CN102057749A - 密封装置 - Google Patents

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Abstract

一种密封装置(1)，其围绕通过在电弧炉的顶(2)中形成的孔隙(3)竖直地延伸并在炉的内部可竖直运动的杆状电极(4)布置，以防止气体从炉通过孔隙(3)进入大气，并且另一方面防止空气从大气流入炉。该密封装置包括气体分配腔室(5)，其设置有用于将诸如氮或者空气的基本钝态的气体送到气体分配腔室中的进口通道(6)。密封装置还包括包围电极的狭缝喷嘴(7)，气体射流布置成通过该狭缝喷嘴(7)从气体分配腔室(5)沿相对于水平面成角度(α)和具有稍微向上倾斜的取向、并且相对于所述炉内部指向外的方向朝电极(4)排出，使得由于产生的驻点压力效应而实现密封。

Description

密封装置
技术领域
本发明涉及用于冶金的电弧炉中的电极的密封。本发明的目标是在权利要求1的前述部分中限定的密封装置。
背景技术
电弧炉是一种用于熔融金属和/或用于清除炉渣的电操作炉。炉的操作基于在分开的电极之间、或在电极与待熔化的材料之间燃烧的光弧。炉可通过AC或DC电流操作。在光弧于材料与电极之间燃烧的情况下，在光弧、并且还在待熔化的材料中产生热。电力被传导至相对于炉的中点以三角形对称设置的竖直电极。由于电极在尖端处因光弧而磨损，所以不断地调整电极在炉中的组装深度。
电极经由设置在炉顶中的通孔延伸到炉中。通孔的直径大于电极的直径，以便确保电极的自由运动，并避免电极与顶之间的接触。必须密封留在电极与顶孔隙之间的间隙，以便防止气体从炉的内部通过孔隙进入大气，并且另一方面防止空气从大气进入炉。
在现有技术中，已知通过液压地压在电极上的机械密封(例如通过石墨环、编织绳密封等)用于密封留在电极与顶孔隙之间的间隙的密封装置。例如从公开FI81197、FI64458、DE1540876和SE445744已知各种机械密封装置。用于产生液压压缩的液压介质是水。
采用机械密封装置出现的缺点是，实际上，电极表面不是精确的圆柱形的和光滑的，而是其可能是不圆的和不均匀的，这在电极竖直运动时导致与电极的外表面接触的密封的磨损。因此，密封被削弱。然而，在具有还原气氛的电弧炉中，不能允许空气到炉中的任何泄露。另一方面，一氧化碳气氛在炉内部散布。同样，由于一氧化碳极毒，所以不能允许一氧化碳到炉的外部的任何泄露。此外，如果空气流入炉，则一氧化碳开始燃烧，并将孔隙处的温度上升至非常高，因此破坏炉结构。设置在炉内部的连续自焙电极的成分是遇热发光的石墨。泄露空气引起石墨的燃烧和快速磨损，这增加连续自焙电极糊和焦碳的消耗。
另一缺点是水与密封的结合使用，因为在受损情况下，水可意外地进入炉。当将水引入具有高温的炉气氛时，可出现危险的水气爆炸。
发明内容
本发明的目的在于消除上述的缺点。
本发明特定的目的在于介绍一种密封装置，在这种密封装置中不需要与电极接触来进行密封。
本发明的另一目的在于介绍一种密封装置，其有效地防止空气泄漏进入炉子并防止气体从炉子泄漏。
本发明的另一目的在于介绍一种密封装置，其中避免使用水。
另外，本发明的目的在于介绍一种密封装置，由于该密封装置电极的磨损减小。
根据本发明的密封装置的特征在于权利要求1所述的内容。
根据本发明，该密封装置围绕通过在电弧炉的顶中形成的孔隙竖直地延伸并在炉的内部可竖直运动的杆状电极布置，以防止气体从炉通过孔隙进入大气，并且另一方面防止空气从大气进入炉，该密封装置具有：气体分配腔室，其设置有用于将诸如氮或者空气的基本钝态(passive)的气体送到气体分配腔室中的进口通道；以及喷嘴，气流布置成通过该喷嘴从气体分配腔室朝电极排出。
根据本发明，喷嘴为狭缝喷嘴，该狭缝喷嘴包围电极并沿相对于水平面取向成稍微向上倾斜的角度、并相对于炉内部指向外的方向排出气体射流，使得由于驻点压力(stagnation pressure)效应而实现密封。
本发明的优点是，由于从包围电极的狭缝喷嘴沿相对于水平面取向成稍微向上倾斜的角度、并相对于炉内部指向外的方向排出气流，因此当正压在炉的内部占优势时能防止气体从炉泄漏出来，另一方面，当负压在炉的内部占优势时能防止空气泄漏到炉中，并且电极与密封装置之间的间隙通过驻点压力效应被实际地封闭。不管是负压或是正压在炉中占优势，根据本发明的装置总是起作用。炉中的压力例如可相对于环境空气压力从-70Pa的负压变化为22Pa的正压。这意味着该密封装置在炉的所有运行状态下都能提供良好的密封。
本发明的另一优点是，即使电极稍微不圆和不均匀，也不会磨损密封装置，并且不会削弱密封。因此，装置具有长的保养周期。该密封装置不包括利用水的任何液压装置，因此在炉中不可能出现水泄漏。又一优点是，在减小电极的磨损的情况下，有效地防止空气泄漏到炉中和气体从炉泄漏。
在密封装置的实施例中，通过狭缝喷嘴相对于水平面成大约15°-25°的角度排出气流。
在密封装置的实施例中，狭缝喷嘴距离电极的外表面的距离大约为10-40mm。
在密封装置的实施例中，狭缝喷嘴的喷嘴狭缝的高度大约为5mm。
在密封装置的实施例中，来自狭缝喷嘴的气体流率至少为大约10m/s。
在密封装置的实施例中，气体分配腔室中的气体压力大约为3-4kPa。这种压力可由鼓风机产生。
在密封装置的实施例中，电极是将所谓的连续自焙电极糊放置在金属管壳的内部的所谓的连续自焙电极。作为替换，电极可以是石墨电极。
在密封装置的实施例中，密封装置装配在电绝缘的滑动轴承之上，该电绝缘的滑动轴承包括金属的第一基环，该第一基环布置在设置于炉顶中的孔隙的边缘之上。在第一基环之上布置有由电绝缘材料制成的第二基环。在第二基环之上布置有金属的第三基环。密封装置在无其他紧固的情况下仅通过重力搁置在第三基环上。基板的机加工表面允许密封装置有限的横向运动，以便适应于电极的横向运动。
在密封装置的实施例中，密封装置包括以圆形方式布置在气体分配腔室之上的多个定心辊，定心辊支靠电极的外表面。定心辊保持狭缝喷嘴与电极的外表面之间的距离基本恒定。
在密封装置的实施例中，定心辊通过弹簧布置成在有限范围内水平运动。
在密封装置的实施例中，密封装置包括由铜制成的冷却元件，在该冷却元件的内部布置有用于冷却水循环的管道。
在密封装置的实施例中，冷却元件在气体分配腔室的下面附接至密封装置的金属框架。
在密封装置的实施例中，密封装置设置有在气体分配腔室的下面附接至金属框架的耐火衬里。
在密封装置的实施例中，密封装置由以可拆卸的方式互连以形成包围电极的圆形结构的两个或多个相同的段汇集成。
附图说明
以下将参考优选实施例和附图更详细地描述本发明，其中：
图1是电弧炉的顶的示意性横截面图，其中围绕电极装配根据本发明的密封装置的实施例；
图2示出图1的细节A；
图3示出沿轴测倾斜方向从上方观察的根据图1和2的密封装置；
图4示出安置在基环上的图3所示的密封装置的四段中的一段；以及
图5示出从上方观察的图1-4所示的密封装置的一个有弹簧的定心辊。
具体实施方式
图1示出电弧炉顶2的一部分，其设置有使得竖直杆状电极4直通的孔隙3。在孔隙3的边缘之上布置有图3所示的密封装置1，所述密封装置包围电极4。电极4是在圆柱形钢壳8内包含所谓的连续自焙
Figure BPA00001269794200051
电极糊的所谓的连续自焙电极。在另一实施例中，电极可以是石墨电极。电极4的直径可具有500-1200mm的数量级。密封装置1防止气体从炉的内部通过孔隙3泄露到大气，并且另一方面，其还防止空气泄漏到炉中。
从图2和3更详细地显示的是，密封装置1包括设置有进口通道6的气体分配腔室5，通过该进口通道6将空气或氮送入气体分配腔室5。从气体分配腔室5通过包围电极的狭缝喷嘴7沿相对于水平面成稍微向上倾斜的角度α和相对于炉内部向外的方向朝电极4排出气体，以便借助于产生的驻点压力形成围绕电极的环形气体密封。有利地相对于水平面成向上倾斜大约15-25的角度α从狭缝喷嘴7排出气体。此时，主要向外排出密封气体，并且密封气体不会流入炉。
狭缝喷嘴7距离电极4的有效(live)外表面的距离s大约为10-40mm。狭缝喷嘴的狭缝高度d大约为5mm。从狭缝喷嘴7的气体出口流率至少为大约10m/s。气体分配腔室5中的气体压力大约为3-4kPa，可通过常规的鼓风机获得。在此不需要使用压缩空气。所述量值以举例的方式在给定的实施例中给出。量值可根据所讨论的实施例改变。
从图2和4显而易见的是，密封装置1设定成仅通过重力(取决于所讨论的实施例，密封装置的重量通常例如为500-1000kg)搁置在电绝缘滑动轴承9之上。当电极沿侧向方向运动时，滑动轴承9允许密封装置1水平滑动。在最下面的是由钢制成并布置在孔隙3的边缘之上的第一基环凸缘10。在第一基环凸缘之上安置有由电绝缘材料制成的第二基环凸缘11。在绝缘的第二基环凸缘11之上安置有由钢制成的第三基环凸缘12。密封装置1安置在第三基环凸缘12上。密封装置1的金属框架16的下表面是水平的，并且被机加工。同样地，第三基板环12的上表面是水平的并且被机加工，因此密封装置1在该第三基板环12上自由地水平滑动，使得密封装置适应于电极的横向运动。
从图3能看到的是，密封装置1是模块化的，并由四个相同的段17汇集而成，所述四个相同的段17以可拆卸的方式互连以形成包围电极4的圆形结构。图4示出一个这样的段17。各段17具有其自己的金属框架16，在该金属框架16中集成有：气体分配腔室5，该气体分配腔室5不与其他段的气体分配腔室5流动连通；以及自己的进口通道6，通过该进口通道6将气体送到腔室5中。狭缝喷嘴7沿段17的弧形的整个90度延伸。
从图2-5看到的是，密封装置1包括多个定心辊13，在该示例中为八个辊，所述定心辊13以圆形方式布置在气体分配腔室5之上，以便支靠电极4的外表面。定心辊13维持狭缝喷嘴7与电极4的外表面之间的距离s基本恒定，但由于辊13的弹性支撑(见图5)，所以允许电极4的有限运动。当电极4横向运动时，定心辊4首先弹性屈服一定程度。如果电极4的横向运动进一步继续，则整个密封装置1开始在滑动轴承9上滑动。这防止损伤电极4。
在图2中还看到的是，在密封装置1中可存在由铜制成的冷却元件14，该冷却元件14在气体分配腔室5的下面附接至密封装置1的金属框架16。在冷却元件14内可布置有用于冷却水循环的管道15。作为替换，可由在气体分配腔室5的下面附接至金属框架16的耐火衬里替代冷却元件14。
本发明不局限于上述仅有的实施例，而是在所附权利要求所限定的发明思想的范围内可能有许多变型。

Claims (15)

1.一种密封装置(1)，其围绕通过在电弧炉的顶(2)中形成的孔隙(3)竖直地延伸并在所述电弧炉的内部能竖直运动的杆状电极(4)布置，以防止气体从所述电弧炉通过所述孔隙(3)进入大气，并且另一方面防止空气从大气流入所述电弧炉，所述密封装置包括：
气体分配腔室(5)，其设置有用于将诸如氮或者空气的基本钝态的气体送入所述气体分配腔室的进口通道(6)；以及
喷嘴(7)，气体射流布置成通过所述喷嘴(7)从所述气体分配腔室(5)朝所述电极(4)排出，其特征在于，所述喷嘴(7)为狭缝喷嘴(7)，所述狭缝喷嘴(7)包围所述电极并沿相对于水平面成角度(α)并具有稍微向上倾斜的取向、并且相对于所述电弧炉的内部指向外的方向排出气体射流，使得由于产生的驻点压力效应而实现密封。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，从所述狭缝喷嘴相对于水平面成大约15°-25°的角度(α)排出气流。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述狭缝喷嘴(7)距离所述电极(4)的有效外表面的距离(s)大约为10-40mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述狭缝喷嘴的狭缝的高度(d)大约为5mm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的密封装置，其特征在于，从所述狭缝喷嘴(7)的气体流率至少为大约10m/s。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述气体分配腔室(5)中的气体压力大约为3-4kPa。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述电极(4)是在金属管壳(8)的内部包含所谓的连续自焙电极糊的所谓的连续自焙电极。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述电极(4)为石墨电极。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置(1)装配在电绝缘滑动轴承(9)上，所述电绝缘滑动轴承(9)包括：
金属的第一基环(10)，其布置在所述孔隙(3)的边缘之上；
第二基环(11)，其由电绝缘材料制成，并布置在所述第一基环之上；以及
金属的第三基环(12)，其布置在所述第二基环之上，使得在所述第三基环之上，所述密封装置(1)布置成在无其他紧固的情况下仅通过重力搁置，以便为适应于所述电极的横向运动而允许所述密封装置有限的横向运动。
10.根据权利要求9所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置(1)包括多个定心辊(13)，所述定心辊(13)以圆形方式布置在所述气体分配腔室(5)之上，以支靠所述电极(4)的外表面，从而维持所述狭缝喷嘴(7)与所述电极(4)的外表面之间的距离基本恒定。
11.根据权利要求10所述的密封装置，其特征在于，所述定心辊(14)布置成在弹簧上在有限范围内能水平运动。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置(1)包括由铜制成的冷却元件(14)，在所述冷却元件(14)的内部设置有用于冷却水循环的管道(15)。
13.根据权利要求12所述的密封装置，其特征在于，所述冷却元件(14)在所述气体分配腔室(5)的下面附接至所述密封装置的金属框架(16)。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置设置有在所述气体分配腔室(5)的下面附接至所述金属框架(16)的耐火衬里。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置(1)由以可拆卸的方式互连以形成包围所述电极(4)的圆形结构的两个或多个大致相同的段(17)组成。
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