交流式電弧爐的例子，但是也可以是直流式電弧爐。在直流式電弧爐的情況下，由于采用通過設置爐底電極而對爐底電極與電弧電極之間施加電壓的方式，因此電弧電極的個數并未受到限定，只要至少有一個即可。進而，在上述實施方式中，雖然對制鋼用的電弧爐進行了說明，但是不限于制鋼用，也可以進行其他的金屬的熔化。
進而，在上述 實施方式中，雖然從噴槍吹入炭材料，但是也可以將塊狀焦炭、ASR作為炭材料而從爐蓋4的裝入口裝入。進而，在制鋼用電弧爐的情況下，可以與電弧電極同樣地插入氧噴槍而進行氧吹煉。在該情況下，例如能夠以構成正方形的3個頂點的方式配置電弧電極5，并在剩余的一個頂點插入氧噴槍。
權利要求1.一種電弧爐，利用通過對電弧電極通電而形成的電弧來熔化原料， 所述電弧爐的特征在于，具備: 爐主體，該爐主體供熔化的原料裝入； 爐蓋，該爐蓋將爐主體的上部開口封閉； 電弧電極，該電弧電極從所述爐蓋的上方插入到所述爐主體內，并通過通電而形成電弧來熔化原料；以及 排氣口，通過該排氣口而將所述爐主體內的廢氣排出， 所述電弧電極在所述爐主體的水平面上配置為進行電弧加熱的中心相對于所述爐主體的中心偏向側方， 所述排氣口設置于與所述電弧電極的偏心方向相反的一側的所述爐主體的側壁、且是所述原料所存在的范圍的高度位置， 因基于所述電弧電極的電弧加熱而產生的廢氣從裝入到所述爐主體的原料之間通過而被從所述排氣口排出。
2.根據權利要求1所述的電弧爐，其特征在于， 具備多個所述排氣口，且能夠對來自各排氣口的排氣風量進行調節、或者能夠切換排氣口。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的電弧爐，其特征在于， 所述爐主體在裝配有所述爐蓋的狀態下具有準密閉結構。
4.根據權利要求1或權利要求2所述的電弧爐，其特征在于， 還具備噴槍，該噴槍將O2氣體朝利用來自所述電弧電極的電弧進行熔化而形成的熔融金屬吹入。
5.根據權利要求4所述的電弧爐，其特征在于， 利用所述噴槍或其他噴槍來吹入炭材料。
6.根據權利要求1或權利要求2所述的電弧爐，其特征在于， 還具備燃燒器，該燃燒器設置于所述爐主體的側壁，用于對所述爐主體內的原料進行加熱。
7.根據權利要求1或權利要求2所述的電弧爐，其特征在于， 在所述爐主體的底部還具備氣體吹入部件，該氣體吹入部件用于將攪拌氣體朝在所述爐體內因原料熔化而形成的熔融金屬吹入。
8.根據權利要求1或權利要求2所述的電弧爐，其特征在于， 還具備設置于所述爐主體的側方、且供體積密度為l.0ton/m3以上的原料裝入而使用的裝入腔，體積密度為1.0ton/m3以上的原料從所述裝入腔經由所述排氣口而被裝入到所述爐主體。
9.根據權利要求8所述的電弧爐，其特征在于， 所述裝入腔設置為與所述爐主體的形成有所述排氣口的側壁相鄰，利用從所述排氣口排出的廢氣而對被裝入的體積密度為1.0ton/m3以上的原料進行預熱。
專利摘要本實用新型提供一種電弧爐。所述電弧爐具備爐主體(1)，其供熔化的原料(S)裝入；爐蓋(4)，其將爐主體(1)的上部開口封閉；電弧電極(5)，其從爐蓋(4)的上方插入到爐主體(1)內，并通過通電而形成電弧來熔化原料；以及排氣口(6)，其將爐主體(1)內的廢氣排出。電弧電極(5)在爐主體(1)的水平面上配置為進行電弧加熱的中心相對于所述爐主體的中心偏向側方，排氣口(6)設置于與電弧電極(5)的偏心方向相反的一側的爐主體(1)的側壁、且是原料(S)所存在的范圍的高度位置，因急于電弧電極(5)的電弧加熱而產生的廢氣從裝入到爐主體(1)的原料(S)之間通過而被從排氣口(6)排出。
文檔編號F27D17/00GK203132356SQ20122070299
公開日2013年8月14日 申請日期2012年12月18日 優先權日2011年12月27日
發明者青范夫 申請人:鋼鐵普藍特克股份有限公司