本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉，尤其涉及一種用于電弧爐的電極隔離裝置及其控制方法、電弧爐。

背景技術(shù)：

1、隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的高度重視，特別是“3060”雙碳政策的發(fā)布，低碳、綠色已成為各行各業(yè)，尤其是鋼鐵行業(yè)未來發(fā)展的重要導(dǎo)向。在這一政策背景下，電弧爐煉鋼技術(shù)因其顯著的綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)而備受矚目。作為社會(huì)廢鋼資源化的核心環(huán)節(jié)，電弧爐煉鋼的能耗和碳排放僅為傳統(tǒng)高爐-轉(zhuǎn)爐流程的1/3，是實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)資源循環(huán)利用、低碳綠色發(fā)展的有效途徑。

2、鋼液中氮元素含量的高低對(duì)鋼材的性能有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)?shù)睾枯^高時(shí)，鋼材的塑性、焊接性能等均會(huì)大幅下降，導(dǎo)致鋼材老化加速，使用壽命縮短。且隨著鋼鐵產(chǎn)品的不斷升級(jí)換代，高端產(chǎn)品對(duì)氮元素的要求日益嚴(yán)格。大部分鋼種對(duì)氮元素含量的要求已降至0.007％以下，而一些高端汽車板類產(chǎn)品更是要求氮元素含量小于0.003％。然而，在當(dāng)前的電弧爐冶煉過程中，特別是在廢鋼熔化期，鋼液與電極均直接暴露在空氣中，這導(dǎo)致了氮?dú)饧捌浔浑娀‰婋x生成的氮原子大量溶解進(jìn)入鋼液，形成了鋼液吸氮的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象從廢鋼開始熔化一直持續(xù)到出鋼過程，對(duì)鋼液的質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

3、為了控制鋼液中的氮含量，行業(yè)內(nèi)已采取了一系列措施，如造泡沫渣以減少電弧的裸露面積、優(yōu)化電弧爐的底吹工藝以增強(qiáng)鋼液的脫氮能力、加強(qiáng)電弧爐爐門管理以降低環(huán)境氮?dú)夥謮海约霸诰珶?、澆鑄等后續(xù)工序中對(duì)鋼液進(jìn)行保護(hù)等。然而，盡管這些措施在一定程度上有助于降低鋼液中的氮含量，但它們并不能有效控制廢鋼熔化期鋼液的吸氮行為，這就導(dǎo)致電弧爐所生產(chǎn)的鋼液中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍然較高，往往超過了轉(zhuǎn)爐鋼液中的氮含量。

4、因此，如何有效控制電弧爐內(nèi)鋼液吸氮現(xiàn)象，以提高電弧爐煉鋼的產(chǎn)品質(zhì)量、滿足高端鋼鐵產(chǎn)品的需求、推動(dòng)鋼鐵行業(yè)的低碳綠色發(fā)展，是目前亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種用于電弧爐的電極隔離裝置及其控制方法、電弧爐，通過設(shè)置電極隔離裝置，可以將電極隔離在一密封的罩設(shè)空間內(nèi)，并為該罩設(shè)空間提供低氮的目標(biāo)氣體，以制造低氮分壓環(huán)境，減少鋼液吸氮現(xiàn)象的發(fā)生。

2、第一方面，提供了一種用于電弧爐的電極隔離裝置，所述電弧爐包括爐體、爐蓋、以及電極，所述電極的底部部分貫穿所述爐蓋并伸入所述爐體內(nèi)部，所述裝置包括：

3、電極隔離罩，位于所述爐體內(nèi)，并固定設(shè)置在所述爐蓋上，所述電極隔離罩、所述爐蓋、以及所述爐體內(nèi)的鋼液表面共同形成用于罩設(shè)所述電極的密封的罩設(shè)空間，所述電極隔離罩上設(shè)有與所述罩設(shè)空間連通的至少一個(gè)供氣孔；

4、供氣設(shè)備，用于提供目標(biāo)氣體，所述目標(biāo)氣體中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)小于空氣中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)；

5、供氣管道，用于連通所述至少一個(gè)供氣孔和供氣設(shè)備。

6、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述電極隔離罩包括基體、以及形成于所述基體內(nèi)外側(cè)的耐火材料，所述基體為鋼管。

7、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述電極隔離罩的遠(yuǎn)離所述爐蓋的一端向所述電極所在方向收縮，呈錐筒狀。

8、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述電極隔離罩的最大內(nèi)徑為所述至少一個(gè)電極的外切圓直徑的1.2-2.0倍。

9、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述至少一個(gè)供氣孔距所述爐蓋的距離為所述電極隔離罩軸向長(zhǎng)度的1/3-1/2。

10、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述至少一個(gè)供氣孔沿所述電極隔離罩的周向等距間隔分布，且每個(gè)所述供氣孔的出口方向均指向所述爐體的底部，每個(gè)所述供氣孔的中心線與所述電極隔離罩的中心線的夾角均小于等于45°。

11、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述裝置還包括控制器，所述控制器與所述供氣設(shè)備電連接，所述控制器用于：

12、獲取電弧爐的供電量；

13、基于所述供電量，確定所述至少一個(gè)供氣孔的目標(biāo)總供氣流量，并控制所述供氣設(shè)備按照所述目標(biāo)總供氣流量為所述至少一個(gè)供氣孔提供所述目標(biāo)氣體；

14、其中，所述目標(biāo)總供氣流量與所述供電量的大小呈負(fù)正相關(guān)。

15、在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述目標(biāo)氣體內(nèi)中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)小于等于0.05％。

16、第二方面，提供了一種用于電弧爐的電極隔離裝置的控制方法，適用于如第一方面所述的電極隔離裝置，所述控制方法包括：

17、獲取電弧爐的供電量；

18、基于所述供電量，確定所述至少一個(gè)供氣孔的目標(biāo)總供氣流量，并控制所述供氣設(shè)備按照所述目標(biāo)總供氣流量為所述至少一個(gè)供氣孔提供所述目標(biāo)氣體；

19、其中，當(dāng)所述供電量小于等于預(yù)設(shè)的供電量閾值時(shí)，所述目標(biāo)總供氣流量與所述供電量的大小呈負(fù)正相關(guān)；當(dāng)所述供電量大于預(yù)設(shè)的供電量閾值時(shí)，所述目標(biāo)總供氣流量與所述供電量的大小呈負(fù)相關(guān)。

20、第三方面，提供了一種電弧爐，包括如第一方面所述的電極隔離裝置。

21、本發(fā)明實(shí)施例中提供的技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

22、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于電弧爐的電極隔離裝置及其控制方法、電弧爐，通過設(shè)置包括電極隔離罩、供氣設(shè)備和供氣管道的電極隔離裝置，其中，電極隔離罩設(shè)置在爐內(nèi)，與電弧爐的爐蓋、以及爐體內(nèi)的鋼液表面共同形成密封的罩設(shè)空間，以用于罩設(shè)電極，將電極與爐內(nèi)環(huán)境隔離。電極隔離罩上還設(shè)有與罩設(shè)空間連通的至少一個(gè)供氣孔，該至少一個(gè)供氣孔通過供氣管道與供氣設(shè)備連通，則供氣設(shè)備可以通過供氣管道和至少一個(gè)供氣孔向罩設(shè)空間提供目標(biāo)氣體。由于目標(biāo)氣體中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)小于空氣中的氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，因此，該罩設(shè)空間內(nèi)的氮?dú)獾暮扛?，相?dāng)于在電弧爐內(nèi)形成了一個(gè)低氮分壓環(huán)境，電極和電弧均處于該低氮分壓環(huán)境中，一方面爐內(nèi)氮?dú)饧氨浑娀‰婋x生成的氮離子更少，有利于減緩廢鋼熔化期鋼液對(duì)空氣中氮?dú)庖约翱諝怆婋x的氮原子的吸收，抑制鋼液吸氮現(xiàn)象的發(fā)生，另一方面，密封的罩設(shè)空間內(nèi)會(huì)形成偽真空效應(yīng)，有助于鋼液中自由氮的脫除，從而可以減少鋼液中的氮含量，提高電弧爐煉鋼的產(chǎn)品質(zhì)量、滿足高端鋼鐵產(chǎn)品的需求、推動(dòng)鋼鐵行業(yè)的低碳綠色發(fā)展。

23、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

技術(shù)特征：

1.一種用于電弧爐的電極隔離裝置，其特征在于，所述電弧爐包括爐體、爐蓋、以及電極，所述電極的底部部分貫穿所述爐蓋并伸入所述爐體內(nèi)部，所述裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極隔離罩包括基體、以及形成于所述基體內(nèi)外側(cè)的耐火材料，所述基體為鋼管。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極隔離罩的遠(yuǎn)離所述爐蓋的一端向所述電極所在方向收縮，呈錐筒狀。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極隔離罩的最大內(nèi)徑為所述至少一個(gè)電極的外切圓直徑的1.2-2.0倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)供氣孔距所述爐蓋的距離為所述電極隔離罩軸向長(zhǎng)度的1/3-1/2。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)供氣孔沿所述電極隔離罩的周向等距間隔分布，且每個(gè)所述供氣孔的出口方向均指向所述爐體的底部，每個(gè)所述供氣孔的中心線與所述電極隔離罩的中心線的夾角均小于等于45°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括控制器，所述控制器與所述供氣設(shè)備電連接，所述控制器用于：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述目標(biāo)氣體內(nèi)中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)小于等于0.05％。

9.一種用于電弧爐的電極隔離裝置的控制方法，其特征在于，適用于如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的電極隔離裝置，所述控制方法包括：

10.一種電弧爐，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的電極隔離裝置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于電弧爐的電極隔離裝置及其控制方法、電弧爐，屬于鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域。電極隔離裝置包括：電極隔離罩，位于爐體內(nèi)，并固定設(shè)置在電弧爐的爐蓋上，電極隔離罩、爐蓋、以及爐體內(nèi)的鋼液表面共同形成用于罩設(shè)電弧爐的電極的密封的罩設(shè)空間，電極隔離罩上設(shè)有與罩設(shè)空間連通的至少一個(gè)供氣孔；供氣設(shè)備，用于提供目標(biāo)氣體，目標(biāo)氣體中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)小于空氣中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)；供氣管道，用于連通至少一個(gè)供氣孔和供氣設(shè)備。通過設(shè)置電極隔離裝置，可以將電極隔離在一密封的罩設(shè)空間內(nèi)，并為該罩設(shè)空間提供低氮的目標(biāo)氣體，以制造低氮分壓環(huán)境，減少鋼液吸氮現(xiàn)象的發(fā)生。

技術(shù)研發(fā)人員：姚柳潔,高攀,楊建平,郝麗霞,趙曉東,白云斌,江騰飛,孫永林,閆賀,陳建光,李海明,朱良,郭玉明,于廣義,趙晶晶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：首鋼集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8