專利名稱：冶金爐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金爐裝置，其包括一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)和/或繞軸擺動(dòng)或作類似運(yùn)動(dòng)的圓柱形爐身，由至少一個(gè)安裝在爐身外部的托圈(ring)來實(shí)現(xiàn)上述的這些運(yùn)動(dòng)，如權(quán)利要求1的前序部分所述。本發(fā)明特別是涉及頂吹式轉(zhuǎn)爐。
所謂的“冶金爐裝置”總體是指工藝設(shè)備，用這種設(shè)備在處理工藝所需的高溫下進(jìn)行火法冶煉處理。本文所用的術(shù)語“冶金爐裝置”還包括這些爐子裝置，即這些爐子除了進(jìn)行嚴(yán)格的火法冶煉處理之外還進(jìn)行如無機(jī)高溫冶金處理工藝。爐子裝置可以是熔化爐、窯爐或用于分批處理和連續(xù)處理的各種熱處理爐。這種爐子裝置可以有一個(gè)或幾個(gè)環(huán)繞爐身的托圈，這些托圈通常是作為安裝托圈并具有滑動(dòng)托圈、傾動(dòng)托圈或支承托圈的功能。這些托圈的共同特征是它們均安裝在爐身外部，即爐子裝置的圓柱形外殼壁上。
目前有多種冶金爐，每種爐均可完成一種特定的運(yùn)動(dòng)。例如，人們所知道的這些連續(xù)操作的回轉(zhuǎn)窯，它包括多個(gè)托圈，這些托圈座落在滾柱上，這些滾柱可以是驅(qū)動(dòng)滾柱或僅是支承滾柱，而爐身稍微傾斜。另外，還需設(shè)計(jì)出能夠作各種運(yùn)動(dòng)、例如傾動(dòng)或繞各自長軸轉(zhuǎn)動(dòng)的水平操作的轉(zhuǎn)爐。這些轉(zhuǎn)爐同樣座落在滾柱上并且可在所述滾柱的作用下傾動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，這些滾柱是自由轉(zhuǎn)動(dòng)的或者是被驅(qū)動(dòng)的。在本領(lǐng)域中還公知一組爐子，這種爐子通常指非水平轉(zhuǎn)爐。這種轉(zhuǎn)爐的共同特征是可以傾倒或繞垂直于其縱軸的橫軸旋轉(zhuǎn)，它們各自均有一個(gè)底部和一個(gè)上部，該上部包括開孔，該開孔在爐子的縱向上與所述底部相對(duì)。這種爐子可以是如LD、Thomas、OBM或BOLD爐中的一種豎爐或者是經(jīng)常被稱為TBRC或Kaldo爐的傾斜式轉(zhuǎn)爐。
除了能夠傾動(dòng)和/或擺動(dòng)外，回轉(zhuǎn)爐還應(yīng)該能夠經(jīng)常以高速繞其縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。該爐子在旋轉(zhuǎn)過程中要進(jìn)行例如混合操作和反應(yīng)處理，并且邊旋轉(zhuǎn)邊完成裝料、鼓風(fēng)、排渣、出爐和修復(fù)爐襯操作。
所有上述冶金爐存在的共同問題是圍繞爐身安裝托圈且不會(huì)在爐子操作過程中由于爐內(nèi)和爐壁的大溫差導(dǎo)致其使用上的復(fù)雜性。這些溫度變化在空間和時(shí)間上會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。而且，在冶煉過程中當(dāng)要對(duì)爐子進(jìn)行操作，即要使?fàn)t子轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)或環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種爐子裝置和其內(nèi)爐料的大重量會(huì)引發(fā)一些問題。由于這些溫度變化，爐子裝置將沿徑向和縱向交替地膨脹和收縮。此外，在整個(gè)爐身上爐子裝置的膨脹是不均勻的。隨之，當(dāng)這些托圈直接安裝在外爐壁上時(shí)，由于托圈不能隨著爐壁熱膨脹引起的運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)了問題。因此，采取的解決辦法是將這些托圈以預(yù)定的間隔或間隙安裝在爐身上，使托圈能夠沿爐身滑動(dòng)。可是，這樣處理的問題是在托圈和爐身之間出現(xiàn)了不希望有的間隙，該間隙導(dǎo)致托圈和爐壁的嚴(yán)重磨損，特別是因?yàn)槭褂脿t子時(shí)必須使重載荷一起運(yùn)動(dòng)尤為如此。
近幾年提出了各種不同的結(jié)構(gòu)來解決這些問題，例如，利用各種不同類型的可動(dòng)螺栓連接件固定托圈和爐身。英國專利GB-A-1218441描述了這樣的一種結(jié)構(gòu)，根據(jù)該文獻(xiàn)，一個(gè)安裝托圈借助于支承件和“彈性”可伸長的螺栓固定在如Kaldo轉(zhuǎn)爐的爐壁上，該螺栓被插在細(xì)長截面的孔內(nèi)，這些孔穿過該托圈和支承件且與爐子縱軸線平行，這樣在螺栓的相對(duì)端沿爐子徑向伸展的每一孔的縱軸線分別由設(shè)置在托圈和支承件上的支承表面支承。這使每個(gè)螺栓可在徑向平面內(nèi)擺動(dòng)。從而，螺栓實(shí)際上起到了某種起外傾作用的連桿作用。
其中托圈安裝在爐身上的所有公知和經(jīng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的共同缺點(diǎn)是爐身上的巨大的磨損量，巨大的磨損量導(dǎo)致需經(jīng)常且定期地進(jìn)行維護(hù)，從而帶來巨大的維護(hù)費(fèi)用。由于該原因，上述的這些公知和經(jīng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)均不能獲得真正的成功。當(dāng)然，爐子裝置結(jié)構(gòu)越大，產(chǎn)生的問題越多。這是由于較重負(fù)載下爐身上的磨損量增加。從目前的操作情況來看，裝料量經(jīng)常達(dá)到100噸，這樣上述的問題顯得尤為突出。爐子結(jié)構(gòu)上的任何不希望有的間隙可能會(huì)帶來很大的麻煩而且會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的磨損問題，并且在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)不平衡，這使得磨損問題更為嚴(yán)重。
丹麥專利DK-A68786提出了一種技術(shù)方案，該方案是將支承托圈通過所謂的彈性支承部件連接到爐子外表面上。這些支承部件剛性地安裝在爐子的外圓柱表面和支承托圈上，例如是通過幾排螺栓來實(shí)現(xiàn)的。為了能夠吸收爐身因熱膨脹而產(chǎn)生的爐身運(yùn)動(dòng)，每個(gè)支承部件被迫彎曲。因?yàn)槔昧瞬牧系墓逃袕椥?，該方案在技術(shù)上是有效的，并且從目前的情況來看是一個(gè)較好的辦法。為了便于利用這種支承部件的彈性性能，建議所述的部件形狀為板狀、鐵片或類似部件，并且它們還可在所述支承部件連接于爐殼的那一端連接到短柱件上。當(dāng)爐子裝置包括一個(gè)外殼時(shí)，該外殼最好有一些軸向縫，這些軸向縫便于彈性支承部件的彎曲。結(jié)合本發(fā)明，要對(duì)早期提出但從沒試驗(yàn)過的設(shè)想(就我們所意識(shí)到的)進(jìn)行計(jì)算，這些設(shè)想是為了解決與帶支承托圈的爐體熱膨脹有關(guān)的上述問題。然而，以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)程序FEM分析所作出的機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算表明在這種結(jié)構(gòu)下重載引起的疲勞應(yīng)力和載荷頻繁的交替變化(爐子旋轉(zhuǎn))實(shí)在太大以致于爐體在幾個(gè)部位會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。這特別是由于在縫徑處和連接孔處的應(yīng)力集中所致，這樣會(huì)大大地減少結(jié)構(gòu)的使用壽命。為什么這種明顯有缺陷的結(jié)構(gòu)沒有被普遍應(yīng)用的一個(gè)原因可能是因?yàn)槿鄙僭谌魏卧囘\(yùn)行中獲得的負(fù)面經(jīng)驗(yàn)。如果是這樣的話，今天就可利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)化的強(qiáng)度計(jì)算來解釋這種負(fù)面經(jīng)驗(yàn)。
盡管本發(fā)明并不限于回轉(zhuǎn)爐，如在前所述，它特別地涉及這種安裝托圈固定問題最嚴(yán)重的爐子裝置，部分原因是基于這種轉(zhuǎn)爐特定的操作條件，這種轉(zhuǎn)爐需要旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)或擺動(dòng)。對(duì)于具有轉(zhuǎn)爐經(jīng)驗(yàn)的冶金技術(shù)人員而言這些問題均是公知的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種冶金爐裝置，這種爐的設(shè)計(jì)基本上消除了以前有關(guān)在旋轉(zhuǎn)、傾動(dòng)和/或擺動(dòng)爐子裝置時(shí)安裝托圈的固定問題。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種冶金爐裝置，這種爐子操作可靠，而且維護(hù)費(fèi)用比以前的爐子裝置低。
具有后述權(quán)利要求的技術(shù)特征的本發(fā)明冶金爐裝置能夠完成上述這些目的。
本發(fā)明的冶金爐裝置包括托圈，即如支承托圈、傾動(dòng)托圈等的安裝托圈，安裝托圈與爐體保持一定間隔地固定在爐體周圍，每一個(gè)托圈通過沿爐子裝置縱向延伸的傳力支承件連接到爐體上，并能防止熱膨脹引起的爐體運(yùn)動(dòng)傳遞到托圈上而與此同時(shí)將來自爐子裝置和可能物料的負(fù)載傳遞到托圈上。根據(jù)本發(fā)明，支承部件由封閉的外殼(下面稱作為環(huán)梁支圈(mantle)構(gòu)成，該環(huán)梁支圈通過連接件分別與爐體和托圈連接，該連接件具有柔性以便于允許在爐體熱膨脹運(yùn)動(dòng)時(shí)使環(huán)梁支圈、爐體和托圈的相互交角分別作有限的變化。這樣的方案消除了與這種運(yùn)動(dòng)有關(guān)的問題，且不需要使支承部件作任何彎曲或使環(huán)梁支圈以任何方式變形。因此可基本上實(shí)現(xiàn)熱膨脹且不會(huì)造成環(huán)梁支圈變形。這也可以通過將環(huán)梁支圈表達(dá)成“吸脹”來表示。
因而，“吸脹環(huán)梁支圈”指的是一種環(huán)梁支圈，即它能利用結(jié)構(gòu)材料(通常是鋼)的自然和特定的性能借助于該環(huán)梁支圈在其固定到爐壁上的那一位置隨著爐體的熱膨脹運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，而環(huán)梁支圈另一端的直徑保持相對(duì)恒定，該端適合于固定安裝托圈而且在目前的狀態(tài)下只稍有膨脹，所述的另一端溫度較低且溫度變化也相對(duì)較小。
環(huán)梁支圈可以是圓柱形的且在一端或靠近該端的附近連接到凸緣或類似部件上，該凸緣固定在爐體上并從其向外突出，其徑向伸出量應(yīng)與爐體和安裝托圈(以冷爐體時(shí)為準(zhǔn)，即沒有熱膨脹)的直徑差相對(duì)應(yīng)。另外，環(huán)梁支圈也可以是錐形的，并在截面最小的那一端連接到爐體上。
理想的是，可以在環(huán)梁支圈或支承安裝托圈的那部分環(huán)梁支圈與實(shí)際爐體之間設(shè)置絕熱屏障，用于將托圈、支承托圈和相應(yīng)軸承的溫度和溫度變化維持在較低的水平上。環(huán)梁支圈和/或從爐體突出的凸緣上可設(shè)置通氣孔。這樣的措施便于空氣在爐體和環(huán)梁支圈間循環(huán)，使得爐體的表面溫度保持在可接受的程度。
現(xiàn)在參照Kaldo轉(zhuǎn)爐的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例和附圖將更詳細(xì)地說明本發(fā)明，
圖1是Kaldo轉(zhuǎn)爐的爐體側(cè)視圖，圖2示出上述爐體的側(cè)視截面圖，圖3示出Kaldo設(shè)備的原理，圖4示出環(huán)梁支圈與爐體柔性連接的原理，而圖5示出本發(fā)明環(huán)梁支圈連接方式的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1和2所示的是Kaldo爐子裝置1，該爐子裝置1包括圓柱形爐體2、錐形底部3和錐形上部4。爐子裝置1可繞幾何長軸5旋轉(zhuǎn)。爐體2外部的局部位置上設(shè)置了吸脹環(huán)梁支圈6，該環(huán)梁支圈6在一端上有一個(gè)支承托圈7。環(huán)梁支圈6通過一個(gè)環(huán)形凸緣8連接到爐體上，該凸緣8從圓柱形爐體向外凸出且圍著爐體的整個(gè)外周并與其連接。環(huán)梁支圈6這樣連接于爐體的方式在圖2中清楚示出。在爐體2上還安裝了一個(gè)保護(hù)罩9，該保護(hù)罩9用來防止渣和其它粗物料顆粒進(jìn)入支承托圈7和支承輪13之間。另外，環(huán)梁支圈6可以直接固定到爐體2上。在后述的情況下，環(huán)梁支圈6是錐形。環(huán)梁支圈6與爐體2或爐體凸緣8的連接方式以及和支承托圈7的連接方式分別為柔性連接。這種柔性連接可以通過不同的方式實(shí)現(xiàn)。例如，通過專門設(shè)計(jì)的具有夾緊連接件的焊接或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的凸緣連接件均能實(shí)現(xiàn)允許在連接處的角度作有限變化的連接方式。因此環(huán)梁支圈6兩端的連接能夠合適地傳送熱量并且在連接點(diǎn)處獲得溫度平衡。對(duì)每一種特定應(yīng)用，環(huán)梁支圈6均可以用任何質(zhì)量可靠的結(jié)構(gòu)鋼來制作。
圖3示出帶爐子裝置的Kaldo設(shè)備，該設(shè)備在其應(yīng)用位置上。爐子裝置1在縱向上傾斜且座落在支承軸承11上，該裝置1由驅(qū)動(dòng)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)繞其縱軸5旋轉(zhuǎn)，電機(jī)12可以是液壓電機(jī)或帶齒輪箱的電動(dòng)機(jī)。支承輪13支承著爐子裝置1旋轉(zhuǎn)，該支承輪13設(shè)置在爐子裝置1的下部分。輪13利用軸承安裝在支承結(jié)構(gòu)14中。爐子裝置1上設(shè)置了支承托圈7，該支承托圈7安裝在吸脹環(huán)梁支圈6的一端，而環(huán)梁支圈6被固定到焊接于圓柱形爐體2的凸緣8上或者以其它合適的方式錨固于其上。
圖4示出了錐形吸脹環(huán)梁支圈6的連接方式，其中，環(huán)梁支圈的截面最小的那一端直接柔性錨固于爐體2上，所述的連接點(diǎn)6a用實(shí)線圓圖示出，而其它的非剛性或柔性連接點(diǎn)也一樣。錐形環(huán)梁支圈6的功能與圖3示出的圓柱形環(huán)梁支圈6一樣。
圖5示出連接吸脹式環(huán)梁支圈的連接方式的優(yōu)選實(shí)施例。爐體2有一凸緣8，該凸緣8上有一凹槽17a，如圖所示在環(huán)梁支圈6左側(cè)部分構(gòu)成的環(huán)梁支圈凸緣17容納在凹槽17a內(nèi)。環(huán)梁支圈6的右側(cè)部分也形成為一個(gè)凸緣16，該凸緣16容納在支承托圈7上的對(duì)應(yīng)凹槽16a內(nèi)。孔15穿過爐體凸緣8和左側(cè)環(huán)梁支圈凸緣17以及支承托圈7和右側(cè)環(huán)梁支圈凸緣16，孔15內(nèi)插入螺栓連接件(圖中未示出)。環(huán)梁支圈凸緣16、17的形狀比較緊湊且通過所謂的FEM型計(jì)算機(jī)計(jì)算優(yōu)化，它們與支承托圈7和爐體凸緣8僅有較小的接觸表面。因而，在凸緣16、17和支承托圈7及爐體凸緣8之間的角度可以分別改變而不會(huì)給螺栓或凸緣16、17增加不希望有的應(yīng)力或拉力。當(dāng)然很好地選擇支承托圈7和環(huán)梁支圈凸緣16之間的配合也是很重要的，以便于能夠防止這些部件之間的任何徑向間隙。這樣，環(huán)梁支圈6被柔性地固定到支承托圈7和爐體凸緣8上，從而當(dāng)由于爐內(nèi)熱量產(chǎn)生熱膨脹使?fàn)t體2作徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，使環(huán)梁支圈隨著凸緣8的徑向運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)到一個(gè)新的位置。然而，因?yàn)橹С型腥?與爐子裝置1和爐體2的溫度變化無關(guān)，它沒有被加熱而仍保持為冷的狀態(tài)，所以支承托圈7的位置保持不變，環(huán)梁支圈6為大體錐形。
環(huán)梁支圈6和其連接方式基本上能夠消除熱膨脹引起的爐體2和爐體凸緣8的移動(dòng)。從爐體通過環(huán)梁支圈6傳送給支承托圈7的熱量很少。加熱支承托圈6的主要熱源是來自爐體2的輻射。可以將支承托圈7與熱輻射屏蔽開，例如在支承托圈7和爐體2之間設(shè)置絕熱材料(圖中未示出)。
實(shí)施例最近在兩個(gè)Kaldo爐上使用了本發(fā)明的系統(tǒng)來將支承托圈固定和連接到爐子裝置上。一種裝置是在Kazakhstan的銅廠內(nèi)而另一裝置是在瑞典的由Boliden AB擁有的Rnnskr冶煉廠內(nèi)。兩個(gè)裝置的規(guī)格相同且主要技術(shù)參數(shù)如下總重量(磚和熔煉物除外) 21300kg熔煉物重量(操作中) 6000kg磚重 18500kg最大傾動(dòng)速度 0.6rpm(轉(zhuǎn)/分)最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度 20rpm兩臺(tái)爐子已經(jīng)運(yùn)行了8個(gè)月，支承托圈連接均沒有發(fā)生任何問題。
就最近對(duì)Rnnskr的裝置作了專門調(diào)查，其中螺栓連接件的擰緊力矩和支承托圈的任何磨損或損壞與供貨時(shí)相比均沒有發(fā)現(xiàn)任何變化。到目前為止，可以認(rèn)為這種爐子裝置能夠滿足可實(shí)現(xiàn)基本上無維護(hù)費(fèi)用的支承托圈連接的所有目的。
權(quán)利要求
1．一種冶金爐裝置(1)，其包括圓柱形爐體(2)，該爐體(2)可作旋轉(zhuǎn)和/或傾動(dòng)或類似運(yùn)動(dòng)并至少有一個(gè)托圈(7)，該托圈(7)安裝在爐身(2)的外側(cè)上以便能產(chǎn)生所述運(yùn)動(dòng)，其中各托圈(7)與爐體(2)保持一定間隔且通過沿爐子裝置(1)縱向延伸的傳力支承件(6)連接到該爐體上，該支承件用于防止?fàn)t體(2)的熱膨脹運(yùn)動(dòng)傳遞到托圈(7)上，同時(shí)承受來自爐子裝置的自身重量和爐料重量的外部負(fù)載，其特征在于，上述支承件(6)包括一封閉的環(huán)梁支圈，該環(huán)梁支圈圍繞著爐體(2)并通過連接件分別與爐體(2)和托圈(7)連接，該連接件具有柔性以便于允許爐體(2)產(chǎn)生熱膨脹運(yùn)動(dòng)時(shí)環(huán)梁支圈(6)和爐體(2)之間的角度能作有限的變化，在實(shí)際環(huán)梁支圈(6)沒有任何顯著彎曲或其它變形的情況下消除所述運(yùn)動(dòng)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金爐裝置，其特征在于，環(huán)梁支圈(6)是圓柱形的，并在一端或靠近該端的附近連接到凸緣(8)或類似部件上，該凸緣(8)固定在爐體(2)上并從其上向外突出。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金爐裝置，其特征在于，所述的環(huán)梁支圈(6)是錐形的，該錐形環(huán)梁支圈在其截面最小的那一端連接到爐體(2)上。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的冶金爐裝置，其特征在于，在托圈(7)和爐體(2)之間設(shè)置了隔熱屏障。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的冶金爐裝置，其特征在于，環(huán)梁支圈(6)和/或爐體(2)上的凸緣(8)包括貫通的氣體冷卻孔。
6．一種頂吹式轉(zhuǎn)爐(1)，具有圓柱形爐體(2)、錐形底部(3)和上部(4)，并具有安裝在該爐體(2)外側(cè)上的支承托圈(7)，所述支承托圈(7)與爐體(2)保持一定間隔且通過沿爐子(1)縱向延伸的圓柱形或錐形支承件(6)連接到爐體上，該支承件用于消除爐體(2)的熱膨脹引起的運(yùn)動(dòng)，其特征在于，上述支承件(6)由封閉的環(huán)梁支圈構(gòu)成，該環(huán)梁支圈圍繞著爐體(2)并通過柔性連接件分別與爐體(2)和托圈(7)連接，該柔性連接件使得在爐體(2)產(chǎn)生熱膨脹運(yùn)動(dòng)時(shí)在環(huán)梁支圈(6)和爐體(2)之間的角度產(chǎn)生有限的變化，在實(shí)際環(huán)梁支圈(6)沒有任何顯著彎曲或其它變形的情況下消除了所述運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種冶金爐裝置(1),其包括圓柱形爐體(2),該爐體(2)可作旋轉(zhuǎn)和/或傾動(dòng)或類似運(yùn)動(dòng)并至少有一個(gè)托圈(7),該托圈(7)安裝在爐身外側(cè)上以便能產(chǎn)生所述運(yùn)動(dòng),其中各托圈(7)與爐體(2)保持一定間隔且通過沿爐子縱向延伸的傳力支承件(6)連接到爐體上,該支承件用于防止熱膨脹引起的爐體運(yùn)動(dòng)傳遞到托圈(7)上,并且承受來自爐子裝置的自身重量和爐料重量的外部負(fù)載。本發(fā)明的特征在于,上述支承部件(6)由封閉的環(huán)梁支圈構(gòu)成,該環(huán)梁支圈圍繞著爐身并通過柔性連接件分別與爐體(2)和托圈(7)連接,該柔性連接件使得由于爐體(2)的熱膨脹運(yùn)動(dòng)而使環(huán)梁支圈(6)和爐體(2)之間的角度作有限的變化,在實(shí)際環(huán)梁支圈(6)沒有任何顯著彎曲或其它變形的情況下消除了所述這些運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F27B3/10GK1226961SQ9880069
公開日1999年8月25日 申請(qǐng)日期1998年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月23日
發(fā)明者P·卡格斯特倫, L·倫丁, S·馬克倫德 申請(qǐng)人:波立登工程有限公司