CN1014531B - 输送熔化材料的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

为减少由于引导熔化材料的耐火通道，例如铁水流动装置或铁水输送槽，具有不同的膨胀率而产生的裂缝，通过固定衬层(3-7)的中间层往里对熔化材料通道的耐热内衬(2)施加侧向压载荷。这些中间层包括摩擦小的滑动板(3，4)和至少一层具有高热传导率的中间层(3，6)。施加压力的装置(10)顶在外框架结构(9，13)上，并且最好施加的压力与通道的膨胀程度无关。

Description

本发明涉及输送熔化材料的装置及其使用方法。这些材料的特例是从高炉中放出的铁水和铁渣，本发明将特别说明接收从高炉放出的铁水的通道，如已知的出铁槽和铁水浇道，但本发明并非仅限于这些方面。

已知一种铁水浇道，具有耐热内衬，在操作期间，该耐热内衬与铁水直接接触，并且还具有包容耐热内衬的固定内衬，可以用强迫通风或自然通风的方法对该固定衬层进行空气冷却，也可以用水冷或其它冷却方法，例如使用乙二醇/水的混合物对其进行冷却。

铁水浇道的耐热内衬可以用耐火混凝土构成，固定衬层可以用混合了氧化铝的碳砖，或氧化铝砖构成。通常铁水浇道的外部是钢外壳，有时也称为盒槽。从强度方面考虑，这种钢外壳不能承受高于大约260℃的温度。从高炉出来的生铁铁水直接与耐热内衬接触，铁水的温度大约为1500℃-1550℃。结果在铁水浇道的结构中产生热应力，该热应力使铁水浇道产生很可观的膨胀。

一种典型的铁水浇道大约长20米和宽3米。由于与生铁铁水接触，耐火混凝土的耐热内衬在轴向上膨胀了大约18厘米，在宽度方向上膨胀了大约2.7 厘米。

然而，在耐热内衬外面的固定衬层处于较低的温度，而且，该固定衬层是用另一种材料制成的，因此它的膨胀较小。由于上述的不同使耐热内衬和固定衬层产生应力会使这些衬层有产生裂缝的趋势，特别是在接近浇道底部的地方。同样，铁水浇道固定在高炉的端部以避免使用时产生位移，浇道的底部会产生水平膨胀，这时裂缝主要产生在衬层的侧壁上。

由温差造成的第一种裂缝尽管在衬层带有膨胀接头，以便吸收由冷状态到操作状态时产生的膨胀时还会发生，这是因为这些衬层并不是均匀地膨胀的。

裂缝会导致一个问题，即当铁水浇道停止操作进行维修时，铁水会凝固在裂缝中。当铁水浇道再次投入使用时，会产生进一步的膨胀，于是铁水浇道的尺寸进一步增加。从而发生较大的变形使铁水浇道遭受进一步的损害。操作时，裂缝会产生熔化金属漏出的危险，这就必须对整个铁水浇道的结构进行花费很大的修理工作。

本发明涉及输送熔化材料的装置及其使用方法，无论在操作前还是在操作过程中，衬层始终经受实际的压力。

在现有技术，英国专利GB-A-773272中提出压缩弹簧从钢外壳的侧壁作用到输送槽外壳的端板上，以便补偿外壳的热膨胀，外壳在轴向上的热膨胀大于耐火材料的膨胀。该端板相对于外壳的侧壁是可活动的。

1988年10月的“钢铁工程师”第35-37页和第47-51页提出了各种冷却出铁槽和浇道的方法，并且讨论了各种工作及固定衬层的构造，其中一些构造是用砖块制成的。第48页的图2显示了一个结构，据报导该结构已获得专利，该结构包括具有高热传导性的衬层。

AT-B-379172显示了一套铁渣流道，该流道的内界面处于冷却介质和铁渣之间，在液压的油缸或气动的气缸及活塞作用下，该内界面横向弯曲。

根据本发明，提供了一种在通道中输送熔化材料的装置，该通道为耐热内衬所限定，并且该装置具有外层金属壳体，还有压力装置作用在该外壳上，其特点在于压力装置从反作用点作用到至少外壳的侧壁上，因此压力通过该外壳的侧壁和中间的固定衬层作用到耐热内衬上。

上述特点的效果是使装置减少开裂，而在产生裂缝的地方则将裂缝封闭，使得熔化材料不能在这里凝固，于是防止了该装置的损坏，一个简单的实施例是使用弹簧装置压到外壳的壁板上，随着膨胀的增加，压负荷也增加。因而，最好压负荷能与外壳尺寸的变化不发生关系。压力装置最好用液压装置或气动装置。它们比弹簧装置更容易调整。压负荷与膨胀无关意味着与装置的实际尺寸无关，在该装置内，无论是在熔化材料浇入之前，浇入时及浇完后，始终施加着足够将裂纹封住的载荷。最好是将外壳的底面制成能相对于侧壁自由活动的。同样，最好一般具有U型的横断面的各衬层侧壁至少外衬层侧壁与相应的底板是可分离的，并且使其能至少相对于U型衬层的底部能侧向移动。

建议外壳的端板由至少两部分构成，该两部分在垂直方向上上下排列，并且能够相对活动。这种方式是考虑到装置膨胀的变化。

此外，最好压力装置提供来分配压载荷，使不同的压载荷能根据每一个压力点的位置施加到外壳的壁上，压载荷的量一般从外壳的底部向上到外壳的顶部减小。这种方式是考虑到在结构上与温度梯度有关的膨胀力的变化。当使用弹簧装置作为压力装置时，可以用下述方法简单地得到压载荷的分配，即根据作用在外壳壁板上的位置来使用不同弹簧常数的弹簧装置的组合。

最好，在耐热内衬和固定衬层之间至少安装一块滑动板，例如石墨制的滑动板。在其内装有熔化材料的耐热内衬的重量很重以致使这层滑动板有助于抵抗开裂，这是由于摩擦力阻止了相对移动。如果在耐热内衬和固定衬层之间安装两块邻接的滑动板，将获得良好的效果，这两块滑动板最好都是用石墨制成的。

最好，该装置的耐热内衬由至少两层能相互活动的薄层制成。在每一个薄层内的热应力小于单层耐热内衬内的热应力，这是因为耐热内衬的温度梯度被分成一些较小的温度梯度。

最好至少有一块滑动板也起到中间衬层的作用，并且具有高于大约29W/m·K的热传导系数，对于这点，合适的材料可以用如半石墨或石墨。这使得在耐热内衬较冷的一侧有足够的温度均衡，于是该耐热内衬只经受较小的热应力，较少出现开裂， 并且有持续较长的使用寿命。此外，设计该装置时，对于从局部热点传走热量的问题可以赋予较少的考虑。

从1988年10月的“钢铁工程师”第48页图2可以知道，该装置可以有一个外衬层，该层由两个以上的外层构成，紧靠固定衬层外面的一层具有比第二层高的热传导系数。该外衬层是用半石墨或石墨制成的，当该外衬层处于紧靠在外壳的里面的最外层时，也可以用铜制成。

由于该层具有高传导性和它的位置靠着外壳，当熔化材料穿过裂缝进入耐热内衬和固定衬层直到该外衬层时，该层成为防止熔化材料渗漏出的最后一道保护措施。

然而，如果第一层外衬层没有安装在最外层，而是象本发明的实施例提出的那样，紧靠着固定衬层并且具有高于大约29W/m·K的高传导系数，渗出的熔化材料渗漏到装置外的机会是很少的。这样可以使裂缝处的熔化材料的热量传到较大的冷却面积上，并且大大地增加了系统的安全。最好安装在装置端板处的该外衬层与外壳的侧板相接触。这能使装置端板处的固定衬层的峰值局部热载荷很快地得以均衡，这样就延长了固定衬层的使用寿命。

邻接固定衬层的耐热内衬的侧边具有上窄的燕尾型，也是有优点的，这样可以阻止由于膨胀引起的耐热内衬的竖直位移。

在一个实施例中，以下列方式选择压力装置，即，在操作温度下指定点处，水平方向上压力装置施加的压载荷在耐热内衬极限压应力值的60～80%的范围内。“极限压应力”指当耐热内衬破裂时该点承受的压载荷。

根据这个实施例，不仅在压力作用下使裂缝密封，而且，施加了足够大的压载荷以补偿耐热内衬的热拉伸应力而减少开裂。

本发明的内容还包括提供一种在耐热内衬耐火材料的通道内输送熔化材料的装置的使用方法，通过在包含内外衬层的外壳侧壁上施加压力而通过固定衬层在耐热内衬上施加压载荷，施加在指定点处，该压力最好在该点水平方向上的耐热内衬极限压应力的60～80%的范围内。

现在参照图说明本发明的一个实施例。

图1表示的是体现本发明装置的铁水浇道的剖面图。

图2表示的是铁水浇道的侧视图。

在图1中表示的铁水浇道的边界面限定了输送铁水的通道，该边界面是由耐热内衬2形成的。耐热内衬2可以由一些能作相对移动的薄层构成。该耐热内衬可以用不同种类的材料构成，但常用的是耐火混凝土。

使用与耐热内衬2直接相连的石墨中间层3是为了使耐热内衬2上的热点温度能快速地均衡。在中间衬层3和固定衬层5之间有石墨滑动板4。该滑动板4有助于解决耐热内衬2和固定衬层5之间膨胀率不同的问题。

这个问题的解决特别是因为有了滑动板4与中间衬层3相邻，中间衬层3也是石墨制的，并且起到第二个滑动板的作用。它具有较低的摩擦系统（约为0.05～0.2）而且，石墨中间衬层3具有热传导系数高的优点，其热传导系数至少为70W/m·K。

在横剖面图上可以看到，在耐热内衬2的外界面和固定衬层5的内界面，形成一个上窄的燕尾型截面，以便使中间衬层3的侧壁和滑动板4与垂直面有一定的倾斜。这将有助于抵消耐热内衬垂直位移的趋势。

固定衬层5可以用氧化铝或者用与氧化铝混和的碳制成，在固定衬层5的外面依次是第一外衬层6和第二外衬层7。第一外衬层6是石墨制成的，这就可以形成良好的温度均衡，以便减少通过耐热内衬2和固定衬层5的裂缝渗出到该外衬层的铁水外泄的机会。在固定衬层5上的这种良好的温度均衡的效果有益延长固定衬层5的使用寿命。

第二外衬层7可以用例如碳一类的材料制成，与其相连的是钢外壳，该钢外壳的侧壁8和底板11可以自由地相对移动。在浇道端部14处，外壳的钢端板由垂直的几部分14′，14″构成，并且这几部分之间可以作相对移动。

从图中可以看到，一般为U型截面的固定衬层5和外衬层6，7的侧壁5′，6′，7′与其底部是分离的。

侧壁8和端壁14（参见图2）由安装在重型纵钢架9上的压力装置10支承，该钢架与横向钢架13相连接形成框架，纵横钢架提供了一个反作用点，用于向外壳的壁施加压力，并且通过该壁向衬层施加压力。

压力装置10可以是弹簧装置，也可以是液压装置或气动装置。可以调整液压装置，使施加的压力在 任何时刻都与铁水浇道的膨胀无关。这样做有其优点，即在铁水浇道上始终存在有足够的载荷，以便在其压力下密封已形成的任何裂缝。

这方面，有一点很重要，即压力装置10是沿铁水浇道的轴向安置的，承受压力装置的结构件要以某种方式作用在该铁水浇道的端壁上，这种方式应保证没有力作用在高炉构件15上，重型钢架的一部分9′可以装在高炉的旁边，以防止铁水输送装置在该方向上移动，使用重型横向钢架13′，该钢架可以是输送装置两端之间的拉杆，这也是很有利的。

最好是考虑到铁水浇道膨胀的变化，在侧壁8和端壁14下部施加的压力大于在上部施加的压力;例如，若压力装置10是弹簧装置，则在侧壁8和端壁14的下部要使用几套附加的弹簧装置，或者使用一套弹簧常数较大的弹簧装置。此外，外壳的钢制底板11必须能够相对于外壳的侧壁8和端壁14自由地移动。

在一个特殊的实施例中，由弹簧装置或液压装置或气动装置施加压紧载荷，在操作温度下指定点的水平方向上，该压紧载荷处于耐热内衬极限压应力值的60～80%之间的范围内。

这样，作为膨胀变化的结果出现在衬层上的拉力至少可以得到补偿，这意味着，整个结构处于来自反作用结构9，13，9′，13′施加的压紧载荷之下。这就防止了各衬层上的应力裂缝。将每个衬层分成两个或更多的几层可以进一步抵消每个衬层上的应力。例如，耐热内衬2可以用两个能相对移动的耐热层构成。

虽然特别参照了一个浇道来详细说明铁水输送装置，但本发明也适用于出铁槽或出渣槽，并且也可以用来输送其它熔化材料，例如铜和铝等。

Claims (17)

1、在通道中输送熔化材料的装置，该通道为耐热内衬(2)所限定，该耐热内衬被包容在外壳(8，11)内，该装置还具有作用在外壳壁板上的压力装置(10)，其特征在于所述的压力装置(10)对着外部的反作用构件(9)对至少在外壳的侧壁(8)上施加压载荷，通过固定衬层(5)作用到耐热内衬(2)上。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征为，所述的压缩装置（10）也作用在其外壳的端板（14）上。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征为，所述的端板（14）至少包括两部分（14′，14″），这两部分之间能够相对活动。

4、根据前面任一项权利要求所述的装置，其特征为，所述的压力装置（10）施加的压载荷与输送熔化材料装置的膨胀程度无关。

5、根据前面任一项权利要求所述的装置，其特征为，所述的外壳的侧壁（8）可以相对于外壳的底部（11）自由活动。

6、根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征为，在耐热内衬（2）和外壳的侧壁（8）之间的，通常为U型截面的衬层（5，6，7）的侧壁（5′，6′，7′）与这些衬层的底部是可分离的。

7、根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征为，所述的压力装置（10），根据每个压力点的位置来分配压载荷，所述的压载荷为向上递减。

8、根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征为，在所述的耐热内衬（2）和固定衬层（5）之间设置有至少一个滑动板。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征为，所述的滑动板由两个邻接的衬层（3，4）构成。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征为，所述的滑动板（3，4）也起到中间层（3）的作用，并且具有高于29W/m.K的热传导系数。

11、根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征为，耐热内衬（2）由至少两层能够相对活动的薄层构成。

12、根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征为，所述的固定衬层（5）的外面至少有两个外衬层（6，7），其中里面一层外衬层（6）具有比外面的外衬层更高的热传导系数。

13、根据权利要求12所述的装置，其特征为，里面一块外衬层的热传导系数高于29W/m·K。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征为，在装置端部，所述的外面一块外衬层（7）与外壳的侧壁（8）相接触。

15、根据权利要求1或2或3所述的装置，其特征为，所述的耐热内衬（2）的外界面具有上窄的燕尾型截面。

16、根据权利要求1所述的在通道内输送熔化材料的装置的使用方法，特征在于从通道的外壳（8，11）的外面，至少是侧壁（8），向衬层施加压载荷，以便向耐热内衬（2）和侧壁（8）之间的固定衬层（5）施加压紧力。

17、根据权利要求16所述的方法，在操作温度下压力点的水平方向上，由压力装置施加的所述压载荷在耐热内衬极限压应力值的60～80%的范围之内。

Images