可向左和向右转动的炉顶

摘要

一种适于用在电弧炉或其他具有沿顺时针或反时针方向移动的炉顶的炉子中可左旋和右旋的炉顶系统。炉顶系统由冷却剂喷淋冷却，并含有被至少分成两个环段，用以接受废冷却剂的相反侧的入口的冷却剂排放系统。具有两对与炉顶移动方向有关、用于与冷却剂收集泵相连的相邻的冷却剂出口。每对出口的每个出口与不同的排放系统环段相连。可拆除的U形管道把一对与冷却剂收集泵断开的两个出口连接起来。

说明书

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本发明涉及到一种改进的炉顶，尤其涉及到大型熔融材料处理炉，例如电弧炼钢炉及类似炉的改进炉顶。

现代化的炼钢工业除了其它的发展外，还采用了新的轻型的电弧炉水冷炉顶，这些炉顶的使用寿命远大于以前设计的炉顶的使用寿命。某些情况下，这些新的水冷炉顶几乎完全不用绝热耐火内衬，而使用新的水冷炉顶，大大节省了炼钢工业的成本。典型的这些水冷炉顶是美国专利US-4，715，042及于1988年3月8日提交的尚在审查中的美国专利申请（申请号为165，609）所揭示的炉顶，因此，把它们结合在一起作为参考。这种水冷炉顶相对于现有的炉子系统来说有了很大改进，并需要有与位于外部的冷却剂循环系统进行连接的连接器，以把水送入到这些炉中并将其从炉中排出。通常，在炉顶和循环系统之间通过软管或类似管子进行连接，这种软管从炉顶的支柱结构上延伸到炉顶。

在电弧炉中，为了改变炉顶相对于在下面的炉的位置并打开炉顶，要使炉顶支柱结构启动，例如，在初始时把废钢铁装进或加入炉内以及在其它时间，如在炉子以后的运行中都要启动炉顶支柱结构。通常，炉顶支柱结构有一个邻近炉身的支撑，炉顶支撑结构可在炉身上面转动。通常该支撑结构包含延伸出炉顶上方以及把链或撑条向下延伸的臂，而炉顶本身又与之相连。支撑结构可以把炉顶升高并将其移动到一边或其它部位，以便打开炉顶。

这些转动的支柱和炉顶结构通常做成能够将炉顶在一个方向移离炉子，即，如后面的示意图可以看到的那样，或是绕着支柱进行顺时针方向转动，或是沿逆时针方向转动。根据相对于支柱而旋转开启炉子的方向，将这些顺时针和逆时针开启的炉顶分别称为“右旋”和“左旋”炉顶。由于炉顶可以在炉子运行期间打开或运行之后立即打开，所以必须对暴露到热量中的支柱和炉顶结构的热敏感部位进行充分遮蔽，其中包括对炉顶冷却剂连接装置的遮蔽。为了避免将炉顶冷却剂连接软管暴露于炉内极端热的状态中，将炉顶上的冷却剂入口和出口以及被连接起来的连接软管放在合适的位置，使它们处在炉顶旋转时不经过炉子口的那一侧。软管连接通常需靠近支柱，以尽可能减少软管的长度和相互干扰的可能性。正如下面的具有指向6点钟的支柱的典型炉子设备的示意图所示，左旋炉顶设置方式具有冷却剂的进口和出口连接装置，它们约在7点至8点钟的位置，而右旋炉顶设置方式具有冷却剂的进口和一些出口，它们约在4点至5点钟的位置。

电炉炼钢设备通常还备有一个在维修或紧急情况下转换用的备用炉顶。如果炼钢设备具有左旋和右旋炉顶的电弧炉时，则就要有备用的左旋和右旋的炉顶，即使这些炉子在其它方面相同。    除非在炉顶上    有冷却剂的进口和出口，否则可以只用一个备用炉顶作备用，使直接费用和存货成本大大降低。

考虑到已有技术的这些因素和原因，所以本发明的一个目的是提供一种改进了的炉顶，这种炉顶可以采用左旋和右旋的设置方式。

本发明的另一个目的是提供一种左右混合转动的炉顶系统，该系统具有被分成不同冷却剂排放环段的水冷炉顶。

本发明的再一个目的是提供一种炉顶系统，该系统不需要昂贵的附加备用炉顶来保证快速转换。

本发明的还有一个目的是提供一种炉顶系统，该系统满足上述的结构简单及成本低的目的。

上述目的和其它目的可由本发明实现对本领域的技术人员来说是很明显的，本发明提供一种用于电弧炉和其它类型炉中的左右混合转动的炉顶，    使炉顶可以沿不同的方向移动。本发明提供了一种    炉顶    系统，该炉顶至少有一个用冷却剂将其进行冷却的部位，以及在炉顶上将炉顶固定到支柱结构或其它装置上的装置，用以把炉顶从支柱结构沿第一或第二预定的方向移动。有一个至少分成二个环    段的排放冷却剂的系统，用以从炉顶冷却剂喷淋部位接收废冷却剂。在炉顶排放系统上有第一组冷却剂出口，    用于与冷却剂的收集系统相连，以便在将炉顶沿第一个方向移动时排出冷却剂。把第一组中的每一个出口均连接到不同喷淋系统的环段。另外还有与第一组冷却剂出口隔开的第二组冷却剂出口，该组出口在炉顶排放系统的上面，用来与冷却剂收集系统相连，当炉顶沿第二个方向移动时，则可以把冷却剂排出，第二组中的每一个出口连接到不同的喷淋系统环段上。

通常，当使炉顶沿第一个方向移动时就把第二组出口与冷却剂的收集系统断开，而使炉顶沿第二个方向移动时，通常把第一组出口与冷却剂的收集系统断开。最好每一组冷却剂的出口都含有相邻的一对出口管。可    拆卸的连接装置，例如U形管道可以固定在与冷却剂收集系统断开的冷却剂出口之间，以便在冷却剂出口之间自由连通，并可让废冷却剂在排放系统环段之间流动。

本发明特别适用于倾斜电弧炉及类似炉的喷淋冷却炉顶，这种炉顶具有上下壁板，上下壁板之间形成空间，以及具有将喷淋冷却剂（最好是水）喷到下壁板的装置，以保持下壁板处于所需的温度范围。这种冷却剂收集系统使用了喷射泵或其他装置，以保持炉顶内部和冷却剂出口之间的压差，以便把废冷却剂从炉顶排出。

冷却剂排放系统最好在炉顶的对置两侧有排放入口，入口所处直线与炉的倾斜轴线垂直，其中一个排放入口通过一个排放系统环段直接与一个连到冷却剂收集系统的排放出口相接，而相对的排放入口通过连接装置和另一个排放系统环段与另一个排放出口相接。每一个已连接的排放出口都可用一个单独的泵装置，以便独自从每一个排放出口和被连的排放管的入口排出废冷却剂。

图1是典型的电炉装置的侧透视图，图中示出该装置的炉身，升到炉身上方    位置的炉顶以及    炉顶的支柱结构;

图2为图1中炉顶的第一实施例以及支柱结构的顶视平面图，该图已部分省略并作了局部剖视;

图2a为沿图2的2a-2a线取的侧剖视图;

图3为具有本发明的炉顶系统的电弧炉设备的顶视平面图，该炉顶采用左旋结构，此时它沿着逆时针方向转动并离开电弧炉炉身;

图4为具有本发明的采用右旋结构炉顶的炉顶系统的电弧炉装置的顶视平面图，此时该炉顶沿顺时针方向移动离开电弧炉炉身;

图5为图1电弧炉设备的端视图;

图6为图1的炉顶第二实施例及支柱结构的顶视平面图，该图已部分省略并作了局部剖视;

图6a为沿着图6的6a-6a线取的侧剖视图。

本发明的优选实施例示于图1至6a，在这些图中，相同的数字指的是本发明中相同的部件，附图示出了典型的电弧炉设备，这些电弧炉设备用以炼钢，虽然本发明的炉顶系统可用于任意类型的熔融材料处理容器中，炉顶可以在该容器中沿不同的方向移动。

图1、2和5分别为电弧炉设备第一个实施例的侧视图、顶视图和端视图。所示的循环水冷却炉顶10用炉子的支柱结构14进行支撑，该炉顶位于电弧炉炉身12的边缘13的正上方略微升高的位置。正如图1和图2所示，炉顶10用链、索或其它炉顶提升部件53连接到转向柱臂18和20上，转向柱臂水平延伸并由支柱22向外伸展。支柱22可以绕着垂直支柱16上的点24    转动，将炉顶10水平地移动到一侧，以便在对炉子装料或加料时打开炉身12上面的开口，并可以在炉子运行时或运行后的其它适当时间打开炉身的上面的开口。电极15从炉顶10上面的位置伸入开口32中。在炉子工作期间，电极15通过在炉顶中心开口32中的呈三角形布置的电极的孔而进入炉内，以便用电弧所生成的热来熔化炉料。在运行时，可从排气口19排除    炉内生成的烟气。

把炉子系统安装在轴颈或其它装置（图中未示出）上，以使炉身12可以    朝某一个方向倾斜，把炉渣或熔钢倒出。正如图5的端视图所示，可以把整个炉子向右或向左倾斜，把炉渣或钢从炉边13下面的开口（图中未示出）倒出，该开口在炉身的最右边和最左边。炉子朝一个方向倾斜并与水平方向成约15°角时倒出炉渣，而朝相反的方向倾斜并与水平方向成约为45°角时倒出钢。

图1、2、3和5所示的炉顶系统做成左旋系统，从而支柱14可以把炉顶10升起并让它逆时针方向（从上看）水平转动，使其离开炉边13，以暴露出炉口。为了防止炉顶10的下板38暴露在炉身12的内部时产生过高的热量，在炉顶里面引入冷却系统。冷却系统使用流体冷却剂，例如水或别的一些合适的液体来使炉顶维持在预定的温度。尽管上述的美国专利US-4，715，042和美国专利申请165，609所述的系统比较理想，但任何合适的冷却系统均可采用。该左旋式炉顶系统的冷却剂进口管26和出口管28a和28b有冷却剂的连接装置。外循环系统（图中未示出）分别用冷却剂输送管30和排放管36a和36b来把冷却剂送入炉顶10的冷却剂连接装置和从该连接装置将冷却剂排出。通常，冷却剂循环系统包括冷却剂输送系统和冷却剂收集系统，还可包括冷却剂再循环装置。

与冷却剂输送管道30相连的是冷却剂输送软管31，该软管被连接成可快速解脱与炉顶10周边上的冷却剂进口管26相连接的装置或其他装置。从图2和2a可清楚地看出，进口管26与进口集管29相通，该进口集管在未加压的炉顶10内围绕中心的三角形开口32延伸。从轮辐状集管29向外经向延伸的分支是一组喷淋管33，以把冷却剂输送到炉顶内部23的不同区段。从每个喷淋管33不同部位向下方突起的是一组喷雾嘴34，这些喷雾喷将雾状或细滴状的冷却剂喷射到炉顶下板38的上侧。该下板逐渐由炉顶的中心位置向下倾斜至周边。把冷却剂喷射到下板38的冷却效果可以使下板的温度保持在预定的温度范围，该温度通常要求    低于冷却剂的沸点（当用水时为100℃）。

在炉顶的下板38被喷射过之后，用过的废冷却剂利用重力沿着炉顶下板38的顶部排出，并经过排放系统中的排放进口或出口51a、51b和51c。图中所示的排放系统为一根由分成环形段47a和47b的有矩形横截面的管材或类似材料做成的集管。如图2所示，排放出口51a和51b在炉顶的相反两端，并且它们的连线垂直于炉的倾斜轴。排放集管形成了密封通道，该通道在炉顶下板38部位上或在其下面绕着炉顶周边内延伸，该集管由隔板或壁48与50分成隔开的排放环段47a及47b。排放集管环    段47a使排放口51a、51b和51c与冷却剂的出口管28a相连。排放集管环    段47b与环    段47a由连接装置44相连（其方式在后面将作较详细的说明），环    段47b还使排放出口51a、51b和51c与冷却剂出口管道28b相连。冷却剂排放软管37将出口28a连接到冷却剂排放管36a，而冷却剂排放软管35将出口28b连接到冷却剂排放管36b。可以用快速释放或其它连接装置来连接软管和管道。与冷却剂排放管道36a和36b相连的冷却剂收集装置最好用喷射泵或其它泵装置，以便快速有效地把冷却剂从炉顶10排放出来。任何有助于冷却剂排放的其它合适装置也可以采用。

本发明还提供了可用于炉顶10的右旋结构中的第二冷却剂连接装置，尽管这种装置并未用于图1、2、2a和5所示的炉顶系统的左旋工作过程中。第二即右侧冷却剂连接装置包括冷却剂进口40和冷却剂出口42。左侧和右侧冷却剂连接装置处于    通过支柱枢轴点24和炉顶    中心的直线的相反两侧，并处于炉顶两个相邻的四分之一圆周区域内。当用左侧冷却剂进口管26时，右侧冷却剂进口管40就连接到进口集管29上。当用左侧冷却剂出口28时，右侧冷却剂出口42就有分开的出口管42a和42b，这两个出口管与冷却剂排放集管的分隔的环段47a和47b相连，这两个环形段是由隔离部件50分隔开的。为了防止冷却剂在炉顶10处于左旋时溢过右侧冷却剂连接装置，本发明还提供了顶盖装置，以对多个炉顶冷却剂的进口和出口作单独密封。顶盖46可以固定到冷却剂进口40的开口上面。可移动的U形管道或管子连通器44把分开的冷却剂出口42a和42b进行连通并密封，以防止炉顶的渗漏并使围绕隔离部件50的排放集管环段47a和47b之间形成连续流动。此处，由于排放冷却剂处于负压状态，所以连通器44也就可以防止大气漏进排放集管管段中。

当本发明炉顶作为左旋炉顶系统运行时，冷却剂由冷却剂循环装置通过冷却剂管道30、软管31而进入冷却剂进口26内，冷却剂由进口集管29分配到炉顶内部四周。也与进口集管29相通的冷却剂进口40用于右旋运行方式中，所以也要将其用顶盖46封闭住。喷淋管33上的喷嘴34中喷射出的冷却剂冷却了炉顶的底部38以后，冷却剂通过排放口51a、51b和51c收集并加入到绕炉顶10四周延伸的排放集管中，再通过冷却剂出口28流出。如图2所示，通过排放集管环    段47a上的开口51a、51b和51c排放的冷却剂在由冷却剂收集装置接收之前，冷却剂可以直接通过冷却剂出口28、出口软管37排出炉顶进入排放出口管36a。通过排放集管环    段47a上的开口51a、51b和51c排放的冷却剂也可以流过冷却剂出口42b、U形连通器44并返回冷却剂出口42a进入环    段47b，以便绕过隔离部件50。然后冷却剂通过冷却剂出口28b、出口软管35和排放管36b从排放集管环段47b排放到冷却剂收集装置中。右侧冷却剂出口42并不用来直接把冷却剂从炉顶排出，    而是使用    U形连通器44构成排放环路的一部分。当炉子处于水平位置时，冷却剂同样也有可能通过出口51a、51b和51c等量地排放出去，并会在出口28a和28b之间分开。当炉子处于倾斜位置时，冷却剂就会通过炉顶下侧的排放口以倾斜方向排出，并从出口28a或28b的端盖处流出。当冷却剂从炉顶排出时，冷却剂或者可以在某处放出，或者可以靠冷却剂循环系统    返回到炉顶中。重要的是应注意到，把左侧冷却剂连接装置26和28定位在紧靠支柱结构14处的炉顶10上，这样可以减少软管的长度。由于支柱结构14是处于6点钟的位置，所以左侧冷却剂连接装置就处于7点至8点钟的位置。

排放集管分成几个不连续的段就能快速有效地除去废冷却剂，即使在炉子倾斜时也是如此。例如，在图2所示的左旋设置方式中，如果将炉顶10倾斜以使左侧低于右侧时，大部分冷却剂就会流向并流入排放口51a，而只有极少量或根本无冷却剂流入排放口51b。如果炉子保持在倾斜位置上达足够长的时间，就会把排放口51b和排放出口28b间的区段（集管环    段47b，连通器44及部分集管环    段47a）中的冷却剂全部抽出，而冷却剂仍被完全充满并且从排放口51a与排放出口28a间的排放集管环    段47a的一部分中被抽出。隔离部件48可以使排放口51a及排放出口28a保持一个压差（即负压），并可独立地连续从中把冷却剂除去，即使在排放出口28b只有空气并无冷却剂时也是如此。同样，如果炉子朝相反的方向倾斜，即使冷却剂不再从排放出口28a流出，也可以将分开的冷却剂由排放出口28b连续排出。为保证分开的冷却剂通过每个排放出口排出，最好对每一个排放出口28a和28b连接单独的泵装置。

如果把图1、2、2a和5所示的炉顶系统用在右旋炉顶设置方式中，而不是用在所述的左旋炉顶设置方式中，则将右侧冷却剂连接装置40和42与冷却剂循环系统相通，而不与左侧冷却剂连接装置26和28相通。将冷却剂进口顶盖46装在冷却剂进口26上，并且用合适的软管和管道把冷却剂进口40与冷却剂输送装置相连。同样，将U形连通器44装到冷却剂出口28a和28b之间，以防止冷却剂通过这些出口泄漏，并使隔离部件48周围的排放集管环    段47a和47b间具有完好的连通。可以把冷却剂由排放口51a、51b和51c排走，并可由出口42a和42b把冷却剂排出排放集管。所以冷却剂出口42a就可以将冷却剂通过环    段47b从排放集管环段47a中排出，而冷却剂出口42b就可把接冷却剂直接从排放集管环段47a中排出。可用合适的排放软管把每一个冷却剂出口42a和42b连到冷却剂收集装置上，如图2所示，右侧冷却剂连接装置处于4点至5点钟的位置。并用处于6点钟位置的支柱结构    使该连接装置紧靠软管以使连接软管的长度减至最少。

与左旋设置方式时的情况一样，炉顶10的右旋设置方式也采用单独的泵装置在炉子倾斜时把分开的冷却剂从每个排放出口42a和42b分别排出。因而隔离部件50把集管环    段隔开，使排放口51a或51b下部排出的冷却剂保持一个适当的压差，而冷却剂不通过另外的排放口51b或51a排出。

第二个优选的炉顶实施例示于图6和6a，它们分别为炉顶10的顶视图和剖视图，除了排放集管的形状外，图6和6a所示的实施例与图2及图2a所示的实施例相同。该排放系统不采用带侧排放口的通道式排放集管（如图2和2a所示），    而是采用包括有一组管段60a、60b和60c的管道，这些管段在炉顶周边内以近似半圆形的方式延伸，而且这些管段用作排放进口的垂直排出管或吸入管58a和58b来把留在炉顶内部的废冷却剂排走。把一对向下延伸的垂直排出管58a和58b安装在炉顶的每侧，它们约成180°角（相应于图2中的排放口51a和51b的位置    ），它们适合于排出废冷却剂，这时炉子为水平位置或    向任一侧倾斜。排放系统管段60a、60b和60c包括管道或类似设备。管段60a把排出管58a连到排放出口28b上，而管段60b把排出管58b连到排放出口42b上，管段60c把排放出口28b连到排放出口42a上。在所述的左旋设置方式中，连通器44可以把管段60b与管段60c及排放出口28b完全的连通起来，并使冷却剂无阻碍地流动。当废冷却剂向下流到炉顶的下板38内侧并到达排出管58a和58b的下部开口时，喷射泵、真空泵或其它设备可以通过排出管58a和58b吸取冷却剂并分别由出口28a和28b排出炉顶。对于右旋炉顶设置方式，将连通器44安装在排放出口28a和28b之间，由此管段60a就与管段60c及排放出口42a相连，这样便使水分别流经排出管58a和58b，然后通过排放出口42a和42b排出。

在与上述相类似的方法中（参考排放集管的第一实施例（图2和图2a）），对每对排放出口28a、28b或42a、42b的每一个都使用了单独的泵装置，使分开的冷却剂通过排出管58a和58b或通过这两个排出管中的一个管排出。即使在炉子12倾斜期间，一组排出管58a和58b处在高于废冷却剂液面的上侧，被分成几个不连续段的排放集管使另一组处在低于冷却剂液面的下侧的排放管58b或58a保持负压。

本发明的按左旋设置方式设置的炉顶系统的移动示于图3，而按右旋设置方式设置的炉顶系统的移动示于图4。如图3所示，利用支柱14（处在3点钟的位置）把炉顶10沿逆时针方向从炉顶通常处在炉12上的位置处转动开。左侧冷却剂进口26和冷却剂出口28用图1、2、5和6所示的方法连到排放软管上。用顶盖46把右侧冷却剂进口40封闭，而两个右侧冷却剂出口42a和42b用U形连通管44封住并使它们相通。当炉顶10从炉上朝顺时针方向移动时。左侧冷却剂连接装置26和28以及它们的连接软管设置在炉顶上的不经过炉子12内部上方的那一侧上，以防止软管暴露于炽热的炉口。而处于炉子上的经过炉子12内部上方的那一侧上的右侧连接装置40和42以及它们的连接软管44和46由于它们中有冷却剂，所以可避免炽热的炉口的影响。

图3所示的同样炉顶10也示于图4，此时炉顶按右旋设置方式设置。炉、支柱、软管、输送和排放管均与图3所示的基本类似，只是把炉顶10沿水平顺时针方向移动而已。图4中的部件如炉、支柱、软管    和排放管均与图3相对应的部件标号相同，只是在每一个相同标号的前面加上了标号“1”。在这种右旋的设置方式中，仍用从支柱122水平伸出的支柱臂118和120上的链、索或其它炉顶提升部件（图中未示出）来支撑炉顶10。虽然支柱114处于9点钟的位置（与图3所示的位置正好相差180°），但相对于炉顶10以及它的冷却剂连接装置来说，它与支柱14所处的位置相同。支柱114绕转动中心124顺时针转动，以使炉顶10离开炉子112。

在图4中，右侧冷却剂连接装置40和42与冷却剂循环系统（图中未示出）此时为可操作的连接，而左侧冷却剂连接装置26和28与冷却剂循环系统断开。顶盖46封住冷却剂进口26的开口，而连通器44使两个冷却剂出口28a和28b连通。用软管131把右侧冷却剂进口40连接到冷却剂输送管130，而冷却剂排放出口42a和42b分别连通到排放软管135和137上，然后这两根软管分别与排放管136a和136相连。

所以，右侧冷却剂连接装置40和42设置在邻近炉顶支柱114的地方，这样可以减少连接软管的长度。当支柱绕点124顺时针转动来移动炉顶10离开炉子112时，右侧冷却剂连接装置40和42以及连接软管仍然处于炉顶上的不经过炉口    的那一侧上。所以当炉子工作时或炉子工作以后立即移动炉顶10时，这些连接装置和软管    并不暴露在炉子112的炽热炉口上。此时，断开的左侧冷却剂连接装置26和28以及它们的连接顶盖位于可以暴露于炉子的炽热炉口的炉顶的那一侧上，由于其内有冷却剂，因此使它们不受到    这种热的影响。

本发明的左右混合旋转的炉顶系统，在炉顶上具有直接靠近炉顶支柱结构的冷却剂连接装置，以减少连接软管的长度。无论炉顶为左旋系统还是右旋系统，炉顶相对于支柱结构来说总是处于相同的方向。另外，在水冷炉顶具有二个、三个或更多个不同的冷却剂排放管段时，本发明提供有专用的连通器，以保证至少二个管段间的冷却剂排放的连通和排放的连续性。

通过本发明的炉顶系统，单个炉顶可采用右旋和左旋的炉顶设置方式。这种改进的炉顶系统可以用简单和经济有效的方法对原有的炉顶系统进行改造，使之具有这种混合作用。因此，这些既能左旋，又能右旋的炉顶的设置和运行在有紧急情况时不需在现场用另外的备用炉顶代替，而可以用一个普通的炉顶作为两种设置方式的备用品。由于不要购置另外的炉顶和减少了设备的运输费用，所以大大节省了开支。

本发明的炉顶系统可用于各种形式的熔料炉以及其它形式的设备，此处需要有能够沿上述的相反方向移动的炉顶。很显然，对于本领域的技术人员来说，可把分开的冷却剂连接装置的特殊设置方式加以改变以适应各种炉子设备。另外，比图1至6a所示以及本文所说的两个冷却剂连接装置还要多的连接装置可以有效地予以采用。也可以不用回转支柱来移动炉顶，而可以用其他设备，例如桥式吊车等，以及专门用来进行移动的设备，这些设备对于本发明的运行并不是关键性的。

另外，本发明是参照特定的实施例进行描述的，应该承认，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的构思和    范围的情况下进行各种改进，并且可以根据本发明公开的技术内容进行各种变换和改进。