CN100434851C - 炉体紧固和调节系统 - Google Patents

Abstract

一种用于保持耐火熔炉炉底处于受压状态的紧固和调节系统，它采用多个上端和下端由系件连接的支柱。至少在一部分系件的末端设置一种液压张力装置，优选地是液压装置，以允许系件末端和支柱之间产生相对运动，从而调节施加在耐火炉底上的压力。采用多个液压装置可以同时启动张力装置，并且还可以从远程精确调整和监控缸中的液压。

Description

炉体紧固和调节系统

发明领域

本发明涉及由炉底和炉壁耐火材料构成的熔炉，更具体地说，涉及这些耐火材料的压缩紧固系统。

发明背景

熔炉广泛应用于熔炼和吹炼铁矿、有色金属矿以及精矿。这类熔炉一般是圆形或矩形的，具有由耐火砖构成的底壁(炉底)和竖直壁、以及一个盖或废气罩。这些熔炉的特征还在于具有一个紧固和支持结构，其目的在于保持炉底和炉壁的耐火砖处于受压状态。

充足的炉壁压力，尤其是炉底压力，对最大化炉龄和防止昂贵且潜在的灾难性熔炉故障是很关键的。熔炉加热至工作温度期间，组成炉底和炉壁的个体砖膨胀，导致炉底向外膨胀。相反，熔炉冷却会导致个体砖的收缩和熔炉的整体收缩。如果炉底或炉壁上的压缩力不足，在熔炉运行的冷却阶段，砖块之间会形成缝隙。熔化的金属或其他材料会渗入这些缝隙，导致熔炉永久性膨胀。反复加热和冷却循环会引起熔炉的进一步膨胀(所知的“棘轮效应“)，由于熔化的渗透物可能渗入炉底耐火材料或者有过多的膨胀力施加在紧固系统上，通常导致熔炉炉龄减少。

在矩形熔炉中，紧固系统通常由有规律隔开的竖直梁、即所知的“支柱”构成，这些支柱顶部和底部由延伸穿过熔炉的水平系件固定在一起。底部系件穿过炉底，上部系件穿过炉顶。电炉结构在Franki等人的《有色金属冶金技术》(Non-Ferrous Metallurgy)86卷，971期，112页到118页的“耐火材料和现代高生产率高温冶金炉的紧固设计”(Design of refractories and binding for modernhigh-productivity pyrometallurgical furnaces)中有详细讨论。经常调整系件对在熔炉热循环期间保持耐火材料上相对恒定的压力是非常有必要的，比如可以在系件末端松动或紧固锁紧螺母。目前运行的最大矩形熔炉的紧固系统配备有大小能够在工作砖上保持所需要压力的压缩弹簧装置，因此，能够在保持炉底受压的同时，允许熔炉发生一些膨胀或收缩。

虽然弹簧装置允许熔炉发生一些移动，但弹簧装置并不能消除对周期性调整弹簧载荷以保证在应用熔炉期间使系件和熔炉炉底上的力保持相对恒定的需求。利用液压千斤顶装置调整弹簧力是一个困难而且令人不愉快的操作。因为实际上熔炉附近通常是酷热、脏和光线不好的，而且时间长了弹簧装置上的调校螺丝通常会变得很难转动。因此，调整频率变低，而且弹簧紧固系统通常不能发挥其全部优点。

现有技术中调节系统的问题在1965年7月27日授权的美国专利US3,197,385(Wethly)中有例证。该专利涉及在一炼焦炉组中用于调整系拉杆张力的液压千斤顶装置的应用。根据Wethly的专利，每个系杆的张力由置于系杆末端的液压张力调节千斤顶调节。然而，张力调节千斤顶必须相继安装在每个张力系杆上以按照顺序逐个调节系杆中的张力。Wethly讲授的顺序调节系统中，由于调节一个拉杆中的张力对邻接拉杆中的张力都有影响，因此以任何精度控制拉杆中的张力都比较困难。此外，在很接近熔炉的邻近区域按顺序安装和使用液压千斤顶是一件令人不愉快的工作，可能只在确实需要时才这样做，因此，调节频率很可能比较低。

因此，存在对矩形和圆形熔炉改进熔炉紧固系统的需要。优选地，该系统可允许精确调整耐火炉底和炉壁上的压缩力，并且能够远程持续控制对压力的调节，从而最大化炉龄并提高安全性能。

发明概要

本发明通过提供一种熔炉紧固和调节系统来克服以上描述的现有技术中的问题，该系统可以以连续性方式精确控制和监控熔炉炉底的压力。本发明的系统包括保持炉底和/或炉壁压力的液压张力或压力装置。用一个或多个压力调节装置调节通过紧固结构系统施加在熔炉上的压力，压力调节装置适合同时或单独调节一个或多个张力装置或压力装置中的流体压力，因此克服了现有技术中的问题。

用一个或多个压力调节装置控制张力装置或压力装置非常适合远程操作，因而在控制室中的熔炉操作员能够调节压力调节装置中的压力，从而排除了在熔炉的邻近地方进行手动调节的需要。此外，由于压力调节装置和张力或压力装置中流体压力与施加在熔炉上的压力是成正比的，本发明的紧固系统可以对施加在熔炉上的压力进行精确测量和控制。

附图说明

现通过参考附图，仅以示例的方式说明本发明，其中：

图1为包括一个按照本发明第一优选实施方案的熔炉紧固和调节系统的电炉的局部剖面端视图。

图2为如图1所示电炉的局部剖面侧视图。

图3为俯视图，分别显示图1所示的电炉底部的支柱、系件和液压张力装置。

图4为一侧视图，分别显示图3所示的一对相对的带有系件和液压张力装置的支柱。

图5是图4中左支柱的正视图，显示了液压张力装置。

图6是图4中右支柱的正视图，显示了系件末端的锁紧螺母。

图7是一个放大的俯视图，显示了位于熔炉底部的如图3所示的一个液压张力装置和与之相关联的支柱及系件末端。

图8是贯穿图4中张力装置的部分截面图。

图9是应用于本发明中的紧固和调节系统中的第二优选液压张力装置的侧视图，显示了张力装置以及与其相关联的支柱和系件末端。

图10是图9所示液压张力装置的正视图。

图11是依据本发明第三优选实施方案的熔炉紧固系统的简化示意俯视图。

图12是图11所示的熔炉紧固系统中一个变形的简化示意侧视图。

图13是本发明第四优选实施方案的简化示意侧视图，其中液压缸直接将压力作用于熔炉。

优选实施方案详述

现通过参考图1到图10来详述适于保持矩形熔炉中耐火熔炉炉底处于受压状态的第一优选熔炉紧固和调节系统。

图1示出一个典型的矩形电炉10的基本结构，其中本发明的系统应用于此。图1的截面垂直于熔炉纵轴线截取。熔炉10包括：一对相对的侧壁12和14、一对相对的端壁16和18(如图2所示)、一个炉底20、一个拱形炉顶22和沿着熔炉10纵轴线方向间隔排列的多个电极24。

炉底20和侧壁12、14以及端壁16、18由耐火砖以已知方式构成。炉底和侧壁以及端壁的耐火砖由竖直金属壳板19保持处于受压状态，该壳板包含于可活动的紧固装置中，而该紧固装置由其顶部和底部通过水平系件32、33固定结合在一起的规则间隔开排列的竖直支柱30构成。

图3清楚地显示了支柱30规则、有间隔地沿熔炉10侧壁和端壁周围排布。每个支柱包括一个竖直钢梁，钢梁的下端34沿炉底20和熔炉底部延伸，上端36在熔炉炉壁12、14、16、18的顶部和熔炉炉顶22之上延伸。

支柱30成对排布，每对支柱都被安装在熔炉相对的侧面上。图3中，每对支柱彼此相对地直接横跨熔炉。

每对支柱30由至少一个上系件32在其上端36处连接在一起，并由至少一个下系件33在其下端34处连接在一起。在附图所示的优选实施方案中，每对支柱30的上端36仅由一个上系件32连接在一起，每对支柱30的下端34仅由一个下系件33连接在一起。可以领会的是，由于受炉底20膨胀的影响，支柱30的末端34处的膨胀力最大，因此优选地用两个或更多的下系件33连接每对支柱30的末端34。

如所有附图所示，将支柱30的上端36和下端34穿孔以使系件32、33的末端穿过。熔炉紧固和调节系统还包括多个置于系件32、33端部的液压张力装置40，张力装置40是可调节的，以使当通过支柱30向炉底、侧壁和端壁的耐火材料上施加压力时，熔炉10可以横向膨胀或收缩。

如图3所示，在支柱30的下端，张力装置40优选地置于每个下系件33的第一端面上。

同样地，上系件32的端面也有多个张力装置40。然而，延伸穿过侧壁12、14中心部分的系件32优选地不安装张力装置40，这是由于熔炉10在那些部位的横向膨胀较小。由于端壁16、18比侧壁12、14短，在端壁16、18之间延伸的每个上系件32优选地可以在其端面之一设置张力装置。

几种不同类型的张力装置可应用于本发明的系统中，这里介绍其中两种。张力装置40优选地包括一个向系件施加张力的液压装置。图1到图8所示的第一优选实施方案中，每个张力装置都包括一个液压缸42，液压缸有一个孔，系件32或33的第一端面由此孔穿过。

具体参照图8，液压缸42包括一个装有活塞46的圆柱壳体44，壳体44具有一个圆柱形侧壁48、一个后壁50以及一个前壁54，该后壁具有一个用以接收系件33的中心孔52，该前壁具有一个接收活塞46的孔56。孔52被一个套管58套住，套管58从后壁50贯穿圆柱壳体44到前壁54，系件33穿过套管58的孔60。

活塞46后部包括一个法兰62，法兰62和容器44的侧壁48之间形成密封，从而将容器44分成64、66一对室，此两室与集流腔68(图4和图5)分别通过液压流体管线70和72连通。

系件33的第一端面被锁紧螺母74锁紧，锁紧螺母74被拧至系件33(为了清晰，省略了螺纹)的端面上，螺母74与活塞46的端面76接合并优选地使用一个垫圈78与其间隔开。

如附图所示，系件32、33贯穿焊接在支柱内的管子90，系件33第二端穿过熔炉对面一侧的支柱30，被锁紧螺母74锁紧(如图4和图6)。

如上所述，通过压力调节装置来调节张力装置40中的流体压力，所述压力调节装置在图中用参考数字67标出。在本发明优选实施方案中，每个张力装置40中都设有压力调节装置67，因此可以同时或单独调节张力装置40中的流体压力。压力调节装置包括前面已经提及的集流腔68，其利用液压流体管线70和72连通液压缸42的两个腔室64、66。集流腔68控制液压缸42中的流体压力，并因此控制系件32、33中的张力大小。优选地，每个压力调节装置67还包括一个气顶液蓄能器(gas over fluid accumulator)98(如图4和图5)，用于最小化因耐火材料施加在支柱上的力的变化而引起的压力变化。

压力调节装置67还包括流体供应装置与将流体泵送至张力装置40的泵送装置。在本发明的优选实施方案中，流体供应装置包括一个液压流体储存装置97和一个用来在储存装置97和集流腔68之间抽送液压流体的泵99。储存装置97、泵99和将它们连接到张力装置的管线示意性地示于图1。

依据本发明的系统还包括控制压力调节装置的操作的控制装置。控制装置在图中用参考数字101标出。图1中示例了控制装置，通过它控制泵99和集流腔68的操作。示意性的如图1所示，从控制室103操作控制装置101，控制室优选地在熔炉10较远处安装。

图9和图10示出了一种用于本发明第一实施方案中的第二优选张力装置100，该装置包括一个双臂曲柄液压张力装置，其包含一个带活塞(未示出)的常规液压缸102，其中的活塞在基本垂直于系件32、33的方向上做往复运动。液压缸102安装在支架104上，支架具有固定在支柱30外表面的底板106、和一对间隔排列的从底板106边缘延伸的侧壁108。贯穿液压缸102上端的孔110与支架104的侧壁108上的第一对孔112对齐并通过止动销114与其固定。

由连杆116驱动液压缸102的活塞，连杆末端通过杠杆臂118枢轴连接到系件33的一端，杠杆臂具有第一端120和第二端122。杠杆臂118的第一端120和连杆116的末端枢轴连接，杠杆臂118的第二端112处有一轴环124，系件33的末端从轴环穿过，并用锁紧螺母74固定以防止相对运动。杠杆臂118的第二端122和支架104的侧壁108用销126枢轴连接，销126穿过杠杆臂118并且穿入支架104上侧壁108的第二对孔128中。因此，液压缸42的往复运动将转化成系件33相对于支柱30的向内和向外运动。

如上所述，张力装置40中的流体压力通过压力调节装置67和控制装置101来调节。此外，可以领会的是，张力装置100也可以包括与前述类似的鞍座和安全螺母。

现在结合图11到图13对本发明其他优选方面进行描述。图11到图13是熔炉紧固系统的一些组件的简图。这些图中每幅图都表示了用以向熔炉一个位置上施加压力的组件的排布。然而，可以领会的是，优选地提供多个这样的排布以形成熔炉紧固系统，并且优选地如上所述地控制紧固系统，从而可以远程操作并且同时在熔炉的多个部位施加压力。

图11示出了熔炉紧固系统的第三优选实施方案，其中有一个与前述液压缸42相似的液压缸200用来向贯穿于液压缸200和锁紧件204之间的系件202施加张力。在系件202相对的两端安装有锁紧螺母206以使系件202相对于液压缸200和锁紧件204锁紧。液压缸200由支撑件208支撑，以向炉壁210施加如图11中箭头所示方向的力。

图11所示组件的排列方式与以上参考图1到图8中所述的相似，除了系件202不穿过熔炉。在一个优选实施方案中，支撑件208可以包括一个支柱，并且锁紧件204包括一个安装在炉壁210内部的位于炉壁210上侧或下侧的梁或其他固定件。可以领会的是，图11所示排列方式可以用于向熔炉施加水平压力，从而如第一优选实施方案中那样压缩炉底。图11所示的排列方式可应用于任何形状的熔炉，包括圆形和矩形熔炉。

在图11所示的排列方式中，可以领会的是，具有与图9和图10所示相似的双臂曲柄杠杆机构的液压缸可以替代液压缸200。

如上所述，支撑件208可以包括一个类似于图1到图10所示的支柱。然而，图12示出了一种图11所示的紧固系统的变形，其中支撑件208具有一个可绕点P枢转的下铰支端212和一个向炉壁210和炉底216施加压力的上端214。液压缸200安装在下端212和上端214中间，向贯穿液压缸200和固定锁紧件204之间的系件202施加张力。

可以领会的是，图12所示的排列方式可应用于任何形状的熔炉，包括圆形和矩形熔炉。此外，可以领会的是，液压缸200和铰支点P的相对位置可以变化。例如，铰支点P可位于液压缸200和支撑件208的上端214之间，与示于图11的构型相似。

最后，图13示出了一个简化的排列方式，其中去掉了系件202并且液压缸218直接将压力施加在炉壁210和炉底216上。

虽然连同某些优选实施方案一起描述了本发明，但本发明不拟仅限于此。其实，本发明包括所有落入以下权利要求范围内的实施方案。

Claims (19)

1.一种矩形熔炉的熔炉紧固和调节系统，该熔炉包括由耐火砖组成的一对相对的侧壁、一对相对的端壁和一个炉底，所述系统包括：

多个竖直延伸的支柱，支柱沿熔炉的每个侧壁和端壁间隔排布，每个所述支柱都有一个与其中一个所述壁配合的内表面、一个相对的外表面以及一个在炉底下方延伸的下端，所述支柱成对设置，每对支柱彼此相对地横跨熔炉设置；

多个下系件，每个下系件都具有第一端和第二端，而且在一对所述支柱的下端之间在炉底下方延伸；

多个液压的下张力装置，每个所述下张力装置都固定在所述支柱之一的下端并且连接至所述下系件之一的第一端，每个所述下张力装置可调节地控制所述下系件之一的张力大小，并由此向熔炉施加一个可以控制的压力；以及

一个或多个用于调整所述各下张力装置中的流体压力的压力调节装置，其中该压力调节装置同时或者单独调节一个或多个所述下张力调节装置中的流体压力。

2.权利要求1的熔炉紧固和调节系统，其特征在于至少有一个所述的下系件在每对支柱的下端之间延伸，并且在每个下系件的第一端安装有一个所述的下张力装置。

3.权利要求1的熔炉紧固和调节系统，其特征在于每个所述下系件的第二端都用锁紧螺母固定于其中一个所述支柱。

4.权利要求1的熔炉紧固和调节系统，其特征在于每一个上述的支柱还具有一个在熔炉的侧壁和端壁上方延伸的上端，所述紧固和调节系统还包括：

多个上系件，每个上系件都有第一端和第二端并且在一对所述支柱的上端之间延伸；

多个液压的上张力装置，每个所述上张力装置都固定在所述支柱之一的上端并且连接所述上系件之一的第一端，每个所述上张力装置可调节地控制所述的上系件之一的张力大小，并由此向熔炉施加一个可以控制的压力。

5.根据权利要求1的熔炉紧固和调节系统，其特征在于每个所述下张力装置都包括一个液压缸。

6.根据权利要求1的熔炉紧固和调节系统，其特征在于每个所述下张力装置都固定于所述支柱之一的外表面，每个系件的第一端穿过支柱下端的孔以连接所述液压缸。

7.根据权利要求6的熔炉紧固和调节系统，其特征在于至少一个所述液压缸具有一个带有孔的壳体，系件的第一端穿过该孔，该孔内有一个活塞，活塞有一端从壳体的一端向外伸出，系件的第一端由一个抵靠在活塞伸出端的锁紧螺母锁紧。

8.根据权利要求5所述的熔炉紧固和调节系统，其特征在于至少一个所述的液压缸具有一个沿基本上垂直于所述系件的方向运动的活塞。

9.根据权利要求8所述的熔炉紧固和调节系统，其特征在于所述液压缸通过一个具有第一端和第二端的杠杆与所述下系件之一的第一端连接，所述活塞和所述杠杆的第一端枢轴连接，所述杠杆的第二端和所述下系件末端连接，这样，液压缸活塞的运动就会引起下系件末端相对于支柱做横向运动。

10.根据权利要求9所述的熔炉紧固和调节系统，其特征在于所述压力调节装置同时调节一个或多个该下张力调节装置中的流体压力。

11.根据权利要求9所述的熔炉紧固和调节系统，其特征在于所述压力调节装置单独调节该下张力调节装置中的流体压力。

12.根据权利要求1的熔炉紧固和调节系统，其特征在于还包括用于调整所述每个下张力装置中的流体压力的一个或多个压力调节装置。

13.根据权利要求12的熔炉紧固和调节系统，其特征在于所述压力调节装置包括多个远程控制的集流腔，用于控制流体从下张力装置流入和流出。

14.根据权利要求13的熔炉紧固和调节系统，其特征在于每个下张力装置都具有一个所述集流腔，并通过流体管线与其连接。

15.根据权利要求13的熔炉紧固和调节系统，其特征在于所述压力调节装置还包括一个流体供应装置和泵送装置，该泵送装置将所述流体泵入所述下张力装置。

16.根据权利要求15的熔炉紧固和调节系统，其特征在于每个所述压力调节装置还包括一个气顶液蓄能器。

17.根据权利要求13的熔炉紧固和调节系统，其特征在于还包括控制所述压力调节装置运行的控制装置，所述控制装置远离于所述熔炉安装。

18.一种向熔炉施加压力的熔炉紧固和调节系统，该熔炉包括由耐火砖构成的一个炉底或一个或多个侧壁，所述系统包括：

(a)液压张力装置；

(b)一个具有第一端和第二端的系件，系件的第一端与该张力装置连接；

(c)一个锁紧件，系件的第二端固定于其中，其中张力装置的致动增加了在张力装置和锁紧件之间的系件中的张力；以及

(d)一个支撑件，用来支撑所述张力装置；

其中所述锁紧件和所述支撑件相互间隔排列，并且所述锁紧件和所述支撑件之一或二者都与所述熔炉紧压接触；

并且张力装置的致动增加了系件内的张力，引起所述压力的相应增加；

并且其中系件在熔炉下方水平延伸，支撑件与熔炉侧壁紧压接触并沿熔炉侧壁竖直延伸；

并且其中支撑件有一个上端，该上端与熔炉侧壁的下部紧压接触以向炉底施加所述压力；

并且其中所述支撑件可绕铰支点枢转，这样系件内张力的增加就会引起由支撑件上端施加的压力的增加。

19.根据权利要求18的熔炉紧固和调节系统，其特征在于铰支点的位置邻近于支撑件的下端。

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