CN101040161A

CN101040161A - 冶金炉

Info

Publication number: CN101040161A
Application number: CNA2005800350165A
Authority: CN
Inventors: 里斯托·萨里南; 伊尔卡·科约; 埃罗·胡格
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Meizhuo Metal Co ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: CN101040161B; FI20041331A; CA2581979C; EA200700587A1; FI20041331A0; CA2581979A1; ZA200702959B; WO2006040394A1; EA011189B1; PE20060788A1

Abstract

本发明的目的是一种冶金炉(1)，其壁包括外部钢结构(5)和位于该钢结构内侧的耐火砖衬(3)，该炉衬(3)在炉子(1)的厚度方向上由至少一层砖(4)构成，在炉子(1)的壁的砖衬(3)中设置基本水平的壁架状冷却元件(6)，该冷却元件(6)从炉子(1)的砖衬(3)的外表面(20)向其内表面(9)延伸一长度(L)，在炉子(1)的熔化材料(2)的区域及其附近，该长度(L)典型地是砖衬(3)的厚度(D)的50％至100％，而在其它位置，该长度(L)典型地是砖衬(3)的厚度(D)的20％至100％，通过紧固构件(13)将冷却元件(6)安装到炉子(1)的外部钢结构(5)。

Description

冶金炉

技术领域

本发明涉及一种设置有耐火炉衬和外伸燃烧室防护板的冶金炉。更准确地说，本发明涉及冶金炉的壁结构。

背景技术

通常，诸如电弧炉或闪速熔炼炉等冶金炉的底部结构由在混凝土底面或钢底面上分层堆叠的砖组成，砖的层数通常是约2至5层。通常，炉子的壁结构由位于炉子内侧的一层或多层砖和位于外侧的包围并支撑该炉子的钢表面即钢壳组成。通常，这种炉子中的温度典型地达到大大超过一千摄氏度。在铜或镍的情况，熔化温度大约是1250℃～1300℃，而铁的熔化温度大约是1500℃。由于高温，必需在炉子中配置额外的冷却。通过以适当效率冷却炉壁，可以使炉子内侧的熔化材料在炉子的内表面上形成自生保护层。该自生保护层通过防止炉子的内砖衬磨损来延长炉子的使用寿命。在现有技术的炉子中，可简单地通过向炉套泼水来冷却炉套。然而，在高温时，这不一定能充分冷却炉壁。另一种通常采用的冷却方法是在炉衬和钢壳之间或在砌砖内侧部分地配置铜冷却元件。该冷却元件另外具有配置在其中的水循环，以增强和控制冷却。说明上述现有技术的公报包括WO 01/20045、US 5904893和US 6416708。

公报WO 01/20045描述了一种炉子，其设置有耐火炉衬和外伸燃烧室防护板并且具有铜冷却板。这些冷却板设置有冷却剂流过的冷却管，该冷却剂通常是水。管道系统与外伸燃烧室防护板直接焊接在一起，或者在管道系统与外伸燃烧室防护板之间采用间隔器，以补偿任何热膨胀。冷却板大体沿炉子表面方向的延展面配置并紧邻钢壳。在钢壳和冷却板/砖衬之间留有空间，用于在炉子中使用的物质层。物质层的目的是接收沿炉子径向的任何膨胀和砖衬相对于金属套的竖直运动二者；然而，同时，该物质层起到防止热经由炉壁对流的隔离层的作用。

公报US 5904893还提出了一种在炉壁上配置铜冷却板以冷却炉壁的解决方案。这些板内还配置有冷却液体循环，并且冷却板大体沿炉子表面方向的延展面配置。而且，与前面的解决方案一样，在该解决方案中，在钢壳和冷却元件/砖衬之间留有用于物质层的空间。

公报US 6416708提出一种用铁制造的炉子及其壁结构。在该解决方案中，金属条配置在砖层内侧，始终与热砖层接触，并使热从砖层传导离开。金属条还可以包含通道，经由该通道配置流过金属部分的冷却液体。由于金属条完全位于炉子的外金属表面内侧，所以水循环基本上完全在外表面内侧发生。通过沿着钢壳的外表面泼水来冷却外部钢壳。这些冷却部件基本上接近炉子的钢壳配置，并且在炉子的径向上，这些冷却部件不会延伸超过从第一砖和最外砖的长度的约1/3，在最外砖之后，至少第二砖层配置在炉子内部。特别地，该公报警告不能制造在砖层内部延伸太远的冷却部件。另外，炉壁结构在炉子钢壳和砖衬之间保留质量层。该质量层的目的是使砖衬相对于钢壳能够沿炉子的径向和竖直方向二者膨胀并密封炉壁；然而，该质量层还能用作砖衬和壳之间的隔离层，由此防止从壁结构的任何有效热传递。

此外，众所周知制造包括薄钢凸缘的炉子，该薄钢凸缘从炉壳向炉子内部延伸，环绕炉子。凸缘的目的是支撑砌砖。在这种钢凸缘中没有设置冷却。由于钢的导热率仅是铜的导热率的大约十分之一，所以这种解决方案的冷却能力与包含水循环的铜的解决方案相比，处于完全不同的等级。

现有技术解决方案的一个问题是炉子内侧的炉衬的快速磨损，结果，在磨损部位上方的炉衬坍塌。通过适当尺寸的冷却，熔化材料的自生层可以形成在炉子的内表面上，以保护砖衬，从而减慢炉衬的磨损。炉衬的快速磨损导致炉子维护的需要增多，由此降低炉子的利用率。尤其是当采用水冷冷却元件时，如果管中的冷却水从炉子外表面向内流到很远，则还可能导致危险情况。炉衬的磨损在熔化物的上表面处尤其迅速，此处砖衬的条件是最不利的。在熔化物表面以下的区域中也会发生大量磨损，但由于对炉衬的损伤程度较小，所以熔化物上方的磨损较少。已经尝试向炉壁结构添加根据已知技术的冷却元件来降低炉衬的磨损。典型地，现有技术炉衬的使用寿命是0.5至2年，在这之后必需更换炉衬。

发明内容

根据本发明的解决方案的任务是防止壁衬磨损的迅速进展和由此导致的壁衬的倒塌，从而充分延长砖衬的使用寿命。

另外，新的壁结构使得可以从炉子的砖衬和金属壳之间去除现有技术炉子的质量层。

通过在独立权利要求中描述的炉子构造来解决该设定任务。从属权利要求描述了本发明的其它优选实施方式。

附图说明

以下，参照附图详细说明本发明，其中：

图1示出炉子的壁结构的局部剖视图，和

图2示出炉子的整个横截面的简化视图。

具体实施例方式

图1以局部剖视图示出了冶金炉1的壁结构。典型地，这种冶金炉1具有筒状形状，其直径可以是差不多从15米到20米。典型地，在这种炉子1中，熔化材料2的区域中的温度上升到约1200至1500℃。壁的内部的耐火炉衬3是由分层的砖4组成的砌砖。耐火炉衬3在壁的径向上的厚度典型地是1至3个砖4。炉衬3优选由一层砖组成。壁的外部由包围砖衬3的钢结构5构成。部分砖4被基本水平的壁架状冷却元件6代替，该冷却元件6可拆卸地安装到壁的钢结构5。一个冷却元件6是典型地在炉子1的周边方向上的壁架状部件，其由铜制成并具有约1米的长度。多个这种冷却元件6并排地配置并且互相接触，由此提供环绕整个炉子1的基本上连续的结构。制造冷却元件6使得该冷却元件6包括基本上直的内外表面7和8是经济的，由此，炉子1的曲率半径对冷却元件的长度设定一定限制。可替代地，当制造具有弯曲的内外表面7和8的冷却元件6时，可以使冷却元件沿炉子1的圆周方向的长度比先前介绍的长。然而，这种弯曲的冷却元件6的制造成本高于直元件的制造成本。从冷却元件6的可更换性的角度考虑，弯曲的冷却元件的最大理论长度是炉子1的周长的一半。

优选地使由冷却元件6形成的壁架状结构至少在熔化材料2的区域中成为环绕炉子1的基本连续结构，在该熔化材料2的区域，所需的冷却和耐火炉衬3的磨损最大。这样，可以围绕整个炉子1均匀地支撑炉衬3。在炉子1中磨损和温度不需这种大冷却以及砖衬3的支撑的较高处，当希望时，可以由在炉子1的圆周方向上不连续的环形式的冷却元件6形成环状壁架结构。这使得在炉子1的上部，结构成本更合算。

冷却元件6延伸通过砖衬3至距离L，该距离取决于壁上所需的冷却。此外，所需的冷却量取决于砖衬3中的所述部位是与熔化材料2接触，还是炉子1中的温度将不会那样升高的较高部位。将加工的材料(例如铜、镍、铁)的性能也影响炉子1中的温度。典型地，炉子1内部的熔化材料2区域中的壁架状冷却元件6或其附近的壁架状冷却元件6伸出长度为砖衬3的厚度D的50％至100％。优选伸出长度为砖衬的厚度D的55％至100％，最优选伸出长度为砖衬的厚度D的60％至100％。在冷却元件6与炉子1的砖衬3的内表面9之间，设置有砖10，该砖10在壁厚方向上较薄，以便使内表面基本连贯。如果冷却元件6本身贯穿整个砖衬，则当然不再需要该较薄砖。砖10优选具有设计11，其上方的砖4具有对应的设计12。设计11和12的目的是将较小砖10更好地保持在砖衬3中的适当位置。设计11和12的形状和位置可以改变。在此仅通过示例的方式给出一种可能的可替换的实现方式。

在炉子1的不需要那么大冷却的较高处，冷却元件6典型地伸出长度为砖衬3的厚度D的20％至100％。优选地伸出长度为砖衬的厚度D的25％至100％，最优选地伸出长度为砖衬的厚度D的30％至100％。

冷却元件6优选地通过诸如螺栓13的紧固装置可拆卸地安装到位于冷却元件上下方的钢结构5。螺栓13可穿过冷却元件6，或者如图1所示，螺栓13可装配成在冷却元件的外表面8外面延伸。在冷却元件6上下方，在钢结构5中设置有基本水平的部分14和15。冷却元件6上方的部分14形成指向炉子1内部的突起16和指向炉子1外部的突起25。冷却元件6下方的部分15形成指向外部的突起26。冷却元件6被置于部分14和15之间并且由螺栓13安装在部分14和15之间。这些部分14和15的向外指向的突起25和26可以实施为尺寸与炉子1的周边相同的结构，或者仅实施为设在固定点附近的凸耳。

如果冷却元件损坏并且必须更换，则位于各冷却元件6上方的部分14的内突起16支撑冷却元件上方的砖衬3。优选地将突起16制造成其作为连续的外围结构环绕整个炉子1，但也可以将突起16制造成为不连续的外围结构。在突起16上方的砖4中形成对应的凹部17以用于该突起。突起16的长度可以自由选择，而其最大值可以贯穿整个砖衬13。

通过对冷却元件6设置液体循环所需的通道18以及用于进给和排出冷却液体的构件19，在冷却元件6中配置冷却液体循环。在冷却元件6中延伸的通道18优选布置成其基本上在炉子1的砖衬3的外表面20外侧延伸或者在外表面的层面上延伸。当需要时，还可以将通道18布置成其接近砖衬3的外表面20延伸，但在砖衬外表面内侧。如果是那样的话，讨论的是最大是砖衬3的厚度D的一半的长度。由于决不允许冷却液体与熔化材料2接触，所以除了有效冷却外，还能够使冷却元件6的结构安全。即使在炉子1内部附近冷却元件6开始毁坏/磨损，在破坏之前，也会及时注意到其毁坏/磨损。可以通过例如注意在冷却元件6中循环的冷却液体的温度来执行毁坏/磨损观察及其进展的监控。由于铜具有良好的导热率，所以典型地冷却元件6由铜制成，确保砖衬3中的足够冷却，但也可采用其它金属来制造冷却元件。由于有效的冷却，壁架状冷却元件6防止/减缓砖衬3的磨损的进展。当接近炉子1的壁的熔化材料2的温度下降时，形成自生保护层。同时，作为使用该炉子的结果，尽管炉衬在冷却元件之间的区域(在炉子的立面高度上)较大程度地变薄，但冷却元件6的壁架状结构还可防止砖衬3倒塌。根据本发明的冷却元件6的结构和炉壁可以用来延长炉子1的砖衬3的使用寿命，与现有技术的炉子相比，典型地延长至两倍那么长。

在炉子1的立面高度上，冷却元件6的高度H与砖衬的砖4的高度相关，冷却元件典型地具有一个砖4的高度。如果是那样的话，不必在冷却元件6的内表面7和炉子1的内表面9之间制造不同厚度的砖10。在炉子的立面高度上，砖的典型厚度是3英寸，即大约76mm。如果冷却元件6贯穿整个砖衬3，则在炉子的立面高度上，冷却元件6的厚度不被束缚至砖4的厚度，而是其可以在考虑到主要温度和其它条件的情况下以期望方式自由确定的尺寸。如果是那样的话，冷却元件的高度是40至120mm，优选是50至110mm，最优选是60至100mm。

在立面高度上，冷却元件6之间的距离E也主要取决于所需的冷却能力。在熔化材料2的区域或其附近，距离E典型地是1至4个砖4，优选是2至3个砖4。当使用典型的砖时，这意味着E是大约75至305mm。E优选地是大约150至230mm。

在立面高度上，炉子较高处的冷却元件6之间的距离E典型地是3至8个砖4，优选地是4至6个砖4。当使用典型砖4时，这意味着E是大约230至610mm，优选地是大约305至460mm。

图2示出从上方观察的环形炉1的简化横截面。在中间有熔化材料2，该熔化材料2由炉子的砖衬3包围。在砖衬3的外部有在外部支撑砖衬的炉子的钢结构5。在炉子1的外边缘上有突起14，通过紧固装置13将冷却元件(图2中未示出)安装到该突起14。仅在法兰状连续突起14的一部分上图解了紧固装置13。

本发明的特征在于通过与其支撑件结合在一起的相同元件配置炉子的砖衬的冷却。所需元件的尺寸取决于所需的冷却能力和元件在砖衬中的位置。此外，根据本发明的解决方案使得可以去除现有技术炉子中使用的在炉子砖衬与钢壳之间的质量层。显而易见的是，本领域技术人员通过改变炉子的砖衬中的冷却元件的尺寸和位置，可以提供执行所需冷却的各种可选例。

上面通过示例的方式说明了本发明的某些优选实施例。这些示例决不是限定性的，而且显而易见的是，本领域技术人员在所附权利要求的范围内可以对本发明的优选实施例进行改变。

Claims

1.一种冶金炉(1)，其包括壁，该壁具有外部钢结构(5)和位于该钢结构内侧的耐火砖衬(3)，该砖衬(3)在炉子(1)的厚度方向上由至少一层砖(4)构成，其特征在于，在炉子(1)的壁的砖衬(3)中设置有基本水平的壁架状冷却元件(6)，该冷却元件(6)从炉子(1)的砖衬(3)的外表面(20)向其内表面(9)延伸一长度(L)；在炉子(1)的熔化材料(2)的区域及其附近，该长度(L)典型地是砖衬(3)的厚度(D)的50％至100％，而在其它地方，该长度(L)是砖衬(3)的厚度(D)的20％至100％；通过紧固构件(13)将冷却元件(6)安装到炉子(1)的外部钢结构(5)。

2.如权利要求1所述的炉子(1)，其特征在于，冷却元件(6)从炉子(1)的砖衬(3)的外表面(20)向其内表面(9)延伸一长度(L)；在炉子(1)的熔化材料(2)的区域及其附近，该长度L优选地是砖衬(3)的厚度(D)的55％至100％，而在其它地方，该长度(L)是砖衬(3)的厚度(D)的25％至100％，并且最优选地，在熔化材料(2)的区域及其附近，该长度L是砖衬(3)的厚度(D)的60％至100％，而在其它地方，该长度(L)是砖衬(3)的厚度(D)的30％至100％。

3.如权利要求1或2所述的炉子(1)，其特征在于，在炉子(1)的立面高度上，冷却元件(6)的高度(H)典型地是40mm至120mm，优选地是50mm至110mm，更优选地是60mm至100mm。

4.如前述任一项权利要求所述的炉子(1)，其特征在于，在炉子(1)的立面高度上，在熔化材料(2)的区域中，冷却元件之间的距离(E)典型地是约75mm至305mm，优选地是约150mm至230mm。

5.如前述任一项权利要求所述的炉子(1)，其特征在于，在炉子(1)的立面高度上，在除了熔化材料(2)的区域之外的区域中，冷却元件(6)之间的距离(E)是约230mm至610mm，优选地是约305mm至460mm。

6.如权利要求1至5中任一项所述的炉子(1)，其特征在于，在冷却元件(6)中设置有用于冷却液体循环的通道(18)和用于进给和排出冷却液体的构件(19)。

7.如权利要求6所述的炉子(1)，其特征在于，冷却元件(6)的通道(18)位于炉子(1)的砖衬(3)的外表面(20)的层面上或者位于炉子(1)的砖衬(3)的外表面(20)外部。

8.如权利要求6所述的炉子(1)，其特征在于，冷却元件(6)的通道(18)位于炉子(1)的砖衬(3)的内部，并且该通道(18)最大延伸至砖衬(3)的中点。

9.如权利要求1至8中任一项所述的炉子(1)，其特征在于，在熔化材料(2)的区域及其附近，冷却元件(6)形成围绕炉子(1)的基本连续的环。

10.如权利要求1至8中任一项所述的炉子(1)，其特征在于，在除了熔化材料(2)的区域或其附近之外的区域，冷却元件(6)形成围绕炉子(1)的基本连续的环或不连续的环。

11.如权利要求1至10中任一项所述的炉子(1)，其特征在于，冷却元件(6)是可更换的。

12.如权利要求11所述的炉子(1)，其特征在于，壁的钢结构(5)具有基本水平的突起(16)，该突起(16)指向炉子(1)的内部并设置在冷却元件(6)的上方，在更换冷却元件(6)的期间，该突起(16)支撑砖衬(3)，在突起(16)上方的砖(4)中有对应的凹部(17)。

13.如权利要求12所述的炉子(1)，其特征在于，壁的钢结构(5)的向内指向的突起(16)是连续的环状结构或不连续的环状结构。

14.如权利要求1至13中任一项所述的炉子(1)，其特征在于，炉子(1)的钢结构(5)的向外指向的基本水平的突起(14，15)形成围绕炉子(1)的连续或不连续的环。

15.如权利要求1至14中任一项所述的炉子(1)，其特征在于，冷却元件(6)由铜或者具有良好导热率的一些其它材料制成。