CN1547657A - 用于钢铁工业中的转底炉 - Google Patents

Abstract

一种用于钢铁工业中的转底炉，包括一个具有环形平面的炉子(12、112)，炉子在旋转炉床(14、114)附近的底部封闭，在上部用耐火材料(15、115)加炉衬，还包括一个炉子(12、112)的底板(28、128；30、130)。所述炉床(14、114)包括多个环形区段(17、117；17′、117′)，所有的区段都与其它的区段相同并且相互连接以形成环形，该环形与炉子(12、112)的内表面的形状互补，通过两组根据两个圆周安装以相同的距离设定的同心轮组(26、126)，使炉床绕环形的中心轴旋转，同时支撑物(25、125)固定在底板(28)上或炉床(114)的下面，支撑物(25，125)与两个圆形轨道(20、120)互补，圆形轨道(20、120)分别固定在炉床(14)的下方或底板(128)上。根据本发明，所述轮组(26、126)和所述两个轨道(20、120)都以这样的方式安置，即具有相同的载荷分布。

Description

用于钢铁工业中的转底炉

本发明涉及用于钢铁工业中的转底炉。

转底炉已经被使用了很长时间，特别是在钢铁部门中。

转底炉的应用是各种各样的。例如，在轧制前使用转底炉加热铸锭、板坯或钢坯中的金属；或用于材料的热处理，例如金属零件、玻璃或石墨；或者还用于处理松散或成团的原材料，例如煤或铝，或原材料的混合物，例如含碳的铁矿石，或包含大量含碳铁的废料。

转底炉以不同的形状建造而成，其直径从几米到50m以上变化，其宽度甚至大于6m。

炉床的旋转速度也是不同的。大型加热炉甚至以小于每小时一转的速度旋转，而用于煅烧或处理原材料的小型转底炉的旋转速度达到每小时15转。

通常炉床的形状为环形，并且通过两个圆周上的轮组旋转。这些轮组位于靠近环形面末端的圆周上。

轮子在轨道上运转，并且可能有两种不同的结构方案。

第一种方案是在旋转炉床的框架上整体制造轮子，将轨道固定在地面上，安装在通常由钢筋混凝土制成的刚性非常好的结构上。

第二种方案是在旋转炉床的框架上整体制造轨道，将轮子固定在地面上，安装在通常由钢筋混凝土制成的刚性非常好的结构上。

在后一种情况下，由于在炉床旋转的过程中，轮子和轨道之间接触点的不断变化，设计和建造旋转炉床必须考虑金属结构及其耐火炉衬的疲劳应力。

这种疲劳应力对耐火材料的使用寿命可能是非常关键的，因此所设计的炉子具有位于内径和外径这两个直径上的轮子，并且处于相同的半径上，因此能够将上述的金属结构分为具有与轮子相同角间距的区段。这样设计后，由于轮子与轨道接触点位置的变化而产生的作用在该结构上的炉床结构的变形产生有限的应力并且减少了耐火材料的周期运动或使之最小。

近来在铁矿石的处理领域中很多新的工艺得到发展，在该工艺中，要求带有很大的炉床面积的转底炉，并且在某些情况下，要求转底炉具有非常高的旋转速度，甚至超过每小时15转。

这些转底炉所要求的炉床表面大于目前所建的转底炉的炉床表面，其直径甚至大于50m，炉床宽度大于6m，甚至超过10m。

在这些加热炉中，当尺寸和旋转速度显著地增加时，在通常应用中一般的不重要的问题会变得很严重。需要解决的主要问题是轮子和轨道之间接合部分的磨损，和由于炉床板支撑结构上的温度差产生的炉床板的弯曲。

通常将轮子和轨道安装在非常靠近炉床端面的两个圆周面上。由于系统的几何形状，外表面上的轮子的负载量大于内圆周上的轮子的负载量。随着炉床宽度的增加，负载量的差值会增加，因此位于内圆周和外圆周上的轮子和轨道的磨损会产生巨大的差值。上述情况可以得到弥补，例如通过改变轮子和轨道的尺寸。

在这些炉子中，炉床的平面性是第一重要的。如所知的，由于从炉床处的热量传导，耐火材料炉床的支撑梁易被加热，同时由于辐射和向下方的环境传导热量而使之冷却。在这些支撑梁上，炉床的顶部和底部之间通常会产生温度差，当温度差达到工作温度时，产生炉床弯曲的现象。

当炉床的宽度增加时，传统结构的框架具有与炉床本身宽度相同的炉床板，由于所述热效应产生的应变和随后可能在耐火结构中产生的应力或应变所引起的应变，会使这种结构变得非常危险。

再者，由于某些新的转底炉需要建在超出地面相当高的高度上，甚至超过20m，必须用来支撑炉床的轮子或轨道的炉子的支撑物很高，这就会增加结构的柔性。特别是，在炉床的负载下，如果该结构产生点与点之间不同的变位，特别是以不对称的方式产生，那么所产生的应力就可能非常严重，能引起炉子运转过程中的功能性的复杂情况和疲劳的现象。

本发明的一般目的是改善转底炉中轮子和轨道的性能，并减少旋转炉床和其耐火炉衬的结构上的应力。

另一个目的是以一种非常简单、经济并特别有用的方式克服上述传统结构的技术中所存在的不便的现象。

由于以上目的，根据本发明，它试图实现用于钢铁工业中的转底炉，这种转底炉具有权利要求书中所述的特征。

根据随后描述的分析，并参考附图，本发明的结构上和功能的特征及相对于现有技术的优点将变得更清楚和明显，附图中示出了按照本发明创新的原则所实现的用于钢铁工业中的转底炉。

在图中：

-图1示出了按照本发明的炉子的第一种实现方式，从用于炉子中的仅有一个旋转炉床的金属支承结构的下方看的设计图；

-图2是沿图1中平面II-II剖开的剖视图，亦即，沿用于钢铁工业中的转底炉的第一种实现方式的径向平面剖开，其旋转炉床如图1所示；

-图3是在该平面上放大并展开的侧视图，部分地示出了按照图2中的实现方式使炉床旋转的装置，其中轮子安装在固定结构上；

-图4为沿着用于钢铁工业中的转底炉的第二种实现方式从半个加热炉的径向平面剖开的侧剖图；

-图5是在该平面上放大并展开的侧剖图，部分地示出了按照图4中的实现方式使炉床旋转的装置，其中轮子安装在炉子的移动结构上。

参考图1、2和3，图中以第一种可能的实施例用炉子12表示按照本发明的用于钢铁工业中的转底炉，炉子12安装在支撑结构16上并装有旋转炉床14。

炉子12具有一个形状为环形的平面，该环形平面用耐火材料做炉衬，由内侧以耐火材料为炉衬的壁13使炉子12的侧面和上部封闭。而炉子12在底部由炉床14封闭，炉床14同样为环形但围绕环形的中心垂直轴旋转。炉床14在上部用耐火材料15做炉衬，例如用耐火板。

炉床14由一系列的环形区段17组成。除了该区段17的圆周分隔板外，如图1所示，还可有炉床14的环形的径向分隔板，该径向分隔板沿着位于环形的内端圆周和外端圆周之间的中间圆周的圆弧18将区段17分成两个半区段17′。

包括圆弧18的中间圆周将区段17分成两个重量相同的半区段17′。考虑到环形的半区段所对的区域的几何形状，因此圆弧18大于炉床14的环形的中央圆周。

分成半区段17′的炉床的分隔板容许炉床水平面的变化明显地减小，炉床水平面的变化是由于当炉床达到正常工作温度时，区段17的支撑结构的热弯曲所引起的。

图中所示的半区段17′在网状结构上包含横杆22、立杆23和23′，可能还有拉杆或加强杆24。

如图2和3所示，网状结构在底部具有两个与炉床14的环形同轴的环形杆19。将这些环形杆19安装在与区段17和17′的重心一致的圆周上，因此这些区段的重量直接分布在下方的系统。

在这些环形杆19的下方有两个轨道20，这两个轨道具有相同的区段。

在图2的例子中，这些环形杆19的安装位置使得炉床14施加在两个环形杆19上的重量几乎相同。

支撑结构16包括一个安装在圆周方向的支柱组30上的底板28。固定在底板28上的是用于支撑轮子26的两组支撑物25，该支撑物25沿着圆周放置，以使轮子26与炉床14的两个轨道20互补并且在转动时与炉床14的两个轨道20对齐。

将两组轮子26以这样一种方式安装，即将一对轮子26设置在内圆周和外圆周这两个同心圆周的相同半径上，这些半径在相同的圆周上间隔相同的距离。这些对轮子26的数量等于区段17的数量。这样在炉床14自身的旋转期间，由于轮子26施加在杆19上的力，从而也施加到区段17和耐火材料15上的力的位置发生变化所产生的应力最小。实际上，半区段17和17′主要由立杆23支撑，立杆23垂直地连接其中一个环形杆19。如图2所示，这些立杆23实际上位于靠近半区段17′重心的区域。

因此每个区段17装有两个立杆23，每个半区段17′装有一个立杆23，立杆23连接在两个杆19上。这两个杆19连接在位于径向位置上的横杆22上。

可以将横杆22相对于每个区段17的两个立杆23来设置。在两个半区段17′之间分隔圆弧18的区域将立杆23′添加到两个立杆23上，立杆23′具有吸收垂直方向的外力的目的并且还为半区段17、17′提供了稳定性，垂直方向的外力是由于立杆23的位置不是准确地位于所述半区段17、17′的重心上而产生的。

应该注意，最好的状态是立杆23位于半区段17′的重心的情况下。在这种情况下，将两个半区段17′分开的圆弧18上的垂直应力相互抵消，该分隔板可以用作热膨胀连接。再者，横杆22不受与立杆23′相对应的炉床所传递的负载而引起的应力这一事实允许避免梁发生挠曲，因此使轨道20上的轮子26的工作优化。

图2所示的圆周的支柱组30(在这种情况下为4个支柱)中，支柱30在同心圆周的相同的半径上成组对齐，图中这些半径在相同的圆周上间隔相同的距离。支柱组30的数目等于区段17的数目。

更特别的是，参考图2和3，安装支柱30的四个圆周中的两个可以等于安装支撑轮子26的支撑物25的圆周，并且这些支撑物25位于与每个支柱30相应的底板28上。

由于所设计的支柱30在炉床14的负载下具有相同的垂直变位，因此在运转期间，由于环形杆19的负载施加轮子26上的位置的改变而产生的炉床14上的应力将最小。

而如果支柱30不能如上述那样设置，必须将支撑结构16如此设计，即轮子26的垂直变位尽可能相同。

图4和5示出了本发明的又一个可能的实施例，在该实施例中，等于和/或相当于图1、2和3所示的元件用相同的附图标记标出，这些附图标记增加了100。

第二种实施例只是在这一事实上不同，即轮子26的支撑物25和第一种实施例中所示的轨道20之间的位置相互颠倒。

如图4和5所示，在这种实施例中，将轨道120固定在底板128上。

将支撑物125锚定在环形杆119的下面。更精确地是，支撑物125是成对的，并安置在环形杆119的两个同心圆周的相同半径上，环形杆119在各自的圆周间隔相同的距离。这些对支撑物125的数量等于区段117的数量。另外，支撑物125的固定与支撑炉床114的网状结构的立杆123相对应。

目前为止，对于支撑结构116，总是要采取措施将圆周方向的支柱组130如此安置，即将其成组在同心圆周的相同直径上对齐，在各自的圆周上，半径间隔相同的距离。这些支柱组130的数目等于区段117的数目。

这样当轮子126旋转时，用同支柱130相同的方式间隔相同的距离的炉床114的轮子126不会在炉床114上施加任何不同的应力。由于轨道120和下面的支撑结构116的变位，实际上炉床做相同的上升和下降运动。这样在炉床114的结构上不产生应力，并且在位于其上的耐火材料115上不引起运动。

最后，根据本发明用于钢铁工业中的转底炉向两个内圆周和外圆周的轮子以相同或非常相似的方式施加应力，在转底炉中，支撑炉床的结构具有一个中央半径，该中央半径等于将炉床分成两个具有相同负载的同心圆环的半径。

这样，轮子的性能相同，并且通过使用相同尺寸的轮子和轨道可以使结构简化。

除了简化结构及维修外，还存在其它的优点，例如可以使加热炉的密封得到改善。

此外，随着加热炉的宽度非常大时所具有的最大的益处的同时，有可能将炉床结构不仅沿径向分成各区段，而且还沿圆周分成半区段；这一点通过将轮子安置在相对于两个半区段的重心而易于实现，因此能使将区段分为半区段的区域上的应力和环形杆上的扭曲应力最小。

这些半区段具有不同的好处。首先，安装在炉床上的轨道或轮子的支撑结构上的扭曲作用会减小或最小。其次，在该结构的区段上的最大径向热膨胀减小，这是因为该区段被分成两个锚定在中心上的半区段。最后，由于构成所述区段的金属结构的顶部和底部之间的温度差，所引起的炉床区段的总弯曲值，在将区段分为半区段的方案中相对于没有半区段的方案来说会减小。

参考附图，从以上描述中可以明显地看出，按照本发明具有大尺寸的用于钢铁工业中的转底炉非常有用并具有优越性。因此可以实现说明书中所述的目的。

当然，按照本发明用于钢铁工业中的转底炉的形式可能与附图中仅作为例子而不是作为限制的形式完全不同，正如材料可能不同一样。

因此本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.用于钢铁工业中的转底炉，包括一个具有环形平面的炉子(12、112)，炉子在旋转炉床(14、114)附近的底部封闭，在上部用耐火材料(15、115)加炉衬，还包括一个炉子(12、112)的底板(28、128；30、130)，其中所述炉床(14、114)包括多个环形区段(17、117；17′、117′)，所有的区段都与其它的区段相同并且相互连接以形成环形，该环形与炉子(12、112)的内表面的形状互补，通过两组根据两个圆周安装的、以相同的距离设定的同心轮组(26、126)，使炉床绕环形的中心轴旋转，同时支撑物(25、125)固定在底板(28)上或炉床(114)的下面，支撑物(25、125)与两个圆形轨道(20、120)互补，圆形轨道(20、120)分别固定在炉床(14)的下方或底板(128)上，其特征在于，所述轮组(26、126)和所述两个轨道(20、120)都以这样的方式安置，即都具有相同的载荷分布。

2.如权利要求1所述的转底炉，其特征在于，将所述轮组(26、126)和所述两个轨道(20、120)相对于圆周对称安装，该圆周将炉床(14、114)的环形分成两个以相同方式承载的同心环形，所述圆周比所述炉床(14、114)环形的中央圆周大。

3.如权利要求1所述的转底炉，其特征在于，所述两组轮子(26、126)彼此相同，所述轨道(20、120)具有相同的截面。

4.如权利要求1所述的转底炉，其特征在于，所述两组轮子(26、126)按两个接着两个的方式在两组轮子(26、126)的两个同心圆周的相同半径上对齐，并且轮子的数目与区段(17、117)的数目相同。

5.如权利要求1或4所述的转底炉，其特征在于，沿着位于炉床(14、114)环形的内圆周和外圆周这两个端部圆周之间的中间圆周的圆弧(18)将所述区段(17、117)分为两个半区段(17′、117′)，所述圆弧(18)将区段(17、117)分为两个承载相同的半区段(17′、117′)。

6.如权利要求5所述的转底炉，其特征在于，通过对应于它们的重心或靠近重心而安装的垂直立杆(23、123)，将所述半区段(17′、117′)连接在轨道(20)上，或分别连接在轮子(126)的支撑物(125)上。

7.如权利要求1所述的转底炉，其特征在于，所述底板(28、128)由支撑结构(16、116)来支撑，支撑结构包括同心圆周上的支柱组(30、130)，支柱组在所述圆周的相同半径上按组对齐，所述半径和其它半径以相同距离分隔，并具有相同数目的区段(17、17′)。

8.如权利要求7所述的转底炉，其特征在于，所述支柱组(30、130)与炉床(14、114)的区段(17、117)的数目相同，所述支柱(30、130)在炉床(14、114)的负载下具有相同的变位。

9.如权利要求8所述的转底炉，其特征在于，沿着位于炉床(14、114)的环形的内圆周和外圆周这两个端部圆周之间的中间圆周的圆弧(18)将所述区段(17、117)分为两个半区段(17′、117′)，所述圆弧(18)将区段(17、117)分为两个承载相同的半区段(17′、117′)，通过对应于它们的重心或靠近重心而安装的垂直立杆(23、123)，将所述半区段(17′、117′)连接在轨道(20)上，或分别连接在轮子(126)的支撑物(125)上。

10.如权利要求1所述的转底炉，其特征在于，炉子(12、112)具有一个大尺寸的环形平面。

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