CN105579803B - 冶金炉 - Google Patents

Abstract

一个冶金炉具备了耐火层，包括一个内层，包含了第一类的砖，有一定厚度具有消散热功能，和第二类的砖，向炉腔内部突出，有足够牺牲的厚度。该炉还包括一个外壳分为几段，其外围有施力部件，用于在耐火层冷却收缩时将耐火层从外壳外围向内施压。该施力部件可以包括一个拉力部件。该炉还包括一个垂直压缩部件，用于对耐火层施加一个压缩力，在耐火层收缩时在垂直方向压着耐火层。该炉还包括一个冷却系统，该系统包括了一个外套筒保卫外壳和多个换气装置，外套筒内的空气受热，用换气装置将热气驱走。该炉还可包括一个炉盖，炉盖有多个悬挂部件从其穿过，此部件又支撑着炉盖内部的一个网格结构。网格结构支撑着其中填充的绝缘材料。该炉也可包括一个电极密封，具有多个密封片压着电极。

Description

冶金炉

技术领域

本项发明涉及一种冶金炉，特别涉及一种冶金电炉。

背景技术

在现有技术中，已知有几种形式的冶金炉，由耐火层，围着耐火层的外层钢壳，炉盖和炉缸所组成。现有技术中已知的冶金炉的横切面可以是长方形、正方形或者是圆型(从正上方或正下方看)。现有技术中已知的冶金炉，一般具有一个金属结构，由炉缸支撑，由耐火层保护，用于在其中加热金属、炉渣或者其他物质。加热的金属和炉渣的正上方是一块称为“净空”的区域，该空间横向四周也有耐火层包围。冶金电炉一般用电来加热和熔融内容物。特别指出的是，一般的圆形冶金电炉采用三个电极产生电弧，用以加热炉缸内的物质。典型的冶金炉的耐火层是由砖块堆砌而成。

耐火砖层通常是一隔热层，将冶金炉内不同的部分，包括金属、炉渣以及热气，与外界环境隔绝开来。在现有技术中已知的冶金炉中，熔融物温度可以在1400摄氏度到2200摄氏度之间。使用时，耐火砖层的炉内表面可能会包上一层厚实的凝固渣或者烟尘沉积物，该层也被称作“渣壳”。渣壳层可以被加热至1000摄氏度以上。渣壳层的厚度会随着电炉的电力高低和电弧长度而变，而电弧长度是一个电压的函数。

在一些现有技术已知的冶金炉中，随使用时间的增长，由于热应力，耐火层砖与砖之间会出现间隙，砖块的内部也会出现裂缝，特别是在经过重复的冷热循环之后。而且，因着熔融金属和炉渣的性质所造成的化学、热力和机械应力耐火层可能会被腐蚀或者退化,最终从内部被瓦解掉。耐火层间隙和裂缝可以造成熔融金属从炉内部泄漏到耐火层砖体当中。砖块的损耗和分解最终可以导致冶金炉故障。耐火层砖体间的缝隙将增加炉内物穿过渣壳层、透过耐火层并最终泄漏到炉外的风险。

在一些现有技术已知的炉中，炉盖不能起到足够的隔热作用。炉盖可能难以作为一个防止有毒气体泄漏的屏障。有毒气体如一氧化碳的泄漏将对工作人员造成潜在危险。

在现有技术已知的一些炉中，由于电极所产生的高温可能过度加热炉盖。另外，电极中流通的高电压使在炉盖附近工作的工作人员面临触电致死的危险。

本发明概要地解决了存在于现有技术中已知的冶金炉中的一些问题。

发明内容

本发明内容的目的在于以简化的形式选择性地介绍部分概念。这些概念将会在以下部分具体实施方式中进一步描述。本发明内容的目的不在于识别所声明发明技术的关键特征或者本质特征，也不意图决定所声明的发明技术的范围。

在一些实施方案中，本发明寻求提供一种冶金炉，该冶金炉使用一个可以膨胀，且是分几段的外部钢壳，包围着一个耐火层，使得耐火层可以随着炉的冷热循环而膨胀收缩。在一些实施方案中，本发明寻求提供一个带有垂直压缩部件的冶金炉，该垂直压缩部件联系着耐火层，使得耐火层可以在垂直方向上随着炉的冷热循环而膨胀收缩。在另一些实施方案中本发明寻求提供一个具有绝缘炉盖的冶金炉。在一些进一步实施方案中，本发明寻求电极的绝缘。在另一些实施方案中，本发明寻求提供炉外冷却。这些多种示例性实施可以配合使用，并且会产生一个增效，因此这些实施方案预期能与其它常规的冶金炉设计配合使用(例如：常规的耐火砖层和/或者电极和/或者外部冷却系统和/或者炉盖设计)。

首先第一个大方面，本发明提供一个冶金炉，该冶金炉具有一个耐火层，包围着一个炉腔，在炉加热时用于消散热，该冶金炉还具有一个施力部件，用于将耐火层外周分为几段的外壳，在炉冷却耐火层收缩时，向炉腔方向收紧。

施力部件在冶金炉加热时可以允许耐火层膨胀，而在炉冷却耐火层收缩时施加一个压缩力。施力部件可能围绕分段式外壳的外表至少安装一条钢缆，也可能在外部使用多条钢缆，有间隔地围绕外壳的表面安装。这些钢缆上可以挂接着拉力部件用于调节钢缆长度，从而调节拉力部件上的张力和钢缆施加的力。

在另一方面，施力部件可以是多个施压部件，安装在分段式外壳的外周表面，每个施压部件均在外表面朝里施压，从而对外壳产生压缩力。这些施压部件可以是弹簧部件，可以用许多侧压部件侧压在分段钢壳外表面，可以通过来调节增加或减少施加在分段式外壳上的压缩力。

在另一方面，冶金炉可以至少有一个拉力部件挂接在施力部件上，用以调节施加在施力部件上的拉力，由此产生压缩力。拉力部件可以是弹簧。施力部件可以由至少一个支撑构件支撑，或者由多个支撑构件支撑。支撑构件可以是安装在分段式外壳外周的立柱，例如背撑支柱。定位部件允许分段式外壳与施力部件有相对位移。施力部件至少与一个定位部件啮合。定位部件可以是通过轴心链接在支撑构件上的轮子部件。

在另一方面，所述冶金炉至少具有一个力量调节部件，安装在施力部件上，用于施力部件起初的力量调节。至少有一个测力部件连接着拉力部件。测力部件可以是一个测力计，用于测量弹簧张力，用于衡量拉力部件上的拉力，从而衡量施力部件所施加的力。

在另一方面，所述耐火层可以在其纵轴上至少有一点的横切面呈辐射状对称，也可以在其纵轴上至少有一点的横切面呈大致圆形。分段式外壳的形状大致呈圆柱体形，在冶金炉降温时呈收缩形态，而在冶金炉加热升温时呈膨胀形态，呈膨胀形态时在横向相邻的外壳分段之间可能出现至少一条间隙。

在另一方面，所述冶金炉可能有一个或者多个密封部件，用于密封冶金炉升温时膨胀形态的外壳的横向相邻分段间出现的间隙。这些密封部件可以是一些条带，放置在耐火层跟外壳之间，位于炉升温时膨胀形态的外壳的横向相邻分段间出现的间隙之处。

在另一方面，耐火层最内层可以是一层导热砖，置于炉腔周围用于吸热和消散热。耐火层也可以至少有另一层导热砖，放置在最内导热砖层外圈，进一步地吸热和消散热。该额外砖层的材质可以不同于最内层的砖层。导热砖的其中一些可以含有方镁石。耐火层最外层也可以有一个砖层包围内部的一层或者多层导热砖，该层的砖材可以是石墨。

在另一方面，在冶金炉在原始加热之前，在最内层与次内层导热砖之间至少有一层的间隔材料，这样使得耐火层的直径大于收缩形态时的外壳直径。该层间隔材料可以是特定材料做成，使其在炉加热时将燃烧或消散，由此留出空间，作为供导热砖膨胀使用的额外空间。

在另一方面，冶金炉的外壳分段段落可以有至少三段，可以根据炉的大小按比例增加或者减少段数，也可以有八段或者更多。每个分段的边缘都需经过处理，使其与邻近分段的边缘能谐调。

在另一方面，冶金炉可以有一个或者多个密封部件置于分段式外壳与耐火层中间。每一个密封部件封住一个或者多个炉升温时膨胀形态的外壳的横向相邻分段间出现的间隙。

在另一方面，冶金炉可以有一个或者多个锁紧部件作为相邻外壳分段之间的活动链接。每个锁紧部件决定了相邻外壳分段之间间隙的最大值。

第二个大方面，本发明提供了一种方法改装一个现有冶金炉的方法，该冶金炉具有一个包围着炉内腔，并在炉加热时用于消散热的耐火层，和一个包围耐火层的一体式外壳。该方法可以包含多个步骤，步骤包括将外壳分割成分段式外壳，围绕耐火层布置至少一个施力部件，施力部件用于炉腔降温时耐火层收缩时，将分段式外壳向炉腔方向收紧。

在另一方面，施力部件允许耐火层在炉腔加热时膨胀，而又会在炉腔冷却时耐火层收缩时施加一个压缩力。施力部件可能包含一条钢缆，围绕着分段式外壳安装。

在另一方面，该方法可以使用至少一层导热砖代替已有的耐火层包围炉内腔，和在外面使用至少一层砖包围内部一层或多层砖层。内层砖材可以是方镁石、氧化铝、二氧化硅或铬砖，外层砖可以包含石墨砖。

在另一方面，该方法可以包括一个步骤，将至少一个拉力部件挂接到施力部件。拉力部件可以是弹簧，用于维持在施力部件上的拉力。

在另一方面，该方法可以包含一个步骤，将施力部件承接到至少一个支撑构件上。支撑构件可以是立柱，安装在分段式外壳的外周。

在另一方面，该方法可以包括一个步骤，将施力部件安装到至少一个定位部件上。定位部件使得分段式外壳和施力部件间，可以有一定的相对位移。定位部件可以是通过轴心安装在垂直支柱上的轮子部件。

在另一方面，该方法可以包括一个步骤，将至少一个力量调节部件连接到施力部件上，用以调节施力部件所施的力。该方法可以进一步包括一个使用力量调节部件调节施力部件长度的步骤，从而调节拉力部件上的拉力和钢缆施加的力。该方法也可以包括将至少一个测力部件连接到拉力部件上，并测量施力部件所施力的步骤。

在另一方面，施力部件包括了一条钢缆和力量调节部件。力量调节部件通过调节钢缆长度来调节拉力部件上的拉力，并且调节钢缆所施加的力。测力部件可以是测力计，用于测量钢缆所施加的力。

在另一方面，该方法可以包括一个步骤，放置至少一层间隔材料在耐火层同一层导热砖之间，这样将造成耐火层的直径大于收缩形态时的外壳直径，其中的间隔材料可以是特定材料做成，使其在炉加热时将燃烧或消散，由此留出空间，作为供导热砖膨胀使用的额外空间。

在另一方面，该方法可以包括一个步骤将外壳分割成至少三段、至少八段，和/或者根据炉的相对大小按比例分成更多或更少分段。

在另一方面，该方法可以包括一个步骤，在分段式外壳和耐火层之间安装一个或者多个密封部件。每一个密封部件封住一个或者多个炉升温时膨胀形态的外壳横向相邻分段间出现的间隙。

在另一方面，该方法可以包含一步，使用活动连接一对或多对相邻外壳分段，从而提供一个相邻外壳分段间最大的间隙。

第三个大的方面，本发明提供了一个施力部件，供具有炉加热时消散热功能，并包围炉腔的耐火层的冶金炉使用。施力部件有一个包围结构，用于围绕耐火层四周的分段式外壳，并且有至少一个拉力部件，用于在包围结构上产生力，使得分段式外壳在炉腔冷却时向炉腔方向紧缩。拉力部件可以是弹簧，并且可以与一个初始拉力调节器，来调节初始时施力部件所施加的力。

在另一方面，初始拉力部件的使用在于调节施力部件的长度。施力部件可以挂接上一个力量调节部件。力量调节部件可以是测力计，用于测量施力部件所施的力。

在第四个大的方面，本发明技术提供了一个冶金炉设计，该冶金炉包括一个耐火层，炉腔和一个垂直压缩部件。耐火层由多个砖块组成，包围着炉腔，在炉加热时用于消散热。而垂直压缩部件对耐火层施加压缩力，在炉冷却时耐火层收缩时从垂直方向压着耐火层。垂直压缩部件可以是一个或者多个弹簧。

在另一方面，垂直压缩部件在炉腔受热耐火层膨胀时可以允许耐火层膨胀。

在另一方面，耐火层可以包含一层围绕着炉腔的砖，和包围该层砖的第二层砖。

在另一方面，炉可以包含一个或者多个力转移部件，将垂直压缩部件的力转移到一或多个砖层上。力量转移部件可以是一个转移力到砖层上的覆盖部件。

在另一方面，第一层砖可以不固定于第二层砖。

在另一方面，垂直压缩部件可以包括一个力量调节部件，用于调节力度。垂直压缩部件可以挂接于悬挂部件，而悬挂部件转而连接于一个支撑构件。悬挂部件跟支撑构件间的连接可以是活动连接，如此允许悬挂部件活动，以容许耐火层的膨胀和/或收缩。冶金炉也可以包含一个或者多个长度调节器，便于调节各个悬挂部件的长度，由此调节垂直压缩部件所施的力。

在另一方面，耐火层配置成能补偿在炉腔加热时，内层砖将大于外层砖的膨胀。耐火层可以至少包括一层围绕炉腔的砖而该层砖至少包含一个外缘厚度大于内缘厚度的砖块，使得当砖层被炉腔加热时，内层比外层砖更大的膨胀得到补偿。

在第五个大方面，本发明提供了一种方法改装一个现有冶金炉的方法，该冶金炉包括了具有一个包围着炉内腔，并在炉加热时用于消散热的耐火层，和选择性地包括了多个围绕炉腔的砖层。该方法包含一个步骤，将垂直压缩部件安装于耐火层上，在炉降温耐火层收缩时从垂直方向压缩耐火层，而在炉加热耐火层膨胀时容纳垂直膨胀。耐火层可以包括围绕炉腔的第一层砖，和围绕着该第一层砖的第二层砖。

在另一方面，该方法可以包括一个安装一个或者多个力转移部件的步骤，力转移部件安装在垂直压缩部件与耐火层之间。力转移部件可以是一个覆盖部件，用于转移力量到砖层中的至少一层上，所转移的力量来自可以是一个弹簧的垂直压缩部件。

在另一方面，第一层砖可以不固定于第二层砖。

在另一方面，垂直压缩部件可以包含一个力量调节器用于调节所施的力。

在另一方面，该法可以包含一个步骤，将垂直压缩部件安装挂接到悬挂部件上，而悬挂部件则安装挂接在支撑构件之上。

在另一方面，该法可以包括一个步骤，将悬挂部件活动挂接在支撑构件上，从而使悬挂部件可以活动以容许耐火层的膨胀或者收缩中的至少一种。

在另一方面，该法可以包含一个步骤，在悬挂部件上挂接一个或者多个长度调节器，来调节悬挂部件的长度，借此调节垂直压缩部件所施加的力。

在另一方面，该法可以包含一个步骤，改装冶金炉来补偿在炉腔加热时，耐火层的内层部分比其外层部分更大的膨胀。

在另一方面，该法可以包括一个步骤，在耐火层中使用至少一个靠外表面部分比靠近内表面部分更厚的砖块，来补偿砖层被炉腔加热时，内层比外层更大的膨胀。

在第六个大方面，本发明提供一个系统用于冷却冶金炉，该系统包括了一个外套筒和一个或多个换气装置，外套筒内存在着一层被炉内腔加热的空气，而换气装置则用于将炉周围的热气驱走。

在另一方面，换气装置可以用于通过将来自冶金炉周围的热空气排出，来将较低温空气抽入外套筒。

在另一方面，较冷的空气可以通过一个或者多个换气装置抽入到外套筒。

在另一方面，周围的热空气可以通过一个或者多个换气装置从炉中抽出。

在另一方面，外套筒可以有一个或者多个排气孔，供空气通过。

在另一方面，该系统可以含有一个或者多个喷嘴用于喷洒冷却液，由空气层向炉壳的外表面喷洒。喷嘴可以具有一个雾化装置，将冷却液雾化，并将雾喷洒到炉壳的外表面。

在另一方面，该系统可以含有一个监视器，用于监视冷却液的积累。

在另一方面，该系统可以有一个调控器，用于根据冷却液的堆积情况，降低冷却液的喷洒率。

在另一方面，外套筒可以由多段分段组成。每一段可以相对应于围绕着冶金炉耐火层的钢壳的分段，并且每段外套筒及其对应的外壳分段，用以排出其间所夹的热空气。

在第七个大方面，本发明提供一种冷却冶金炉的方法。该法包括多个步骤，使用一个或者多个换气装置，将外套筒包围冶金炉之间受热的空气排出。

在另一方面，该法可以有一个喷洒冷却液的步骤，从空气层内部喷向炉壳表面。

在另一方面，该法可以有一个雾化冷却液，用于喷洒到炉外表面的步骤。

在另一方面，该法可以包含一个步骤，根据炉下端表面所检测到的冷却液量来调节冷却液的喷洒。

在另一方面，外套筒可以由多段分段组成。每一段可以相对应于围绕着冶金炉耐火层的钢壳的分段，并且每段外套筒及其对应的外壳分段，用以排出其间所夹的热空气。

在第八个大方面，本发明提供一个用于冶金炉的炉盖，该炉盖包括一个炉盖部件，炉盖部件有多个悬挂部件从其外表穿出来，支撑着炉盖部件内部的一个网格结构。内部网格结构中填充着绝缘材料，这些材料可以是浇注料，也可以是电绝缘和/或绝热材料，也/或可以是不与水反应的材料。绝缘材料可以是高铝质浇注料。绝缘材料的厚度大于40厘米。

在另一方面，外表面可以形成一端开放的外部铜质帽型结构。

在另一方面，炉盖可以由多个量度订造好的炉盖部件拼砌而成。

在另一方面，炉盖的上表面可以构造成能让洒在其上的冷却液向外流至炉盖的周边，并且造成能让一层冷却液留在其上。冷却液可以用于炉盖的冷却和/或用于炉盖的液封，防止气体从炉的内部泄漏出来。

在另一方面，炉盖边缘可以包含一个一体连续的槽，用于盛装冷却液，从而允许形成一层具有预定厚度的冷却液层，留于炉盖上表面。该槽可以具有高于内壁的外壁，从而允许形成一层具有预定厚度的冷却液层在炉盖上表面。

在另一方面，炉盖可以包含一个框架，由悬挂部件支撑，该框架支撑着内部网格结构。该框架可以部分或者完全由钢筋做成，而内部网格结构可以部分或全是钢质网格。

在另一方面，炉盖可以包含一个泵用于喷洒冷却液和/或使冷却液流通到炉盖上。

在另一方面，炉盖可以包含一个松紧部件，用于在炉盖和冶金炉的上表面之间做密封。

在另一方面，在多个炉盖部件中相邻炉盖部件间的缝隙，至少有一条可以使用密封剂密封。密封剂可以是水泥、焦油、高温硅密封剂或者此几种的组合，用于防止液流通过间隙。

在另一方面，炉盖可以包含至少一个开口以容许进料管。

在另一方面，炉盖可以包含一个铜质圆柱，一端伸入炉腔内部，另一端突出到比预定冷却液厚度高的高度，铜圆柱包围着进料管并与之密封连接。

在第九个大的方面，本发明提供一种用于冶炼矿物的冶金炉，该冶金炉包括一个耐火层，包围形成炉腔，用于炉内加热时消散热。该耐火层具有一内层砖，有着行使消散热功能的厚度，该耐火层包含了第一类的砖，有一定厚度具有消散热功能，和第二类的砖，向炉腔内部突出，有足够牺牲的厚度。其厚度可以由使用冶金炉冶炼矿物时形成的熔渣及金属的可预测稳定的特性得出。

在另一方面，用于牺牲的厚度可以随着耐火层不同高度上所用材质性质的不同，在耐火层不同高度位置上作相应变动。

在另一方面，第一种砖和第二种砖可以在耐火层上完全独立交错叠砌，也可以在耐火层上完全均匀交错叠砌，还可以均匀交错叠砌呈蜂窝状。

在第十个大的方面，本发明提供一种改装方法，改装已有冶炼矿物用的冶金炉的耐火层。所述已有的耐火层是围绕着炉腔、炉腔加热时用于消散热的耐火层。该法包含多个步骤来提供现有耐火层的一内层，此耐火层具有行使消散热功能的厚度，该耐火层包含了第一类的砖，有一定厚度具有消散热功能，和第二类的砖，向炉腔内部突出，有足够牺牲的厚度。

在另一方面，该法包括一个或多个步骤，根据使用冶金炉冶炼矿物时所形成熔渣的可预测稳定的特性，确定用于牺牲的砖厚度，和/或者使用冶金炉冶炼矿物时熔融金属的可预测稳定的特性，确定用于牺牲的砖厚度。

在另一方面，该法提供了一步骤，在耐火层上交错叠砌第一种和第二种砖，和/或者均匀地交错叠砌，和/或者均匀地交错叠砌呈蜂窝状。

在第十一个大方面，本发明提供一种电极密封供冶金炉使用。炉包含一个炉腔，藉从开口伸入炉腔的电极加热，而电极密封至少包括三个密封片，密封片两两侧面相连，每个密封片都具有侧压部件，可以是弹簧，能够替换更新，也可以用来调节侧压力大小，使得密封片的面压在电极上，既允许电极在电极密封内纵向活动，同时能在电极和开口间作电绝缘。

在另一方面，这至少三个的密封片作为一个气体密封，来阻止至少一些气体从炉腔泄漏。

在另一方面，这至少三个密封片允许电极在其内作横向运动，同时又防止气体泄漏。

在另一方面，这至少三个密封片允许电极在其内作横向运动，同时又起电绝缘作用。

在另一方面，所述电极密封可以包含电绝缘材料在电极的周围，在至少三个密封片之上，该电绝缘材料可以是陶瓷棉。

在另一方面，所述电极密封可以包括在密封片周围的一个空腔，充以压缩电绝缘气体，作为一个加压密封，来防止气体从炉腔泄漏。

在另一方面，所述电极密封可以包含一个电绝缘的冷却部件，包围着电极。该冷却部件可以包括一块铸板，该铸板可以用绝缘材料包裹，绝缘材料可以是浇注料，如高铝浇注料。

在另一方面，铸板可以有一条在内里一体连续的管道，用于引导冷却液在其中流通。

在另一方面，所述冷却部件可以包括一块铜板。

在另一方面，所述空腔的边界面可以至少有一部分属于冷却部件。

在第十二个大方面，本发明提供一种冶金炉，其包括一个耐火层，围着炉腔，用于炉腔加热时消散热。该耐火层首先具有多个这种有行使消散热功能的厚度的第一种砖，还具有多个比第一种砖更厚的可以牺牲的第二种砖。第二种砖向炉腔内部突出。该炉还包括一个施力部件，用于在炉腔冷却，耐火层收缩时，将耐火层外围的分段式外壳压向炉腔方向。所述施力部件包括一个包围结构，用于围绕耐火层外周的分段式外壳，和至少有一个张力构件，用于在包围结构上用力，在炉腔冷却耐火层收缩时，将耐火层外围的分段式外壳压向炉腔方向。该炉还包括一个垂直压缩部件，用于对耐火层施加一个压缩力，从而在炉腔冷却耐火层收缩时在垂直方向压着耐火层。该炉还包括一个冷却系统供使用，该系统包括了一个外套筒和一个或多个换气装置，外套筒包围着一层受炉内腔加热的空气，而换气装置则用于将炉周围的热气抽走。该炉还包括一个炉盖，该炉盖包括炉盖部件，炉盖部件有多个悬挂部件从外表穿出来，支撑着炉盖部件内部的一个网格结构。内部网格结构中填充着绝缘材料。

附图说明

结合附图和下面的详细描述，本发明的进一步的特征和示范性优点将变得显而易见，其中：

图1是本发明的一个冶金炉示例的水平截面图。

图1A是一个横截面图部分示意图，表示本发明一个冶金炉示例的外壳和相关部件的下部。

图2是本发明一个冶金炉示例的纵向截面图。

图2A是一个立面图，部分地表示出本发明一个冶金炉示例的耐火层内表面。

图3是纵向截面图，部分地绘制出本发明冶金炉的一个示例的耐火层，和垂直压缩部件的上部，并且部分地绘制了本发明冶金炉的一个示范性炉盖和一个示范性冷却系统。

图3A是本发明冶金炉示例性耐火层的一块单砖示例的详细视图。

图4是一个立面图，部分地表示出本发明的一个冶金炉示例和部分地绘制了本发明冶金炉的一个冷却系统示例。

图4A是一个横截面图，表示本发明的一个冶金炉示例的耐火层和垂直压缩部件，并且部分地绘制了包括用于喷洒冷却液喷嘴在内的本发明冶金炉的一个冷却系统示例。

图5是一个俯视图，表示本冶金炉发明的一个炉盖示例的顶部。

图6是表示本冶金炉发明的一个示例性炉盖的一部分的截面图。

图6A是一个平面图，表示本冶金炉发明的一个示例性炉盖的一部分的底部。

图7是一个纵向截面图，绘制了本冶金炉发明的一个示例性电极密封。

图8是一个横截面图，绘制了本冶金炉发明的一个示例性电极密封。

图9是一个横截面图，绘制了本冶金炉发明的一个示例性电极密封。

具体实施方式

不同的实施方案针对炉设计的不同方面。需要理解的是，要解决现有设计所涉及的至少某些缺点，并非需要用上所有本文所讨论的炉设计的各个方面。在某些情况下，本文所述的单一方面可以独立地解决至少某些已知的缺点。而各种示例性实施方案间存在着协同效应，本实施案例将预期能与其它常规炉的设计配合使用(例如，常规的砖质耐火层和/或电极和/或外部冷却系统和/或炉盖设计)。

砖质耐火层可以由多个彼此相邻的横向或纵向砖层组成。各个层可以相互连锁，从而拥有额外的稳定性。使用时，砖质耐火层的加热会导致砖的热膨胀。为了补偿这种膨胀，可以在使用炉之前，在水平或垂直独立砖层间放置膨胀纸。炉一旦被加热，这些纸燃烧，为砖层的水平和纵向轴上的膨胀提供了空间。在砖的最外层和一个钢制外壳间，有些炉可以配有一层膨胀板。该层板具有弹性，是为了让砖的最外层能膨胀之余又不会过度挤压钢外壳的内表面上，从而减少耐火砖层所受的应力。

当暴露于大量炉的冷热周期时，砖块可以显出缺陷。例如，膨胀纸燃烧完毕，在下一个热循环前难以更换膨胀纸因此冷热循环常导致砖间缝隙，若加上周围空气的流动，将增剧炉中热量的流出，也可以导致从炉中漏出金属熔融液，渗入到耐火砖层砖体中。此外，膨胀和收缩的周期还可以导致砖块间的摩擦和挤压，并最终损耗和分解砖块，这可以最终导致耐火砖层失效。此外，通常用于填充外部钢壳和耐火砖之间空间的膨胀板的使用寿命是有限的，其随着循环将失去弹性，从而导致在耐火砖层和外壳之间出现空隙。砖块间的间隙可进一步导致耐火砖层的不稳定，可以最终加剧砖块的损耗和分解。目前已知道砖之间的间隙也会降低炉的冷却效率。

在一些实施案例中，砖的每一层相对于紧接的上一层或下一层交错搭接并连锁。砖墙由一个外部钢壳界定的结构束在一起，所有的砖块被有效地锁在一起，产生一个初始坚固的结构。然而，经过一系列的冷热周期，砖块可以开始破裂和耗损。例如，靠近热炉腔内的砖可以受热更多，与那些远离热炉腔的砖比较，它们可以会膨胀得更多。当这些砖在垂直方向膨胀时，他们堆砌的连锁方式对膨胀中的砖块可以造成应力。这种效果在炉被长期闲置，而又迅速再被热起来的情况下，可以更加显著。

当炉内凝结的“渣壳”层，部分地由于不同的熔融材料和固体的密度差异，在冷却时破裂形成裂缝时，砖块的完整性变得脆弱。在渣壳层冷却时已经开裂和炉内迅速再加热的情况下，炉出现“走漏”的可以性将会增大。“走漏”时熔融材料将通过渣壳泄漏，然后通过耐火层间隙，并最终流到炉外。

炉内净空的上部，冶金炉通常有某种形式的炉盖。炉盖可以部分地由炉本身支撑，也可全部或部分地由外部支撑装置支撑(例如，容纳该炉的结构或建筑物)。在使用中，烟雾和灰尘会沉积在炉盖的下表面，这些沉积物可以有10至20厘米的厚度。在炉盖下面的温度可在使用中达到约1200到1600摄氏度。

炉盖可以用可浇注材料做成，可浇注材料既不导电也不导热。在一些例子中，炉盖可以具有的高铝浇注料，最大厚度可达10到20厘米，用钢锚结构悬挂且固定到水冷钢板上。炉盖的目的是提供对周围环境的热绝缘和/或提供一个屏障，以防止有毒气体，包括一氧化碳，逸出到周围环境中，有助于给工作人员创建安全的环境。

冶金电炉通常具有一个或多个电极悬挂在炉上方。由电极产生的高温，会加热炉盖周遭区域。此外，电极中流通的高电压使在炉盖附近工作的工作人员，有造成面临触电致死的风险。

可提供一个冷却系统，以水喷雾或以水膜降落的方式，将水洒在炉的外表面。但是过量的水可以造成安全风险，特别是在熔融金属从炉泄漏的情况下，例如，由于炉的完整性失效(通常被称作“走漏”)。

现在参考附图，其中：图1是按照本发明实施的示例性的冶金炉10的一个横截面图或一个顶视图。图中所绘制的炉10横截面是圆形。所表示的部分是炉的净空。净空是炉10“渣线”以上的部分，通常操作过程中不会有熔融态的或固态的金属或熔渣在该部分炉内。炉10此部分空间中的耐火砖20可以与来自炉10的烟尘或灰尘物质直接接触，或与热炉气直接接触。图1A表示了一个横截面，部分地绘制了一个外壳40下部和在图1所示示例性的冶金炉的相关部件的下部。炉10是由一个外部套筒520包围，并且由数根结构柱70支撑。其结构柱可以是背撑钢柱。对于外部套筒520，下文有进一步的描述。

现在同时参考图1至图4A所示。参照图2，绘制的炉10由以下构成：径向包围炉腔30的耐火层20和径向包围耐火层20的外壳40。在炉腔30的下面，砖砌炉缸45可以由四层砖构成，砖材可以为方镁石砖(例如，内层一层或多层)和石墨砖(例如，外层一层或多层)。膨胀纸或石墨毡层(未画出)可以放置在这些砖之间。一个钢铁结构，其形状为一个球体的一部分截段，也是所述外壳40的一部分，绘于图的底部，支撑砖砌炉缸45。砖砌炉缸45盛装金属熔融物、炉渣或是在炉10中被加热或将被加热的其它材料。

在图2例子中所示的炉10由外套筒520、支撑炉10的若干结构柱70和覆盖炉10的炉盖200构成。炉盖上有开孔，有穿过其中的多个电极400，从炉盖中突出。外套筒520将在下文进一步讨论。示例性炉盖200将参照图6和6A有更详细地描述。在图2示例中，电极400由非导电密封片415和410沿径向包围，这将在图7至图9中有更具体地描述。仍参照图2，其中描绘的换气装置500，将炉10周边的夹层中的热空气抽除。参照图4和图4A，室温或冷空气将通过进气孔510，进入的外套筒520的空气夹层中，以取代已抽除的热空气。根据本发明的某些优选实施方案，冷却液喷洒装置540可用于喷洒冷却液细雾，例如水，到炉10的外钢壳40，从而冷却炉10。在图4A例子中，冷却液喷洒装置540由水雾喷嘴545的阵列组成。其它配置可在不影响最终效果的情况下使用(例如，沿着柱子70有一个或多个喷雾器)。可将冷却液喷洒装置540设置成喷洒固定体积或不定体积的水。可以将冷却液喷洒装置540设置来监控外部套筒520的温度，并根据温度调节喷洒体积和/或喷洒时间。冷却液喷洒装置540还可以包括水检测器(未画出)，用于检测到的积水时，发送警报和/或关闭该系统。冷却液喷洒装置540还可以包括一个温度计和一个湿度计(未画出)在外部套筒520周围的一个或多个特定的位置(未画出)，监测的空气温度和湿度，并据此调节喷洒量和时间。在优选的实施方案中，在使用期间，在外套筒520内测量到的壳40表面及其周围空气的温度不得超过80℃，空气温度可以比该外壳40表面的温度低，而最大空气湿度在80℃可达100％左右。

在图1、图2和图4的示例中，耐火砖层20的组成为一内层砖22径向包围炉腔30，第二层砖24径向围绕内层砖22，外层砖26再径向地围绕所述第二层砖24。在其它实施例中可以使用的一层，两层，三层或更多层砖。砖层数可以根据炉10内使用时所熔融的材料而变。耐火砖的每一层可以具有不同的厚度，例如在径向上逐层增加厚度，这可以特别适用于预期耐火层20在使用过程中会受到更大压力的情况，或适用于当固化渣壳的的导热系数较低的情况。

在优选的实施方案中，为了方便将“渣壳”锁定到耐火砖层20上，位于方镁石砖层24的受热面(即内侧)的最内砖层22，可由厚度不同的砖组成。在进一步优选方案中，不同厚度的砖可交错叠砌，以形成如在图2，图2A和图4A所示的蜂巢状的耐火层内部。在某些实施例中，可以仅在炉渣区中砖层的内表面使用这样的排列。

使用时，例如在具有像耐火层20这类的新型耐火层的冶金炉启动时，拥有不同厚度的砖的最内砖层22(例如，如图2A所示蜂巢状)的耐火层，可以允许热渣和/或熔融态金属，以及在净空中的粉尘和其他材料，相应地粘附或凝固到耐火层的内表面。虽然耐火层的整体完整性和强度不会受损，但具有最厚砖2200的砖层都最内表面在使用过程中可被化学或机械作用腐蚀或分解。因此，这些最厚的砖2200的最内部分可以被认为是用于“牺牲”的。为了减少这些砖表面可以发生的腐蚀，最初时可以浇注一层浇注料到所有呈交错叠砌或呈蜂窝状的耐火层的内表面上，厚度可以约为50毫米，可以由镁氧化物组成。

在优选实施方案中，内侧砖22和第二层砖24可以由导热材料制成的砖构成，从该炉内所有的熔融金属、熔渣和热炉气中吸热并消散热。其他材料如铬砖耐火材料适于有色金属矿的冶炼。镁-石墨耐火材料适用于黑色金属矿冶炼。以二氧化硅和氧化铝为基础的耐火材料，根据所盛装物料的性质来选择，也适合使用。在进一步优选方案中，这些耐火层可由氧化镁或方镁石材料构成，用于含钛矿(如钛铁矿)冶炼。外层砖26可以由石墨材料构成。使用一个或多个具有高热导率的外砖层26可以提供一个优势：例如，在熔融物质从内部耐火层22和24渗漏出来，作为外层砖26可以跟钢外壳40有着相似的温度，它可以有利地使泄漏的物质迅速冷却并固化，防止走漏发生。在这种情况下，外砖层26可以用作为钢壳40的一个等热延伸，同时却又有着更高的对热熔融质的耐受力。

在优选的实施方案中，外砖层26将包括含石墨砖。石墨砖厚度在150到300毫米之间，取决于炉10的功率大小。例如，石墨砖的尺寸可呈150毫米×230毫米×100毫米。要使用的砖的物理尺寸可以由其重量决定，要便于运送和使用。举一个例子，石墨砖的第一层使用高100毫米、侧向长150毫米、径向宽230毫米的砖块从底到顶叠砌。这些砖可以在垂直方向上错开叠砌，并直接叠砌在下层砖上，而不夹任何膨胀纸或使用任何形式的水泥。

图3A显示了一个示例性实例中的示例性耐火层20的一个示范性砖4000。为了补偿径向上单个砖层内砖块在垂直方向上膨胀的差异，在一些实施例中，砖4000可以适当地被塑形成如图3A所示的。图3A使用了三个轴(x,y,z)来表示。为方便示例，热源预期作用在表面4020或平面y'-z'上。因此，使用时,砖4000的凹面4020(内表面)受热高于凸面或y-z平面。砖4000的内表面4020的y轴(y')的高度可以小于外表面(y)的高度，以补偿两个面之间膨胀的差异。图3A中，砖4000的侧面4080的轮廓是一个等腰梯形，x等于x'。本领域技术人员将会理解，该面的轮廓也可以是矩形梯形或其他类型的梯形(其中x和x'不相等)，只要y和y'之间有所需的差高。在本实例中，因为每一块砖上的高差是如此之小，所以可以只需对每4至5个砖块的一个组合作出一个合理修正即可。同样地，砖4000的内部面4020(y'-z')的长度可以比外部面(y-z)的预期弧长小。在较小的程度上，若存在垂直方向上的温度梯度，砖4000内表面4020下边(z”)长度可以小于在相同面的上边(z')的长度。

本领域技术人员很容易理解，砖4000的外形不得不将其可堆砌性考虑在内。要确保了砖层22和/或26能从砖4000组装的同时，又要改变砖4000尺寸的高度和长度，可以证实是困难的。在某些实施方案中，多个长宽高中只能选取一个用于调整。另一种解决办法就是保留砖平坦的后段部分4040，从而确保其具有稳定的可堆砌性，而前段部分4060则根据热分布和不同的膨胀程度塑造成如上面所列举的形状。还有另一种解决方案是让不同外形的砖分布在砖层22，24和/或26，来提供稳定性。例如，不同组态的砖可以铺满整个砖层，但也可以根据砖4000堆砌的位置来变化。不同砖的组态也可仅应用到某些堆叠砖块，而不应用到其他的地方。例如，用在四周正常砖块包围的砖上，或用在对角线上的系列砖上，等等。

举例来说，对于内部高11米的砖墙，使用砖块在常温下高4英寸或101.6毫米，其砖内表面4020将承受温度摄氏800度，外表面温度400摄氏度。对其砖形状的校正需要作到每四层砖约为3毫米(即砖外表面比内面高3毫米)。并且，除顶部八层砖外，垂直方向上每第四层砖作如此校正。技术人员将容易领会对径向单层砖上，作合适的校正，来补偿在垂直方向上不均匀的热膨胀。

内砖层22和第二砖层24可以采用与外砖层26相同的方式叠砌。在这些实例中，三个层22，24和26在垂直方向是彼此独立的。

在优选实施方案中，耐火层20的砖经过塑形，使得耐火层20的每一层在摆置后形成一系列圆形层，一层围着一层。砖的两个侧端削掉一定角度，其前沿和后沿也切成合适形状，使得当有足够数量的砖块相邻放置，侧端接着侧端时，形成一个圆。该圆因而能对抗任何水平的压力。

在图1和2所示炉10中，耐火层20安装在外壳40里。外壳40形状可以为圆柱形，并且可以由钢制成。技术人员知道其它金属或材料也适用作为外壳40的材料。在所画示例中，外壳40被划分成几个分段42，由垂直切口44或相邻分段42之间的间隙划分。在图1所示的实施例中，外壳40被划分成八个段落42。一般情况下，增加壳分段42的数量，将增大膨胀和收缩的过程中施加在耐火层20上压力的分布均匀性。较多的壳分段42数量，适用于整体炉尺寸相对较大的情况，而较少的分段则可以适合相对较小的熔炉。在优选的实施方案中，在所述外壳板每个分段的底端，都焊接上钢的或与外壳有相同材质的圆环板，作为一个轮缘46。轮缘46上可打孔，将外壳用螺丝栓在下部的炉缸47的轮缘上，如图4A中所示。在本示例中，每个外壳段落42之间可以需要有60到70毫米的间隙。在图1A所示的例子中，每个外壳段落42的两侧，都焊上一条带作为轮缘43。轮缘上打有孔眼，均为使用长螺丝41，将一个外壳段落栓到相邻段落的轮缘上。螺丝固定后，使得在段落间有60-70毫米间隙存在。螺丝41的数目可以作相应地调整，以承受操作过程中在炉10内的铁水静压力，用以锁定外壳42的最大膨胀位置。为了避免炉气体通过该间隙泄漏，可将一些是钢或其他材料作成的细条带，放置在外砖层26后面，抵住外壳段落42，盖住该间隙。条带的宽度可以比间隙稍大，在两个相邻外壳段落42间成为一个密封。在其它实施方案中，轮缘43可加上能松紧的材料做成形成为两个相邻外壳段落间的密封。技术人员将不难理解，其他合适的密封装置可被用作相邻外壳段落42间的防漏气密封，从而在耐火层20膨胀收缩期间，以及对应的相邻外壳分段42移动相互分开时，防止气体泄漏或进入。在优选的实施方案中，壳板的所有分段段落都固定和安装好之后，砖层26、24及22可以紧靠着壳板叠砌起来。当炉10准备完毕开始使用时，固定在底部轮缘46的螺丝可以都拧下，壳板将可以随膨胀和收缩自由地活动。围绕着外壳段落42将横向地设置一个或多个施力部件，施力部件由绑定部件50和拉力构件60组成。

在优选的实施方案中，所述绑定部件50可以是钢索，钢索可以是编织钢索，由众多的钢丝或钢铁线编成。技术人员将不难理解，许多其他形式的绑定部件50的也可以合适。绑定部件50被拉紧，在外壳分段42上施加一个压力，外壳分段42再将此压力传到耐火层20上。

为了减少在正常操作条件下绑定力会超过最大收缩能力的可能性，锁紧部件41，其可以是螺钉，可以固定该外壳段落42的位置。当外壳段落42膨胀到锁定位置时，进一步的扩张将使绑定部件受损，内部的铁水静压力可以由锁定的外壳段落42支撑，而不靠拉力部件也不靠绑定部件。

在优选的实施方案中，绑定部件50由安装在绑定部件50上的拉力部件60维持在收紧状态。在某些优选的实施方案中，拉力部件60是重型弹簧。

在一些实施方案中，所述施力部件包括多个施压部件，设置在分段式外壳40的外表面，每个施压部件均朝外表面施压，从而对外壳产生压力。这些施压部件可以是弹簧，直接压在钢壳段落外表面，或者可以是压缩片，直接压着外表面，或可侧压在外表面上，例如，使用弹簧(图中未示)。在一些实施例中，施压部件可以被调节，增加或减少施加在分段式外壳40上的压力。在一些实施例中，施压部件可以由在冶金炉10之外的支撑结构来支撑，例如使用冶金炉10周围的彼此横向相连的背撑钢柱70。技术人员在考虑到如炉10大小规格和预期压力等，将容易地为施压部件的支撑结构，确定适当的数目、形式以及构型。

在图1和2中所绘的实施例中，绑定部件50由多个立柱70所支撑。在所绘的实施例中，立柱70是四根背撑支柱，径向均匀分布，每隔90度角放置一根，围绕着外壳40。技术人员将不难理解，在不偏离本发明的教导下，可以使用或多或少的支柱70。应用时若拉力部件60提供的最大拉力能力不够大，则可以需要使用多个绑定部件50和拉力部件60，并且可以调整立柱70和拉力部件60的数量，来满足对总绑定力的需求，特别是炉10下部金属区域的需求。参照图4，在本发明的优选实施例中，四对钢索充当绑定部件50，沿着炉10的高度定位，每一对钢索的定位，使得这一对绑定部件50的两个拉力部件60，彼此正对在直径的两端。使用多对钢缆，也是个选项，目的在于减少绑定系统故障的可能性。同样，一对钢缆中的两根同时出现故障的概率是很低的。此外，一旦适当地确定了绑定系统的尺寸大小，使用多条钢缆提供了一个使得绑定系统便于维护的示例性的优势。因为一个部件发生故障时，其他部件可以有足够的强度，来独立地发挥作用。因此，如果一个拉力部件60或绑定部件50需要更换或维修，可以在不拆卸别的部件的情况下，拆卸需更换或维修的拉力部件60或绑定部件50，因此总的来说，维护将不影响水平绑定系统的工作。此外，有了上述的锁定系统，绑定部件50和拉力部件60的维护可变得更加容易。

参考图1和图2，在优选的实施方案中，绑定部件由钢索50作为例子，由定位部件52支撑并定位，定位部件可以由轮子构件安装到背撑立柱70组成。这些定位部件52允许在钢索50与外壳段落42之间作可预期的相对运动。

在某些优选的实施方案中，使用一个机程或装置来测量拉力部件60上的拉力，可以有利于监控和维持的绑定部件50上的目标拉力。在优选的实施方案中，该装置可以是一个测量弹簧拉伸的刻度计，弹簧伸长量乘以该拉力部件60的弹簧系数等于部件上的拉力。拉力的调节可通过使用长度调整装置90，所用例子为螺丝扣，来调节长度，从而调节绑定部件50的拉力。绑定部件50拉紧的结果就是产生一个压力作用于外壳40，并且也产生一个压力作用于耐火层20。拉得更紧将导致更大的压力作用于耐火层20。在优选的实施方案中，与为维持容装熔融物质或将要加热的物料，在炉10的下部的稳定所需的压力即弹簧拉力相比，适于维持净空周围耐火层20径向稳定所需的压力和拉力要相对较低。当铁水静压力在含有熔融金属的熔炉的下部增加时，若绑定力不随着压力增加，外壳段落42的下部可以向外突出而引起整个段落的倾斜。因此可以放置一个水平仪在底部轮缘，确定轮缘是否处于或接近水平。再通过缩短的绑定部件50的长度来增加下部拉力，进而束紧外壳段落42，以保持所述轮缘处于一个大致水平的位置。

在炉使用中，耐火层20受热并形成一个温度梯度，其内表面上约1000摄氏度，到其外表面减小到大约80摄氏度。受热时耐火层20朝各个方向膨胀。在优选的实施方案中，内层22和第二层24方镁石砖块层可以吸收和扩消散热，将膨胀到每一块砖的温度下对应的膨胀尺寸。例如，接近或与熔融金属、炉渣直接接触的砖块，或者在炉腔内与热炉气直接接触的砖块，跟不与熔融金属或炉渣或加热炉气体直接接触的相比较，会更热，因此也膨胀的更厉害。但应注意的是，在使用中，在内砖层22下部的一些砖块可以会包裹上一层“凝固”的熔渣或金属或固体“渣壳”，其熔点可达1000摄氏度到1600摄氏度之间。通过保持耐火层20在一定目标温度范围内，渣壳会一直呈固态并且可以作为炉10的一个内衬，可以为炉10提供额外的稳定性，并且可以起到防止熔融金属或炉渣泄漏到耐火层20砖体里的作用。以典型钛铁矿冶金炉为例，炉渣含有超过80％的TiO2其液相凝固温度约为1640℃，当熔融炉渣接触到800至1000℃的耐火层20时将会凝固。凝固炉渣作为一个“壳”阻止了熔渣对耐火层20的进一步攻击。根据经验，现在不可能找出一个可以抵抗熔融高氧化钛炉渣腐蚀的已知氧化物材料，除非是难熔金属，如钼、钽和铂。冶炼钛铁矿的一个重要方面，就是要控制并维持这种凝固渣壳厚度在约300毫米，作为一个安全目标。

在本发明优选实施方案中，耐火层20最初装有膨胀纸(未示出)，厚度约为0.4毫米，置于同一径向的砖层的两个砖之间。所用的纸张厚度的计算，是根据补偿所预期的砖膨胀的需要来进行的。因此，炉10的总直径，包括膨胀纸在内，要接近炉10预期的膨胀形态时的总直径。一旦在使用时受热，膨胀纸就会燃烧，留下空间给耐火砖层20来膨胀，填补该空间。在优选的实施方案中，在由石墨砖构成的外砖层26中，可以使用石墨毡代替膨胀纸。

在第一次使用时，耐火层20砖块横向膨胀时(该膨胀形式在文中也可以被称为“水平”或“径向”膨胀)，由于上文所论及的膨胀纸燃烧，耐火层20的总直径应该保留在一个大致恒定的膨胀或加热构型时的直径。但在炉10冷却时，耐火层20将冷却收缩，并且耐火层20将收缩至收缩构型，直径缩小。

在优选实施例中，钢外壳40将首先具有与耐火层20的收缩构型相一致的直径，该直径称为第一直径。钢壳40可以大致做成圆柱形外壳，大小为第一直径，然后用一系列纵切，形成具有纵切口44的至少三个一套或至少八个一套的外壳段落42。

当耐火层20，包括膨胀纸在内，如上述安装好时，耐火层20可以具有相应于膨胀构形时的直径。如上面所讨论的，钢壳40可由一套弧形壳分段42组成，它们组装起来将形成具有相应于耐火层20的收缩构形时直径的圆柱体。因此，当钢制外壳段落42围绕已装好的耐火层20组装时，在相邻的壳段落42间可以有间隙或空位。

当炉10是冷的时候，如在维护期间或不使用期间，组成耐火层20的砖块是冷的呈收缩状态。同时施加在钢壳40上的压力会将外壳段落42大体压向炉10的中纵轴线，而当整个炉冷却至室温时，相邻段段落42之间的间隙或空位将减少或消失。在优选的实施方案中，压缩力会同样将在收缩中的砖压向炉10中心，从而减小砖块间的间隙或空位的形成。当耐火层20进入收缩形态时，绑定部件50的紧张状态将降低或放松。当超出其自动调节的范围时，用长度调整装置90，可以是个螺丝扣，来缩短绑定部件50的长度，以保持相同的绑定力，从而容许耐火层20的砖块最终再受热时，能朝着彼此膨胀。当超出其自动调节的范围时，藉着调整绑定部件50的长度，来应付相应的膨胀。

当炉10再次加热时，耐火层20将升温，膨胀到膨胀构形，具有相对更大的直径。随着耐火层20膨胀，外壳40相邻的段落42之间，会出现空位或间隙，而为补偿外壳40的膨胀，拉力部件60(例如弹簧)被拉开并扩大，随之绑定部件50(例如钢索)会发生移动。膨胀时，钢缆相对于壳段落42的移动可以导致定位部件52的滚动。定位部件52通过滚动来允许所述运动，同时降低对可用螺丝扣90增长的绑定部件50的摩擦损伤。

在优选实施方案中，耐火层20和外壳40压着炉缸耐火层45的砖层48和49。在这些实施方案中，膨胀纸在安装炉过程中可置于砖层48和49之间，在便使用炉之前，在砖层48和49之间预留空间。

炉的升温和冷却和由此产生的耐火层20的膨胀和收缩的过程，可以重复形成许多周期。过程中绑定部件50保持紧张并施加压缩力，从而减小在周期间形成的间隙，并增加冷热循环时耐火层20砖块的稳定性。此外，在砖块之间可以预留空间，例如通过使用膨胀纸的方式，以减少在炉启动时由于初始膨胀产生的热应力。

特别参照图2和图3，根据本发明的一些示例的实施，优选的冶金炉10包括一种机制，用于补偿耐火层20在受热和冷却的过程中，产生的垂直膨胀和收缩。

如图3中，在优选的实施方案中，多个覆盖部件104，每一个都具有不同的直径，对应于耐火层砖层22、24和26，放置在耐火层20之上。按照本发明所造的炉可以呈正方形、矩形、六角形、八角形或其他横截面呈直线段的形状。在这些例子中，覆盖部件104做成适当的形状(正方形，矩形，或其他形状)，而对于炉横截面是圆形的，覆盖部件104可以是圆形。在优选的实施方案中，每一个覆盖部件104具有的外径和内径与对应的砖层的大致相同。在其他实施例中，例如，外径小于相应砖层的覆盖部件104，和/或内径也小于相应砖层的,也可以使用。在优选的实施方案中，覆盖部件104由一件一体连续的圆形部件构成，但是技术人员将容易理解，覆盖部件104也可以由多个独立的部分或分开的环构成。在覆盖部件104与耐火层20之间，可放置一层薄薄的弹性材料，如特氟龙(未示出)作为密封，来防止任何漏过耐火层的气体。类似材料也可置于耐火层22和24之间、耐火层24和26之间，于顶砖之上，以提高密封性。

在优选实施方案中，有多个施压部件100布置在每个覆盖部件104的圆周上。在进一步的实施方案中，不需要覆盖部件104，施压部件100直接与耐火层上表面接触。在其它实施方案中，覆盖部件104可由多个段落构成，或多个单独的板可以放置在单个砖或砖列之上。在更进一步实施方案中，可布置一个单一的覆盖部件或其他部件在径向多个砖层之上。

施压部件100设计成向耐火层20施加向下的压力或力。在使用中，加热耐火层20时所造成的砖热膨胀将导致耐火层20膨胀至膨胀构型。如上面所讨论的，这将是一种朝各个方向的膨胀，包括垂直方向。因此，耐火层20的每个层22、24、26的整体高度会随炉10的冷热周期及砖的受热和冷却而变化。也正如上文所讨论的，内砖层22将暴露在较高的温度中，因此将比第二层24膨胀得更多，依此类推。所以处于膨胀构型的内砖层22，除非另有预先设定的高度，预期比第二层24或外层26略高。

在优选实施方案中，施压部件100是钢制弹簧，内置在每个覆盖部件104的表面上装有的帽形零件102里。在进一步优选的实施方案中，施压部件100沿径向均匀地围绕每个覆盖件104的圆周分布。

在图3所示的实施例中，施压部件100挂接着一个压力调整器110，后者转而挂接着一个悬挂部件120，悬挂部件120可以是刚性的。在优选的实施方案中，压力调整器110可以是一个长度调节器，而所述刚性悬挂部件120可以是一根钢杆。在进一步优选的实施方案中，所述压力调节器110和刚性悬挂部件120可以从一个单一的钢杆制作，钢杆切开再使用螺纹连接接上，使得所述刚性悬挂部件120的和压力调整器110的组合长度可以被调整。通过调整刚性悬挂部件120和压力调整器110的组合长度，作用于耐火层20向下的力也得以调整并且因此而可被维持在一个目标水平上。

使用时，耐火层20受热和冷却，因而纵向膨胀和收缩时，施压部件100作为补偿而收缩和膨胀，总是朝下压着耐火层20，为的是增加耐火层20的纵向稳定性。这种方式预期可将垂直砖层间形成的空位和不平整减到最小。特别指出，对于例如纵向上每个层是相互独立的耐火层，层间没有任何水泥或其它粘合料的情况，由该系统所增加的纵向稳定性可以提高所述结构的整体稳定性，并且可以增加炉10的寿命。

在图3所示的实施例中，刚性悬挂部件120通过横向滑动部件或者滑轮部件140活动挂接到水平支撑构件或横梁130。在使用过程中，耐火层20径向横向膨胀或收缩时，刚性悬挂部件120也可以移动一定相应的距离。这样做，施压部件100所施力的方向可以与耐火层20的每一层的重心一致。该做法可以限定或消除耐火层出现可以导致倾侧而崩溃的可能性。在优选的实施方案中，环状部件104，若有的话，将分割成若干个段，以允许耐火层20的整体膨胀和收缩。

在本发明的某些实施方案中，现有的径向对称或“圆形”冶金炉可拿来改装或“改造”。在优选的方法中，将现成炉子的圆柱外钢壳切割成数个如三、八或多于八的外壳段落。

在优选的方法中，一个或多个绑定部件水平地布置在切好的钢壳周围。这些绑定部件被拉紧装上，通过载有的拉力部件保持紧缩，拉力部件可以是重型弹簧。在优选的实施方案中，绑定部件是钢索，并且布置在分段式外壳上，沿其高度方向呈一对或多对分布。拉紧状态下的绑定部件则向改造炉的切开外壳内里的耐火层上，施加一个压缩或向内的力。

在加热和冷却时，改造炉的耐火层会膨胀和收缩，钢制外壳段落将随所述耐火层的膨胀和收缩，作向内和向外移动，由绑定部件通过拉力部件的拉长和收缩，来使其保持在适当位置。通过载上长度调整器和拉力测量器到绑定部件，即可以保持、调整和/或监测绑定部件上的张力。

改装或改进现有的炉子的优选方法还包括一个步骤更换耐火层。更换后的耐火层可以由一个内砖层、第二砖层、和外砖层构成，各层的横截面呈径向对称。内层和第二层采用消散热耐火材料如方镁石，贴着外壳的外层则采用具有高热导率的材料，如石墨。在优选的实施方案中，砖块在纵向将交错叠砌，纵向的砖层将彼此相互独立。

在优选的方法中，在炉启动前，可以将轮缘，例如用焊接，接到一个或者多个弧形外壳段落的底端。可以用螺栓将壳分段固定在底部炉缸的轮缘上。在砖层装砌完成后，螺栓从改造炉上卸下，以允许外壳段落作相对于耐火层的移动。

在优选的实施方案中，可以将膨胀纸置于径向砖块之间，来形成一个近似于处于膨胀构型的耐火层的直径。一旦炉使用加热，这些纸将会燃烧，而持续膨胀的砖块将填补由此产生的空位。

在又进一步优选的实施方案中，改造或改进现有径向对称炉，或横截面呈方形或矩形炉的方法，包括了安装纵向压缩系统，用于提高耐火层的纵向稳定性的步骤。纵向压缩系统的安装可包括在耐火层上设置一个或多个施压部件，向耐火层施加向下压力。优选的方法可包括在耐火层径向各砖层上的覆盖部件或其他部件上设置施压部件。若采用覆盖部件，可在纵向砖层的两个、三个或更多个层中的每层各使用一个覆盖部件。施压部件可以挂接或焊接在覆盖部件或其他部件的表面上，并且可以内置于一个帽状零件里。刚性悬挂部件，它可以是钢杆，可以挂接在施压部件之上，施压部件可以是弹簧。在优选的实施方案中，刚性悬挂部件随后将以可移动或可滑动的形式挂接至水平支撑构件，水平支撑构件可以是钢梁。通过活动连接，刚性悬挂部件可以在膨胀位(热)和收缩位(冷)之间水平前后移动，来补偿耐火层径向的膨胀和收缩。

参照图5，本发明的优选实施例包括一个炉盖200。使用时，炉盖200的下表面，如图1所示，朝向炉腔30，将会包上一层炉10产生的粉尘和其他物质。该层的厚度可能在10至20厘米之间，这取决于各种因素，包括炉10内从熔渣表面和电弧所辐射的热通量。熔融物质的温度可以从约1500到2200摄氏度不等，而炉盖200下表面的温度可以从约1200摄氏度到1600摄氏度。因此，具有低导热性和低导电性的炉盖200，适合用于与本发明相关的炉10。而一个能改装成外表面温度维持在20到40摄氏度的炉盖200，更特别合适。由低传导能力材料做成的相对厚实的炉盖200，可合适地用于表面温度的降低。

如图所示，根据本发明实施的一个示例，炉盖200可以由多个板块210组成，板块210被塑形使得装配在一起时呈炉盖200的形状。在图5所示的实施例中，除最中心板块212以外，其他板块均呈弧形，板块210相邻连接成一系列的环，而中心块212则为圆形。技术人员将会理解，在不偏离本发明所教导的情况下，有许多其它可能的构造可供使用。

如图6和图6A所示，每个板块210可以是一个开口的钢帽215做成，使用非磁性金属制成，例如铜，以防止感应电流的产生。技术人员将会理解，铜有着符合预期用途的高热导率，但也可以根据本发明宗旨使用的其它材料。在所描绘的实施例中，一个框架220，其由螺纹钢制成，支撑钢帽215和网格结构230，网格结构230可以是一个钢铁网格结构。在特别优选的实施方案中，该钢网格结构230可用耐高温钢丝制成。

在优选实施方案中，钢帽215使用非导电浇注料240填充，浇注料240具有低热传导性，如高氧化铝(Al2O3)浇注料。一般来说，较厚的非导电且机械强度高的材料层将提供更好的电热绝缘。不易发生化学反应且不溶于水的浇注料，例如高铝浇注料，在使用过程中退化的速度较慢，具有更长的寿命，并且特别适用于本发明炉10的炉盖200使用。一般说来炉盖200使用具有相对更厚的可铸料层240乃为首选。在优选实施方案中，如图6所示，该浇注料层240可以超出钢帽215的深度10厘米、15厘米或更多，使其总厚度达到50厘米、60厘米或更厚。在所示的首选实施例中，框架220和网格结构230一起支撑浇注料层240的所增加的质量。在使用中，一层烟灰特殊物，或可称作“废壳”的，可以积聚在炉盖200下面，提供额外的热绝缘。

在图5所示的实施例中，各个炉盖板块210在纵向由多个支撑构件235支撑，支撑构件235则焊接在框架220上，并延伸穿过钢帽215上适当大小的开口250。在所示的实施例中，每个板块210可用四个支撑部件235支撑，每个支撑部件经过一个适合的孔250伸出。

在优选的实施方案中，相邻板块210之间的任何间隙用合适的焦油、水泥、或类似功能的材料密封。同样，在进一步优选的实施方案中，支撑构件235和钢帽215之间的空隙，也就是开口250内的空隙，用类似的方式密封。

在优选实施方案中，炉盖200构造成适于支撑和保留一层冷却液，如水。在这些优选的实施方案中，炉盖200的上表面形状做成使冷却液倒入或喷洒到炉盖200上，会流向炉盖200的外边缘。在这些优选的实施方案中，如在图3中所示，一个槽260可绕炉盖200的径向外边缘，或者经过任意一点绕着炉盖200做成。槽260的外壁275可比槽内壁270更高，使得一个保留在炉盖200之上达到预定厚度的冷却液层可以形成，它用于吸收从炉10所散之热。在优选的实施方案中，本发明的槽260可以包括带有延伸堰的内壁270和/或传感器，以监测和/或控制冷却液的高度。在进一步优选的实施方案中，冷却液可以用液体置换装置如一个水池泵从槽260抽出，并可以连续用室温或冷冻冷却液来替换。这个置换的过程是连续不停的，使得冷却液层不停地更新和冷却，同时层高被保持在预定高度或预定范围内，层高可以对应于炉内压力来变动，炉在使用时炉内压力通常在5毫米和10毫米水柱之间。在优选的实施方案中，该冷却液高度可以介乎于20毫米到50毫米之间。

在特别优选的实施方案中，保留在炉盖200上的冷却液层，其可以是水，可起密封作用，以减少从炉10内部空间气体如一氧化碳的泄漏。在使用过程中，冶金炉会产生一些有毒物质，包括气体。通过保留一个具有预定厚度的冷却液层如水在炉盖200上，可以减低炉10向周遭环境排放的气体量和粉尘量，从而改善工人的安全现况和降低炉10运作对环境的影响。

虽然在图5中未示出在炉盖200上用于进料管的开口，但必要时可以在例如最中心板块212上或是别处，设置一些开口。这些进料管由一个小型非磁性部件包围，例如铜圆筒，该部件可以被焊接到板215上，用以冷却进料管，并防止冷却液随进料管向下流。密封可用在进料管和铜圆筒之间。

在某些优选的实施方案中，可以在槽260外壁275和砖耐火层20之间放置一个密封部件(未示出)来形成密封，进一步提高对炉10内气体的密封程度，密封部件可以是一环形密封件并有一定的柔韧性和弹性。如相邻板块210间的密封损坏，少量冷却液从其间漏入，并且水被用作冷却液，氧化铝浇注料被作为板块210的填充物，就显示出其惰性及不溶于水的示例性优点。此外，由于这些漏入的液体如冷却液，将暴露于相对高的温度之中，可被气化。在炉盖200的完整性被破坏的情况下，蒸汽或冷却液汽化的迹象，可以作为停止炉运行和更换炉盖200故障部分的信号，诸如，板块210故障。

在某些实施方案中，本发明的一个炉盖200可包括一个覆盖层来包围并防止冷却液蒸发到周围环境中。

本发明的炉盖200可以适合与横截面呈径向对称的冶金炉10、或是横截面为正方形或矩形的冶金炉一同使用或安装。

参照图3和图4，示范性炉10可以通过使用换气装置500来冷却，换气装置可以是风扇，用于抽除包裹着炉10的空气夹层505里的空气。在本实施例中所示的，外套筒或封皮520，可以由钢制成，包围着炉10，并含有一个空气夹层505。外套筒520可被划分成若干段落，其数目可以与外壳段落42的数目相对应，与相应的外壳段落一起夹着一定体积，需要进行置换的空气。这些套筒段落可被焊接到相应的壳段落42的轮缘43上。每一个段落都可以设置一个换气装置500。在这些实施例中，外套筒520在炉10因冷热循环而收缩和膨胀时将随着外壳段落42活动。空气夹层505可以由多个独立的段落构成，每个段落夹在壳段落42和外套筒520的段落中间，在炉使用时将被炉10的外壳40的外表面所加热。图中所绘的换气装置500连接着一个空气管道，而空气管道连接着外套筒520上部的一个柔性部位，它将把空气夹层505里的热气抽出。在所绘的实施例中，气体置换将通过由一个或多个风扇产生吸力的方法完成。

当空气夹层505中的空气被抽出，套筒520内可产生负压。在优选实施方案中，空气夹层505和外界之间的压力差足以抽入足量的外围冷空气，来帮助钢壳40冷却，同时可以提供额外的好处，就是将透过凝固渣壳内衬和/或耐火层22、24、26从内炉腔30泄漏的任何有害气体抽走，尽管气体漏出耐火层22、24、26不太可以发生。如图4的示例，在外套桶520上的一个或多个进气孔510，其形状可以是狭槽，可允许环境中室温或冷空气进入空气夹层505，从而取代了排出的热空气和使炉10降温。依照本发明的一些实施，与只采用换气装置或风扇相比，使用外套筒520的方式可以使空气置换的速度得到提升。在某些实施方案中，若有需要，从空气夹层505中抽出的空气可用过滤或以其它方式处理，以去除或中和其中的污染物。

在进一步优选的实施方案中，用于冷却炉10的系统可包括一个或多个喷嘴545，可以是任何合适的喷雾装置，用于在使用过程中喷洒冷却液到炉10的外表面40。在特别优选的实施方案中，冷却液通过一个或多个喷嘴545化成雾状，喷洒至炉10的外表面40，喷嘴545可以在内嵌的热电偶在耐火层20上检测到过热点时作相应地调整。冷却液，可以是水，在炉10的外表面40受热并随即蒸发，有助于壳40的冷却。当该喷洒系统与以上所述换气装置500联合使用时，换气装置500的使用可使空气沿炉10外表面520流动，喷洒的冷却液可以以更高速率蒸发，从而加快了壳体40的冷却。冷却液快速蒸发也可减少炉10下端冷却液的积累，因此可以减少相关的安全隐患，例如由于熔融金属或其他材料从炉10漏出，造成炉走漏，以致接触到任何多余液体而发生爆炸的微小概率事件。

在优选的实施方案中，可以使用检测器(未示出)调节冷却液的喷洒。在使用中，当检测到冷却液积累在空气夹层505的下端表面上时，检测器将减少冷却液的喷洒，和/或与此同时若仍检测到有过热点存在，则增加空气流量。一旦等冷却液分散、蒸发或以其他方式除去，下表面上的冷却液恢复到目标水平量，例如无冷却液，检测器将增加冷却液的喷雾量，来防止任何过热出现。如果没有检测到过热点，则可以不使用液体喷雾。

参照图7和图8，符合本发明示例各方面的优选炉10，包括一个或多个电极400，悬挂通入炉腔30并穿过炉盖200上的开口。炉盖200上的开口可以位于与最中心块212邻近的板块210上。在所示的实施例中，电极400是由一个将其冷却并绝缘的密封系统固定在其位置上。在使用中，本发明炉10中典型的电极400上的电压可以高达1000伏特，电流的变化将基于额定功率和电极尺寸而定。

图7所示的密封系统包括多个围绕电极400的陶瓷质密封绝缘密封片415和对应的径向挤压着密封密封片415和电极400的挤压片410。每个陶瓷密封片415可以做成L形，以便支撑在一个帽型部件460之上，帽型部件460可以用非磁性材料如铜，按图7所绘的制成。挤压片410可以由非磁性材料制成，例如铜。如图8所示，每个挤压片410由多个也许是弹簧的侧压构件420侧压或压在所述陶瓷密封片415和电极400之上。在所描绘的实施例中，每对密封片415和410的形状做成能紧贴着相邻的一对密封片415和410，并且其形状合适地共同组成电极400周围的环形圈。该陶瓷密封片部件415和挤压密封片部件410可以用作电极400的主密封件、电绝缘体和一个缓冲电极400的横向运动的垫子。由侧压部件420施加的力必须加以调整，使得阻止电极400纵向运动的阻力不减小。

在优选实例中，每个侧压部件420由非磁性螺柱430支撑，螺柱可以由铜制成并带有螺纹。螺柱430可被焊接到或以其它方式连接到一个相当厚的非磁性的冷却板475，可以由铜制成。所述侧压部件420的压力可以使用以螺丝方式通过螺柱430的螺钉450来调节。位于挤压片410和螺柱430的上方，可以是非磁性金属做成帽型结构460，可以布置成由螺柱430支撑。如图7所示，在特别优选的实施方案中，铜帽460可拧上所述冷却板475外缘上做的螺纹，以形成帽460和铜冷却板之间的密封。

在某些优选的实施方案中，电极密封件配置成能在使用过程中冷却电极400。如图7所示，一个可以由铜制成的非磁性板475可以作为电极密封的底部。陶瓷密封片415可向下延伸至冷却板475底边，将铜板475完全隔离于电极400。一薄层陶瓷棉材料466可置于415和410之间，可以进一步向下延伸，以填补陶瓷密封片415，板475和可浇注料405之间有可能存在的一些或全部的间隙。板475座落在炉盖铜帽215之上并由其支持，而筒帽215则由悬挂杆235支撑。一层电绝缘材料476可以进一步放置在板475和筒帽215之间。

在优选的实施方案中，铜冷却板475的底面覆盖着一层可以是高氧化铝的浇注料，作为电绝缘体。该绝缘层405可以厚达至少50至100毫米。为了固定该绝缘层405，铜板475的底面可以通过凿10至20毫米深的细槽来粗糙其表面。在优选的实施方案中，相邻的炉盖部件中的导电的网格结构220与的框架230将被至少50至100毫米厚的氧化铝浇注料所覆盖。在使用过程中，万一绝缘层浇注料405剥落失效，而烟尘在电极和铜板475之间可能形成电桥，绝缘层476仍可行使其功能，将铜板475和炉盖215绝缘。

在铜冷却板475内可界定一条渠道480，该渠道引导冷却液流通。在所示的实施例中，渠道480大致呈圆形，但技术人员将理解，其它形状的冷却渠道也可完成相同的功能。在图9所示的实施例中，冷却液，如水，可以通过流入部件482引入到冷却渠道480，然后在冷却渠道480中流动一周，并且通过流出部件484流出冷却渠道480。可以对冷却渠道480中的冷却液加压，以便提高冷却速度。在特别优选的实施方案中，在使用过程中该冷却液会沿着冷却渠道480流动，从而冷却电极400，流出的冷却渠道480，降温冷却，然后再引入到冷却渠道480，这是一个连续不断的过程。

如图7所示，在非磁性帽460上可以做一个开口465，用于将压缩氮气(N2)，或者其它任何合适的气体，如氩气，充入到密封件中，来填补整个密封腔中陶瓷密封片415和挤压片410间任何可以存在的间隙。

所述的陶瓷密封片415可进一步向上延伸，以L字形顶部盖住非磁性帽460。耐超高温填充材料467可以与密封片415一起塞到电极400周围的空间里，可起到维持合理气压、限制气体进入炉内和限制气体泄漏进入周围大气的作用。这个密封腔可包括一个非磁性环462焊接在帽结构460之上。环462的上部作有螺纹用于拧紧螺帽464。该螺帽与电极400之间有一个大间隙。在优选的实施方案中，陶瓷垫圈468作为电绝缘体放置在非磁性螺帽464的下方，使得压力在填充材料467上均匀分布，填充材料可以充当缓冲垫和密封。一般来说，本发明的电极密封将以这样一种方式构造，以提供在所有金属和电极400之间的电绝缘。另外，在优选的实施方案中，所有支撑电极密封的材料可以由非磁性金属或合金构成，以减少感应电流产生。铜因其高导热性是推荐的材料，来制作包括410，460，462和462在内的部件，这些部件可以与铜冷却板475接触，并在使用过程中可以因此而冷却。

根据本发明一个实施例用于的钛铁矿的冶金炉中，关于砖块和钢外壳安排的附加实例如下：一个具有5至6万千瓦操作功率的冶金炉，从拱座到净空的耐火层由2层方镁石砖(较薄的厚228.6毫米砖和相对较厚的厚406.4毫米的砖)和1层石墨砖(228.6毫米厚)组成，由钢壳围着。砖层蜂窝状的内表面，连同因交错叠砌厚度不同的砖而产生的空腔，都用一层(50.8毫米)MgO浇注料覆盖，用作启动时的牺牲材料。然而对于处在铁水区域砖的中空腔，是否填充浇注料可作为一种选项。钢壳内径在正常炉操作情况下(热条件下)是13,379毫米。当炉内完全冷却时，它预计将收缩至13,208毫米，反映了耐火层径向85毫米的收缩。假定外壳是用8个弧形钢壳体板构成，并且使用膨胀纸置于径向砖层之间以近似膨胀构型，炉启动前各板之间的间隙估计约为67毫米。对于方镁石砖层的最内层，其内宽度为101.6毫米(最热方)，每两个砖需要7张厚0.4mm的膨胀纸。在方镁石砖层的外层，则每砖需要两张膨胀纸。对于石墨砖，建议使用石墨毡作为垫子。假定在新安装时，常规运作状态下的石墨毡可以受压减少其厚度的20％，而在收缩至完全冷却时，它因受压而减少其厚度的70％。因此，据估计，每两个石墨砖需要1张不受任何压缩时为8毫米厚的石墨毡。在热条件下，其厚度为6.4毫米，在承受最大压缩时其厚度变成2.4毫米。

在该附加例子中，也可以使用膨胀纸于炉缸耐火层。据估计，最内层每个砖块周围可以需要放置5张膨胀纸。在该层之下、下一层(第二层)之上可以需要6张膨胀纸。对于耐火层的下一层(第二层)，每3砖作为一个板块可以需要8张膨胀，而在该层和下一层(第三层)之间可以放置两张膨胀纸。耐火层的第三层和石墨砖之间可以不用膨胀纸。在该耐火层顶层，厚50.8毫米的MgO浇注料做成的一个牺牲层，再一次浇铸在该层顶部表面上。

在该附加例子中，在使用时鉴于耐火层在膨胀和收缩期间会活动，炉启动前在每个弧形垂直壳板的两端各焊接上一个轮缘。相邻的分段段落可以用螺丝栓上固定到底部炉缸的轮缘上，和固定到顶部钢地板上。炉缸上的砖砌好以后，可以安装壳体板，使用螺钉、螺栓或者其它合适的固定方式，如连接到轮缘46上来锁定体板。然后紧贴着外壳分段叠砌砖层26，其余的层24、22接着砖层26叠砌，形成耐火层。在砖铺设完成和围绕壳板的弹簧安装完成后，所述固定装置随后可以卸去，从而让钢板段落可随炉膨胀或收缩自由地活动。据估计，在操作过程中内层砖的最热面的温度约为800至900摄氏度，而同一个砖块较冷的一侧约为400摄氏度。对于总高11米的炉，较热一侧将膨胀增高152mm而作为对比的较冷一侧则膨胀增高约84毫米。因此，可以校正砖的高度，以容许这种不均匀的膨胀，否则顶部砖块可能倾斜，并且砖上承受的弹簧压力将会不均匀。例如，对于设计高为4英寸或101.6毫米的砖，每第四层砖，砖较热一侧可修短2.5毫米，每到68毫米，就需要校正。砖的总层数是108，可以不对顶部8层砖进行修正。对于靠近外壳下一砖层，可以做类似校正，但只对每第五层砖作3毫米修正。对石墨砖可以不做校正，因为其温度低且线性膨胀系数几乎为零。在边墙砖层的顶部，可铺设一层特氟龙TM，随后铺设钢板在其顶部，用于直接啮合可以是弹簧的垂直压缩部件。

对本发明的描述其目的在于举例说明，而不在于将本发明仅限于所公开的实施案例。对本实施例进行的许多修改和变更，对于那些本技术领域中的一般技术人员来说是将是显而易见的。选用本实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，并使其他本技术领域的一般技术人员能够理解本发明，通过各种修改以实现不同的实施例，使其可以适用于其它想象的用途。

Claims (56)

1.一个冶金炉，其特征在于其组成为：

一个耐火层，包围形成一个炉腔，用于在炉加热时热消散；

一个弧形分段外壳，包围着耐火层；并且

一个施力部件，至少包括两条缆索，围着分段外壳外表面，在竖直方向上按照一定的间距来布置，该部件会将这个分段外壳,在炉冷却，耐火层收缩时向炉腔方向收紧，其中：

所述施力部件由至少一个支撑构件支撑，所述施力部件的缆索中的至少一条挂接着一个拉力元件，借以调整缆索的长度，从而调整拉力元件上的紧张力和缆索所施加的力。

2.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述施力部件允许耐火层在炉腔加热时膨胀并且在炉腔降温时耐火层收缩时对耐火层施加压缩力。

3.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于其上的至少两条缆索，包括围绕着分段外壳外表面间隔布置的多对缆索,包括围绕着分段外壳外表面间隔着布置的多对缆索。

4.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述施力部件进一步包括围绕着分段外壳外表面布置的多个施压部件，每个施压部件压在外壳上从而对外壳施加一个压缩力。

5.根据权利要求4所述的冶金炉，其特征在于所述施压部件包括多个弹簧部件。

6.根据权利要求4所述的冶金炉，其特征在于所述施压部件可以进行调节，来对分段外壳施加或大或小的压缩力。

7.根据权利要求4所述的冶金炉，其特征在于所述施压部件被偏置部件所偏置压向分段外壳的外表面。

8.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述每个拉力元件都包括一个弹簧。

9.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述施力部件由多个支撑构件支撑，支撑构件是布置在分段外壳周围的立柱。

10.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述施力部件与至少一个定位构件接合，定位构件允许分段外壳作相对于所述施力部件的移动。

11.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述施力部件与至少一个定位构件接合，定位构件允许分段外壳作相对于所述施力部件的移动，定位元件是通过轴心连接在支撑元件上的轮轱元件。

12.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述冶金炉进一步包括至少一个力量调节构件，与至少两条缆索之一连接，用于调节施力部件所施加的力。

13.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于进一步包括至少一个连接于拉力元件的测力配件，用于测量拉力元件上的紧张力，从而测量施力部件所施加的力。

14.根据权利要求13所述的冶金炉，其特征在于所述测力配件是一个测力计，用于测量弹簧拉力。

15.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述耐火层的纵向上至少有一点，经过该点的耐火层横切面呈径向对称。

16.根据权利要求15所述的冶金炉，其特征在于所述耐火层的纵向上至少有一点，经过该点的耐火层横切面呈大致圆形。

17.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述分段外壳在炉腔冷却时形状大致呈收缩形态的圆柱形，并且在其上的分段外壳的水平相邻壳段落之间，在炉腔加热和炉呈膨胀形态时，将出现至少一条间隙。

18.根据权利要求17所述的冶金炉，其特征在于进一步包括一个或多个密封元件，用于密封分段外壳的水平相邻壳段落之间，在炉腔加热和炉呈膨胀形态时出现的至少一条间隙。

19.根据权利要求18所述的冶金炉，其特征在于所述的一个或多个密封元件，是置于耐火层和外壳之间的条带，放置在能封住分段外壳的水平相邻壳段落之间，在炉腔加热和炉呈膨胀形态时出现的至少一条间隙的位置。

20.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述耐火层包含一最内层导热砖层，布置围绕着炉腔，用于吸热和热消散。

21.根据权利要求20所述的冶金炉，其特征在于所述耐火层进一步包括至少额外的一层导热砖，布置在最内层导热砖层的外围，用于进一步的吸热和热消散。

22.根据权利要求21所述的冶金炉，其特征在于所述的额外的一层导热砖包括了与最内层导热砖层材质不同的砖块。

23.根据权利要求20所述的冶金炉，其特征在于所述导热砖块中至少有一些是方镁石。

24.根据权利要求20所述的冶金炉，其特征在于所述耐火层进一步包括了最外一层砖，布置在一层或多层导热砖的外围。

25.根据权利要求24所述的冶金炉，其特征在于所述最外一层砖含有石墨料。

26.根据权利要求25所述的冶金炉，其特征在于所述耐火层，在初始加热炉腔前，在最内导热砖层和至少额外的一导热砖层之间，包含至少一层填空材料，如此产生的耐火层直径将大于处于收缩形态时的壳直径，而其中的填空材料采用在炉加热时易燃或者会消散的材料，从而留下空间，作为导热砖膨胀时占用的额外空间。

27.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述分段外壳包括至少三个分段段落。

28.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述分段外壳根据炉的相对大小来按比例包括更多或者更少的分段段落数目。

29.根据权利要求28所述的冶金炉，其特征在于所述分段外壳包括至少八个分段段落。

30.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述分段外壳的每个段落都具有一个能与相邻段落边缘相配合的边缘。

31.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于进一步包括了一个或多个密封元件，置于分段外壳和耐火层中间，每个密封元件用于封住分段外壳的水平相邻壳段落之间，在炉腔加热和炉呈膨胀形态时出现的一条或多条间隙。

32.根据权利要求1所述的冶金炉，其特征在于所述分段外壳进一步包括了一个或多个锁紧部件，作为横向相邻外壳段落间的活动连接，每个锁紧部件因此决定了每对横向相邻的外壳段落之间的最大间隔。

33.一种改装冶金炉的方法，面向具有由耐火层包围而成的炉腔的、耐火层用于炉加热时热消散、有着包围耐火层的一个连续一体弧形外壳的冶金炉，所述方法包括：

将连续一体外壳切割成弧形分段外壳，围着耐火层；并且

在耐火层周围布置一个施力部件，该施力部件至少由两条缆索组成，缆索围着分段外壳外表面，在竖直方向上按照一定的间距来布置，施力部件用于当炉腔冷却耐火层收缩时，将分段外壳压向炉腔，其中：

所述方法还包括将施力部件布置在分段外壳外周的至少一个支撑构件上，以及连接至少一个力量调节构件到至少两条缆索其中一条的上面，用于调整施力部件所施加的力，使用力量调节构件调整施力部件的长度，从而调节拉力元件上的紧张力和缆索施加的力。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于所述施力部件允许耐火墙在炉腔加热时膨胀，并在炉腔冷却耐火层收缩时，向耐火层施加一个压缩力。

35.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括了使用至少一层导热砖包着炉内腔，和使用至少一个外砖层包着内部一个或多个砖层，来更换旧有耐火层。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于所述内部一个或多个砖层包括了方镁石、氧化铝、二氧化硅或铬砖。

37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于所述外砖层含有石墨砖。

38.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括挂接至少一个拉力元件到至少两条缆索之一，使施力部件保持紧绷。

39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于所述的的每个拉力元件均包含了一个弹簧。

40.根据权利要求33所述的方法，其特征在于所述支撑构件是立柱。

41.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括了将施力部件接上至少一个定位元件，定位元件使得分段外壳可以相对于施力部件作相对移动。

42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于所述定位元件是一个轮轱元件，通过中心与立柱连接。

43.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括了将至少一个测力配件连接到拉力元件和测量施力部件所施加的力。

44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于所述力量调节构件用于调整至少两条缆索当中一条或多条的长度，从而调整拉力元件上的张力，而由此调节一条或多条缆索施加的力，而测力配件是一个测力计，用于测量一条多多条缆索施加的力。

45.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括了在耐火层同层导热砖块间放置至少一层填空材料，如此使得耐火层的直径大于处于收缩态的外壳，其中填空材料采用在炉加热时易燃或者会消散的材料从而留下空间，作为导热砖膨胀时占用的额外空间。

46.根据权利要求33所述的方法，其特征在于包括将外壳分割成三个段落。

47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于所述分段外壳包括了根据炉的相对大小，按比例或多或少的分段段落数目。

48.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括了置于分段外壳和耐火层中间的一个或多个密封元件每个密封元件用于封住分段外壳的水平相邻壳段落之间，在炉腔加热和炉呈膨胀形态时出现的一条或多条间隙。

49.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括了活动地连接一对或多对横向相邻的壳段落，通过此方式为每对横向相邻的外壳段落提供了最大间隔。

50.一个用于冶金炉的施力部件，所述冶金炉是具有由耐火层包围而成的炉腔的、耐火层用于炉加热时热消散、有着包围耐火层的一个连续一体外壳的冶金炉，其特征在于所述施力部件的组成为：

一个包围的结构，用于围绕着耐火层外重的分段外壳；和

至少两个拉力元件，沿着分段外壳的竖直方向有间距地布置，在炉腔冷却耐火层收缩时，用于对包围结构施力，来收紧耐火层外周的分段外壳，压向炉腔，

其中，所述施力部件由至少一个支撑构件支撑。

51.根据权利要求50所述的施力部件，其特征在于所述多个拉力元件均是弹簧。

52.根据权利要求50所述的施力部件，其特征在于所述每个拉力元件连于一个初始拉力调节器，用于在初始时调节施力部件所施加的力。

53.根据权利要求52所述的施力部件，其特征在于所述初始拉力元件是用于调节施力部件的长度。

54.根据权利要求50所述的施力部件，其特征在于所述施力部件挂接着一个力量调节构件，用于测量施力部件所施加的力。

55.根据权利要求54所述的施力部件，其特征在于所述力量调节构件是个测力计。

56.一个冶金炉，其特征在于包括了：

一个耐火层，包围着一个炉腔，用于在炉腔加热时热消散，耐火层包括了一内层，该内层厚度便于热消散；和

多个其厚度是为热消散的第一种砖块；和

多个有大于热消散砖厚的、并具有用于牺牲的厚度的第二种砖，所述多个第二种砖向炉腔内突出；

一个施力部件，用于将耐火层外围的一个分段外壳，在炉冷却，耐火层收缩时向炉腔方向收紧，所述施力部件由至少一个支撑构件支撑；

一个包围的结构，用于围绕着耐火层外重的分段外壳；和

至少一个拉力元件，在炉腔冷却耐火层收缩时，用于对包围结构施力，来收紧耐火层外周的分段外壳，压向炉腔；

一个垂直压缩元件，用于对耐火层施加一个压缩力，从而在炉腔冷却耐火层收缩时在垂直方向压着耐火层；

一个用于冶金炉的炉盖，炉盖包括炉盖元件，该元件具有悬挂元件从其外表面穿出，而悬挂元件支撑着该炉盖元件的一个内部网格结构，该内部网格结构支撑着绝缘材料。