冶金熔煉爐用的冷卻系統的製作方法

2023-08-12 10:12:51 1

專利名稱：冶金熔煉爐用的冷卻系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及冶金熔煉爐用的冷卻系統。
背景技術：
目前，坩堝式或豎式兩種冶金熔煉爐所用的大多數冷卻系統都設計成密閉的冷卻水系統。該系統包含與爐壁結合成整體並且裝有冷卻管道的冷卻單元。冷卻水用泵泵經冷卻單元的冷卻管道。採用氣墊維持裝置如箱中的靜壓，以保證冷卻管道的各點靜壓在數巴的範圍內。這種類型的冷卻系統在下文稱作「壓力循環系統」。一方面，冷卻水的蒸發溫度由於冷卻管道中的過壓而升高，這對冷卻系統的安全具有肯定的影響，因為蒸汽的形成能大大降低冷卻容量，並由此導致冷卻單元的局部過熱。然而，從另一方面來說，長期以來人們早已知曉這種壓力循環系統用於冶金爐中不是沒有危險的。因為即使有很小的滲漏，都會使較大量的冷卻水進入熔煉爐，從而引起耐火襯的損壞，在某些情況下，甚至引發猛烈的爆炸，例如，當冷卻水積聚在熔煉爐內而隨後為液體金屬覆蓋時。
為了防止這些險情，早已為人們了解的噴灑冷卻系統在一百多年來仍一直用於冶金熔煉爐中。然而，這種冷卻系統決不可能提供如結合在爐壁中的冷卻單元同樣的冷卻容量，而且就其維修來說也特別成問題。
噴灑水的冷卻系統已發展成為可替代壓力循環系統的「新型的」的冷卻系統。這種系統包含冷卻箱，它結合在爐壁中，並且在一個內室中有許多噴嘴，用於面對爐內部的室的內壁噴灑冷卻水。噴嘴中的大部分過壓被降低，以至只有很小的過壓被保存在冷卻箱內。儘管如此，製造這種噴灑水的冷卻系統的費用相當高，而且還在爐壁內佔據很大空間。
值得注意的是，冶金熔煉爐的某些部分出於安全原因仍然沒有進行冷卻。例如，用於電煉鋼廠的電弧爐的底部就是這種情況。
早已建議使冶金熔煉爐的冷卻系統產生負壓。意圖是在冷卻單元發生微小滲漏時防止冷卻水進入熔煉爐。例如，有關電弧爐的爐壁冷卻的這種性質的解決方案，早在1984年的美國專利4,603,423就已公開。這種冷卻系統包含給水泵，冷卻水的儲罐，減壓閥，並聯連接的冷卻單元，抽氣泵和氣體分離器。給水泵把冷卻水從儲罐經過減壓閥送入冷卻單元中，減壓閥的壓力順流低於大氣壓。抽吸泵用於經冷卻單元吸取冷卻水再經氣體分離器反向壓入儲罐。類似的負壓冷卻系統描述於JP09287733中。
為什麼這種類型的負壓冷卻系統至今還沒有得到冶金熔煉爐的廣泛接納，最有可能的理由在於就其安全性存在許多疑慮。事實上，即使輕微的壓力波動也能引起冷卻單元的過熱。
發明目的本發明的目的在於提供一種冶金熔煉爐用的可靠的冷卻系統，這種系統比已知的壓力循環系統安全，它保證冷卻容量高於常規的噴灑冷卻系統，允許使用比已知的噴灑水冷卻系統更緊湊、更簡單的冷卻單元，而且比目前已經提出的負壓冷卻系統更安全。本發明的目的可以藉助於權利要求1所提保護的冷卻系統來完成。
發明的描述本發明用於臺金熔煉爐中的冷卻系統，包括至少一個冷卻單元，該單元結合進冶金熔煉爐的爐壁。名稱「爐壁」包含熔煉爐的側壁和熔煉爐的爐底或爐蓋。一個最小的冷卻單元至少具有一個內部冷卻管，確保必要冷卻容量的預定冷卻水流流經該管。冷卻系統另外還包含至少一個冷卻水用的儲罐和至少一個冷卻水泵，該泵用於抽取在冷卻單元已加熱的冷卻水，並再將其泵回儲罐。在這種情況下，冷卻系統是根據水力原理設計成這樣一種形式，以預定的冷卻水流，在所述至少一個內部冷卻管中的最大部分，存在的靜壓低於在安裝冶金熔煉爐區域的環境壓力。換句話說，在所述的至少一個冷卻單元中，與環境壓力比較不會出現冷卻水過壓。這就意味著冷卻單元即使有微小的滲漏，冷卻水也不會進入熔煉爐。相反，作為滲漏的結果，環境空氣或爐內氣體被抽入冷卻單元的內部冷卻管中。由於吸入爐內氣體，通過氣體檢測裝置可以直接監測滲漏。因此，對人和設備的一般安全有明顯改善。眾所周知的噴灑冷卻系統的缺點，是通過控制流經冷卻單元的內部冷卻管的冷卻水而可以消除。對本發明冷卻系統所必需的冷卻單元的製造比噴灑水的冷卻箱更緊湊、更便宜。值得注意的是，本發明的冷卻系統適於坩堝式和豎式冶金熔煉爐的使用。在這種情況下，有可能只將熔煉爐冷卻系統的部分設計成負壓系統。例如，在冶金熔煉爐特別危險區域的爐冷卻可設計成按本發明的負壓系統，但熔煉爐的其他部分仍為常規的過壓系統。本發明的冷卻系統有利的是具有冷卻水用的給水箱，它安裝在所述至少一個冷卻單元的上方，並其中維持大氣壓。所述給水箱向所述至少一個冷卻單元供應冷卻水，並通過其測地高度能確定冷卻循環系統中最大的靜壓或進氣壓力。這形成了冷卻水的擴大容器。由於進氣壓力靜止固定，所以冷卻系統中危險的壓力波動能基本消除。對比已知的負壓冷卻系統，這一點顯著改進了本發明冷卻系統的安全性。
使用本發明的冷卻系統，有可能例如為冶金電弧爐產生安全的爐底冷卻系統。有利的是，本發明的冷卻系統同樣也能在這類冶金電弧爐中用作爐蓋冷卻系統。本發明的冷卻系統尤其有利地適用於鼓風爐的爐底冷卻。在所有這些情況下，本發明冷卻系統的高度不漏氣性是特別重要的。
通常把冷卻系統設計成密閉的循環系統，也就是說，該冷卻系統具有再冷卻系統和至少一種冷卻水泵。冷卻水泵把在冷卻單元中加熱的冷卻水移出，再經過至少一種再冷卻系統而將其送回給水箱。然而，同樣有可能像操作開放冷卻系統似的操作冷卻系統，也就是說，向給水箱供應新鮮水和排除熱水回流。
有利的是，脫氣箱安裝在冷卻水泵(多個)和冷卻單元(多個)之間。氣體檢測裝置可檢測脫氣箱中由冷卻水分離出來的爐內氣體並指示爐區內冷卻系統的滲漏。
在一優選具體實施方案中，脫氣箱包括冷卻水上方的氣體空間和用於在這氣體空間產生真空度的真空泵。
在本發明的冷卻系統中，固體銅或鑄鐵的冷卻板可有利地用作冷卻單元。然而，在熔煉爐的某些區域內，並不排除排管和蛇管而且也是比較便宜。


藉助於附圖將在下文對本發明的具體實施方案進行說明。
圖1表明本發明冷卻系統的連接圖。
圖2是示於圖1中的冷卻系統的脫氣箱的變更方案的示意圖。
藉助於附圖描述本發明的優選實施方案圖1表示冶金熔煉爐用的冷卻系統簡化連接圖。熔煉爐的冷卻循環系統定為10。該冷卻循環系統10包含冷卻水給水收集器12和冷卻水回流收集器14。若干個冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)連接在冷卻水給水收集器12和冷卻水回流收集器14之間。所示冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)是由例如銅或鑄鐵製成的冷卻板，該板與用於冷卻水的冷卻管18i(i＝1，2，3，4)成為一個整體。這些冷卻板16i(i＝1，2，3，4)安裝在外層爐殼的裡面，並且通常由耐火襯所覆蓋，值得注意的是，這些冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)從專業上來說還可稱作「冷卻壁」。
每一個冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)在其給水連接中都具有閥20i(i＝1，2，3，4)和在其回流的連接中都具有閥22i(i＝1，2，3，4)。這些閥20i和閥22i可使相應的冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)與冷卻循環系統10隔開。同樣還可以這樣設計，使這兩種閥20i和22i中的至少一種能細調相應的冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)中的壓力損失。所有的冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)在圖1中都是並行連接的。然而，不排除冷卻循環系統10也可包含串聯連接的冷卻單元。
標號24定為冷卻水給水箱，它安裝在冷卻水給水收集器12的上方。給水箱24通過排出管25與大氣相通，致使給水箱24中的冷卻水上面保持大氣壓。冷卻水還可以經給水管道26從給水箱24以較低量流入冷卻水給水收集器12。如有需要，排水管27可排空給水箱24使水進入排水道28中。另外，溢流裝置29同樣在所述排水管27中中止。
圖1中的標號30定為密閉脫氣箱，冷卻水從回流收集器14流入該脫氣箱。真空泵32與所述脫氣箱30連接。真空泵在冷卻水上方的氣體空間33中產生負壓。值得強調的是，脫氣箱30被隔板34分成注入箱36和抽吸箱38。冷卻水經返回管40流入注入箱36，由冷卻水帶入的大部分固體顆粒沉積在注入箱36中。當脫氣箱30中的冷卻水水平稍高於隔板34時，冷卻水就流入抽吸箱38並且還能流入抽吸管42。真空泵32例如可以是藉助於壓縮空氣操作的噴射泵。標號44定為壓縮空氣源(即壓縮空氣的壓縮機或壓縮空氣的分布系統)，噴射泵32與此源連接以產生吸氣射流。吸氣射流在脫氣箱30中產生真空度。正如圖1所示，噴射泵32的出口管通過廢空氣管46與聚水器48連接，在這裡由脫氣箱30吸入的冷卻水與廢空氣分離。聚水器48例如可以安裝在給水箱24的上方，以便使分離的冷卻水通過重力經管道50返回給水箱24。
抽吸管42與低壓增壓站52相連，該站包括例如兩個並聯連接的泵54和56，泵54和56中總有一個在操作，另一個備用。如泵54和56是離心泵時，設備所存在的NPSH(淨壓頭)值當然必須高於該離心泵所需的NPSH值。因此如有必要，離心泵必須安裝在低於脫氣箱30下的某個高度。然而，為了避免使用深泵軸，也可以使用對空穴不靈敏的泵。
由此，泵54，56在抽吸一側通過抽吸管42與脫氣箱30連接。在壓力一側通過壓力管道58與給水箱24連接。冷卻水用的再冷卻系統60被安裝在壓力管道58中。由此，泵54，56將冷卻水從脫氣箱30，經再冷卻系統60而泵回給水箱24中。標號62定為新鮮水管道，藉此水的損失可以得到補充或改變。
按照本發明的重要特徵，冷卻系統根據水力原理設計成這樣的一種形式，以使冷卻管道18i的最大部分在預定的冷卻水流下保持靜止壓力，該壓力低於冶金熔煉爐安裝區域的大氣壓力。在圖1中，Qi(i＝1，2，3，4)規定在相應冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)中所必要的預定的冷卻水流，在預定給水下移出所必須的熱量並恢復冷卻水的溫度。到每一個冷卻單元16i的給水管道都設計成這樣，以使冷卻管道18i的入口處於很小的真空度。冷卻水自上而下流經冷卻水管道18i。在冷卻水管道18i中，靜壓受局部和線性壓力損失(損失能量)，管道的橫截面(速率能量和梯度(位能))的影響。值得注意的是，壓力的損失和管道截面的減少能提高真空度(即靜止絕對壓力減小)，而梯度能降低真空度(即靜止絕對壓力升高)。在具有均勻管道截面下，為了使從給水連接到返回連接間的真空度緩慢升高，損失的能量比位能的減少必須增加得稍微快些。
準確計算冷卻循環系統10中各點所存在的靜壓，對於控制空隙問題是很重要的。然而，使用用於計算管道流量的現代電腦程式，這一點對專業人員說沒有問題。為了防止冷卻管道中出現空隙現象而能達到足夠的安全，冷卻循環系統10中的任何一點的靜止絕對壓力都不應該低於kPD，k是大於1的安全係數而PD是冷卻水在最高冷卻水溫度下的蒸發壓力。可以設想，例如在40℃的最高冷卻水返回溫度時，冷卻循環系統中的任何一點的靜止絕對壓力都不應低於0.4巴。
冷卻單元16i(i＝1，2，3，4)中的真空度保證在冷卻循環系統10中即使出現很小的滲漏也不會有冷卻水進入熔煉爐中。與此相反，空氣或爐內氣體由於滲漏而被抽吸進冷卻循環系統10中。在圖1中，標號70被定為氣體監測裝置，當冷卻循環系統10出現滲漏時，該檢測裝置能對聚集在脫氣箱30的氣體空間33的爐內氣體作出應答。熔煉爐的操作人員通過這臺氣體檢測裝置70能很快地接受到冷卻循環系統10出現滲漏的可靠指示。
如脫氣箱30被安裝在顯著低於回流收集器14的下方，如有必要，可以省去真空泵32。圖2表示這種類型的脫氣箱130。該脫氣箱置於低於回流收集器14的某一測地高度H並且藉助於具有很小壓力損失的返回管道40而與其連接，致使返回管道40中的冷卻水的靜止絕對壓力急劇地升高而使回流收集器14中的靜止絕對壓力稍微高於大氣壓。因此，脫氣箱30中的脫氣能藉助於通向大氣的簡單的換氣扇132而實現。在圖2中，標號134被定為能對爐內氣體應答的氣體監測裝置，在冷卻循環系統10滲漏時，爐內氣體聚集在脫氣箱130的換氣閥132的前沿，直到換氣閥打開。藉助於這臺監測裝置132，熔煉爐的操作人員可以非常快地接受到冷卻循環系統10中已形成滲漏的可靠指示。
權利要求
1.一種冶金熔煉爐用的冷卻系統，包括至少一種冷卻單元(16i；i＝1，2，3，4)，該單元結合在冶金熔煉爐的爐壁內並且具有至少一種內部冷卻管道(18i；i＝1，2，3，4)，預定的冷卻水流(Qi；i＝1，2，3，4，)流經此管道，從而保證了所必需的冷卻容量；至少一種冷卻水用的儲罐；和至少一種抽吸在冷卻單元(16i；i＝1，2，3，4)中被加熱的冷卻水並將其泵回儲罐的冷卻水泵(54，56)；冷卻系統根據水力原理設計，致使所述至少一種內部冷卻管道(18i；i＝1，2，3，4)的最大部分，在預定的冷卻水流(Qi；i＝1，2，3，4)下，維持靜止絕對壓力，該壓力小於安裝冶金熔煉爐地方的大氣壓力；其特徵在於，冷卻水的儲罐是由冷卻水用的給水箱(24)製成，它安裝在高於所述至少一個冷卻單元(16i；i＝1，2，3，4)的上面。
2.按權利要求1所述的冷卻系統，其特徵在於，根據水力原理再冷卻系統(60)安裝在至少一個冷卻水泵(54，56)和給水箱(24)之間。
3.按權利要求1或2中的所述的冷卻系統，其特徵在於根據水力原理安裝在冷卻水泵(54，56)和所述至少一個冷卻單元(16i；i＝1，2，3，4)間的脫氣箱(30，130)；和用於檢測與脫氣箱(30，130)中的冷卻水分離出來的爐內氣體用的氣體監測裝置(70，134)。
4.按權利要求2所述的冷卻系統，其特徵在於脫氣箱(30)中的冷卻水的上面的氣體空間(33)；和為冷卻水上面的氣體空間(33)產生真空度用的真空泵(32)。
5.按權利要求1-4中任一項所述的冷卻系統，其特徵在於所述至少一種冷卻單元(16i，i＝1，2，3，4)是由銅或鑄鐵製成的固體冷卻板。
6.一種冶金熔煉爐，它包含至少一種前述任何一項權利要求所述的冷卻系統。
7.按權利要求6所述的冶金熔煉爐，它包含至少一種按前述權利要求中任何一項作為熔煉爐爐底冷卻所述的冷卻系統。
全文摘要
本發明涉及一種冶金熔煉爐用的冷卻系統，該系統含有結合冶金熔煉爐爐壁的冷卻單元(16i，i＝1，2，3，4)，該單元還含有至少一種內部冷卻致冷通道(18i，i＝1，2，3，4)。預定的冷卻水體積流量(Qi，i＝1，2，3，4)流經所述通道，從而保證了所必須的冷卻效率。具體實施冷卻系統的方式是，在所述預定的冷卻水流(Qi，i＝1，2，3，4)下，在至少一種內部冷卻通道(18i，i＝1，2，3，4)的大部分能產生低於安裝冶金熔煉爐地區大氣壓的靜止絕對壓力。預先將冷卻水用的容器(24)安裝在高於冷卻單元(多個)(16i，i＝1，2，3，4)的地方，以便由其測地的過高確定冷卻循環系統中的靜壓。
文檔編號C21B7/00GK1479791SQ01820346
公開日2004年3月3日 申請日期2001年12月11日 優先權日2000年12月11日
發明者羅伯特·施梅勒, 羅伯特 施梅勒 申請人:保爾·沃特公司, 保爾 沃特公司