電弧爐的電極密封裝置的製作方法

2023-04-27 12:12:16 1

專利名稱：電弧爐的電極密封裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電弧爐的電極密封裝置。
背景技術：
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，並且，電極還必需向下運動以補償電極頂端的消耗。另外，特別是在對爐料進行熔化的初始階段，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生巨大的橫向偏轉。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置一個密封裝置的結構提出了許多非常嚴格的要求。
在只需要留出中等大小的電極運動範圍的爐子中，可以採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構。在該結構中，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孔周圍的另一個環形密封件相互配合。這樣，當為了打開爐頂，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，可以單獨地被升高。在這種結構中，該水冷式套筒使該電極結構變得複雜。並且，即使小心地設計，在某些情況下，當在電極運動範圍的下端時，該水冷式套筒容易被爐內的電弧放電損壞。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構，這些水冷式套筒包圍著多個電極並安裝在該多個電極上。
還提出了多個電極密封裝置結構。這些電極密封裝置結構由爐頂支承著，並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。這種結構與使用安裝在電極上的套筒的那些結構具有許多相同的缺點。這個結構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，並只有有限的間隙可供電極作橫向運動。因此，這種電極密封裝置結構不適合使用在電極需要經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電的水冷式爐頂的爐子中。在該專利中，有關該密封裝置結構本身的細節提供得很少，但整個裝置似乎是基於使用一種水冷式爐頂的。
美國專利NO.3,383,233(Prenn)公布了一個系統，該系統用於不依賴爐頂，而支承各種密封組件的重量，同時允許多個電極作橫向運動。這些密封裝置本身是由耐火材料製成的多個園環，並可能附加一些繞支軸轉動的扇形塊密封件。假如使用多個這種繞支軸轉動的密封件，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)都公布了一些結構，在這些結構中，將大量的耐火材料製成的密封扇形塊向內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)公布了一種結構。在該結構中，大量繞支軸轉動的、分割的水冷式密封扇形塊，依靠重力和彈簧作用向內壓在一個電極上，在多個扇形塊和一個支承圓環之間設有一個附加的膜片式密封件。
在實踐中，事實證明上述多個系統中沒有一個系統對用於煉鋼的電弧爐操作者們來說是通常可以接受的。已經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」(Steel Times Inlernationa1)上發表的一篇文章「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，即一般來說，現在還沒有一種適用於煉鋼的令人滿意的電極密封裝置。
發明概述本發明的一個目的是要提供一種用於電弧爐的電極密封裝置，該裝置是高效率的，結構較簡單和經濟；並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。該裝置還適合於多個電極重複地被從爐子中完全撥出和有助於延長該耐火材料制爐頂的壽命。
本發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，並可能有卡住的危險，而是構成一個密封園環。該密封園環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形圈。該環形圈的內徑與該電極的名義外徑緊密地匹配。許多電極製造廠家將石墨電極的外徑規定在較窄的公差範圍內，但實際上在正常情況下要保持更窄的公差。通過使該密封園環的內徑與該電極外徑的這個窄公差範圍建立適當的關係，就可以得到一個良好的配合。同時，因為該少量幾個密封扇形塊的向內運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，當該密封圓環的內徑接近電極直徑正常情況下所處的直徑範圍的上限時，結果最好。但是，根據經驗，這個關係可能需作某些向上或向下的調整。本發明的目的是要提供一種裝置，在正常情況下，該裝置的多個圓環形扇形塊是貼緊的，或靠得非常近的，只有在使各種膠結體適應該電極的表面以及適應各個電極部分之間的接頭處的不規則狀況時，才需要將該多個圓環形扇形塊分隔開來。實際上，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。將該密封園環的彈性地向下壓，以構成一個平面的環狀密封，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動的同時構成了密封，而且還將該密封裝置固定在爐頂上，並保護爐頂的該電極通過的孔的內表面不受熱應力作用。否則，該爐頂上電極通過的孔的內表面是會受到熱應力的作用的。
本發明的其他一些特點從下面對一個優選實施例的說明和所附的權利要求中可以清楚地了解。
附圖的簡要說明

圖1為根據本發明的電極密封裝置的一個實施例的平面圖；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，該扇形塊構成該密封裝置第二個主要部件的一部分。
優選實施例的說明下面的說明是特別針對本發明的一個實施例的。該實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。應當了解，本發明也可適用於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，本發明有一個優點，即該密封裝置實際上可以這樣布局即它使爐頂在各個電極之間的那部分不受任何阻礙。從而爐頂的該部分可以利用空氣射流或其他方法，很容易保持清潔，以使由於導電的沉積物的堆積和導電的結構的存在引起的電極之間電弧放電的危險減至最小。
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2的形式。該圓環2與一個電極4接觸，並由三個扇形塊6構成。每一個扇形塊具有一個基板8。三個基板8組合，形成一個下端環形平面。該下端環形平面安放在該圓筒12的一個上端環形平面10上。三個基板8可以在平面10上橫向運動，從而使該電極可以相對爐頂作橫向運動。
三個扇形塊6由一根環圈形的鋼絲繩16彈性地保持貼緊。該環圈形鋼絲繩16的二個末端由一個拉力彈簧裝置18連接起來，並保持對準。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表面要經過機械加工，以便在貼緊時形成緊密地包圍著該電極的圓環2的內徑。現在看來，該圓環2的內徑等於一個較窄的多個直徑範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電極部分所給出的。這樣，雖然製造廠家提出的公差範圍要大得多(0.6064至0.6128米)，名義直徑為24英寸的「聯合碳化物」公司(Union Carbide)生產的電極中的95％的直徑在0.6111至0.6119米範圍內，其餘的電極直徑略小於0.6111米。雖然，在所提出的公差範圍內的直徑都可能是令人滿意的，但對於這樣的電極，該圓環2的內徑帶有+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整圓環2的內徑。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生過大的間隙(大於約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製成。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均由不鏽鋼製成，並用螺釘擰緊在三個銅鈹合金的扇形塊上。這裡，銅鈹合金和不鏽鋼都是優選的材料，假如適當的傳熱性和耐磨性能夠保證，也可採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2。再利用通過三個靴塊36加在三個槓桿34上的水平力使形成的圓環2與圓筒12對準。三個槓桿34支承在三個支軸38上，可繞三個支軸38轉動。支軸38可以承受垂直推力，並由兩個彈簧裝置40驅動。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的內徑可以比該電極的外徑大15％-20％左右，這樣就形成一個適當的間隙，使該電極可作橫向移動。該圓筒12可由銅澆鑄製成，在該圓筒12內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於該使用場合的耐火水泥，圍繞著該圓筒澆鑄而成的，例如可採用高礬土水泥或鉻水泥。當將多個電極通過該圓筒12撥出時，為了減小熱衝擊效應，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(圖1中的頂部一側)不需要外部水管了。水通道的串聯連接的優點是，任何障礙可以立刻被發現，而幾個並聯通道中的一個通道堵塞不可能立即被發現。三個槓桿34的取向是這樣的即它們應使該密封裝置與槓桿的同一側面不受阻礙。由於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，或促使導電沉積物生成。這種導電沉積物與通過該密封裝置逸出的各種電離氣體結合將促使在各個電極之間產生不需要的電弧放電。
在使用過程中，該圓環2緊密地包圍著該電極4，並藉助於多個彈簧48保持與該圓筒12密封接觸。該環圈形鋼絲繩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動，以適應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和粘在電極表面的飛濺出的材料。由於正常情況下，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，而不是由該圓環和該電極的密封表面承受的，因此尺寸作得接近有助於使該圓環和該電極的磨損減至最小。在製造過程中，通過使三個扇形塊與其末端相鄰的內表面尺寸減小千分之幾英寸，可以更好地適應電極的公差。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於爐頂的水平運動施加相當大的阻尼作用。同時，在該電極垂直運動過程中，多個彈簧48施加的垂直彈性負載使該密封裝置可作微小的垂直運動，這有助於打破任何瞬時的卡住現象。
該圓筒12有助於保護在該孔周圍的爐頂部分不遭腐蝕。當沒有有效的電極密封裝置時，往往會產生該爐頂部分的腐蝕。該圓筒12還可保護耐火材料不致受到嚴重的溫度瞬變的影響。當一個電極的白熱頂端通過爐頂上的該孔撥出時，就出現這種激烈的溫度瞬變。同時，該圓筒的下端的結構有助於防止由該圓筒和爐頂的熱膨脹差異造成的耐火材料承受應力的問題。該密封裝置及其水通道的簡單結構意味著該結構並不是過份笨重的，因此不會有過大的負載作用在爐頂上。為了避免在爐頂塌陷時，出現該密封裝置落入爐子中的危險，該密封裝置可用繩鏈栓住。
權利要求
1.一種電極密封裝置，該裝置用於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；該第一個密封件位於爐頂上，圍繞著該孔的圓周，所述第一個密封件由管狀的圓筒件構成，與爐頂上的該孔在一直線上，所述第一個密封件的內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形平面；該第二個環形密封件具有一個下部環形平面，該下部環形平面安放在該第一個密封件的該上部環形平面上，該第二個密封件由多個可獨立運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，該圓環內表面的直徑足夠小，使該圓環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於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，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形平面與所述第一個密封件的上部環形平面嚙合。
2.如權利要求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製成，在該二個密封件內作有多個冷卻水通道。
3.如權利要求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連接的。
4.如權利要求2所述的一種電極密封裝置，其中，該第一個密封件由銅製成，該第二個密封件的多個扇形塊由銅鈹合金製成。
5.如權利要求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鏽鋼製成的耐磨平板，該多個耐磨平板構成了所述的下部環形平面。
6.如權利要求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槓桿和多個彈簧；該多個槓桿由支軸支承在該第一個密封件上，可繞支軸轉動，並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，並迫使多個槓桿沿半徑方向頂在該多個扇形塊上。
7.如權利要求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圈。
8.如權利要求6所述的一種電極密封裝置，其中，所述多個槓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形平面向下運動，與所述第一個密封件的所述上部環形平面接觸。
9.如權利要求1所述的一種電極密封裝置，該裝置用於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、方向為面對該電極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。
全文摘要
一種電極密封裝置，該裝置用於各種電弧爐，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，該套環的內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，以便適應該電極的小量尺寸超差或形狀的不規則性，並為該電極的水平運動提供阻尼作用，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連接的，並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 優先權日1993年12月23日
發明者費利姆·P·麥卡弗裡 申請人:阿奇聯合有限公司