專利名稱：電弧爐的電極密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電弧爐的電極密封裝置。
背景技術(shù)：
電弧爐通常包括一個爐膛和多個一般為垂直放置的石墨電極。該多個石墨電極被支承著，可以向下懸垂沉入爐膛中。為了防止煙霧逸出，保持爐內(nèi)理想的氣氛和控制熱損失，通常這種爐子都帶有一個蓋或頂。該爐蓋或爐頂具有多個孔，電弧爐的多個電極就通過這些孔向下懸垂。當(dāng)需要打開爐頂或爐蓋時，必需將多個電極從電弧爐中撥出。而這些電極的下端是非常熱的。根據(jù)爐子的形式和用途的不同，在爐子正常工作過程中，電極必需具有一個較大或較小的垂直移動量，并且，電極還必需向下運(yùn)動以補(bǔ)償電極頂端的消耗。另外，特別是在對爐料進(jìn)行熔化的初始階段，通過多個電極的電流的急驟增大對這些電極施加非常大的電磁力。這些非常大的電磁力使電極產(chǎn)生巨大的橫向偏轉(zhuǎn)。這些和其他一些因素對要在一個電弧爐的多個電極和爐頂之間設(shè)置一個密封裝置的結(jié)構(gòu)提出了許多非常嚴(yán)格的要求。
在只需要留出中等大小的電極運(yùn)動范圍的爐子中，可以采用水冷式伸縮密封裝置，如在法國專利N O.1,418,153(IRSID)，美國專利NO4,306,726(Lefebvre)和美國專利NO.4,027,095(Kishida等)中所例示說明的那些密封裝置。
美國專利NO.4,745,619(Strobele)公布了一種電極密封裝置結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，在爐子正常工作過程中穿過爐頂延伸的該電極的那一部分周圍設(shè)置了一個水冷式套筒。該水冷式套筒支承著或提供了一個密封件，該密封件與在爐頂該相應(yīng)孔周圍的另一個環(huán)形密封件相互配合。這樣，當(dāng)為了打開爐頂，將多個電極從該爐子中撥出時，該安裝有密封件的電極，不帶著保持在爐頂上的密封件，可以單獨(dú)地被升高。在這種結(jié)構(gòu)中，該水冷式套筒使該電極結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。并且，即使小心地設(shè)計(jì)，在某些情況下，當(dāng)在電極運(yùn)動范圍的下端時，該水冷式套筒容易被爐內(nèi)的電弧放電損壞。在美國專利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裝置結(jié)構(gòu)，這些水冷式套筒包圍著多個電極并安裝在該多個電極上。
還提出了多個電極密封裝置結(jié)構(gòu)。這些電極密封裝置結(jié)構(gòu)由爐頂支承著，并且直接作用在該電極表面上，與該電極表面滑動接觸。美國專利NO4,457,002使用了一個水冷式套筒，該套筒向下懸垂沉入爐子中，但卻從爐頂上支承著該套筒。這種結(jié)構(gòu)與使用安裝在電極上的套筒的那些結(jié)構(gòu)具有許多相同的缺點(diǎn)。這個結(jié)構(gòu)在該水冷式套筒下面需要一個多個扇形體組成的屏蔽圓環(huán)，并只有有限的間隙可供電極作橫向運(yùn)動。因此，這種電極密封裝置結(jié)構(gòu)不適合使用在電極需要經(jīng)常通過爐頂撥出的地方，例如熔煉廢鋼的爐子中。
美國專利NO.4,442,526(Rappinger)公布了一種電極密封裝置，該裝置用在一種具有一個導(dǎo)電的水冷式爐頂?shù)臓t子中。在該專利中，有關(guān)該密封裝置結(jié)構(gòu)本身的細(xì)節(jié)提供得很少，但整個裝置似乎是基于使用一種水冷式爐頂?shù)摹?br> 美國專利NO.3,383,233(Prenn)公布了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于不依賴爐頂，而支承各種密封組件的重量，同時允許多個電極作橫向運(yùn)動。這些密封裝置本身是由耐火材料制成的多個園環(huán)，并可能附加一些繞支軸轉(zhuǎn)動的扇形塊密封件。假如使用多個這種繞支軸轉(zhuǎn)動的密封件，則還不清楚如何保持多個電極之間的充分的電氣絕緣。
二個美國專利NO.4,295,001(Britton)和NO.4,759,032(Willis)都公布了一些結(jié)構(gòu)，在這些結(jié)構(gòu)中，將大量的耐火材料制成的密封扇形塊向內(nèi)壓在多個電極或每一個電極上，以保持理想的密封。
美國專利NO.2,979,550(Sherman)公布了一種結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，大量繞支軸轉(zhuǎn)動的、分割的水冷式密封扇形塊，依靠重力和彈簧作用向內(nèi)壓在一個電極上，在多個扇形塊和一個支承圓環(huán)之間設(shè)有一個附加的膜片式密封件。
在實(shí)踐中，事實(shí)證明上述多個系統(tǒng)中沒有一個系統(tǒng)對用于煉鋼的電弧爐操作者們來說是通常可以接受的。已經(jīng)提出的解決這個問題的一個方法是一種氣體密封形式。如麥克·塞文斯基(Mark Cywinski)，1992年11月在“國際鋼鐵時報(bào)”(Steel Times Inlernationa1)上發(fā)表的一篇文章“防止電弧爐煙霧和灰塵逸出”中所述，在該氣體密封形式中，壓縮空氣吹到多個電極與爐頂之間的多個間隙中。這個解決方法本身代表了一種默認(rèn)，即一般來說，現(xiàn)在還沒有一種適用于煉鋼的令人滿意的電極密封裝置。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于電弧爐的電極密封裝置，該裝置是高效率的，結(jié)構(gòu)較簡單和經(jīng)濟(jì)；并且該裝置可以作得足夠輕，使它可以安全地支承在一個耐火材料制的爐頂上。該裝置還適合于多個電極重復(fù)地被從爐子中完全撥出和有助于延長該耐火材料制爐頂?shù)膲勖?br> 本發(fā)明不是迫使多個密封件壓著一個電極的表面以形成密封，這樣會造成密封件過份磨損，并可能有卡住的危險(xiǎn)，而是構(gòu)成一個密封園環(huán)。該密封園環(huán)由較少量的幾個水冷式金屬扇形塊組成。這幾個水冷式金屬扇形塊在圓周方向被彈性地推壓，使各個扇形塊的端面與端面貼緊，形成一個圍繞該電極的一個緊密配合的環(huán)形圈。該環(huán)形圈的內(nèi)徑與該電極的名義外徑緊密地匹配。許多電極制造廠家將石墨電極的外徑規(guī)定在較窄的公差范圍內(nèi)，但實(shí)際上在正常情況下要保持更窄的公差。通過使該密封園環(huán)的內(nèi)徑與該電極外徑的這個窄公差范圍建立適當(dāng)?shù)年P(guān)系，就可以得到一個良好的配合。同時，因?yàn)樵撋倭繋讉€密封扇形塊的向內(nèi)運(yùn)動受到各扇形塊端面與端面的貼緊接觸的限制，因此可以避免密封件的過份磨損或摩擦嚙合。目前得到的提示信息是，當(dāng)該密封圓環(huán)的內(nèi)徑接近電極直徑正常情況下所處的直徑范圍的上限時，結(jié)果最好。但是，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個關(guān)系可能需作某些向上或向下的調(diào)整。本發(fā)明的目的是要提供一種裝置，在正常情況下，該裝置的多個圓環(huán)形扇形塊是貼緊的，或靠得非常近的，只有在使各種膠結(jié)體適應(yīng)該電極的表面以及適應(yīng)各個電極部分之間的接頭處的不規(guī)則狀況時，才需要將該多個圓環(huán)形扇形塊分隔開來。實(shí)際上，克服容納電極本身所需要的彈簧被壓縮的位移是非常小的。將該密封園環(huán)的彈性地向下壓，以構(gòu)成一個平面的環(huán)狀密封，其平的表面在另一密封件上。該另一密封件為爐頂上該電極所通過的孔提供了一個圓柱形的水冷式襯套。該另一密封件不但在允許該電極作橫向運(yùn)動的同時構(gòu)成了密封，而且還將該密封裝置固定在爐頂上，并保護(hù)爐頂?shù)脑撾姌O通過的孔的內(nèi)表面不受熱應(yīng)力作用。否則，該爐頂上電極通過的孔的內(nèi)表面是會受到熱應(yīng)力的作用的。
本發(fā)明的其他一些特點(diǎn)從下面對一個優(yōu)選實(shí)施例的說明和所附的權(quán)利要求中可以清楚地了解。
附圖的簡要說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的電極密封裝置的一個實(shí)施例的平面圖；圖2為沿圖1的A-A線所取的垂直截面，它表示一個電極的各個相鄰部分和爐頂；圖3為表示水流通過該密封裝置的圖形；圖4為該密封裝置第一個主要部件的平面圖；以及圖5和圖6為通過一個扇形塊相對二端的局部的圓周方向的垂直截面，該扇形塊構(gòu)成該密封裝置第二個主要部件的一部分。
優(yōu)選實(shí)施例的說明下面的說明是特別針對本發(fā)明的一個實(shí)施例的。該實(shí)施例用在一個三相交流電的、具有呈三角形分布的三個電極的煉鋼電爐中。應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明也可適用于其他各種具有一個或多個電極的交流電和直流電的電弧爐。然而，從圖1中可以最清楚地看出，本發(fā)明有一個優(yōu)點(diǎn)，即該密封裝置實(shí)際上可以這樣布局即它使?fàn)t頂在各個電極之間的那部分不受任何阻礙。從而爐頂?shù)脑摬糠挚梢岳每諝馍淞骰蚱渌椒?，很容易保持清潔，以使由于?dǎo)電的沉積物的堆積和導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)的存在引起的電極之間電弧放電的危險(xiǎn)減至最小。
參見附圖，該電極密封裝置是由二個主要的、互相配合的部件組成的。第一個部件為一個圓筒12的形式，它與爐頂14上的一個孔在一直線上。第二個部件為一個圓環(huán)2的形式。該圓環(huán)2與一個電極4接觸，并由三個扇形塊6構(gòu)成。每一個扇形塊具有一個基板8。三個基板8組合，形成一個下端環(huán)形平面。該下端環(huán)形平面安放在該圓筒12的一個上端環(huán)形平面10上。三個基板8可以在平面10上橫向運(yùn)動，從而使該電極可以相對爐頂作橫向運(yùn)動。
三個扇形塊6由一根環(huán)圈形的鋼絲繩16彈性地保持貼緊。該環(huán)圈形鋼絲繩16的二個末端由一個拉力彈簧裝置18連接起來，并保持對準(zhǔn)。三個扇形塊6由三個堵頭20保持不會傾斜。堵頭20具有幾個有錐度的堵頭芯22，該幾個堵頭芯22插入三個堵頭26的幾個堵芯座24中(參見圖5和圖6)。三個扇形塊的貼緊表面和內(nèi)表面要經(jīng)過機(jī)械加工，以便在貼緊時形成緊密地包圍著該電極的圓環(huán)2的內(nèi)徑。現(xiàn)在看來，該圓環(huán)2的內(nèi)徑等于一個較窄的多個直徑范圍的上限是比較合適的，而該上限值是由一個給定名義直徑的大多數(shù)電極部分所給出的。這樣，雖然制造廠家提出的公差范圍要大得多(0.6064至0.6128米)，名義直徑為24英寸的“聯(lián)合碳化物”公司(Union Carbide)生產(chǎn)的電極中的95％的直徑在0.6111至0.6119米范圍內(nèi)，其余的電極直徑略小于0.6111米。雖然，在所提出的公差范圍內(nèi)的直徑都可能是令人滿意的，但對于這樣的電極，該圓環(huán)2的內(nèi)徑帶有+0.0008米的公差可能是最佳的。假如需要，可以在各個扇形塊之間加一些墊片以調(diào)整圓環(huán)2的內(nèi)徑。這樣做的目的是要使在相鄰的各個扇形塊之間或在各個扇形塊和該電極之間產(chǎn)生過大的間隙(大于約0.0008米)的可能性減至了小。
三個扇形塊6由三根銅鈹合金棒料制成。該三根銅鈹合金具有三個平行的縱向孔。將該三根銅鈹合金棒料彎曲，形成120°的三個扇形塊。三個扇形塊6帶有多個縱向冷卻通道28。該多個縱向冷卻通道28的末端由堵頭20和26封閉。幾個通道28，在靠近其一個端面的地方用一個橫向孔30連接，該橫向孔30從外面用堵頭堵住。而該多個通道28，在其另一端，由多個帶螺紋的徑向孔與外面的管接頭連接，如圖3所示。三個基板8均由不銹鋼制成，并用螺釘擰緊在三個銅鈹合金的扇形塊上。這里，銅鈹合金和不銹鋼都是優(yōu)選的材料，假如適當(dāng)?shù)膫鳠嵝院湍湍バ阅軌虮ＷC，也可采用其他各種非鐵磁性金屬或合金。
另外，使三個扇形塊6互相貼緊，形成一個圓環(huán)2。再利用通過三個靴塊36加在三個杠桿34上的水平力使形成的圓環(huán)2與圓筒12對準(zhǔn)。三個杠桿34支承在三個支軸38上，可繞三個支軸38轉(zhuǎn)動。支軸38可以承受垂直推力，并由兩個彈簧裝置40驅(qū)動。彈簧裝置40的反力由支軸42承受。支軸38和42由法蘭44支承，該法蘭44由該圓筒12的頂部向外突出。靴塊36包含芯子46，該芯子46由一疊盤簧48向下壓，迫使基板8向下移動，與該圓筒12的上表面10接觸。
圓筒12的內(nèi)徑可以比該電極的外徑大15％-20％左右，這樣就形成一個適當(dāng)?shù)拈g隙，使該電極可作橫向移動。該圓筒12可由銅澆鑄制成，在該圓筒12內(nèi)還鑄出一個冷卻用的圓周管路50。該圓筒帶有幾個外肋條52，用以將該圓筒放置在爐頂上。該爐頂是由其成分適合于該使用場合的耐火水泥，圍繞著該圓筒澆鑄而成的，例如可采用高礬土水泥或鉻水泥。當(dāng)將多個電極通過該圓筒12撥出時，為了減小熱沖擊效應(yīng)，在該圓筒的下部和該爐頂之間可以留有一個間隙。該間隙用耐火纖維58填充，或者如圖所示，該圓筒的下部也可作出許多垂直的槽56，以適應(yīng)銅和耐火水泥膨脹的差異。
管路50利用外部管子64與三個扇形塊6中的冷卻通道28串聯(lián)連接，因此，整個密封裝置可以使用單一的輸入和輸出管接頭60和62。在該密封裝置最接近其他幾個電極的那一側(cè)(圖1中的頂部一側(cè))不需要外部水管了。水通道的串聯(lián)連接的優(yōu)點(diǎn)是，任何障礙可以立刻被發(fā)現(xiàn)，而幾個并聯(lián)通道中的一個通道堵塞不可能立即被發(fā)現(xiàn)。三個杠桿34的取向是這樣的即它們應(yīng)使該密封裝置與杠桿的同一側(cè)面不受阻礙。由于多個電極之間沒有各種障礙物，這可使多個電極按照理想的緊密程度組裝在一起。各個電極之間的各種障礙物會使間隙減小，或促使導(dǎo)電沉積物生成。這種導(dǎo)電沉積物與通過該密封裝置逸出的各種電離氣體結(jié)合將促使在各個電極之間產(chǎn)生不需要的電弧放電。
在使用過程中，該圓環(huán)2緊密地包圍著該電極4，并借助于多個彈簧48保持與該圓筒12密封接觸。該環(huán)圈形鋼絲繩16和圓筒12使三個扇形塊6保持貼緊，但允許這些扇形塊稍微的向外運(yùn)動，以適應(yīng)一些尺寸過大的電極部分貼緊的各個電極部分之間的稍微不對準(zhǔn)和粘在電極表面的飛濺出的材料。由于正常情況下，加在三個密封扇形塊上的保持力是由三個扇形塊的貼緊端面承受，而不是由該圓環(huán)和該電極的密封表面承受的，因此尺寸作得接近有助于使該圓環(huán)和該電極的磨損減至最小。在制造過程中，通過使三個扇形塊與其末端相鄰的內(nèi)表面尺寸減小千分之幾英寸，可以更好地適應(yīng)電極的公差。三個基板8接合水平表面和該圓筒的上表面10之間的摩擦嚙合對該電極相對于爐頂?shù)乃竭\(yùn)動施加相當(dāng)大的阻尼作用。同時，在該電極垂直運(yùn)動過程中，多個彈簧48施加的垂直彈性負(fù)載使該密封裝置可作微小的垂直運(yùn)動，這有助于打破任何瞬時的卡住現(xiàn)象。
該圓筒12有助于保護(hù)在該孔周圍的爐頂部分不遭腐蝕。當(dāng)沒有有效的電極密封裝置時，往往會產(chǎn)生該爐頂部分的腐蝕。該圓筒12還可保護(hù)耐火材料不致受到嚴(yán)重的溫度瞬變的影響。當(dāng)一個電極的白熱頂端通過爐頂上的該孔撥出時，就出現(xiàn)這種激烈的溫度瞬變。同時，該圓筒的下端的結(jié)構(gòu)有助于防止由該圓筒和爐頂?shù)臒崤蛎洸町愒斐傻哪突鸩牧铣惺軕?yīng)力的問題。該密封裝置及其水通道的簡單結(jié)構(gòu)意味著該結(jié)構(gòu)并不是過份笨重的，因此不會有過大的負(fù)載作用在爐頂上。為了避免在爐頂塌陷時，出現(xiàn)該密封裝置落入爐子中的危險(xiǎn)，該密封裝置可用繩鏈栓住。
權(quán)利要求
1.一種電極密封裝置，該裝置用于封閉一種電弧爐爐頂中的一個孔和通過該孔的一個電極之間的間隙，該密封裝置包括一個第一個密封件、一個第二個環(huán)狀密封件和多個沿半徑方向作用的彈性保持裝置；該第一個密封件位于爐頂上，圍繞著該孔的圓周，所述第一個密封件由管狀的圓筒件構(gòu)成，與爐頂上的該孔在一直線上，所述第一個密封件的內(nèi)徑比該電極的外徑大得多，所述圓筒件形成一個包圍該爐頂上的孔的上部環(huán)形平面；該第二個環(huán)形密封件具有一個下部環(huán)形平面，該下部環(huán)形平面安放在該第一個密封件的該上部環(huán)形平面上，該第二個密封件由多個可獨(dú)立運(yùn)動的圓周扇形塊組成，該多個圓周扇形塊的端面與端面貼緊，形成一個圍繞著該電極的圓環(huán)，該圓環(huán)內(nèi)表面的直徑足夠小，使該圓環(huán)可以緊密地配合在該電極的周圍，這樣，該電極與該第二個密封件之間的間隙小于0.0008米左右，但仍是足夠大的，該間隙正常情況下由該多個扇形塊的端面與端面的所述貼緊來進(jìn)行控制；該多個沿半徑方向作用的彈性保持裝置與所述第二個密封件嚙合，推動所述多個扇形塊進(jìn)行貼緊，所述多個彈性保持裝置包括多個由所述第一個密封件支承的裝置，該所述多個彈性保持裝置的作用是使該第二個密封件與該爐頂上的孔中心對準(zhǔn)，另外，該多個由所述第一個密封件支承的彈性保持裝置還可迫使所述第二個密封件的下部環(huán)形平面與所述第一個密封件的上部環(huán)形平面嚙合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電極密封裝置，其中，該二個密封件由非鐵磁金屬制成，在該二個密封件內(nèi)作有多個冷卻水通道。
3.如權(quán)利要求2所述的一種電極密封裝置，其中，在該第一個密封件中的多個冷卻通道和該第二個密封件的每一個扇形塊是串聯(lián)連接的。
4.如權(quán)利要求2所述的一種電極密封裝置，其中，該第一個密封件由銅制成，該第二個密封件的多個扇形塊由銅鈹合金制成。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電極密封裝置，其中，該多個扇形塊具有多個由不銹鋼制成的耐磨平板，該多個耐磨平板構(gòu)成了所述的下部環(huán)形平面。
6.如權(quán)利要求1所述的一種電極密封裝置，其中，所述沿半徑方向作用的多個彈性保持裝置包括多個杠桿和多個彈簧；該多個杠桿由支軸支承在該第一個密封件上，可繞支軸轉(zhuǎn)動，并作用在每一個扇形塊上；該多個彈簧由該第一個密封件支承，并迫使多個杠桿沿半徑方向頂在該多個扇形塊上。
7.如權(quán)利要求6所述的一種電極密封裝置，其中，所述沿半徑方向作用的多個彈性保持裝置還包括一個圍繞多個扇形塊的彈性加載環(huán)圈。
8.如權(quán)利要求6所述的一種電極密封裝置，其中，所述多個杠桿與該多個扇形塊嚙合的多個部分還包括多個彈簧加載芯子形式的所述多個彈性保持裝置，該所述多個彈簧加載芯子形式的彈性保持裝置推動所述第二個密封件的所述下部環(huán)形平面向下運(yùn)動，與所述第一個密封件的所述上部環(huán)形平面接觸。
9.如權(quán)利要求1所述的一種電極密封裝置，該裝置用于具有三個電極組成一組的三角形電極組的一種爐子中，其中，所述多個彈性保持裝置是這樣放置的即使該電極密封裝置的、方向?yàn)槊鎸υ撾姌O組的其他幾個電極的一部分不帶有各種突起部分，該各種突起部分是由所述多個彈性保持裝置形成的。
10.如權(quán)利要求9所述的一種電極密封裝置，其中，多個冷卻通道由多個外部管路連接，該多個外部管路布置成使該電極密封裝置的所述圓周部分沒有所述管路。
11.如權(quán)利要求1所述的一種電極密封裝置，其中，該管狀圓筒件的下部作有許多沿著圓周間隔分布的垂直槽。
12.如權(quán)利要求1所述的一種電極密封裝置，其中，該管狀圓筒件的下部用纖維材料包圍，該纖維材料填充在該圓筒件安裝在其中的孔內(nèi)。
全文摘要
一種電極密封裝置，該裝置用于各種電弧爐，特別是煉鋼用的電弧爐中，該裝置具有一個第一個密封件，該第一個密封件的形式為水冷式的銅套筒，該銅套筒與爐頂上用作一個電極通道的一個孔在一直線上，該套筒有一個上表面，該上表面與由銅鈹合金制的多個水冷式扇形塊組成的一個可水平滑動的密封圓環(huán)的下表面嚙合，該多個扇形塊端面與端面貼緊，形成一個圍繞該電極的緊密的配合套環(huán)，該套環(huán)的內(nèi)徑與該電極的外徑相同。該多個扇形塊由彈簧加載，沿半徑方向彼此壓緊，使這多個扇形塊的中心與該爐頂上孔的中心一致，以便適應(yīng)該電極的小量尺寸超差或形狀的不規(guī)則性，并為該電極的水平運(yùn)動提供阻尼作用，該多個扇形塊再由彈簧向下推，壓在該套筒上。在該多個扇形塊和該套筒中的水通道是串聯(lián)連接的，并且水管路和彈簧加載裝置這樣布置即使該密封裝置圓周的一部分是沒有任何東西的，這樣可使多個電極緊密地組成一組。
文檔編號H05B7/00GK1142309SQ94194861
公開日1997年2月5日 申請日期1994年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月23日
發(fā)明者費(fèi)利姆·P·麥卡弗里 申請人:阿奇聯(lián)合有限公司