CN106461335A - 用于电炉电极的套筒密封件 - Google Patents

Abstract

一种高度柔性密封布置，其被设计成密封高温炉端口、特别是电炉的电极端口。密封件包括环形支承构件，环形支承构件固定到柔性密封构件并且采用夹紧盘簧来均匀地施加所希望的密封压缩量。密封构件的布置和柔性允许密封件自身适应炉电极密封件通常存在的较宽范围的操作和失常条件。在密封件上的摩擦磨损可以显著地减小，因为这种设计固有地允许施加显著更低量的密封压缩，而且密封件能在轴向移动，这能显著地减轻由电极调控造成的磨损。

Description

用于电炉电极的套筒密封件

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年4月28日提交的美国临时专利申请号61/985,026的优先权和权益，该专利申请的内容以引用的方式结合在本文中。

技术领域

本发明的主题涉及电极密封件，其用来密封电炉的电极端口，并且更特定而言，涉及电极密封件，其具有柔性密封配置，柔性密封配置能跟随电极的轴向移动，同时耐受炉的严酷的操作环境。

背景技术

电炉常在金属工业中用于熔化和熔炼操作。典型的电炉提供耐火衬里封壳，其能够耐受高温，其中，由轴向穿过炉顶中的圆形端口的一个或多个圆柱形电极熔化进料，以维持适当深度用于熔化操作。一旦电极与熔池触发电弧，其然后在受控制的范围内轴向地上下移动以调控炉功率输入。升高电极导致更高电阻和因此更低的功率输入和更少的发热，而降低电极则导致更小的电阻并且因此更多的功率输入和更多的发热。在熔化操作期间，电极通常相对于熔池液面在约30cm范围内上下移动，以每天大约5000次。熔池液面也可以在大约50cm范围内上下移动。

在电极电力熔化在炉中的装载材料时，电极顶端由于氧化和腐蚀而逐渐地被消耗。因此，为了维持连续的炉操作，电极被有规律地更新，通常使用下面两种方法之一。一种方式涉及“预焙电极”，“预焙电极”是预制的固态碳段，预制固态碳段可以根据需要螺接到预先存在的柱上。第二种方法涉及使用可消耗的钢壳来原位形成“索德柏格电极”，可消耗的钢壳根据需要常规地焊接在一起并且被填充碳膏，碳膏在炉内熔化并且烘焙。第二种方法允许利用更大电极，根据需要而通常为最大2米的直径。

显著过大的端口通常设置于炉顶中以允许电极柱通过和移动，从而适应充分的设备公差、组合的轴向和侧向移动、电极振动、不规则形状的电极以及适应在操作期间通常附着到电极外部上的积聚物。绕电极的这种较大环形间隙通常导致热、气体和其它炉材料的逸出。

通常对每个电极设置密封组件以限制热气体和炉尘逸出，而气体和炉尘逸出的代价是较高的。而且，密封件在炉内部与外部之间提供热和物理屏障。炉气体通常包含有毒金属烟气，以及剧毒并且可能致命的SO₂和CO。而且，不充分电极密封件会不利地影响炉效率并且会导致难以维持炉气氛以及难以符合环境规范。能通过电极端口流动的高温气体也可能加速电极和电极端口的磨损，并且可能会导致危险并且困难的工作条件。

由于多种原因，维持充分的电极密封被证明是极其困难的任务。电极的连续向上和向下轴向移动导致电极表面持续地刮擦典型的电极密封件，这给维护密封带来严峻的磨损挑战。电极密封件也直接暴露于炉的超高区内的气体以及压力变化，气体通常在高达约1500℃的温度，但是根据具体操作有可能在更高的温度，这导致较大的温差和较大的密封材料限制。由于高电磁力、来自料层的推力和由于机械公差，电极的位置和垂直状态在径向上偏离轴线而移动也是常有的。索德柏格电极特别易于出现形状不规则，这归因于过大或过小的壳，以及常常会导致非圆形电极的壳变形。由于壳部段的焊接而导致额外的复杂性。虽然试图研磨焊接表面使之没有瑕疵，但粗糙的焊接通常损坏电极密封。预焙电极通常更均匀，然而，在相邻电极部段之间的接头常常偏离中心，导致在两个邻接部段之间接口处的台阶部。在正常操作期间，在源自炉内的材料通过炉顶端口插入和抽出时，这些材料通常附着到电极外部。索德柏格电极具有碳膏从壳内泄漏出并且在通过电极密封件之前在外部上硬化的额外风险。这种和其它材料积聚常常永久地损坏电极密封件，因为其重复地经过密封件。

现有技术

在现有技术中存在多种电极密封件设计。然而，本发明者已知的设计中没有能以令人满意的方式应对上述困难的。

已知电极密封件必须在严酷的条件下操作，不能利用许多常规的密封配置，比如依靠包括弹性体材料诸如橡胶或硅酮等的可弹性变形密封元件的那些。这些材料通常限于比炉环境内通常所存在的温度要低得多的温度。而且，这些典型密封配置通常并不允许针对这种具体应用持续地操作所需的变形量。

某些已知的电极密封件并未被设计成提供气密密封，而是设法减小间隙面积(US4,295,001、US 3,835,233和US 3,379,816)或者提供气幕以限制排放(US 3,697,660)。某些其它设计试图通过将柔软耐热材料装填到环形开口内而提供气密密封；然而，这种材料通常由电极的轴向移动而被从环形空间拉出，从而排除了密封件。

更结实的密封设计常常相当复杂，并且可能包括径向压缩的密封元件，径向压缩的密封元件自由地侧向移动，但是在轴向方向上受到约束。在这种装置中，较大压缩力常常施加到电极，以试图使密封元件变形为电极表面的轮廓。这种设计不耐受在电极表面上附着的材料的存在，并且因此常常结合有刮刀以移除任何附着的材料并且防止附着的材料进入到密封件(US4,759,032、US 3,683,095和US 3,601,416)。而且，由于较大压缩力、重复轴向运动和电极不规则的密封表面，这些密封件经历严重磨损并且可能需要频繁维护。

某些已知的电极密封件采用多个伸缩部段来允许主密封压盖随着电极移动，显著减小由于电极调控造成的磨损(US 4,377,289和US 4,306,726)。然而，这种设计常常成本很高，难以检查和维护，并且不能适应电极直径的显著变化。

仍然需要一种电极密封件，这种电极密封件避免使用在严酷炉环境中快速劣化的复杂的机构，并且这种电极密封件是紧凑的、有效的、廉价的并且也允许快速检查和维护。

发明目的

本发明的目的在于解决如下装置的需求，该装置能够在高温、灰尘环境中抵靠高度变化的圆柱形表面维持密封同时允许在表面上特别是附着到表面上的材料上的宏观缺陷通过密封件的而不损害密封件的完整性同时仍在经济上有益并且可以维持在现有环境中。

并存目的还在于占据较小面积、避免使用在严酷炉环境中快速劣化的复杂机构，以及允许快速检查和维护。

发明内容

下文的发明内容意图向读者介绍下文更详细的描述，并不限定或者限制要求保护的主题。

本发明利用由一个或多个折叠编织片材的套环提供的高度柔性的密封件，其允许密封件在径向方向上膨胀和收缩，以及在片材的约束内在侧向和轴向移动。

先前的电极密封件可能快速磨损，这归因于用来使密封元件变形为电极表面轮廓的较大压缩力。本发明关注于密封件的柔性以允许施加更小的压缩力，同时也允许密封件在轴向移动，从而有可能减小由于电极调控而造成的磨损。

在片材套环内的夹紧盘簧以足够的柔性在电极周围提供密封压缩，以允许电极常见的宏观瑕疵和不一致通过。选择套环的径向宽度，使得可实现的轴向移位可以减小或消除在正常电极调控期间造成的过大摩擦磨损。利用夹紧盘簧作为施加压缩的手段的其它密封机构在范围上是有限的，并且通常需要可弹性变形的密封构件；然而，由于高温，弹性体材料并不适合于这种特定应用。本发明的密封件由编织成特定配置的一个或多个织物片材构成，以便在折叠后提高密封件在径向和轴向的柔性。构成这些片材中每一个的个别纤维最初被布置成近似“双直纹”表面，该表面的两个直线经过表面上的每个点。这种布置允许改变密封件的径向宽度而不依靠形成密封件的材料的任何弹性性质。这允许利用能在电炉典型温度操作的基本上无弹性的陶瓷纤维形成高度柔性有效的气密密封件。而且，密封件是开放可见的，允许快速检查，并且简单地连接，使得在电极在仍就位时能被快速替换，二者对于电极密封件都是非常重要的特征。

利用这种布置，由电极调控造成的主要磨损源可以以若干数量级显著减小或者在某些情况下甚至排除，因为密封件能在轴向移动并且吸收电极的大部分循环移动。对于较大的电极移动，密封件能变形的容易性允许施加最小接触压力，这减小了摩擦力和接触面积，这都减小摩擦速率。

先前的发明常常需要使用刮刀来移除附着的材料，而本发明通常能绕着这种材料变形。未对准或者尺寸过小的电极可能是密封失败的另一重要原因，因为许多先前的发明根本上依靠电极的表面来维持其物理配置。当电极表面变得离位太远时，这些先前的密封件可能灾难性地失效，并且部件可能永久地丢失到炉内。本发明能在完全移除电极的情况下维持其物理配置，并且通常能在替换了电极之后继续密封。

由于本发明固有的简易性、牢固性且经济合算，除了炉电极密封件之外，这种密封组件还有许多应用场合。通过显著减小对材料弹性的依赖性，这种设计能提供在较宽环境范围高度适应性的密封并且因此存在广泛的额外应用。

在一方面，提供有一种电极密封组件，其用来密封在电极的外圆柱形表面与电炉炉顶中的端口边缘之间的环形间隙，其中电极下端穿过该端口延伸到炉内，并且电极可以沿着竖直轴线移动穿过所述端口。电极密封组件包括：(a)环形密封构件，其具有支承边缘和可移动边缘，其中支承边缘适于固连到固定表面上，并且可移动边缘是自由的并且被布置成接合电极的外圆柱形表面，密封构件是柔性的并且可移动边缘可以在轴向和径向上移位；以及(b)弹簧构件，其靠近密封构件的可移动边缘定位，弹簧构件偏压密封构件的可移动边缘，使之远离支承边缘。

在另一方面，提供了一种密封组件，其用于密封在可变密封表面与固定表面之间的开口，以用于通常不适合弹性材料的温度。密封组件包括：(a)密封构件，其具有支承边缘和可移动边缘，支承边缘被布置成固连到固定表面，可移动边缘被布置成接合该密封表面，密封构件是柔性的并且允许可移动边缘平行于和垂直于密封表面移位；以及，(b)弹簧构件，其靠近密封构件的可移动边缘定位，弹簧构件偏压密封构件的可移动边缘，使之远离支承边缘。

在另一方面，提供一种环形密封构件，包括：支承边缘和可移动边缘，支承边缘被布置成固连到表面，可移动边缘被布置成接合外部基本上圆柱形表面。密封构件包括至少一个柔性片材，该至少一个柔性片材包括耐热纤维的编织配置，至少一个柔性片材可折叠以便形成超环面套筒。

附图说明

为了更全面地理解要求保护的主题，现将参考附图，在附图中：

图1是密封组件的第一实施例的图示视图，其一部分绕典型索德柏格电极剖开。可见的线条用来示出向下移位的密封构件22，虚线用来示出向上移位的密封构件22；

图2是图1的密封组件的放大部分；

图3是密封外壳组件和密封构件的放大部分；

图4用来构建密封构件22的片材32的双直纹表面的解释性视图；

图5是密封构件22内的一个折叠片材22的图示视图，其中移除了多个纤维，显露出个别纤维的配置；

图6是处于其安装位置的密封构件22的一部分的放大剖视图，示出了支承护环和夹紧盘簧，不存在密封表面；

图7是处于其安装位置的根据第二实施例的密封构件22’的一部分的放大剖视图，示出了支承护环和夹紧盘簧，不存在密封表面；

图8是处于其打开位置的密封构件22的图示视图，显示出搭接的接头，搭接的接头允许安装和维护；

图9是电极移动经过典型电极密封件以及电极移动经过图1的电极密封组件的图表，其中可允许的轴向移动消除了大部分循环磨损；以及

图10是密封件移动和密封件压力如何与密封件磨损相关的图表。

具体实施方式

在下文的描述中，陈述了具体细节以便提供所要求保护的主题的示例。然而，下文描述的实施例预期并不限定或限制所要求保护的主题。本领域技术人员应意识到在所主张的主题的范围内可能的具体实施例的许多变型。

下文所描述的第一实施例涉及一种用来密封在电炉炉顶中的电极端口的密封件，竖直定向的电极延伸穿过这个电极端口。然而，应意识到，下文所描述的密封件可以适用于其中需要抵靠显著变化圆柱形表面密封和其中在密封件与圆柱形表面之间存在相对移动的其它领域中。还应意识到，表面未必是圆柱形的，也并非必需是竖直的。然而，下文所描述的密封件可以用于具有各种形状和/或取向的装置。

图1和图2示出了安装于电炉炉顶12的顶部上、用于金属熔化和/或熔炼操作的电极密封组件10。炉顶由耐火材料、比如耐火砖构成，并且具有电极端口14，电极端口14包括在炉顶12中的圆形开口，电极16的下端穿过电极端口14延伸到炉内部。取决于特定操作，炉超高区(在熔融金属池上方的气体空间)将通常在约300℃至1500℃范围的温度，视具体操作而定。

电极16通常由常规支承结构(未图示)支承于基本上竖直的取向，常规支承结构包括用于在炉内升降电极的装置。如上文所提到的那样，在炉操作期间，电极16可以在约30cm的范围内相对于熔池液面重复地上下移动，每天大约5000次，来调控炉功率输入。熔池液面也可以上下移动，通常在约50cm的范围内，这也需要电极移动。在炉关闭期间，电极16可以完全从炉移除，而电极密封件仍保持在位。

电极16具有外表面18，外表面18为大致圆柱形，并且可以包括如本文所描述的多个缺陷。在电极16是预焙的时，外表面18将包括碳。在电极16是索德柏格电极时，外表面18将包括金属，因为索德柏格电极具有牺牲金属壳体。

端口14的直径大于电极16的外表面18的直径，并且因此在电极16的外表面18与端口14边缘之间存在环形间隙20。密封组件10包括相对较少的部件。部件之一是用来跨密封表面与周围刚性表面之间的开口而形成密封的密封构件22。在本实施例中，密封表面是电极16的外表面18。本实施例的刚性表面包括位于炉顶12上并且固定于炉顶12上的环形密封外壳30。密封外壳30包围电极端口14并且将在下文中进一步描述。

密封构件22具有支承边缘24，支承边缘24被布置成固连到密封外壳30上，并且在本文中有时被称作“固连边缘24”。密封构件还具有可移动边缘26，可移动边缘26被布置成接合密封表面18。在本实施例中，密封构件22是环形的，并且固连边缘24位于可移动边缘26的径向外部。

密封组件10的另一部件是弹簧构件28，弹簧构件28在径向向内方向上偏压密封构件22的可移动边缘26而与电极16的密封表面18成密封接合。

密封构件22是柔性的，以便允许可移动边缘26在向上和向下方向上移位，以及在径向方向上移位。

为了使密封构件22耐受电极端口14的严酷条件，并且免于持续暴露在从炉超高区(即，在炉内在熔池与炉顶之间的空间)上升的热和气体，密封构件22包括耐受在炉超高区中所存在的操作温度的材料。例如，在本实施例中，包括密封构件22的材料耐受对高达1500℃的超高区温度的持续暴露。

在本实施例中，密封构件22包括一个或多个纤维陶瓷织物片材32，该织物由基本上无弹性的陶瓷纤维编织而成。

密封构件22具有折叠的结构，其中，至少一个片材32具有一对相对边缘34、36。片材32在其本身上折叠，使得边缘34位于边缘36上方。片材32被折叠成，两个边缘34、36位于密封构件22的固连边缘24处或附近。

密封构件22由多个片材32构成，每个片材32折叠到其本身上。每个织物片材32可以略微可透气体，并且因此选择多个片材32以提供多层，这将使得密封构件22基本上不透炉气体。选择片材32的数量，以提供耐磨性，特别是在可移动边缘26处，以便在需要替换密封构件22之前允许特定量的磨损。出于说明目的，密封构件22被示出为包括两个折叠片材32，使得密封构件32由四个织物层组成。然而，密封构件22可以包括一个片材32或者多于两个片材，这至少部分地取决于织物的透气性和所希望的磨损特征。

密封构件22可以描述为具有超环面形状，呈由折叠织物片材32构成的超环面套环形式。环形密封构件22的最小内径(定义为在从密封组件10抽出电极的情况下密封构件22的内径)小于电极16的直径，以便提供在密封构件22与电极16之间的密封，并且也允许可移动边缘26的轴向移动。

在密封构件22中，构成织物片材32的纤维被编织成特定配置，以便提高密封构件22在径向和轴向的柔性。在此方面，构成片材32中每一个的个别纤维最初被布置成近似“双直纹”表面，这是其中两条直线经过表面中每个点的表面。参考图4，单个片材32被示出沿着竖直轴线A展开，移除了许多纤维，但是维持其环形形状。一旦这一“双直纹”表面如图5所示折叠，可以自由更改纤维角度，也允许自由改变表面的径向宽度。应意识到，每个片材32可以仅近似为这种双直纹表面。

这种配置允许更改密封构件22的径向宽度而不依靠构成密封构件22的材料的任何弹性性质。

在密封组件10中的弹簧构件28被围在由密封构件22的折叠片材结构所限定的中空空间38内。弹簧构件28耐受高操作温度并且可以包括耐热金属。在本实施例中，弹簧构件28包括环形弹簧，比如夹紧盘簧。弹簧构件28在径向向内方向上恒定地偏压可移动边缘26。因此，当密封组件10密封电极16时，以及当电极16从密封组件10被抽出时，弹簧构件28处于张力下。

选择弹簧构件28的张力，以在电极16的外表面18上提供最小量的压缩，这将在炉正常操作条件下提供气体密封。密封构件22的高柔性允许压缩最小化，同时维持在密封构件22与电极16的外表面18之间的密封。与密封构件的高柔性相关联的这种低压缩力允许密封构件22的形状持续地适应上文所提到的电极表面不规则性中的任何不规则性，同时最小化由于在密封构件22与电极16的不规则外表面18之前的摩擦而造成的密封构件22的磨损。因此，密封构件10并不需要刮刀来从电极移除表面附着物。本设计的额外益处在于，其允许密封组件10容许泄压，由此在炉内突然剧烈压力变化的情况下，炉气体可以在密封构件22与电极16的外表面之间逸出。由向电极施加压缩力的现有技术密封设计未提供这种泄压。因此，本设计也有助于防止在炉内突然压力升高的情况下损坏密封组件10。

在第一实施例中，密封构件22的固连边缘24固连到刚性表面上，诸如密封外壳30。这在图2和图3中最佳地示出。密封外壳30位于炉顶12上并且包括环形圈，环形圈的内径大于炉端口14的直径。在附图中示出的密封外壳30包括连续竖直侧壁46，连续竖直侧壁46具有水平顶凸缘48和水平底凸缘50。密封外壳30还可包括呈与顶凸缘48近似相同大小的平坦环形圈形式的保持板52，保持板52在绕顶凸缘48的圆周间隔开的多个销54上机械固连到顶凸缘48，销54穿过保持板52中的孔。

密封构件22的固连边缘24固连并且压缩于顶凸缘48与密封外壳30的保持板52之间。密封构件22包含靠近固连边缘24的多个孔口56，以允许销54通过密封构件22。为了提供额外强度，孔口56可以设有金属护环58。

如图2所述，密封外壳30的顶部可以是开放的，密封构件22的固连边缘24靠近密封外壳30的开放顶部定位。利用这种布置，在电极16的向上轴向移位期间，密封构件22的可移动边缘26可以在轴向向上移位所希望的量。在图2中使用虚线示出处于这种向上布置中的密封构件22。在电极11的向下轴向移位期间，密封外壳30还允许密封构件22的可移动边缘26轴向向下移位所希望的量。在这种向下布置中，密封构件22在图2中使用可见的线条示出。密封外壳30的开放顶部也允许容易地检查和替换密封构件22。

砖外壳屏蔽件44可以设置于密封外壳30与炉顶12之间，以使密封组件10对于来自炉内部的热和气体部分地屏蔽。砖外壳屏蔽件44包括环形圈，环形圈包含耐火砖66，耐火砖66部分地跨电极16与电极端口14的边缘之间的开口20延伸。

也可以在砖外壳屏蔽件44与炉顶12之间设置水冷铜屏蔽件，以向密封组件10提供额外热屏蔽。

可以通过首先从顶凸缘48移除保持板52以释放密封构件22的固连边缘24来移除密封构件22。在某些实施例中，密封构件22被配置成允许其被安装、移除和/或替换，而电极16就位，即，电极的下端延伸穿过炉顶12中的端口14。为了允许这种安装，可以打开密封构件22和弹簧构件28，使得它们绕电极16缠绕并且安装于密封外壳30的顶凸缘48上。因此，如图8所示，密封构件22可以设有第一端68和第二端70，第一端68和第二端70能联结，以形成密封构件22的超环面套环结构。因为密封构件的环形结构必须是连续的，密封构件22的端部68、70必须重叠，并且重叠的部分的厚度应与密封构件22的其余部分的厚度基本上相同。这可以以多种方式实现，取决于密封构件22的具体结构。例如，如图8所示，密封构件22包括两个片材32及总共四个层，其中一端68将具有以等于该重叠的量削减的外片材32，并且另一端70将具有以相等量削减的内片材32。因此，第一端68将装配于密封构件22的第二端70内，使得重叠部分将在沿着其长度的任何点包括相同数量的层。通过设置至少一组带护环58的孔口56来固连重叠接头，密封构件22的重叠部分穿过带护环58的孔口56牢固地保持在一起。

弹簧构件28可以包括线性、细长的盘簧，在其相对端具有紧固件，以允许端部连接在一起。

现已经描述了密封组件10的部件，在下文中结合密封组件的操作来描述密封组件10的另外的特征。

如上文所提到的那样，密封构件22的最小内径小于电极16的外表面18的直径。因此，在将电极16从炉端口14抽出并且从密封组件10移除的情形下，密封构件22可以具有图6所示的水平配置，弹簧构件28在径向向内方向上偏压密封构件22的可移动边缘26。如本文所描述的密封组件10完全是自支承的，并且维持其结构，无论从炉端口是否存在电极16。若需要，电极16可以降低到炉端口14或者从炉端口14移除，且密封构件22就位。在某些现有技术设计中，在不存在电极16的情况下，并不维持密封件的结构，这使得电极16的插入和移除较为复杂。

在电极16延伸穿过炉端口14的情况下，密封构件22将使其内径膨胀使得其能适应并且形成与电极16的外表面18的密封。应强调的是，密封构件22的这种膨胀的实现并未对构成密封构件22的纤维40进行任何拉伸，而是由密封构件22的每个片材32内的纤维40的移动和由弹簧构件28的膨胀或延长来实现。

如上文所提到的那样，电极16少量地上下移动以控制炉功率输入。当电极16向上移动时，密封构件22的柔性允许可移动边缘26随着电极16向上移动。同样，当电极16向下移动时，密封构件22的柔性允许可移动边缘26向下移动。

选择密封构件22的径向宽度以允许可移动边缘26充分向上和向下移位，从而最小化或者消除由电极调控造成的可移动边缘26沿着电极16的粗糙外表面18的重复摩擦滑动。因此，可移动边缘26的轴向移动允许密封组件10吸收电极16的循环移动，从而减小在密封构件22上的主磨损源。为了电极16的更大移动，施加到电极16上的相对较低接触压力减小了在密封构件22与电极16之间的接触面积和摩擦力，这两者都进一步降低了磨损率。

可移动边缘26的轴向移动对于密封件磨损具有显著影响。如在图9的上图表中所描绘的，电极移动的大部分在较短范围内循环地发生。通过允许密封件轴向移动，排除了大部分磨损，因为密封件能在这种重复移动中跟随电极。仅在电极移动超过密封件的轴向范围后才实际上发生磨损。在图10中示出了甚至较小范围的移动导致显著的磨损减小，和可能由于密封件柔性造成的密封压力降低而进一步降低了磨损率。

在附图中未示出的、可以添加到密封构件22上的可选的特征是额外的外片材32，额外的外片材32被包括用来进一步保护密封构件22免受磨耗。这个外片材32可以包括以与陶瓷纤维40类似方式定向的金属纤维(或线)。替代地，外片材32可以包括类似于锁子甲(chainmail)的金属网。在某些取向上，锁子甲具有类似于密封构件22的片材32的柔性特征，并且因此并未降低密封构件22的柔性。

根据第二实施例的密封组件在下文中参考图7简要地描述。与第一实施例类似的第二实施例的元件由相同附图标记来标注，然而在第二实施例中具有引号。

图7示出了如本文所限定的密封组件的密封构件22’，密封组件还包括弹簧构件28’。如在第一实施例中那样，密封构件22’包括由纤维40’构成的织物的折叠片材32’，片材32’各具有相对边缘34’和36’，相对边缘34’和36’彼此折叠以形成超环面套环，超环面套环具有中空内部38’，弹簧构件28’被围在中空内部38’内。

密封构件22’包括固连边缘24’和可移动边缘26’，其中弹簧构件28’靠近可移动边缘26’。然而，第二实施例的密封构件22’具有与第一实施例相反的取向。在此方面，固连边缘24’位于可移动边缘26’的径向内部，可移动边缘26’又可以沿着轴线A移动。因此，密封构件22’的可移动边缘26’被设计成与圆柱形物体的内表面、比如管或管路的内表面(未图示)形成密封。

可移动边缘26’由弹簧构件28’在径向向外方向上持续地偏压，弹簧28’包括环形压缩弹簧。

密封构件22’将被固连到密封外壳(未图示)上，密封外壳的结构可以类似于上文所描述的密封外壳30，并且可以以如上文参考密封组件10所描述的相同或相似方式保持该固连边缘24’。然而，密封构件22’并非在密封组件10中那样从密封外壳30在径向向内突出，而是将从密封外壳在径向向外突出。

尽管结合某些具体实施例描述了上述主题，本发明并非意图受此限制。而是，本文所描述的主题包括属于所附权利要求的范围内的所有实施例。

附图标记列表

10 密封组件

12 炉顶

14 电极端口

16 电极

18 电极外表面

20 环形间隙

22 密封构件

24 密封构件的固连边缘

26 密封构件的可移动边缘

28 弹簧构件

30 密封外壳

32 构成密封构件的片材

34 片材的上固连边缘

36 片材的下固连边缘

38 密封构件中空部

40 纤维

44 砖外壳屏蔽件

46 外壳的竖直侧壁

48 外壳的水平顶凸缘

50 外壳的水平底凸缘

52 外壳的保持板

54 外壳销

56 密封构件的孔口

58 密封构件的金属护环

66 耐火砖

68 密封构件的第一端

70 密封构件的第二端

Claims (51)

1.一种电极密封组件，所述电极密封组件用来密封在电极的外圆柱形表面与电炉炉顶中端口的边缘之间的环形间隙，其中所述电极的下端延伸穿过所述端口进入所述电炉之内，并且所述电极可以沿着竖直轴线移动穿过所述端口，所述电极密封组件包括：

(a)环形密封构件，所述环形密封构件具有支承边缘和可移动边缘，其中所述支承边缘适于固连到固定表面上，并且所述可移动边缘是自由的并且被布置成接合所述电极的所述外圆柱形表面，所述密封构件是柔性的并且所述可移动边缘可以在轴向和径向地移位；以及

(b)弹簧构件，所述弹簧构件靠近所述密封构件的所述可移动边缘定位，所述弹簧构件偏压所述密封构件的所述可移动边缘使之远离所述支承边缘。

2.根据权利要求1所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件包括耐受高达大约1500℃的温度的材料。

3.根据权利要求1或2所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件包括基本上无弹性的耐热纤维。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件包括陶瓷材料或者耐热金属。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述弹簧构件是环形的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件包括至少一个柔性折叠片材，所述至少一个柔性折叠片材具有一对相对边缘，其中所述片材的所述相对边缘靠近所述密封构件的所述支承边缘定位。

7.根据权利要求6所述的电极密封组件，其特征在于，所述弹簧构件被围在所述至少一个柔性折叠片材内。

8.根据权利要求6或7所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件包括多个所述柔性折叠片材，被布置成多个层。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件包括超环面套筒，所述超环面套筒将所述弹簧构件围起。

10.根据权利要求9所述的电极密封组件，其特征在于，所述超环面套筒具有梨形径向截面，所述密封构件的所述可移动边缘具有倒圆轮廓。

11.根据权利要求9或10所述的电极密封组件，其特征在于，所述超环面套筒包括编织纤维配置。

12.根据权利要求11所述的电极密封组件，其特征在于，所述编织纤维配置近似为双直纹表面。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，在所述支承边缘固连到所述固定表面上，而使所述可移动边缘在轴向以预定量自由移动。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件和所述弹簧构件都是基本上环形的，并且其中所述密封构件包括搭接接头，所述密封构件的第一端和第二端在所述搭接接头处联结。

15.根据权利要求14所述的电极密封组件，其特征在于，所述搭接接头具有一定厚度，所述厚度与所述密封构件的其余部分的厚度基本上相同。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件和所述弹簧构件都是环形的，并且其中所述密封构件的所述支承边缘位于所述可移动边缘的径向外部。

17.根据权利要求16所述的电极密封组件，其特征在于，所述弹簧构件处于张力下。

18.根据权利要求16或17所述的电极密封组件，其特征在于，所述弹簧构件适于偏压所述密封构件的所述可移动边缘向内抵靠所述密封表面，其中所述密封表面基本上是圆柱形。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，在所述电极从所述炉移除的情况下，所述环形密封构件的最小内径小于所述电极的直径。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述固定表面位于所述炉顶上，并且其中所述环形密封构件的所述支承边缘固连到所述固定表面上。

21.根据权利要求20所述的电极密封组件，其特征在于，所述固定表面包括在所述炉顶上的环形密封外壳，并且其中所述密封构件的所述支承边缘固连到所述密封外壳上。

22.根据权利要求21所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件的所述支承边缘固连于所述密封外壳的保持板下方。

23.根据权利要求21或22所述的电极密封组件，其中，所述密封外壳包括开口顶部。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，还包括设置于所述环形密封外壳与所述炉顶之间的环形砖外壳屏蔽件。

25.根据权利要求24所述的电极密封组件，其特征在于，所述砖外壳屏蔽件包括包围所述端口并且部分地覆盖所述电极与所述端口之间的环形间隙的耐火砖的环形圈。

26.根据权利要求24或25所述的电极密封组件，其特征在于，还包括：铜冷却器，所述铜冷却器设置于所述砖外壳屏蔽件与所述炉顶之间。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的电极密封组件，其特征在于，所述密封构件的所述可移动边缘包括一层柔性金属纤维或网状物。

28.一种密封组件，所述密封组件用于密封在可变密封表面与固定表面之间的开口，以用于通常不适合弹性材料的温度，包括：

(a)密封构件，所述密封构件具有支承边缘和可移动边缘，所述支承边缘被布置成固连到所述固定表面，所述可移动边缘被布置成接合所述密封表面，所述密封构件是柔性的并且允许所述可移动边缘平行于和垂直于所述密封表面而移位；以及

(b)弹簧构件，所述弹簧构件靠近所述密封构件的所述可移动边缘定位，所述弹簧构件偏压所述密封构件的所述可移动边缘远离所述支承边缘。

29.根据权利要求28所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件包括耐受高达大约1500℃的温度的材料。

30.根据权利要求28或29所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件包括耐热纤维。

31.根据权利要求30所述的密封组件，其特征在于，所述耐热纤维包括陶瓷或耐热金属，并且基本上是无弹性的。

32.根据权利要求28至31中任一项所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件包括至少一个柔性折叠片材，所述至少一个柔性折叠片材具有一对相对边缘，其中所述片材的所述相对边缘靠近所述密封构件的所述支承边缘定位。

33.根据权利要求32所述的密封组件，其特征在于，所述弹簧构件被围在所述至少一个柔性折叠片材内。

34.根据权利要求32或33所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件包括多个所述柔性折叠片材，所述多个所述柔性折叠片材被布置成多个层。

35.根据权利要求28至34中任一项所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件包括超环面套筒，所述超环面套筒将所述弹簧构件围起。

36.根据权利要求35所述的密封组件，其特征在于，所述超环面套筒具有梨形径向截面，其中所述密封构件的所述可移动边缘具有倒圆的轮廓。

37.根据权利要求35或36所述的密封组件，其特征在于，所述超环面套筒包括编织纤维配置。

38.根据权利要求37所述的密封组件，其特征在于，所述编织纤维配置近似为双直纹表面。

39.根据权利要求28至38中任一项所述的密封组件，其特征在于，所述支承边缘固连到所述固定表面上，而使所述可移动边缘在轴向以预定量自由移动。

40.根据权利要求28至39中任一项所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件和所述弹簧构件都是基本上环形的，并且其中所述密封构件包括搭接接头，所述密封构件的第一端和第二端在所述搭接接头处联结。

41.根据权利要求40所述的密封组件，其特征在于，所述搭接接头具有一定厚度，所述厚度与所述密封构件的其余部分的厚度基本上相同。

42.根据权利要求28至41中任一项所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件和所述弹簧构件都是环形的，并且其中所述密封构件的所述支承边缘位于所述可移动边缘的径向外部。

43.根据权利要求42所述的密封组件，其特征在于，所述弹簧构件处于张力下。

44.根据权利要求43所述的密封组件，其特征在于，所述弹簧构件适于偏压所述密封构件的所述可移动边缘向内抵靠所述密封表面，其中所述密封表面基本上是圆柱形。

45.根据权利要求28至41中任一项所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件和所述弹簧构件都是环形的，并且其中所述密封构件的所述支承边缘位于所述可移动边缘的径向内部。

46.根据权利要求45所述的密封组件，其特征在于，所述弹簧构件受压缩。

47.根据权利要求45或46所述的密封组件，其特征在于，所述弹簧构件适于偏压所述密封构件的所述可移动边缘向外抵靠所述密封表面，其中所述密封表面基本上是圆柱形。

48.一种环形密封构件，包括：支承边缘和可移动边缘，所述支承边缘被布置成固连到表面，所述可移动边缘被布置成接合外部基本上圆柱形表面，所述密封构件包括至少一个柔性片材，所述至少一个柔性片材包括耐热纤维的编织配置，所述至少一个柔性片材可折叠以便形成超环面套筒。

49.根据权利要求48所述环形密封构件，其特征在于，所述至少一个柔性片材为近似双直纹表面。

50.根据权利要求48或49所述环形密封构件，其特征在于，所述密封构件包括多个所述柔性片材，多个所述柔性片材被布置成多个层。

51.根据权利要求48至50中任一项所述的环形密封构件，其特征在于，所述耐热纤维包括耐热金属或陶瓷。