CN105209842B - 多层冷却面板和电弧炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于诸如电弧炉的工业炉的多层冷却面板。
Description
本发明涉及用于工业炉(诸如电弧炉)的多层冷却面板和熔炉本身。以下将关于这种电弧炉(EAF)描述现有技术的面板和根据本发明的面板，但是并不使本发明的范围受限于这种熔炉类型。
这种EAF的总体设计典型地包括：
-所谓的炉床，其将熔炉的下部限定在其常规使用位置，且包括炉床壁，炉床壁带有作为抵抗炉床内处理的热金属介质的保护罩的内部耐火陶瓷内衬，
-上部壳，其将熔炉的上部限定在其常规使用位置，且配置在炉床壁的上方，
-可移除炉顶，其包括电极。
上部壳充当熔炉的外侧壁。
已经做出了关于该上部熔炉壳的结构的许多方案，该上部熔炉壳一方面必须保护熔炉周围的区域防范冶金溢出，且在另一方面就熔炉的总能量消耗而言必须提供尽可能好的隔离性能。
一种通常的设计的特征在于成排的侧向面板，其大致配置在下部壳(炉床壁)的上部边缘之上。
根据EP 0790473 B1，这些面板提供冷却器件，其特征在于冷却管的外部层和至少一个内部层，其中，所述层由空隙间隔。该空隙容许溶渣在熔化过程期间进入和保留在所述空隙内。
出于该目的，外部层设计成带有彼此相邻的冷却管，而面板的内部层包括彼此间隔的冷却管，以容许溶渣经由所述冷却管之间的空间进入。
该设计的目的是使用固化的溶渣的隔离性质，但是所述溶渣仅具有低的熔化温度，且其成分相对金属冷却管或多或少具有侵蚀性。
在这方面，从实践中已知至少部分地利用整体耐火材料来填满所述空隙。耐火填料在一定的时间段内避免溶渣和冷却管路之间的直接接触，直到耐火整体材料已被磨损到某种程度使得其不能再实现该任务。
使用粘附到冷却管的喷压碱性耐火材料的一个问题在于这种MgO-基的喷压材料与金属冷却管路的不同热膨胀系数，这导致剥落。将碱性喷压材料用非碱性耐火材料(诸如矾土(Al2O3))替换是不合适的，因为非碱性耐火材料相对于熔炉中的碱性法炉渣是不稳定的。
因此，本发明的目标是提供一种相对于所述现有技术设计具有改进性能的冷却器件，且尤其是提供一种为工业炉提供节能潜力的冷却器件。
本发明基于以下发现：
-沿着EAF的上部壳的高效冷却是实现EAF的上部的可靠和长期的稳定性和有效性的重要因素。迄今为止，水冷系统已被证实有效，但是在服务期间经受许多应力。
-在试验期间，从该认知推导出冷却器件(冷却管)的保护扮演重要的角色来减少到冷却流体的热流以及减少EAF的能量损失。
-在进一步的试验中发现，不一定通过将内衬材料(诸如耐火整体)或冶金溶渣直接施加到管表面上来保护冷却管，而是在其前方(即，在熔炉腔室与冷却管路之间)提供热的、化学的以及冶金的屏障。
-这导致带有预成形耐火陶瓷板的屏障的结构。
其还可设计成较大或者相对小的单元，从而降低裂缝形成的风险，且可由任何耐火混合物(配料成分)制成，因为其不作为内衬材料施加到任何其他结构元件上，而是通过任何其他装置简单地夹固、悬吊、夹扣或固定到对应的结构部件。可分离/悬挂固定是优选的。
这些耐火板，作为对应面板结构的内部层，非常有效地保护外部面板层，即，冷却结构。该板提供对于热辐射、甚至源于未屏蔽电弧的高能辐射或甚至飞弧的高效遮蔽壁。它们还容许在耐火板和冷却管之间的任意尺寸的空间，其用作隔离空间。
耐火板进一步实现吸收喷溅所述板的任何溶渣的功能，且在此情况下再次保护冷却器件免于任何冶金侵蚀。
通过对应的固定装置(在附图中示出一个示例)，甚至一个或多个板中的裂缝也不会瓦解该结构。在最坏的情形中，可容易地替换板。
在其最通常的实施例中，本发明涉及用于工业炉的多层冷却面板，包括：
-第一层，其由一个或多个冷却管路构建，且当安装到工业炉时提供冷却面板的外部层，
-第二层，其由至少一个耐火板构建，且当安装到工业炉时提供冷却面板的内部层，其中
-所述第一层和所述第二层配置在相对于彼此限定的位置中。
取决于耐火板和冷却管路的形状，面朝冷却管路的所述板的外侧可跟随冷却管路的形状，但是优选地在冷却管路与耐火板之间提供缝隙和/或使用带有差不多平坦外表面的耐火板，该设计直接导致在耐火板的外表面与冷却管路的对应表面区段之间的对应空间(在具有圆形截面的管路的条件下)。
第一层的(多个)冷却管路可配置成曲折样式以提供大致连续的冷却层。换言之：在冷却管路的相邻区段之间不存在或者仅存在小的空间。
在缺乏任何进一步的外部壁区段分别作为上部熔炉壳和其面板的部分的情形下，该设计将是优选的。
在另一实施例中，上部壳的进一步的特征在于单独的外部封闭壁，冷却面板可安装到其上。
在第三实施例中，面板的相邻管路区段由翅片桥接以提供差不多封闭的层。
虽然使用相对小的耐火板(小于1 m2、<0.5 m2，<0.3 m2或甚至<0.1 m2的基底面积)具有优势，但是本发明也可适用较大的耐火板或甚至每个面板一个耐火板的情况。
取决于耐火板的数目和尺寸，有可能为所述第二层提供类似于平铺壁的大致连续层设计，其中，相邻板之间的接合处可打开。
耐火陶瓷板(内部层)和冷却管路(外部层)之间的空间可保持为空的，或者可由像耐高温纤维材料(陶瓷纤维、矿物纤维)这样的合适材料填充，其中，高温指的是高于800℃的温度。
典型地，如上所述，第一层和第二层配置在距彼此一定距离处，但是本发明包括其中第一层和第二层彼此至少部分地接触的实施例。
这包括其中至少一个耐火板固定在第一层(优选地以可分离方式)的实施例。这可通过钩、锚等实现，钩、锚等从冷却管的内表面(耐火板悬吊到其上、耐火板放置在其上或耐火板例如通过夹固配置在其间)朝耐火板突出。
耐火板的配置和固定也可在包括第三层的实施例中实现，该第三层配置在距第一层一定距离处且在所述第一层与第三层之间容纳第二层。
第三层可仅覆盖第二层的一部分，例如，小于第二层的表面面积的10%、20%或30%。
这可通过紧固地固定到第一层或在功能上附连到第一层的另外的冷却管路(管)或对应的围栏(rail)实现。在下文的附图中示出至少一个可能的实施例。
该设计容许将第二层的耐火板夹固在所述第一层和第三层之间，这具有在需要的情形下安装和替换所述板的更多优点。
为了避免相邻耐火板之间的任何应力，本发明包括在相邻耐火板之间具有小缝隙的配置。
鉴于其高的熔化温度和对碱性法炉渣的抗性，碱性耐火材料具有对非碱性成分的优势。
推荐基于氧化镁(MgO)或白云石灰(MgO CaO)的耐火材料。
在这些耐火配料内具有低的碳含量或没有碳含量的情形下，可实现低的导热性以及对于氧化的良好稳定性，以及高能量效率和高冶金稳定性的优势。
耐火板可具有平坦或成型的表面结构。在其与第一层相对(意思是：朝熔炉腔室)的表面上的成型结构容许溶渣更好地粘附到耐火板上，从而提供进一步的隔离层。
成型表面结构可通过以下特征中的至少一个实现：突出、凹陷、舌状物、凹槽、格栅结构、螺栓、锚。
熔炉(尤其是电弧炉)的总体操作模式绝不会受新的多层冷却面板的寿命影响，因为这些板可在任何时间部分地(仅一个或多个板)或全部替换而不用拆卸整个上部壳。可避免如在现有技术结构中的较大的修理活动。当第二层(耐火板)损坏且必须替换时，第一层(水冷管)保持无损/起作用。
典型的具有矩形或六角形/多边形的形状的耐火板生产起来容易且便宜。
甚至可能提供具有内在碳梯度的耐火板，即，无碳侧(具有低导热性的冷侧)以及具有增加的溶渣抗性的含碳侧(热侧)。
典型地，耐火板的尺寸可为(L=长度，W=宽度，T=厚度)
L:200-1000 mm，尤其是250-600 mm。
W:200-1000 mm，尤其是250-600 mm。
T:5-100 mm，尤其是20-70 mm。
本发明还包括沿其上部壳包括所述冷却面板中的至少一个的EAF。在这个方面应当理解，上部壳的仅一部分可利用所述面板构造。
本发明的更多特征可从从属权利要求以及其他申请文件得到，包括以下示意性附图及其描述。
在附图中示出以下：
图1：多层冷却面板的第一实施例的纵截面视图。
图2：第二实施例的根据图1的视图。
图3：第三实施例的根据图1的视图。
图4：从内部熔炉腔室到熔炉炉床的下部壁区段上的透视图，且其上部壳带有根据图2的面板。
图5：带有根据图3的面板的如图4中的视图。
图1公开了用于电弧炉的多层冷却面板的第一实施例。该面板包括由一个冷却管路12构建的第一层10，其在安装到EAF时提供冷却面板的外部层。
冷却管路12以曲折样式设计，如在图4的左部由箭头12所示。所述冷却管路12的相邻区段12.1、12.2…彼此接触，以便提供大致封闭的外部层10。
如从图1中最佳可见，L形围栏18.1、18.2焊接到冷却管路12的最上的和最低的区段，且配置成距彼此一定距离，以在其间容纳耐火板16。围栏18.1、18.2可为中空和水冷的。围栏可选地由高导热材料(例如铜)制成。
为了以期望的定向配置所述板16，下部围栏18.2的自由腿比上部围栏18.1的更短。
耐火板16在其安装状态下提供面板的第二内部层14，其结合图4中的不同实施例示出。
根据图2的实施例与图1的实施例尤其在以下装置方面不同：
第二层14由较小的耐火板16制成。
图2的面板包括第三(垂直)层24，其由曲折的冷却管路26的冷却管路区段26.1、26.2提供，冷却管路区段26.1、26.2垂直地配置在距彼此一定距离处且与所述第一层10的冷却管路12流体连接。
所述冷却管路区段26.1、26.2配置在距所述第一层10一定距离处，从而容许耐火板16配置在第一层10和第三层24之间的空间22内。
图2的实施例的特征在于在冷却管路区段12.1、12.2/26.1、26.2和耐火板16之间的线性接触线。然而耐火板16在其表面区域的大部分配置在距所述冷却管路区段12.1、12.2/26.1、26.2一定距离处。
在耐火板16在冷却管路12的对应区段12.3、12.4上悬吊到螺栓28上的条件下，图3的实施例与图2的实施例功能上等同。
图4是从内部熔炉腔室朝对应壁区域的视图。
H代表熔炉炉床的上端，其由耐火砖制成，朝上继而是熔炉的所谓上部壳，该上部壳包括根据本发明的面板10。
为了更好地理解，这些面板中仅一个(在图4的中间)在根据本发明的设计(即，根据图2的实施例)中示出，而在左边以及在右边的面板分别表示常规面板或所发明的面板的第一层10。
与冷却介质(尤其是水)的连接没有示出。
在图4的最左边可看到EAF的除渣门(D)。
根据图4，面板10的全部内表面的大约90%被耐火板16覆盖，该面板以距彼此小的距离配置以避免在使用期间在热膨胀下的任何裂开。
可看到管路区段26.1、26.2，其充当用于耐火板16的夹固装置。
任何溶渣将碰撞耐火板16或冷却管路区段26.1、26.2而不是第一层10的冷却管路12，且因此增加所述面板的总体寿命。
根据上文中的概括描述，耐火板16由MgO-基的陶瓷材料制成。这关于其成型表面也适用。
图5示出了带有如图3中所公开的冷却面板的根据图4的视图。
Claims (10)
1.一种电弧炉多层冷却壁面板，包括：
a)第一层(10)，其由一个或多个冷却管路(12)构建，且在安装到工业炉时提供所述冷却壁面板的外部层，
b)第二层(14)，其由具有平坦外表面的多个耐火板(16)构建，且布置成在安装到所述工业炉时提供所述冷却壁面板的大致连续的内部层，其中
c)所述耐火板(16)以可分离的方式固定在所述第一层(10)处；且
d)所述第一层(10)和第二层(14)配置在相对于彼此限定的位置中，在所述耐火板(16)的平坦外表面与冷却管路(12)的对应表面区段之间具有空间。
2.根据权利要求1所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，所述第一层(10)的所述冷却管路(12)配置成曲折样式以提供大致连续层设计。
3.根据权利要求1所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，相邻管路区段通过翅片桥接。
4.根据权利要求1所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，所述第一层(10)包括壁，所述壁覆盖与所述第二层(14)相对的所述一个或多个冷却管路。
5.根据权利要求1所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，所述多层冷却壁面板包括第三层(24)，所述第三层(24)配置在距所述第一层(10)一定距离处，且将所述第二层(14)容纳在所述第一层(10)和第三层(24)之间。
6.根据权利要求5所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，所述第二层(14)的所述耐火板(16)夹固在所述第一层(10)和第三层(24)之间。
7.根据权利要求5所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，所述第三层(24)仅覆盖所述第二层(14)的一部分。
8.根据权利要求1所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，所述多层冷却壁面板具有至少一个耐火板(16)，所述耐火板(16)在其与所述第一层(10)相对的表面上具有成型结构。
9.根据权利要求8所述的电弧炉多层冷却壁面板，其特征在于，所述成型表面结构通过以下特征中的至少一个实现：突出、凹陷、舌状物、凹槽、格栅结构、螺栓、锚。
10.一种电弧炉，其具有沿其上部壳的至少一个根据权利要求1到9中的任一项所述的电弧炉多层冷却壁面板。
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