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专利名称：一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411343008.8

专利申请（专利权）人：衡阳华菱钢管有限公司,中南大学,衡阳华菱连轧管有限公司
权利人地址：湖南省衡阳市蒸湘区大栗新村10号

专利发明（设计）人：杨凌志,何航,朱薛辉,任毅,郭宇峰,莫剑雄,彭杨,牛亮,姚昆仑,张国胜,赵映辉,陈凤,王帅,胡航,周旋,彭鹏,张都

专利摘要：本发明公开了一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，属于金属冶炼技术领域，包括电弧炉、供水设备、发电系统、活塞式氧气压缩装置以及若干非接触式测温装置。电弧炉的侧壁上连通有烟道。供水设备包括供水箱、电解池供水管道以及热能回收组件。发电系统包括温差塞贝克效应发电组件以及电解池。活塞式氧气压缩装置通过活塞隔绝形成蒸汽容纳腔以及氧气容纳腔。若干非接触式测温装置一端与氧气容纳腔连通且另一端与电弧炉的内部连通。热能回收组件可从电弧炉炼钢过程产生的高温烟气中回收余热用于制取蒸汽；温差塞贝克效应发电组件可从电弧炉炼钢过程产生的高温烟气中回收余热进行发电，用于电解电解池内的水以产生氧气。

主权利要求：
1.一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，包括：
电弧炉（1），所述电弧炉（1）的侧壁上连通有烟道（11）；
供水设备（2），其包括供水箱（21）、电解池供水管道（22）以及热能回收组件（23），所述电解池供水管道（22）以及热能回收组件（23）分别与供水箱（21）的输出口连通，所述热能回收组件（23）与烟道（11）进行热交换以生成蒸汽；
发电系统（3），其包括温差塞贝克效应发电组件（31）以及电解池（32），所述温差塞贝克效应发电组件（31）包括温差发电器（311）、电压稳定器（312）、蓄电池（313）以及电解水装置（314），所述温差发电器（311）、电压稳定器（312）以及蓄电池（313）形成闭合回路，所述蓄电池（313）与电解水装置（314）形成闭合回路，所述电解水装置（314）设置于电解池（32）内，所述电解池（32）与电解池供水管道（22）连通，所述温差发电器（311）的高温侧与烟道（11）进行热交换并在电解池（32）内生成电动势；
活塞式氧气压缩装置（4），其通过活塞（41）隔绝形成蒸汽容纳腔（42）以及氧气容纳腔（43），所述蒸汽容纳腔（42）与热能回收组件（23）连通且氧气容纳腔（43）与电解池（32）连通；
若干非接触式测温装置（5），若干所述非接触式测温装置（5）一端与氧气容纳腔（43）连通且另一端与电弧炉（1）的内部连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，所述热能回收组件（23）包括蒸汽发生器（231）以及螺旋加热盘管（232），所述蒸汽发生器（231）分别与供水箱（21）以及蒸汽容纳腔（42）连通，所述螺旋加热盘管（232）绕制于烟道（11）的外围后两端分别与蒸汽发生器（231）连通。
3.根据权利要求1所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，所述温差发电器（311）包括高温侧导热陶瓷（3111）、低温侧导热陶瓷（3112）、n型半导体（3113）、p型半导体（3114）、高温侧金属板（3115）、两个低温侧金属板（3116）以及绝缘层（3117），所述n型半导体（3113）以及p型半导体（3114）的同一侧分别与一个低温侧金属板（3116）贴合后两个半导体以及两个低温侧金属板（3116）之间通过绝缘层（3117）隔绝，所述高温侧金属板（3115）贴合于两个半导体的另一侧，所述高温侧导热陶瓷（3111）与高温侧金属板（3115）贴合，所述低温侧导热陶瓷（3112）与两个低温侧金属板（3116）贴合。
4.根据权利要求3所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，所述高温侧导热陶瓷（3111）的热交换面设置有导热肋片（3118）。
5.根据权利要求1所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，所述温差塞贝克效应发电组件（31）还包括外界补充电源（315），所述外界补充电源（315）与电解水装置（314）电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，还包括两端分别与电解池（32）以及活塞式氧气压缩装置（4）连通的电解池乏汽管路（61）以及氧气输送管路（62），所述电解池乏汽管路（61）与活塞式氧气压缩装置（4）的连通口位于活塞（41）的路径中途，所述氧气输送管路（62）与活塞式氧气压缩装置（4）的连通口位于活塞（41）路径外部。
7.根据权利要求6所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，所述氧气输送管路（62）包括沿氧气输出方向依次连通的储气罐（621）以及多点平衡热交换器（622），所述电解池乏汽管路（61）的路径贯穿多点平衡热交换器（622）。
8.根据权利要求6所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，还包括制氧装置（63），所述制氧装置（63）与氧气输送管路（62）连通。
9.根据权利要求6所述的一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，其特征在于，还包括沿氧气输送方向依次连通的制氧装置（63）以及氧气压缩装置（64），所述氧气压缩装置（64）与非接触式测温装置（5）的输入端连通。 说明书 : 一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统技术领域[0001] 本发明属于金属冶炼技术领域，具体是一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统。背景技术[0002] 电弧炉炼钢过程中伴随着多种能量的相互作用和热量的传输，完成了以废钢为主的金属炉料向温度和化学成分合格的高温液态钢水的转变。冶炼过程中，电机输入的电能、铁水物理热、元素氧化形成的化学热等诸多能量在熔池内相互作用，促进废钢等固态炉料的熔化相变和成分变化。大部分能量被熔池吸收后，熔池温度随之升高。随着冶炼的进行，熔池温度不断波动变化。熔池温度直接影响电弧炉冶炼过程的供氧、供电、辅料投加和喷吹等操作和冶炼进程，决定着最终温度和化学成分合格的钢水的产品质量。[0003] 常规熔池测温方法通过现场操作人员采用工业用熔炼测温枪从炉门口进行过程测温，采用测温枪插入深度处的测温点的温度作为整个熔池的温度，以此来明确熔池钢液的温度。此种检测方法依靠人工测温，近距离接触高温场合，安全风险大，易遭受高温热损伤，且检测获取的钢液温度仅能代表熔池内局部区域的温度，并未考虑熔池温度场分布不均匀的影响，获取的温度数据也不能代表整个钢液熔池的温度，存在误差大等弊端。[0004] 为解决此问题，避免人工测温的安全问题，常采用非接触式测温方法获取熔池钢液温度。此种方法，可以同时获取熔池高温液面多个测点的温度，能实时反馈熔池液面的温度信息。然而电弧炉冶炼过程中，钢液面上部覆盖着渣液。普通红外测温装置只能获取渣液的温度，而其下部钢液的温度信号则被遮挡。因此采用此方法获取的温度信号仍然与真实的钢液温度存在一定的差异性，难以准确实时获取钢液温度，不能反馈控制和指导实际的供氧供电等操作。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，以解决上述现有技术中提出的问题。[0006] 提供一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，包括：[0007] 电弧炉，所述电弧炉的侧壁上连通有烟道；[0008] 供水设备，其包括供水箱、电解池供水管道以及热能回收组件，所述电解池供水管道以及热能回收组件分别与供水箱的输出口连通，所述热能回收组件与烟道进行热交换以生成蒸汽；[0009] 发电系统，其包括温差塞贝克效应发电组件以及电解池，所述温差塞贝克效应发电组件包括温差发电器、电压稳定器、蓄电池以及电解水装置，所述温差发电器、电压稳定器以及蓄电池形成闭合回路，所述蓄电池与电解水装置形成闭合回路，所述电解水装置设置于电解池内，所述电解池与电解池供水管道连通，所述温差发电器的高温侧与烟道进行热交换并在电解池内生成电动势；[0010] 活塞式氧气压缩装置，其通过活塞隔绝形成蒸汽容纳腔以及氧气容纳腔，所述蒸汽容纳腔与热能回收组件连通且氧气容纳腔与电解池连通；[0011] 若干非接触式测温装置，若干所述非接触式测温装置一端与氧气容纳腔连通且另一端与电弧炉的内部连通。[0012] 作为本发明进一步的实施例：所述热能回收组件包括蒸汽发生器以及螺旋加热盘管，所述蒸汽发生器分别与供水箱以及蒸汽容纳腔连通，所述螺旋加热盘管绕制于烟道的外围后两端分别与蒸汽发生器连通。通过螺旋加热盘管与烟道内的高温烟气进行热交换，使蒸汽发生器内的水加热并产生蒸汽向蒸汽容纳腔进行输送。[0013] 作为本发明进一步的实施例：所述温差塞贝克效应发电组件包括温差发电器、电压稳定器、蓄电池以及电解水装置，所述温差发电器、电压稳定器以及蓄电池形成闭合回路，所述蓄电池与电解水装置形成闭合回路，所述电解水装置设置于电解池内。温差发电器通过烟道的高温产生温差，根据塞贝克效应形成温差电动势，在电压稳定器的稳流作用下，温差电流则被储存在蓄电池中，供后续的电解水装置电解使用。[0014] 作为本发明进一步的实施例：所述温差发电器包括高温侧导热陶瓷、低温侧导热陶瓷、n型半导体、p型半导体、高温侧金属板、两个低温侧金属板以及绝缘层，所述n型半导体以及p型半导体的同一侧分别与一个低温侧金属板贴合后两个半导体以及两个低温侧金属板之间通过绝缘层隔绝，所述高温侧金属板贴合于两个半导体的另一侧，所述高温侧导热陶瓷与高温侧金属板贴合，所述低温侧导热陶瓷与两个低温侧金属板贴合。[0015] 作为本发明进一步的实施例：所述高温侧导热陶瓷的热交换面设置有导热肋片。导热肋片能够强化高温侧导热陶瓷的热交换作用，使得高温导热陶瓷的温度能够迅速升高。[0016] 作为本发明进一步的实施例：所述温差塞贝克效应发电组件还包括外界补充电源，所述外界补充电源与电解水装置电性连接。为防止高温烟气的非连续性和温度波动性所导致的电解池制氧量不足，设计了外界补充电源构成的电能补充单元，与温差塞贝克效应发电组件所提供的电能协同供应给电解水装置，以满足非接触式测温装置的吹扫气流需求。[0017] 作为本发明进一步的实施例：还包括两端分别与电解池以及活塞式氧气压缩装置连通的电解池乏汽管路以及氧气输送管路，所述电解池乏汽管路与活塞式氧气压缩装置的连通口位于活塞的路径中途，所述氧气输送管路与活塞式氧气压缩装置的连通口位于活塞的路径外部。活塞回退时能将做功后的高温高压蒸汽作为乏汽从电解池乏汽管路输入至电解池内。氧气输送管路用于将氧气输送至氧气容纳腔内推动活塞使活塞回退。[0018] 作为本发明进一步的实施例：所述氧气输送管路包括沿氧气输出方向依次连通的储气罐以及多点平衡热交换器，所述电解池乏汽管路的路径贯穿多点平衡热交换器。进入电解池乏汽管路的乏汽能在多点平衡热交换器部位与多点平衡热交换器内的氧气进行间壁式换热，以提高氧气的温度，一方面可以提前使氧气容纳腔内的压缩氧气达到设定气压值，另一方面可以提升氧气射流核心段的穿透力。[0019] 作为本发明进一步的实施例：还包括制氧装置，所述制氧装置与氧气输送管路连通。为防止高温烟气的非连续性和温度波动性所导致的电解池制氧量不足，制氧装置能够提供氧气补偿，制氧装置直接向氧气输送管路提供未被压缩的氧气，供后续的活塞式氧气压缩装置压缩和非接触式测温装置的吹扫需要。[0020] 作为本发明进一步的实施例：还包括沿氧气输送方向依次连通的制氧装置以及氧气压缩装置，所述氧气压缩装置与非接触式测温装置的输入端连通。为防止高温烟气的非连续性和温度波动性所导致的电解池制氧量不足，制氧装置向氧气压缩装置提供氧气，由氧气压缩装置将氧气压缩后直接向非接触式测温装置供给，以满足非接触式测温装置的吹扫需要。[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：[0022] 1、热能回收组件可从电弧炉炼钢过程产生的高温烟气中回收余热用于制取蒸汽；温差塞贝克效应发电组件可从电弧炉炼钢过程产生的高温烟气中回收余热进行发电，用于电解电解池内的水以产生氧气。利用蒸汽在活塞式氧气压缩装置内做功使氧气压缩，高压氧气释放后形成射流通过非接触式测温装置向钢液喷射将渣液吹开，保证测温装置能沿着氧气射流的方向连续准确地测量钢液的温度。[0023] 2、在非接触式测温装置不进行测温的过程中(如电弧炉冶炼前期的炉料熔化和熔池反应过程，不需要进行熔池测温)，由于其可以提供超音速氧气射流，故仍然可以作为常规的超音速氧气射流使用。此时非接触式测温装置主要作用即为熔池供氧，加快炉料熔化、熔池化学反应放热和冶炼进程。[0024] 3、回收利用电弧炉炼钢过程的高温烟气余热，进行压缩做功和余热发电，制取和压缩氧气，行程吹扫气流，完成电弧炉炼钢过程的钢液温度在线实时检测。整个过程中，几乎不存在额外的能耗，仅依靠烟气废热便可实现多种功能。附图说明[0025] 为了更清楚地说明本附图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附图的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。[0026] 图1为一种用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统的整体结构示意图；[0027] 图2为本发明提供的温差塞贝克效应发电组件的机构示意图；[0028] 图3为本发明提供的电?氧协同补偿系统的实施例A；[0029] 图4为本发明提供的电?氧协同补偿系统的实施例B。[0030] 图中：1、电弧炉；11、烟道；2、供水设备；21、供水箱；22、电解池供水管道；23、热能回收组件；231、蒸汽发生器；232、螺旋加热盘管；3、发电系统；31、温差塞贝克效应发电组件；311、温差发电器；3111、高温侧导热陶瓷；3112、低温侧导热陶瓷；3113、n型半导体；3114、p型半导体；3115、高温侧金属板；3116、低温侧金属板；3117、绝缘层；3118、导热肋片；312、电压稳定器；313、蓄电池；314、电解水装置；315、外界补充电源；32、电解池；4、活塞式氧气压缩装置；41、活塞；42、蒸汽容纳腔；43、氧气容纳腔；5、非接触式测温装置；61、电解池乏汽管路；62、氧气输送管路；621、储气罐；622、多点平衡热交换器；63、制氧装置；64、氧气压缩装置。具体实施方式[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0032] 显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本发明应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。[0033] 但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本发明而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。[0034] 请参阅图1所示，本发明实施例中的用于炼钢过程钢液温度检测的热能回收辅助系统，包括电弧炉1、供水设备2、发电系统3、活塞式氧气压缩装置4以及若干非接触式测温装置5。电弧炉1的侧壁上连通有烟道11。供水设备2包括供水箱21、电解池供水管道22以及热能回收组件23，电解池供水管道22以及热能回收组件23分别与供水箱21的输出口连通，热能回收组件23与烟道11进行热交换以生成蒸汽。发电系统3包括温差塞贝克效应发电组件31以及电解池32，温差塞贝克效应发电组件31包括温差发电器311、电压稳定器312、蓄电池313以及电解水装置314，温差发电器311、电压稳定器312以及蓄电池313形成闭合回路，蓄电池313与电解水装置314形成闭合回路，电解水装置314设置于电解池32内，电解池32与电解池供水管道22连通，温差发电器311的高温侧与烟道11进行热交换并在电解池32内生成电动势。活塞式氧气压缩装置4通过活塞41隔绝形成蒸汽容纳腔42以及氧气容纳腔43，蒸汽容纳腔42与热能回收组件23连通且氧气容纳腔43与电解池32连通。若干非接触式测温装置5一端与氧气容纳腔43连通且另一端与电弧炉1的内部连通。[0035] 本发明使用温差发电器311对烟道11内的高温烟气进行热能回收，并通过温差塞贝克效应实现热能与电能的转化，有效利用了电弧炉1产生的余热进行发电，并将这部分电力应用到氧气生产。生产出来的氧气则用于形成吹扫气流以辅助测温，或是用于熔池供氧工艺中，形成工艺流程闭环。[0036] 电弧炉1的熔池在冶炼过程中产生高温烟气从烟道11排出。高温烟气在烟道11内流通的过程中分别与供水设备2以及发电系统3进行热交换。供水箱21能分别向电解池供水管道22以及热能回收组件23供给水，电解池供水管道22将水输送至电解池32中用于电解产生氧气。热能回收组件23与烟道11进行热交换后使内部水升温并产生高温蒸汽，高温蒸汽输送至蒸汽容纳腔42内对活塞41做功。温差塞贝克效应发电组件31利用烟道11的高温形成温差，根据塞贝克效应进行发电并在电解池32内对水电解产生氧气，氧气从电解池32内输送至氧气容纳腔43存储。在蒸汽对活塞41不断做功的情况下，活塞41往氧气容纳腔43方向移动并不断压缩氧气。当氧气压缩至额定压力后，打开阀门释放氧气并进入若干非接触式测温装置5内。氧气通过若干非接触式测温装置5形成氧气射流射向熔池液面，将熔池表面液渣吹开暴露钢液，并通过非接触式测温装置5对钢液进行精确测温。[0037] 非接触式测温装置5可呈多点式布置在电弧炉1内部，并靠近熔池液面。具体地，非接触式测温装置5内部设置有用于氧气流通的氧气射流管道以及用于测量钢液温度的测温内管，氧气射流管道与氧气容纳腔43连通。测温内管位于氧气射流管道的流道内部。测温内管包括用于保护的外壳以及设置于外壳内部的测温探头。测温探头沿着氧气射流管道的氧气输出方向对熔池进行测温，当氧气流经测温内管时，氧气的温度相对电弧炉1内高温烟气的温度较低，可以有效保护测温探头免受高温影响。[0038] 在非接触式测温装置5不进行测温的过程中(如电弧炉1冶炼前期的炉料熔化和熔池反应过程，不需要进行熔池测温)，由于非接触式测温装置5可以提供高速氧气射流，故仍然可以作为常规的供氧氧气射流使用。此时非接触式测温装置5主要作用即为熔池供氧，加快炉料熔化、熔池化学反应放热和冶炼进程。[0039] 热能回收组件23包括蒸汽发生器231以及螺旋加热盘管232。电弧炉炼钢是高温多相的复杂工艺流程，冶炼过程中供氧供电、碳粉和天然气喷吹等操作在强化熔池能量输入，熔化金属炉料的过程中产生大量烟气。电弧炉1内产生的1000℃ 1450℃的高温烟气进入烟~道11内，通过附着于烟道11外围的螺旋加热盘管232时与螺旋加热盘管232进行热交换，用于加热螺旋加热盘管232内流通的水。此时供水箱21的出水管道泵、出水管道泵前后阀门、蒸汽发生器231供水管道阀门以及电解池32供水管道阀门开启，来自供水箱21的水分别进入蒸汽发生器231以及电解池32内。并在蒸汽发生器231以及电解池32内的水量保持在适当位置后，减小蒸汽发生器231供水管道阀门和电解池32供水管道阀门的开度，保证供给的水量分别等于蒸汽发生器231和电解池32消耗的水量。蒸汽发生器231内部的水在螺旋加热盘管232内不断被加热蒸发，始终保证蒸汽发生器231源源不断地产生高温高压水蒸气。[0040] 在此需要注意的是，螺旋加热盘管232的形状可为螺旋的盘管状，以提高热交换的效率，但本发明并未对螺旋加热盘管232的具体形状进行限制，在此基础之上对螺旋加热盘管232的形状做出的变化，均应在本发明的保护范围内。[0041] 温差塞贝克效应发电组件31包括温差发电器311、电压稳定器312、蓄电池313以及电解水装置314，温差发电器311、电压稳定器312以及蓄电池313形成闭合回路，蓄电池313与电解水装置314形成闭合回路，电解水装置314设置于电解池32内。烟道11内的高温烟气被螺旋加热盘管232吸收大部分热能后温度下降，但其温度仍远高于室温，具有较大的深度热能回收利用价值。[0042] 当高温烟气流经温差发电器311时，在塞贝克效应下温差发电器311形成温差电动势，并在电压稳定器312的稳流作用下形成温差电流被储存在蓄电池313中。当需要进行氧气生产时，蓄电池313向电解水装置314提供电流，电解水装置314在电解池32的液面下对水进行电解并生成氧气。在此环节中，通过温差塞贝克效应温差发电器311将高温烟气的余热进行深度利用，并将热能转化为电能存储起来。[0043] 请参阅图1和图2所示，具体地，温差发电器311包括高温侧导热陶瓷3111、低温侧导热陶瓷3112、n型半导体3113、p型半导体3114、高温侧金属板3115、两个低温侧金属板3116以及绝缘层3117。当高温烟气流经温差发电器311时，烟气持续加热高温侧导热陶瓷3111，同时位于高温侧导热陶瓷3111靠近烟气一侧的导热肋片3118强化了这种换热效果，导致高温侧导热陶瓷3111的温度迅速升高。温度升高的高温侧导热陶瓷3111将热量进一步传递给高温侧金属板3115进而又传递给与高温侧金属板3115紧密接触的n型半导体3113和p型半导体3114的热端，导致两种半导体的热端温度升高。而低温侧导热陶瓷3112侧直接与外界环境接触，其温度近似等于与之接触的低温外界环境温度。因此，与低温侧导热陶瓷3112相接触的低温侧金属板3116、n型半导体3113以及p型半导体3114的冷端的温度，则同样近似等于低温外界环境温度。因此，在n型半导体3113和p型半导体3114的两侧即形成较大的温差。[0044] 根据塞贝克效应，n型半导体3113和p型半导体3114的冷端和热端之间即形成温差电动势，且n型半导体3113的温差电动势的方向上高温端指向低温端，p型半导体3114的温差电动势的方向是从低温端指向高温端，最终形成温差塞贝克效应发电闭合回路。[0045] 回收辅助系统还包括两端分别与电解池32以及活塞式氧气压缩装置4连通的电解池乏汽管路61以及氧气输送管路62。蒸汽发生器231内产生大量的高温高压水蒸气，打开蒸汽发生器231供气主管道阀门，高温高压水蒸气进入到蒸汽容纳腔42内部，挤压和推动活塞41运动并压缩内部氧气。此时，电解池乏汽管路61的阀门以及氧气输送管路62的阀门关闭。当通过氧气容纳腔43压力表观测到氧气压力达到设定的要求时，活塞41也运动到电解池乏汽管路61端口和氧气输送管路62端口之间的某个位置。此时，打开氧气容纳腔43出口端管道阀门，高压氧气则通过管道到达非接触式测温装置5内作为吹扫气流。[0046] 待氧气容纳腔43内的高压氧气排出额定量后，打开电解池乏汽管路61管道阀门和氧气输送管路62管道阀门，关闭氧气容纳腔43出口端管道阀门，氧气通过氧气输送管路62向氧气容纳腔43补充新氧并对活塞41做功推动活塞41向蒸汽容纳腔42方向移动。活塞41移动过程中蒸汽作为乏汽从电解池乏汽管路61进入并汇入电解池32中，直至将活塞41推至原来的位置，此时再关闭电解池乏汽管路61管道阀门和氧气输送管路62管道阀门，为下一轮的氧气压缩做准备。[0047] 在一个具体实施例中，蒸汽发生器231与蒸汽容纳腔42之间的管路上设置有蒸汽发生器231供气主管道压力表以及蒸汽紧急泄压阀。压力表用于监控蒸汽供气主管道内的气压，当气压超过额定气压值时蒸汽紧急泄压阀打开进行泄压，防止压力超过临界值而发生爆炸等安全风险。[0048] 进一步地，氧气输送管路62包括沿氧气输出方向依次连通的储气罐621以及多点平衡热交换器622。打开电解池32氧气输出管道阀门，电解水一侧极板产生的氧气通过电解池32氧气输出管道进入到储气罐621内。当非接触式测温装置5不需要吹扫气流时，关闭储气罐621出口端管道阀门，氧气便会逐步存储在储气罐621中，以备后续使用。当非接触式测温装置5需要吹扫气流时，打开储气罐621出口端管道阀门，氧气进入多点平衡热交换器622，在多点平衡热交换器622内与电解池乏汽管路61内的高温乏汽进行间壁式换热，能够提高氧气的温度，一方面可以提前使氧气容纳腔内的压缩氧气达到设定气压值，另一方面可以提升氧气射流核心段的穿透力。[0049] 考虑到电弧炉1炼钢过程中产生的高温烟气的非连续性和温度波动性，温差塞贝克效应发电组件31在冶炼过程中部分时间段内所获取的电能可能存在不足，导致其电解水所生产的氧气难以满足非接触式测温装置5的吹扫气流需求，因此本发明设置了多种电?氧协同补偿系统。[0050] 在一个实施例中，请参阅图1所示，温差塞贝克效应发电组件31还包括外界补充电源315，外界补充电源315与电解水装置314电性连接。设计了外界补充电源315并通过供电线路所构成的电能补充单元，通过外界电网输入的电能来作为补充电能，与温差塞贝克效应发电组件31所提供的电能协同供给给电解水装置314，联合制取氧气，保证电解水装置314满足非接触式测温装置5的吹扫气流需求。[0051] 在一个实施例中，请参阅图3所示，辅助系统还包括制氧装置63，制氧装置63与氧气输送管路62连通。即考虑到电弧炉1炼钢过程中存在供氧操作，现场就存在现有的氧气资源，通过将制氧装置63内的氧气资源分出一部分供给吹扫气流使用即可补充吹扫气流的不足。此种补偿方式侧重于补充吹扫气流中氧气的消耗，由制氧装置63直接向储气罐621内提供未被压缩的氧气，供后续的活塞式氧气压缩装置4压缩以及非接触式测温装置5的吹扫需要。[0052] 在一个实施例中，请参阅图4所示，辅助系统还包括沿氧气输送方向依次连通的制氧装置63以及氧气压缩装置64，氧气压缩装置64与非接触式测温装置5的输入端连通。氧气压缩装置64与活塞式氧气压缩装置4不同的是，氧气压缩装置64的核心是一个气体压缩泵，可使用螺杆式、涡旋式、往复活塞式等压缩结构，由外部电源进行驱动。[0053] 通过气体压缩泵对制氧装置63输送的氧气进行主动压缩后直接向非接触式测温装置5供给压缩氧气。即不采用制氧装置63向储气罐621内提供未被压缩的氧气的方案，转而由制氧装置63向氧气压缩装置64提供未压缩氧气，再由氧气压缩装置64将氧气压缩到与活塞式氧气压缩装置4内的氧气同一压力或相近压力条件下，便可通过氧气压缩装置64输出管道直接向非接触式测温装置5提供压缩氧气。此种补偿方式是考虑到高温烟气温度较低时发电量较低，除了氧气容纳腔43内供氧量不足外，蒸汽容纳腔42内供气量也较低，导致向非接触式测温装置5供给的氧气射流压力不足。因此通过氧气压缩装置64向非接触式测温装置5主动供气增压，以对活塞式氧气压缩装置4形成供氧补充。[0054] 需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本发明的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本发明的技术范围内。此外，在不脱离本发明主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本发明的范围内。

专利地区：湖南

专利申请日期：2024-09-25

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118853999B