CN1142309A - 电弧炉的电极密封装置 - Google Patents

Abstract

一种电极密封装置，该装置用于各种电弧炉，特别是炼钢用的电弧炉中，该装置具有一个第一个密封件，该第一个密封件的形式为水冷式的铜套筒，该铜套筒与炉顶上用作一个电极通道的一个孔在一直线上，该套筒有一个上表面，该上表面与由铜铍合金制的多个水冷式扇形块组成的一个可水平滑动的密封圆环的下表面啮合，该多个扇形块端面与端面贴紧，形成一个围绕该电极的紧密的配合套环，该套环的内径与该电极的外径相同。该多个扇形块由弹簧加载，沿半径方向彼此压紧，使这多个扇形块的中心与该炉顶上孔的中心一致，以便适应该电极的小量尺寸超差或形状的不规则性，并为该电极的水平运动提供阻尼作用，该多个扇形块再由弹簧向下推，压在该套筒上。在该多个扇形块和该套筒中的水通道是串联连接的，并且水管路和弹簧加载装置这样布置：即使该密封装置圆周的一部分是没有任何东西的，这样可使多个电极紧密地组成一组。

Description

电弧炉的电极密封装置

发明领域

本发明涉及用于电弧炉的电极密封装置。

发明背景

电弧炉通常包括一个炉膛和多个一般为垂直放置的石墨电极。该多个石墨电极被支承着，可以向下悬垂沉入炉膛中。为了防止烟雾逸出，保持炉内理想的气氛和控制热损失，通常这种炉子都带有一个盖或顶。该炉盖或炉顶具有多个孔，电弧炉的多个电极就通过这些孔向下悬垂。当需要打开炉顶或炉盖时，必需将多个电极从电弧炉中拨出。而这些电极的下端是非常热的。根据炉子的形式和用途的不同，在炉子正常工作过程中，电极必需具有一个较大或较小的垂直移动量，并且，电极还必需向下运动以补偿电极顶端的消耗。另外，特别是在对炉料进行熔化的初始阶段，通过多个电极的电流的急骤增大对这些电极施加非常大的电磁力。这些非常大的电磁力使电极产生巨大的横向偏转。这些和其他一些因素对要在一个电弧炉的多个电极和炉顶之间设置一个密封装置的结构提出了许多非常严格的要求。

在只需要留出中等大小的电极运动范围的炉子中，可以采用水冷式伸缩密封装置，如在法国专利N O.1,418,153(IRSID)，美国专利NO4,306,726(Lefebvre)和美国专利NO.4,027,095(Kishida等)中所例示说明的那些密封装置。

美国专利NO.4,745,619(Strobele)公布了一种电极密封装置结构。在该结构中，在炉子正常工作过程中穿过炉顶延伸的该电极的那一部分周围设置了一个水冷式套筒。该水冷式套筒支承着或提供了一个密封件，该密封件与在炉顶该相应孔周围的另一个环形密封件相互配合。这样，当为了打开炉顶，将多个电极从该炉子中拨出时，该安装有密封件的电极，不带着保持在炉顶上的密封件，可以单独地被升高。在这种结构中，该水冷式套筒使该电极结构变得复杂。并且，即使小心地设计，在某些情况下，当在电极运动范围的下端时，该水冷式套筒容易被炉内的电弧放电损坏。在美国专利NO.1,690,795(Sagramoso)和NO.4,347,400(Lamarque)中提出了另外一些使用水冷式套筒的密封装置结构，这些水冷式套筒包围着多个电极并安装在该多个电极上。

还提出了多个电极密封装置结构。这些电极密封装置结构由炉顶支承着，并且直接作用在该电极表面上，与该电极表面滑动接触。美国专利NO4,457,002使用了一个水冷式套筒，该套筒向下悬垂沉入炉子中，但却从炉顶上支承着该套筒。这种结构与使用安装在电极上的套筒的那些结构具有许多相同的缺点。这个结构在该水冷式套筒下面需要一个多个扇形体组成的屏蔽圆环，并只有有限的间隙可供电极作横向运动。因此，这种电极密封装置结构不适合使用在电极需要经常通过炉顶拨出的地方，例如熔炼废钢的炉子中。

美国专利NO.4,442,526(Rappinger)公布了一种电极密封装置，该装置用在一种具有一个导电的水冷式炉顶的炉子中。在该专利中，有关该密封装置结构本身的细节提供得很少，但整个装置似乎是基于使用一种水冷式炉顶的。

美国专利NO.3,383,233(Prenn)公布了一个系统，该系统用于不依赖炉顶，而支承各种密封组件的重量，同时允许多个电极作横向运动。这些密封装置本身是由耐火材料制成的多个园环，并可能附加一些绕支轴转动的扇形块密封件。假如使用多个这种绕支轴转动的密封件，则还不清楚如何保持多个电极之间的充分的电气绝缘。

二个美国专利NO.4,295,001(Britton)和NO.4,759,032(Willis)都公布了一些结构，在这些结构中，将大量的耐火材料制成的密封扇形块向内压在多个电极或每一个电极上，以保持理想的密封。

美国专利NO.2,979,550(Sherman)公布了一种结构。在该结构中，大量绕支轴转动的、分割的水冷式密封扇形块，依靠重力和弹簧作用向内压在一个电极上，在多个扇形块和一个支承圆环之间设有一个附加的膜片式密封件。

在实践中，事实证明上述多个系统中没有一个系统对用于炼钢的电弧炉操作者们来说是通常可以接受的。已经提出的解决这个问题的一个方法是一种气体密封形式。如麦克·塞文斯基(Mark Cywinski)，1992年11月在“国际钢铁时报”(Steel Times Inlernationa1)上发表的一篇文章“防止电弧炉烟雾和灰尘逸出”中所述，在该气体密封形式中，压缩空气吹到多个电极与炉顶之间的多个间隙中。这个解决方法本身代表了一种默认，即一般来说，现在还没有一种适用于炼钢的令人满意的电极密封装置。

发明概述

本发明的一个目的是要提供一种用于电弧炉的电极密封装置，该装置是高效率的，结构较简单和经济；并且该装置可以作得足够轻，使它可以安全地支承在一个耐火材料制的炉顶上。该装置还适合于多个电极重复地被从炉子中完全拨出和有助于延长该耐火材料制炉顶的寿命。

本发明不是迫使多个密封件压着一个电极的表面以形成密封，这样会造成密封件过份磨损，并可能有卡住的危险，而是构成一个密封园环。该密封园环由较少量的几个水冷式金属扇形块组成。这几个水冷式金属扇形块在圆周方向被弹性地推压，使各个扇形块的端面与端面贴紧，形成一个围绕该电极的一个紧密配合的环形圈。该环形圈的内径与该电极的名义外径紧密地匹配。许多电极制造厂家将石墨电极的外径规定在较窄的公差范围内，但实际上在正常情况下要保持更窄的公差。通过使该密封园环的内径与该电极外径的这个窄公差范围建立适当的关系，就可以得到一个良好的配合。同时，因为该少量几个密封扇形块的向内运动受到各扇形块端面与端面的贴紧接触的限制，因此可以避免密封件的过份磨损或摩擦啮合。目前得到的提示信息是，当该密封圆环的内径接近电极直径正常情况下所处的直径范围的上限时，结果最好。但是，根据经验，这个关系可能需作某些向上或向下的调整。本发明的目的是要提供一种装置，在正常情况下，该装置的多个圆环形扇形块是贴紧的，或靠得非常近的，只有在使各种胶结体适应该电极的表面以及适应各个电极部分之间的接头处的不规则状况时，才需要将该多个圆环形扇形块分隔开来。实际上，克服容纳电极本身所需要的弹簧被压缩的位移是非常小的。将该密封园环的弹性地向下压，以构成一个平面的环状密封，其平的表面在另一密封件上。该另一密封件为炉顶上该电极所通过的孔提供了一个圆柱形的水冷式衬套。该另一密封件不但在允许该电极作横向运动的同时构成了密封，而且还将该密封装置固定在炉顶上，并保护炉顶的该电极通过的孔的内表面不受热应力作用。否则，该炉顶上电极通过的孔的内表面是会受到热应力的作用的。

本发明的其他一些特点从下面对一个优选实施例的说明和所附的权利要求中可以清楚地了解。

附图的简要说明

图1为根据本发明的电极密封装置的一个实施例的平面图；

图2为沿图1的A-A线所取的垂直截面，它表示一个电极的各个相邻部分和炉顶；

图3为表示水流通过该密封装置的图形；

图4为该密封装置第一个主要部件的平面图；以及

图5和图6为通过一个扇形块相对二端的局部的圆周方向的垂直截面，该扇形块构成该密封装置第二个主要部件的一部分。

优选实施例的说明

下面的说明是特别针对本发明的一个实施例的。该实施例用在一个三相交流电的、具有呈三角形分布的三个电极的炼钢电炉中。应当了解，本发明也可适用于其他各种具有一个或多个电极的交流电和直流电的电弧炉。然而，从图1中可以最清楚地看出，本发明有一个优点，即该密封装置实际上可以这样布局：即它使炉顶在各个电极之间的那部分不受任何阻碍。从而炉顶的该部分可以利用空气射流或其他方法，很容易保持清洁，以使由于导电的沉积物的堆积和导电的结构的存在引起的电极之间电弧放电的危险减至最小。

参见附图，该电极密封装置是由二个主要的、互相配合的部件组成的。第一个部件为一个圆筒12的形式，它与炉顶14上的一个孔在一直线上。第二个部件为一个圆环2的形式。该圆环2与一个电极4接触，并由三个扇形块6构成。每一个扇形块具有一个基板8。三个基板8组合，形成一个下端环形平面。该下端环形平面安放在该圆筒12的一个上端环形平面10上。三个基板8可以在平面10上横向运动，从而使该电极可以相对炉顶作横向运动。

三个扇形块6由一根环圈形的钢丝绳16弹性地保持贴紧。该环圈形钢丝绳16的二个末端由一个拉力弹簧装置18连接起来，并保持对准。三个扇形块6由三个堵头20保持不会倾斜。堵头20具有几个有锥度的堵头芯22，该几个堵头芯22插入三个堵头26的几个堵芯座24中(参见图5和图6)。三个扇形块的贴紧表面和内表面要经过机械加工，以便在贴紧时形成紧密地包围着该电极的圆环2的内径。现在看来，该圆环2的内径等于一个较窄的多个直径范围的上限是比较合适的，而该上限值是由一个给定名义直径的大多数电极部分所给出的。这样，虽然制造厂家提出的公差范围要大得多(0.6064至0.6128米)，名义直径为24英寸的“联合碳化物”公司(Union Carbide)生产的电极中的95％的直径在0.6111至0.6119米范围内，其余的电极直径略小于0.6111米。虽然，在所提出的公差范围内的直径都可能是令人满意的，但对于这样的电极，该圆环2的内径带有+0.0008米的公差可能是最佳的。假如需要，可以在各个扇形块之间加一些垫片以调整圆环2的内径。这样做的目的是要使在相邻的各个扇形块之间或在各个扇形块和该电极之间产生过大的间隙(大于约0.0008米)的可能性减至了小。

三个扇形块6由三根铜铍合金棒料制成。该三根铜铍合金具有三个平行的纵向孔。将该三根铜铍合金棒料弯曲，形成120°的三个扇形块。三个扇形块6带有多个纵向冷却通道28。该多个纵向冷却通道28的末端由堵头20和26封闭。几个通道28，在靠近其一个端面的地方用一个横向孔30连接，该横向孔30从外面用堵头堵住。而该多个通道28，在其另一端，由多个带螺纹的径向孔与外面的管接头连接，如图3所示。三个基板8均由不锈钢制成，并用螺钉拧紧在三个铜铍合金的扇形块上。这里，铜铍合金和不锈钢都是优选的材料，假如适当的传热性和耐磨性能够保证，也可采用其他各种非铁磁性金属或合金。

另外，使三个扇形块6互相贴紧，形成一个圆环2。再利用通过三个靴块36加在三个杠杆34上的水平力使形成的圆环2与圆筒12对准。三个杠杆34支承在三个支轴38上，可绕三个支轴38转动。支轴38可以承受垂直推力，并由两个弹簧装置40驱动。弹簧装置40的反力由支轴42承受。支轴38和42由法兰44支承，该法兰44由该圆筒12的顶部向外突出。靴块36包含芯子46，该芯子46由一叠盘簧48向下压，迫使基板8向下移动，与该圆筒12的上表面10接触。

圆筒12的内径可以比该电极的外径大15％-20％左右，这样就形成一个适当的间隙，使该电极可作横向移动。该圆筒12可由铜浇铸制成，在该圆筒12内还铸出一个冷却用的圆周管路50。该圆筒带有几个外肋条52，用以将该圆筒放置在炉顶上。该炉顶是由其成分适合于该使用场合的耐火水泥，围绕着该圆筒浇铸而成的，例如可采用高矾土水泥或铬水泥。当将多个电极通过该圆筒12拨出时，为了减小热冲击效应，在该圆筒的下部和该炉顶之间可以留有一个间隙。该间隙用耐火纤维58填充，或者如图所示，该圆筒的下部也可作出许多垂直的槽56，以适应铜和耐火水泥膨胀的差异。

管路50利用外部管子64与三个扇形块6中的冷却通道28串联连接，因此，整个密封装置可以使用单一的输入和输出管接头60和62。在该密封装置最接近其他几个电极的那一侧(图1中的顶部一侧)不需要外部水管了。水通道的串联连接的优点是，任何障碍可以立刻被发现，而几个并联通道中的一个通道堵塞不可能立即被发现。三个杠杆34的取向是这样的：即它们应使该密封装置与杠杆的同一侧面不受阻碍。由于多个电极之间没有各种障碍物，这可使多个电极按照理想的紧密程度组装在一起。各个电极之间的各种障碍物会使间隙减小，或促使导电沉积物生成。这种导电沉积物与通过该密封装置逸出的各种电离气体结合将促使在各个电极之间产生不需要的电弧放电。

在使用过程中，该圆环2紧密地包围着该电极4，并借助于多个弹簧48保持与该圆筒12密封接触。该环圈形钢丝绳16和圆筒12使三个扇形块6保持贴紧，但允许这些扇形块稍微的向外运动，以适应一些尺寸过大的电极部分贴紧的各个电极部分之间的稍微不对准和粘在电极表面的飞溅出的材料。由于正常情况下，加在三个密封扇形块上的保持力是由三个扇形块的贴紧端面承受，而不是由该圆环和该电极的密封表面承受的，因此尺寸作得接近有助于使该圆环和该电极的磨损减至最小。在制造过程中，通过使三个扇形块与其末端相邻的内表面尺寸减小千分之几英寸，可以更好地适应电极的公差。三个基板8接合水平表面和该圆筒的上表面10之间的摩擦啮合对该电极相对于炉顶的水平运动施加相当大的阻尼作用。同时，在该电极垂直运动过程中，多个弹簧48施加的垂直弹性负载使该密封装置可作微小的垂直运动，这有助于打破任何瞬时的卡住现象。

该圆筒12有助于保护在该孔周围的炉顶部分不遭腐蚀。当没有有效的电极密封装置时，往往会产生该炉顶部分的腐蚀。该圆筒12还可保护耐火材料不致受到严重的温度瞬变的影响。当一个电极的白热顶端通过炉顶上的该孔拨出时，就出现这种激烈的温度瞬变。同时，该圆筒的下端的结构有助于防止由该圆筒和炉顶的热膨胀差异造成的耐火材料承受应力的问题。该密封装置及其水通道的简单结构意味着该结构并不是过份笨重的，因此不会有过大的负载作用在炉顶上。为了避免在炉顶塌陷时，出现该密封装置落入炉子中的危险，该密封装置可用绳链栓住。

Claims (12)

1、一种电极密封装置，该装置用于封闭一种电弧炉炉顶中的一个孔和通过该孔的一个电极之间的间隙，该密封装置包括：一个第一个密封件、一个第二个环状密封件和多个沿半径方向作用的弹性保持装置；该第一个密封件位于炉顶上，围绕着该孔的圆周，所述第一个密封件由管状的圆筒件构成，与炉顶上的该孔在一直线上，所述第一个密封件的内径比该电极的外径大得多，所述圆筒件形成一个包围该炉顶上的孔的上部环形平面；该第二个环形密封件具有一个下部环形平面，该下部环形平面安放在该第一个密封件的该上部环形平面上，该第二个密封件由多个可独立运动的圆周扇形块组成，该多个圆周扇形块的端面与端面贴紧，形成一个围绕着该电极的圆环，该圆环内表面的直径足够小，使该圆环可以紧密地配合在该电极的周围，这样，该电极与该第二个密封件之间的间隙小于0.0008米左右，但仍是足够大的，该间隙正常情况下由该多个扇形块的端面与端面的所述贴紧来进行控制；该多个沿半径方向作用的弹性保持装置与所述第二个密封件啮合，推动所述多个扇形块进行贴紧，所述多个弹性保持装置包括多个由所述第一个密封件支承的装置，该所述多个弹性保持装置的作用是使该第二个密封件与该炉顶上的孔中心对准，另外，该多个由所述第一个密封件支承的弹性保持装置还可迫使所述第二个密封件的下部环形平面与所述第一个密封件的上部环形平面啮合。

2、如权利要求1所述的一种电极密封装置，其中，该二个密封件由非铁磁金属制成，在该二个密封件内作有多个冷却水通道。

3、如权利要求2所述的一种电极密封装置，其中，在该第一个密封件中的多个冷却通道和该第二个密封件的每一个扇形块是串联连接的。

4、如权利要求2所述的一种电极密封装置，其中，该第一个密封件由铜制成，该第二个密封件的多个扇形块由铜铍合金制成。

5、如权利要求4所述的一种电极密封装置，其中，该多个扇形块具有多个由不锈钢制成的耐磨平板，该多个耐磨平板构成了所述的下部环形平面。

6、如权利要求1所述的一种电极密封装置，其中，所述沿半径方向作用的多个弹性保持装置包括多个杠杆和多个弹簧；该多个杠杆由支轴支承在该第一个密封件上，可绕支轴转动，并作用在每一个扇形块上；该多个弹簧由该第一个密封件支承，并迫使多个杠杆沿半径方向顶在该多个扇形块上。

7、如权利要求6所述的一种电极密封装置，其中，所述沿半径方向作用的多个弹性保持装置还包括一个围绕多个扇形块的弹性加载环圈。

8、如权利要求6所述的一种电极密封装置，其中，所述多个杠杆与该多个扇形块啮合的多个部分还包括多个弹簧加载芯子形式的所述多个弹性保持装置，该所述多个弹簧加载芯子形式的弹性保持装置推动所述第二个密封件的所述下部环形平面向下运动，与所述第一个密封件的所述上部环形平面接触。

9、如权利要求1所述的一种电极密封装置，该装置用于具有三个电极组成一组的三角形电极组的一种炉子中，其中，所述多个弹性保持装置是这样放置的：即使该电极密封装置的、方向为面对该电极组的其他几个电极的一部分不带有各种突起部分，该各种突起部分是由所述多个弹性保持装置形成的。

10、如权利要求9所述的一种电极密封装置，其中，多个冷却通道由多个外部管路连接，该多个外部管路布置成使该电极密封装置的所述圆周部分没有所述管路。

11、如权利要求1所述的一种电极密封装置，其中，该管状圆筒件的下部作有许多沿着圆周间隔分布的垂直槽。

12、如权利要求1所述的一种电极密封装置，其中，该管状圆筒件的下部用纤维材料包围，该纤维材料填充在该圆筒件安装在其中的孔内。

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