CN110462321A - 用于电弧炉、冶金炉或精炼炉的顶载炉顶及其系统 - Google Patents

Abstract

一种快速更换具有顶载顶板系统的部分电弧炉炉顶的方法，包括：提供至少一个扇形水冷面板，所述扇形水冷面板支撑于顶支撑梁下方用以保护顶支撑梁的下侧热面，提供至少一个快速水断开系统以将至少一个扇形水冷面板连接到供水系统，抬起并移除至少一个扇形水冷顶板，使用另一扇形水冷面板更换所述至少一个扇形水冷顶板，或修理所述至少一个扇形水冷顶板，并继续运行炉。

Description

用于电弧炉、冶金炉或精炼炉的顶载炉顶及其系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月30日提交的美国临时专利申请62/452,061的权益，现通过引用将其公开内容全部纳入本文。

技术领域

本公开总体上涉及电弧炉、冶金炉—包括金属冶炼和精炼炉—的延长使用寿命的设备和方法。特别是，本公开涉及一种可安装在炉顶的水冷面板，其安装方式可在不移除炉顶的情况下，在短时间内更换面板。本公开避免了使顶板掉进炉顶结构中，是对费力又不安全的传统方法的改进。

背景技术

电弧炉(EAF)和大多数冶金炉一样，直接将装载的材料暴露在电弧中，将其加热至约1800℃(3272°F)。图1示出了典型的工业电弧炉，其尺寸可从大约1吨的容量(用于铸铁制品的铸造厂)到400吨左右，用于初级炼钢。图2示出了移除炉顶以进行装料的顶板顶载系统的示例，图3示出了更换顶板，以继续熔融、加料、结渣和出钢。为了便于描述，以下以EAF为基础，但以下讨论也适用于所有其他类型的冶金炉和精炼炉。

需要保护炉顶，使其免受热应力、电弧和一般的操作损伤，对面板进行冷却可对这些不利状况提供某种防护。损坏或磨损的水冷面板可能导致水泄漏到炉中，使水分解为氢元素和氧元素。一旦氢和氧分子重新结合，就有可能发生自由基放热反应和爆炸。如果发生这种破坏，炉子就会停止运行，需花费数小时的计划外炉停机时间来修理。

通常有几种方法用于电弧炉操作的水冷炉顶。已知的炉顶设计具有以下缺点：需要关闭炉以修理或维护炉顶和更换顶板。目前耗时的修理和/或更换要求意味着经营者失去了用于生产液体钢的宝贵的时间。最低利润损失可能是每停机一小时损失几十万美元。

例如，设计水冷炉顶的一种方法是将该单元构建为一个整体。其优点是省去了支撑面板的结构，降低炉顶的成本。缺点是，当截面或管损坏时，必须更换整个炉顶。

设计炉顶的另一方法是构建一个整体结构，用喷水冷却。这种炉顶的优点是水系统不受压力。如果发生泄漏，水不会在压力下喷射到操作炉中。但是，水会进入炉中，并具有与管设计顶板相同的爆炸特性。这种炉顶的缺点是能够承受高热负荷，导致热面板的过度应力开裂，需要经常修理。在炉温高的情况下，喷水冷却的炉顶倾向于过早开裂和失效，需要移除或修理炉顶，导致大量的计划外停机时间。

上述所有类型炉顶的缺点是，需要耗费大量的计划外或计划中的时间来更换面板、改变整个炉顶或修理喷水冷却炉顶面板中的裂缝。此外，限制炉顶结构和(龙门架设计或单点提升设计的)炉顶结构的提升机构之间的缝隙还会产生其他问题。上述设计中，顶板不能从炉中的钢液浴的严酷辐射环境中抬起，也无法避免在废钢熔化和钢精炼过程中发生的电弧现象。

发明内容

本公开包括一种方法，其通过将顶板设计为从炉内的恶劣环境中抬起，来快速更换电弧炉顶的受损部分。该方法对顶载炉顶进行了显著的改进，原因是提高了顶板的使用寿命，并将顶板从对顶板受热面造成损害的炉环境中移开。本解决方案考虑到了修理人员的人身安全。本公开的目标之一是，在顶载顶系统中增加本公开的可提升的顶板设计，由此顶板的使用寿命大大延长，顶板损坏时必要的话，可在一小时或更短的时间内更换受损顶板。

另外，还公开了一种封闭水冷电缆和水冷接线盒，可在炉运行过程中安全、准确、持续地测量水温。其保护温度测量装置及相关布线不受恶劣炉环境的破坏，保证温度测量系统正常运行。

水冷电缆和与其相邻的水冷保护壳也可以保护任何配件、设备或装置，这些附件、设备或装置可以监视和/或控制和/或调整具有所述炉顶或炉顶结构的炉在运行时能应对高热、高辐射的恶劣炉环境，维护设备的高效顺畅运行。大多数情况下，由于恶劣的环境，这些设备不能也不会位于炉中。本公开进行了显著的改进，因为控制设备可以更加接近测量位置，以确保收集和控制更准确的数据。

本公开一实施例中，一种更换冶金炉或精炼炉的炉顶损坏部分的方法包括：提供具有顶载顶板系统的所述冶金炉或精炼炉，所述顶载顶板系统具有顶载炉顶结构，所述顶载炉顶结构包括顶支撑梁和与多个面板，所述多个面板与所述顶支撑梁联结并由顶支撑梁支撑；将所述多个面板的第一面板从所述炉顶结构提起，使其从所述顶支撑梁移除；用第二面板更换所述第一面板；以及将所述第二面板联结到所述炉顶结构，使所述第二面板支撑于所述炉顶支撑梁顶部的下方并定位成用以保护所述顶支撑梁的下侧热面。

本实施例的一个示例中，顶载水冷顶板为扇形的。第二示例中，所述顶载水冷顶板包括扇形水冷面板。第三示例中，所述顶载水冷顶板支撑于所述顶支撑梁的顶部的下方，其高度范围为从所述顶支撑梁的底部到所述顶支撑梁的顶部。第四示例中，所述方法包括提供至少一个快速水断开系统以将所述至少一个顶载水冷顶板连接到供水系统。第五示例中，所述方法包括提供另一快速水断开系统以将所述至少一个顶载水冷顶板连接至回水系统。

本实施例的另一方法中，所述移除所述至少一个顶载水冷顶板的步骤包括抬高所述至少一个顶载水冷顶板以将其从所述顶载炉顶结构移除。另一示例中，所述方法包括调整所述顶载水冷顶板的尺寸，使其适于穿过所述顶支撑梁之间的空间。又一示例中，将所述顶载水冷顶板从所述顶支撑梁的底部抬起直至所述炉顶支撑梁的顶部。

本公开的另一实施例中，一种更换冶金炉或精炼炉的炉顶损坏部分的方法包括：提供包括顶载顶板系统的冶金炉或精炼炉，所述顶载顶板系统具有顶载炉顶结构，所述顶载炉顶结构包括在径向、水平和垂直方向中的至少一个方向上延伸的顶支撑梁；提供联结到所述炉顶结构的多个顶板，使所述多个顶板分别支撑于所述顶支撑梁的顶部的下方并定位成用以保护所述顶支撑梁的下侧热面；从所述炉顶结构移除第一顶载水冷顶板；修理所述第一顶载水冷顶板；以及为所述炉顶结构更换所修理的第一顶载水冷顶板。

本公开的再一实施例中，一种用于冶金炉或精炼炉的炉顶组件包括：炉顶结构，所述炉顶结构由内支撑梁、外支撑梁以及联结于所述内支撑梁和外支撑梁之间的多个径向延伸的支撑梁组成；多个面板，所述多个面板联结到所述炉顶结构并支撑于所述支撑梁下方，并且所述多个面板被设置的位置用以保护所述炉顶结构的下侧；以及水冷结构，所述水冷结构联结到所述多个面板的至少一个的下侧，并且所述水冷结构与联结到所述面板的至少一个快速水断开系统形成流体连通，所述水断开和水冷结构进一步流体联结到供水系统和回水系统，所述供水系统和回水系统被定位为保护所述炉顶结构且远离所述炉中的液态金属浴。

本实施例的一个示例中，还包括联结到所述至少一个水冷面板的至少一个快电断开夹具。第二示例中，可提供水冷电缆，以保护温度感应设备和将温度数据传输给水冷接线盒的接线。第三示例中，还包括所述炉顶设置的过程监控设备。第四示例中，所述多个面板包括扇形面板。第五示例中，还包括将所述多个面板连接到所述供水系统的至少一个快速水断开系统。

第六示例中，每个所述多个面板包括用于将所述面板从所述炉顶结构提起的一个或多个凸耳。第七示例中，所述水冷结构包括水从其中流过的曲形管，所述管包括至少一个90°或180°的弯折。第八示例中，每个所述多个面板包括顶部和侧部，其中所述侧部与所述外支撑梁对齐。另一示例中，所述炉顶结构在所述内支撑梁、所述外支撑梁以及至少两个所述径向延伸的支撑梁之间限定开口，所述开口被构造为接收所述多个面板中的一个面板。

附图说明

图1示出了冶金炉中熔融过程的流程图；

图2为根据本公开的电弧炉炉顶的支撑结构的一部分的透视图，其中该炉顶具有的基本为扇形的顶板被下放到操作位置；

图3为根据本公开也被下放到操作位置的图2中大体为扇形的顶截面的支撑结构截面的透视图；

图4为根据本公开的图2和图3中位于其操作位置的大体为扇形的顶截面的支撑结构的截面透视图；

图5为根据本公开的位于其操作位置的支撑结构并非示出一个大体为扇形的顶截面的透视图；

图6为支撑结构的透视图，示出了一个大体为扇形的顶截面被抬升到炉顶支撑结构上；

图7A示出了可附接至大体为扇形的顶截面下侧的冷却面板结构的平面图；

图7B示出了用于图7A中大体为扇形的顶截面的冷却面板结构一示例的平面图；

图8为示出了顶板顶部的透视图；

图9为示出了位于顶板底部上设有冷却面板结构的透视图；以及

图10为包括图2中顶板的炼钢炉横截面的示意图。

具体实施方式

在电弧炉(EAF)中，必须保护炉床或熔炼区上方的部分免受炉内较高温度的影响。EAF的容器壁，盖或顶和管道的工作特别容易受到高热以及由于充填钢而产生的化学和机械应力的影响。这种应力极大地限制了炉子的使用寿命。EAF一般设计和制造为焊接钢结构，通过耐火衬里和水冷面板保护炉壁面板免受内部高温。水冷顶板和水冷侧壁面板位于炉中熔化/熔炼区域上方的炉膛前床部分。

另外，炉子的排气管在其周边还包括多个管子，以保护管子免受炉子运行过程中产生的高温和腐蚀性气体的影响。现有的水冷面板和管子都用各种等级和类型的板和管制成。使用水冷面板可降低耐火材料的成本，使钢铁制造商能够为每个炉提供更多的热量，并使炉子能够以更高的功率和化学能输入水平运行。这种面板旨在将多个管子以蛇形方式结合，悬挂在炉床上方的电弧炉内壁上，从而在内部和炉壁之间形成冷却面。

重要的是，在水冷面板的热侧上要保留炉渣层，以保护面板在正常的炉子运行过程中不受热和电弧的破坏。炉渣杯、炉渣杆、炉渣销和专门设计的管子的热侧面上带有花键的挤压管可用来将飞溅的炉渣保留在面板的热侧面上。炉渣在管子上凝固，在铁水材料和冷却管之间形成绝缘屏障，从而在炉壁上形成绝缘屏障。

参照图10，示出了EAF型炉子180的实施例。虽然EAF被公开为一个示例，但是应当理解，本公开的原理和教导可以容易地应用于碱性氧气炉(BOF)中。在图10中，EAF 180可以包括炉壳112，多个电极114，排气系统116，工作平台118，摇杆倾斜机构120，倾斜缸122和废气室。炉壳112可以可移动地设置在摇臂倾斜器120或其他倾斜机构上。此外，摇臂倾斜器120可以由倾斜缸122提供动力。摇臂倾斜器120也可以固定在工作平台118上。

炉壳112可包括碟形炉膛124，基本为圆柱形的侧壁126，喷嘴128，喷嘴门130以及大体上圆柱形的圆形顶132。喷嘴128和喷嘴门130位于圆柱形侧壁126的一侧。在打开位置，喷嘴128可允许进入的空气134进入炉膛124，并部分地燃烧冶炼产生的气体136。炉膛124由合适的耐火材料制成。在炉膛124的一端是一个浇铸箱，在浇铸箱的下端具有出钢装置138。在熔化操作中，该出钢装置138被耐火塞子或滑动闸关闭。然后，将炉壳112倾斜，将出钢装置138拔下或打开，根据需要将熔融金属倒入浇注钢包，中间包或其他设备中。

炉壳112的内壁126可以装有由弯曲卷绕管道150构成的水冷面板140。这些面板实际上是炉180的内壁。供冷水和回水的歧管与面板140形成流体连通。通常歧管以与图示的排气管道144类似的方式在周向上定位。

热交换系统110的操作效率更高，并延长了电炉110的使用寿命。在一个示例性实施例中，面板140可以组装成使得弯曲卷绕的管道基本为水平的方向。管道150可以与连接件相连，或其基部可以安装在壁上。或者可将面板140安装为使得弯曲卷绕的管道150基本为垂直的方向。面板140的上端可以在炉180的侧壁126部分的上边缘限定圆形边缘。

热交换系统110可以安装在炉180的顶132上，其中水冷面板140的曲率基本与顶132的圆顶轮廓相一致。热交换系统110可以布置在炉180的侧壁126的内侧、顶132和排气系统116的入口，以及整个排气系统116。这样，热交换系统110可以保护炉子并在输送热废气136至集尘室或其他过滤和空气处理设施时对热废气136进行冷却，其中集尘室或其他过滤和空气处理设施用于收集灰尘并将气体排放到大气中。

在运行中，热废气136，灰尘和烟气通过炉壳112中的排气孔146从炉膛124排出。排气孔146可以与排气系统连通。

面板140可以具有多个轴向布置的管子150。U形弯折可以将相邻段长度的管道或管子150连接在一起，以形成连续的管道系统。相邻的管150之间还可设置用作隔离物的连接件等，它们使面板140的结构完整，并决定了面板140的曲率。

热交换系统或热交换器110可以包括曲折卷绕的管150构成的至少一个面板，管150具有入口(未示出)和出口(未示出)、与该至少一个面板的入口流体连通的输入歧管、与该至少一个面板的出口流体连通的输出歧管、以及流经管150的冷却流体。热交换系统110冷却从冶金炉180及其支撑部件中排出的热烟气136和粉尘。管道是并排安装的一定长度的连接管的组合，其中连接管通过连接件相互固定，从而形成至少一个面板150。

已经确定，用于制造管道150的一种示例性且理想的成分是铝青铜合金。已经发现铝青铜合金具有比预期的更高的导热率，对热气流的耐蚀性(弹性模量)，并且具有良好的抗氧化性，因此可延长热交换器的使用寿命。当使用铝青铜制造时，会减少热交换器和相关组件的腐蚀和侵蚀。铝青铜的导热系数比P22(约96％Fe，0.1％C，0.45％Mn，2.65％Cr，0.93％Mo)高41％，比碳钢(A106B)高出30.4％。用铝青铜及其合金制成的热交换器效率更高，并且与由耐火材料和其他金属合金制成的炉相比，使用寿命更长。

已经确定，可以挤压管道150，并且挤压可以帮助管道抵抗腐蚀，侵蚀，压力和热应力。必要时，管道可以弯曲或弯折以匹配其所连接的壁的曲率。通常，管道的各个段通过成角度的连接件彼此固定，以使最终的面板具有与壁的曲率相当的曲率。

在图10的实施例中，弯曲卷绕的管道150可以由多个纵向管道段形成，其中两个管道段通过弯头连接。通常很难将这些管段组装到弯头上。本公开提供了一种这样的布置，以更好地促进和改善焊接过程。

参照图1，给出了诸如图10所示的炉中的熔化过程的概述。熔化过程100可以包括用于执行该操作的多个流程或步骤。这里，所示的第一流程102中可以将碎料装进炉中。为此，可以拉动或移开炉顶，以便装料桶可以将碎料倒入炉中。在第二流程104中，可以关闭炉顶，并炉中装上电极，以加热碎料并将其熔化成钢水。在第三流程106中，可以向炉中添加添加剂以辅助熔化过程100。例如，可以打开炉的侧门，以便将氧气或碳吹入炉子或以其他方式添加到炉子中以帮助熔化。

在流程106之后，熔化过程100后可进行流程108，执行排渣步骤。此处，可以沿一个方向倾斜炉子以从熔融液体的顶部去除废料并将炉渣收集在熔渣罐中。在此，也可以执行脱碳工艺以去除炉中的碳或降低炉中的碳含量。在第五流程110中，可以执行出钢步骤，其中炉子沿与排渣步骤相反的方向倾斜。在这里，可以将熔融液体倒入钢包中，以进行后续处理。

本公开的第一实施例中，公开了一种方法来构建由多个管和/或板制成的冷却结构，然后将这种冷却结构附接到炉子的炉顶结构。该炉顶结构可以包括多个大体为扇形的顶板段或面板1，可快速拆卸和更换每个段或面板，从而使炉顶结构的修理或更换的维护时间减至最少。例如，具有矩形、椭圆形或其组合形状的冶金炉或精炼炉可具有正方形，扇形或任何适当形状的面板。

在冶金炉的常规炉顶结构中，炉顶结构是从炉子内部建造的，并被提升到炉子的顶部进行组装。可以通过螺栓系统或其他组装方式将其固定在适当的位置。这种设置的缺点是当顶板或在其下侧联结的冷却管发生问题时，必须关闭炉子才能在顶板上进行操作。如果必须更换炉顶，这种设置会增加停机时间。

然而，在本公开中，由于将炉顶结构分为单独的段或板而避免了上述问题。如图2所示，每个顶板1与其他板分开，并且可以独立地从炉顶拆卸。换句话说，可以拆除单个段或面板，而炉顶的其他部分仍保留在原处。这样可以减少停机时间，并提高炉子的使用效率和生产率。

EAF顶板可以是扇形板段，出于本公开的目的，扇形板段被定义为具有两个会聚直线边和封闭所述会聚直线边的端部的弧形边的大体为平面的板段。

本公开中，改进后的炉顶结构包括至少一个面板1，其被抬升至其余的炉顶上方，进行修理或更换，然后被放回至其在炉顶的位置，以封闭炉顶并恢复炉子的运行。按照本公开，可将面板1从炉顶上卸下，不会因移除或破坏顶支架6而浪费时间。例如，如图2-6所示，炉顶200包括设计成便于移除一个或多个大体为扇形的顶板1的炉顶支撑结构6。该炉顶结构包括面板1，该面板从炉浴上抬起六英寸或更多(取决于炉顶结构的设计和炉顶结构辐条的深度)。

顶板可以从炉顶结构的顶部拉起以便移除。在图8中，作为示例，凸耳806可以安装在顶板800的顶面802上，链条或其他机构可以固定在凸耳上，以将顶板800从炉顶结构抬起。顶板800可以还包括相对于顶面802成一定角度的侧部804。在一个示例中，侧部804可以相对于顶面802成大约90°角。如图8所示，头管等还可有助于将水输送到位于顶板800的下侧的冷却管700中，例如，如图9所示。冷却管700在图7A和7B中更详细地示出，并且可以与图10中的管140类似的方式形成。

扇形顶板的尺寸经调整，使其适合穿过炉顶结构6的辐条14(径向梁)。扇形顶板1可以设计成扁平的，也可以为盒形设计，其直的侧壁从扁平的凸起面板向下延伸，以保护炉顶结构外环6、炉顶结构的辐条以及三角形集流管的结构。在炉子设计需要平顶板的情况下(由于提升间隙的限制)，在顶载顶系统中使用的辐条保护面板围绕辐条14向上延伸，与扁平的凸起面板相接。自动压力密封和快速水断开系统4、5与这些面板一起使用快速水，以加快安装和移除水路连接的过程。快速水断开系统4、5使水从供水系统输送到面板1的下侧冷却面板700。与使用需要手动连接和断开的标准管配件的手动操作相比，本公开具有优势。

换句话说，在图2中，每个顶板1可以设计成包括用于冷却供水系统的快速连接和断开结构。每个大体为扇形的段包括第一线性边10，第二线性边11，封闭会聚直线边的内周端的内弧形边12，以及封闭发散直线边的外周端的外弧形边13。边10、11向内弧形边12汇聚，而边10、12向外弧形边13发散。外弧形边向下延伸，以保护炉顶结构的外环，并密封炉顶内的废气和火焰。

图2-4显示了一种具有大体为扇形面板1的水冷炉顶设计。扇形顶板1包括位于顶板下侧的冷却结构700。管2提供冷却水，该水流过炉顶结构到达顶板1的下侧(炉内侧)的冷却结构。水从顶板1的下侧(炉内侧)的冷却结构通过管3向外流动。冷却结构(例如图7A所示结构)中，顶板1的下侧(炉内侧)可保护炉顶结构免受上述热应力，电弧和一般操作损坏。

如上所述，顶板1的设计使其可为日常维护或损坏而需要修理时进行拆卸。面板1可通过从炉顶顶部抬起而从炉顶上拆卸下来，然后将新的或修理过的面板1降入(如图2-4所示的顺序)炉顶结构中的操作位置。面板的重量会驱动安全供水系统和回水连接系统。另外，还可使用高架起重机或其他设备驱动面板1向下移动600，以确保面板已经准确到位。将面板保持在可靠的位置时，可使用楔形/销钉固定组件(例如，图2-6中最左侧的辐条14所示)在炉子运行期间接合以将面板保持在适当位置。相比之下，将整个炉顶组件从炉子上移除，将损坏的面板从炉顶结构上取下，更换面板必须停机安装，将其放在地面上，炉顶结构放在在面板顶部上方，然后将面板手动向上拉，使其靠在炉顶结构的辐条上。

如上所述，水冷结构(例如，图7A中所示的结构)位于每个大体为扇形面板1的下侧。这种冷却结构的详细示例在图7B中进行了描述，其中冷却管包括半管或管22，其可以安装到板24或可以由多个管构成，可以连接以形成示例性的闭环冷却回路，该示例性的回路可以被配置为如图7B所示的单个并联流动配置。图7A和图7B所示的冷却回路包括返回构造，其中冷却管22示例性地通过连接件互连，例如，但不限于180度的折回和/或90度的弯折30。弯折30可以如图7B所示的圆角，或者斜接(未示出)等。管/元件与冷却液源和回流源33处于流体连通，冷却液源和回流源33与管2、3和快速断开连接4、5流体流动连通。

图2中，供水系统管2将水供给到下面的冷却面板结构700，管3使水从下面的冷却结构700中流动。穿过炉支撑结构6提供供水系统，供水系统流到与管2连接的快速断开夹具4。水从下面的冷却面板结构经过炉子支撑结构6排出。也就是说，水离开下面的冷却面板结构700，流经管3到快速断开系统5，进入炉子支撑结构6中的管道。因此，冷却水从与顶支撑结构6相关的管道通过快速连接/断开夹具4，流向为大体为扇形顶板1下方的冷却面板结构(多个管，挡板等)提供冷却水的管2，然后通过快速连接/断开夹具5到管道3的流动将所述冷却水除去，其中管道3通过炉支撑结构6中的管道输送需排出的废冷却水。

快速断开装置4、5在图2-4中进行了描述，例如，其中，显示了刚性拱形或直角管连接组件。显然，管2的端部大体为截头圆锥形，因此可以适于滑入互补形状的快速断开装置4中。可通过在管2的截头圆锥形端部或快速断开装置4的互补表面设置周向缝隙，来促进快速断开装置4的互补表面与管2的截头圆锥形端部的连接，从而这两个部件连接时，一个部件上的O圈与另一互补部件的槽适配，以密封要连接的这两个部件。所连接的部件有利地由诸如氯丁橡胶，青铜或其他类似的高温材料制成。快速断开装置4(或5)能够通过简单地提起一个互补形状的部件使其分离，从而与另一个互补形状的部件分离断开。如上所述，由于面板降低到炉顶200中的适当位置，驱动安全供水系统和回水连接装置，可能会发生互补形状部分的重新结合。可以在每个面板3的出口侧设置泄压阀和温度传感器，以避免水流系统中的温度和/或压力过载。

在当今的现代化钢厂中，必须在不停机或很少停机的情况下尽可能地启动并运行通用炼钢炉。至关重要的是，在各个面板和回路中测量温度，以确保在操作过程中可以采取预防措施，以避免灾难性的设备故障或水渗入炉内。

上面讨论的炉和顶板1需要监视每个回路或面板1的进水温度和出水温度，以维持顶板被适当冷却。由于高温和炉顶非常多尘的环境，维持适当的冷却水流量和水温非常困难。炉顶200在运行过程中会受到碎屑和尘土的损害，炉中心运行的电极产生的高热辐射，以及从面板1和包括水冷炉顶的炉顶结构周围的各种开口之间逸出的热气的影响。在正常操作期间，位于炉顶结构顶部的接线和温度感应设备会被损坏和/或破坏。

因为炉操作期间炉顶顶部温度高且条件恶劣，在炉顶或炉顶结构上增加任何监控、控制和/或调整炉子运行的附件、设备或装置非常困难。因此目前没有设备适用于该恶劣高温的环境。本公开的水冷顶板包括用于连接至电气监控设备的合适的电气连接设备。此类电气连接设备可能包括电线(电路)，一个或多个接线盒，热电偶等。电气连接设备包括快速断开装置(类似于快速断开装置4、5)，用于在拆卸和更换顶板1时与电气监控设备断开连接并重新连接。具有水冷接线盒的水冷电缆系统是另一种改良方式，保护电气系统组件(例如布线和温度感应设备)免受炉顶结构顶部恶劣环境的损坏。另外，水冷外壳集成到水冷电缆系统，以保护监控炉运行状况所需的设备，以便可以在炉子运行期间监控运行数据，并由操作员使用以维护安全有效的炉子运行。

将顶板从不利的炉环境中移出进行修理或更换对顶板的使用寿命具有显著的积极影响。在操作过程中修理损坏或磨损的面板1可减少计划外的停机时间，并显着减少利润损失。

减小扇形面板1的尺寸使炉顶结构的辐条14和三角支撑截面6暴露在外。在炉顶结构的辐条和三角支撑集管的热侧安装设备，该设备高度耐损坏，可以保护辐条免受极高的辐射热和电弧的损害。这可以通过使用由任何类型的材料制成的面板来实现，例如钢管，钢板，铜板，具有炉渣保留装置的铜板，高速铜管面板(HVC管)或公称直径为2英寸或更大的厚壁铜管。管中的高速水流使其能够抵抗电弧炉运行过程中可能出现的极高的热通量和电弧。

另一实施例中，每个面板可包括具有0.25英寸或更厚的厚壁铜的铜高速板。铜板上的高速水流使其能够抵抗电弧炉运行过程中可能出现的极高的热通量和电弧。当辐条为板状设计结构时，所述铜板也可作为辐条热侧的组成部分。

一实施例中，铜花键面板可以设计成具有适度的水流以应对高热通量。但是，管子热面上的花键(挤入管子或焊接到管子上)具有保护性的炉渣层(炼钢操作的副产品)。管的热面上的花键冷却并将炉渣层机械固定在适当的位置，以使面板的热面免受电弧和热应力造成的电损坏。

在另一实施例中，面板可以由钢制成，设计成具有适度的水流以应对高热通量。但是，管子热面上的花键(挤入管子或焊接到管子上)具有保护性的炉渣层(炼钢操作的副产品)。管的热面上的花键冷却并将炉渣层机械固定在适当的位置，以使面板的热面免受电弧和热应力造成的电损坏。

炉顶结构辐条14和保护面板的三角形集管6连接到辐条的下侧(热面)，以提供上述保护。进水口和出水口突出穿过辐条和三角形集管，并独立于扇形水冷面板1。所有上述辐条保护面板均具有较好的传热和耐电弧特性，可让面板适用于环境最恶劣的电弧炉区域。

更换面板的安装和支撑对于实现在一个小时或更短的时间内更换损坏的顶板的目标至关重要。如果将面板快速移离炉环境并进行更换，并立即在炉顶放置更换后的面板，则面板的使用寿命可能会大大增加。

冶金炉和精炼炉可受益于在炉炉顶结构上设置过程监控设备(例如，废气成分测量仪器)。目前，由于高热、火焰、粉尘和碎屑损坏导致的炉顶的恶劣环境，一直不能在炉炉顶结构上设置过程监控设备。将水冷设备的外壳绑在水冷电缆上以确保数据的安全传输是一个重大改进。这使得仪器可以放置在更靠近处理环境的位置，从而提高了工艺控制的可能性。

尽管在前述附图和说明书中已经详细地说明和描述了本公开，但应当认为该说明是示例性的，而不是限制性的；应理解，仅示出和描述了示例性的实施例，在本公开精神之内的所有改变和修改都希望得到保护。

Claims (20)

1.一种更换冶金炉或精炼炉的炉顶损坏部分的方法，包括：

提供具有顶载顶板系统的所述冶金炉或精炼炉，所述顶载顶板系统具有顶载炉顶结构，所述顶载炉顶结构包括顶支撑梁和与多个面板，所述多个面板与所述顶支撑梁联结并由顶支撑梁支撑；

将所述多个面板的第一面板从所述炉顶结构提起，使其从所述顶支撑梁移除；

用第二面板更换所述第一面板；以及

将所述第二面板联结到所述炉顶结构，使所述第二面板支撑于所述炉顶支撑梁顶部的下方并定位成用以保护所述顶支撑梁的下侧热面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中顶载水冷顶板为扇形的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述顶载水冷顶板包括扇形水冷面板。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述顶载水冷顶板支撑于所述顶支撑梁的顶部的下方，其高度范围为从所述顶支撑梁的底部到所述顶支撑梁的顶部。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括提供至少一个快速水断开系统以将所述至少一个顶载水冷顶板连接到供水系统。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括提供另一快速水断开系统以将所述至少一个顶载水冷顶板连接至回水系统。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述移除所述至少一个顶载水冷顶板的步骤包括抬高所述至少一个顶载水冷顶板以将其从所述顶载炉顶结构移除。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括调整所述顶载水冷顶板的尺寸，使其适于穿过所述顶支撑梁之间的空间。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述顶载水冷顶板从所述顶支撑梁的底部抬起直至所述炉顶支撑梁的顶部。

10.一种更换冶金炉或精炼炉的炉顶损坏部分的方法，包括：

提供包括顶载顶板系统的冶金炉或精炼炉，所述顶载顶板系统具有顶载炉顶结构，所述顶载炉顶结构包括在径向、水平和垂直方向中的至少一个方向上延伸的顶支撑梁；

提供联结到所述炉顶结构的多个顶板，使所述多个顶板分别支撑于所述顶支撑梁的顶部的下方并定位成用以保护所述顶支撑梁的下侧热面；

从所述炉顶结构移除第一顶载水冷顶板；

修理所述第一顶载水冷顶板；以及

为所述炉顶结构更换所修理的第一顶载水冷顶板。

11.一种用于冶金炉或精炼炉的炉顶组件，包括：

炉顶结构，所述炉顶结构由内支撑梁、外支撑梁以及联结于所述内支撑梁和外支撑梁之间的多个径向延伸的支撑梁组成；

多个面板，所述多个面板联结到所述炉顶结构并支撑于所述支撑梁下方，并且所述多个面板被设置的位置用以保护所述炉顶结构的下侧；以及

水冷结构，所述水冷结构联结到所述多个面板的至少一个的下侧，并且所述水冷结构与联结到所述面板的至少一个快速水断开系统形成流体连通，所述水断开和水冷结构进一步流体联结到供水系统和回水系统，所述供水系统和回水系统被定位为保护所述炉顶结构且远离所述炉中的液态金属浴。

12.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，还包括联结到所述至少一个水冷面板的至少一个快电断开夹具。

13.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，还包括水冷电缆，以保护温度感应设备和将温度数据传输给水冷接线盒的接线。

14.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，还包括所述炉顶设置的过程监控设备。

15.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，其中所述多个面板包括扇形面板。

16.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，还包括将所述多个面板连接到所述供水系统的至少一个快速水断开系统。

17.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，其中每个所述多个面板包括用于将所述面板从所述炉顶结构提起的一个或多个凸耳。

18.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，其中所述水冷结构包括水从其中流过的曲形管，所述管包括至少一个90°或180°的弯折。

19.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，其中每个所述多个面板包括顶部和侧部，其中所述侧部与所述外支撑梁对齐。

20.根据权利要求11所述的所述炉顶组件，其中所述炉顶结构在所述内支撑梁、所述外支撑梁以及至少两个所述径向延伸的支撑梁之间限定开口，所述开口被构造为接收所述多个面板中的一个面板。