专利名称：具有可拆卸三角形体的炉顶冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及熔炉之类的容器的一种盖。这种盖包括一个限定一个开口的外盖部分。在该外盖部分的开口可拆卸地装载内盖部分(三角形体)。该可拆卸的内盖部分包括由底壁、立壁和顶壁限定的封闭空间，并在该空间内安置喷射装置以导引喷射水至少对着底壁以便冷却该底壁。
在先有技术中，装纳熔融材料特别是装纳熔融金属的系统是采用耐火衬垫或水冷却或两者的配合以保护这类容器的壁、底和盖免受熔融材料和废气产生的高温的破坏。在以钢水为例的熔融金属的情况下，这些温度可超过2800°F(1540℃)。
用在这些容器上的耐火衬垫是很昂贵的且寿命短，即使这些耐火衬垫是用在容器的熔融线以上也是如此。虽然利用了水去冷却这些容器的内表面(通常是用结构钢板制成的)，但通常的做法是采用封闭系统。在这封闭系统中，加压水完全充满并循环通过容器壁内和顶部等。这些系统一般都需要大量相当高压的水。由于冷却水的阻塞而在内壁产生的“热点”可导致水发生闪蒸成蒸汽并破坏密闭外壳结构。一旦在容器内壁产生泄漏，冷却水便流入熔融材料中，由于水发生闪蒸或产生其它有害的反应，可导致发生爆炸之类的严重事故。这些事故会对生命和设备产生严重的危害性。为寻求减少这些问题的发生，其它先有技术采用了复杂、昂贵和维护困难的设备。该种设备在炼钢炉和其它熔融材料处理容器的周围区域和环境显然是不理想的。
美国专利4813055公开一种用来冷却熔化或处理熔融金属的熔炉的喷射冷却系统，特别是用来冷却电弧炉，等离子体炉和浇包炉的顶部或侧壁的冷却系统。具体地说，喷头和管道将冷却剂供给到喷嘴。这些喷嘴分布在顶部结构的冷却剂空间内，以便对着顶部的工作板喷射冷却剂。冷却剂对着工作板喷射后很快和有效地从冷却剂空间排出去，因此避免了冷却剂在冷却剂空间内的任何潜在有害的运动和局部聚集。
本发明的一个目的是为容器提供一种用于可拆卸的盖部分的一种冷却系统，它包括与喷嘴相联接的管道，该喷嘴则安排成导引冷却剂对着待冷却的盖的表面进行喷射。
本发明的另一目的是提供一种熔炉的炉顶，该炉顶有一个由冷却剂喷射装置冷却的可拆卸的三角形体部份。
本发明的另一目的是提供一种可拆卸的顶部的三角形体部件。该三角形体部件采用可拆卸的冷却剂喷射装置，该可拆卸冷却剂喷射装置包括联接到喷嘴的管道，该喷嘴安排成导引冷却剂对着待冷却的顶部表面进行喷射。
本发明的另一目的是为熔炉之类处理熔融材料的容器的顶部提供一种具有成本效益的可拆卸的三角形体。
结合参照下面附图并考虑下述说明，本发明的这些目的和其它目的将是一目了然的。
本发明涉及处理高温物质的容器，该容器具有一个盖，该盖包括外盖、喷射装置、入口装置和内盖。该外盖限定一内部开口，该内部开口可拆卸地装载该内盖。该内盖(三角形体)包括由底壁、立壁和顶壁限定的封闭空间;该喷射装置包括多个联接到喷嘴的管道，该喷嘴安置在上述封闭空间内并安排成由之导引冷却剂至少对着底壁进行喷射，以保证底壁保持在所要求的温度上;该入口装置用以将冷却剂送入管道和喷嘴，该出口装置用以将已用过的冷却剂从封闭空间内排走;而该内盖至少有由立壁限定的开口，以防止封闭空间内的冷却剂进入该内盖的开孔中。
在本发明的优选实施例中，该容器的外盖包括在其间限定封闭空间的内、外壁;伸进封闭空间的流体冷却剂入口;用以对内壁喷射冷却剂，以保持内壁处于所要求的温度上的装置;和用以排出已用过的冷却剂的出口。该外盖也可有将冷却剂供应到内盖中的管道的装置，使之可从冷却剂源向整个盖提供冷却剂。这一目的可通过利用常规的联接装置将外盖的冷却剂输送管道联接到内盖的冷却剂入口管道来达到。在内盖内的已用过的冷却剂也可以从内盖的一条管道送到外盖的一条管道，然后将该已用过的冷却剂从外盖排走。可利用常规的联接装置将已用过的冷却剂管道从内盖联接到外盖的一条管道上。
最好是能将管道和喷嘴装置固定到内盖的顶壁，使之当要将顶壁从内盖卸下时，所有管道和喷嘴装置可以随顶壁一起卸下，而仅留下内盖的底壁和立壁。因为底壁承受容器内的高温，通常会因循环暴露于高温下而导致损耗和破裂。因此，通过将管道和喷嘴装置固定到内盖的顶壁，在必要时，卸下顶壁便可将底壁暴露出来便于进行检修。
在本发明的另一优选实施例中，该内盖具有在其内限定三个开口以接纳如电弧炉所要求的待伸进该炉内去的电极。每个开口由一在底壁终止的立壁所限定，而顶壁有类似的开口安排，使得当顶壁装置配到底壁上时，这些开口即通过顶壁也通过底壁。确定这些开口的立壁会防止任何冷却剂进入内壁的封闭空间。如果必要，除了导引喷嘴对着底壁外，也可导引喷嘴对着在内盖限定这些开口的立壁。这就保证了不仅底壁可被冷却而且立壁也可由喷射的冷却剂冷却。
在本发明的一个操作炉中，其内盖可在不干扰外盖的情况下很容易卸下进行检修。因为内盖通常要求较多的检修，因此喷射冷却的内盖可拆卸的特点将有效地提供对内盖喷射冷却的效益，而内盖还有易于拆卸进行检修和在必要时进行有效和迅速修理的额外特点。
本发明的优选实施例在例如电弧炉的冶金炉中应用作炉顶的内盖或三角形体。该盖的底壁或内壁的下侧可包括来自底部伸进炉内的凸体以捕集和保留熔融材料的固化部份例如溅射的炉渣。这些固化部份或炉渣与炉顶的下侧接触提供了更多在原位粘结而形成的热绝缘衬垫，该衬垫因而可减少顶部所受到的热冲击。通过在内壁的下侧形成适当的绝缘炉渣的原位衬垫并将这些炉渣固定到内壁的下表面，可在不失去这绝缘炉渣衬垫的情况下，便可拆卸顶部以便进行装卸料等，然后将其放回到该熔炉上。这就保护了底壁免暴露于大的温度变化，因而有效地减少热冲击而避免可能导致内壁的应力破裂的发生。使用空心管状凸体可捕集溅射到管状凸体内及环绕其周围的炉渣以便为炉渣衬垫提供锚定物。该锚固定物即使在移动整个盖时，仍然使炉渣衬垫固定到该盖内壁的下表面。
当用水作为冷却剂时，本发明的系统具高效率，它使用的冷却水大大少于水淹式冷却系统所用的水。例如，在使用本发明系统的一个实例中，它使用的冷却水量仅为典型的先有技术的水淹式冷却系统用水量的一半。这个要求冷却用水量的显著减少对一些没有足够和必要的水原来满足目前使用的水冷却系统的金属生产厂来说是特别重要的。而且，对工作板喷射冷却剂所起的冲洗作用，可使板表面能保持清洁，因此提高了冷却效果并延长了该炉和/或其部件的寿命。在一些先有技术的系统中，管道内或封闭的结构内往往产生水垢和沉积物，需要经常清洗或对水进行化学处理以保持有效冷却。
冷却流体最好是水或水基流体，并以这样一个流量进行喷射使喷射的水珠由于表面面积接触而吸收热量。如果需要，可将热电偶埋置于板内以便测量温度，而这些热电偶可与适当的控制装置相联，以调节冷却剂的流率从而保持所要求的温度。由喷射系统产生的冷却剂液流的液滴接触很大的表面面积，造成很大的冷却量并且水是以液体形式排出的。然而，虽然冷却液(水)的温度通常达不到212°F，但如果由于产生临时热点等原因达到这个温度，它会闪蒸，因此冷却剂的蒸发潜热被用在冷却工作板上，结果除去大约10倍利用水淹式冷却法所除去的热量。
喷射冷却系统比先有技术的水淹式冷却系统对维护的要求大大减少。例如，在先有技术的水淹式冷却系统中，如果水温超过140°F，将发生沉积现象，因此在待冷却的表面产生水垢和沉淀物，降低了冷却效率。而且，如在先有技术的系统中水温超过到212°F，可产生蒸汽，因而可能产生爆炸的危险情况。正如前面注意到的，水的喷射对被冷却的表面有冲洗作用，因此它不会产生水垢等沉积物。而且，本发明的系统可采用足够的压力进行喷射，容易接近冷却空间，使得必要时可很容易进行清洁或修理。另方面，水淹式系统包括要拆除和冲洗多个独立的板以保持它们的寿命。而且，水淹式系统需要将大量的软管、管道、阀门等联接和拆卸，也需要大量的维护工作。
如上所述，喷射冷却内盖的可拆卸特点使接近内盖以便进行检查和修理提供便利的途径。也如上所述，在本发明的优选实施例中，管道和喷射装置可固定到上壁上，使它们可很容易从内盖卸下进行检验，同时将底壁和立壁露出进行检验。这样，对底壁和立壁需进行的任何修理均可很容易和有效地完成。一旦修理完后，附有管道和喷嘴的顶壁便可很容易地将其放回底壁上方完成内盖的装配。内盖的冷却剂入口装置可联接到入口管道，内盖的已用过冷却剂的出口装置可联接到排放管以排出已用过的冷却剂。如上所述，当外盖也装有喷射冷却剂装置时，送入外盖的冷却剂也可送到内盖，已用过的冷却剂可输送通过外盖上或外盖内的一条管道并在外盖周围区域排出。
图1为实施本发明的电弧炉盖的上部部分的横截面图。
图2为本发明的电弧炉盖示出炉盖的内结构的局部剖开和局部横截的平面图。
图3是沿图2的3-3线截取的炉盖部分的侧视图。
图4是图2所示的炉盖下侧的一部分的透视图。
图5是本发明的内盖或三角形体的底壁和立壁往下看的透视图。
图6是本发明的内盖或三角形体的顶壁往下部看的透视图，说明固定到顶壁和管道和喷嘴。
如下文，容器将指用以处理高温物质的罐，如处理熔融材料、热气体或液体等的容器。本发明优选实施例示于各图中，其中示出了一电弧炉和有关顶部结构。在各图中，相同的标号说明相同的部分。
本发明的流体冷却密闭盖装置的优选实施例示于图1和图2中。在这实施例中，这密闭盖装置包括以截面图示出的位于一典型电弧炉12的顶上的一圆形电弧炉炉顶10，框13正下面的炉12部分由一钢炉壳15组成。炉壳15衬有耐火砖17或其它热绝缘材料。熔融线上方的炉侧壁可替换地由采用与顶部10相连的下面所述的利用内喷射冷却系统的内、外板构成。该炉顶包括外盖18和内盖20。外盖18包括一位于顶壁11和底壁39之间的空心内部空间部分23。
在这内空间23内，有多个辐条式的冷却喷嘴33。该喷嘴33从一中心同心环型供水岐管29接收冷却剂。下伸喷头34对着盖底39的内面38喷射冷却剂36，以便在炉12熔化或处理其它熔融材料期间保持顶部处于一允许的温度上。冷却剂从顶部内部经排放岐管47的孔道51排出。该岐管47延伸围绕在外盖18的下部外周缘。出口45可联接到一个外排放管并允许从岐管47排放冷却剂。如图5和图6所示，内盖或三角形体20包括一底壁50、顶壁53和立壁55。三堵立壁57构成用以接纳图1所示电极70的开口59。如图6所示，顶壁53已固定有一环形冷却剂供给岐管61。该岐管61具有辐条状延伸并联接有喷嘴65的冷却管63。该喷嘴65导引冷却剂36对着空间67的底壁50进行的喷射。如有必要，也可导引冷却剂36对着立壁57进行喷射。如图1和图2所示，冷却剂36从管21的入口供给。该管21与外盖18空间23内的喷射岐管29相通并通到内盖20空间67的喷射岐管61。联接件69用以将管21的出口与喷射岐管61的入口联接起来。内管20中的已用过的冷却剂通过伸到外盖18顶部的管道或软管71抽吸而排出。在所示的优选实施例中，管71A伸进到内盖20中以排出已用过的冷却剂。这管71A刚好端接于外壁53上方，然后采用常规的接头装置73将管71A和管71联接起来，而管71则又延伸到外盖18的周缘。然后在管71的出口联接一个常规的抽吸装置以将内盖20内空间67的已用过的冷却剂排出。如有必要，可将管71固定到外盖18的外顶部表面11上。这样通过松开联接件69将喷射岐管61与管71A分离和松开联接件73将管71与管71A分离，便可很容易将内盖20卸下，然后将该内盖20从顶部10卸下。如有必要，内盖20可以有它自己的独立于外盖18的冷却剂供给应装置。在这优选实施例中，虽然冷却剂供应岐管61、伸展的辐条式冷却管63和喷咀65都固定到顶壁53上，如有必要，这些部件也可固定到立壁和/或底壁上。这些喷射部件也可以只将其放在底壁而不将之固定到任何壁上。
例如，在炼钢炉12操作过程中，熔化的钢会有被向各个方向飞溅或溅射的熔融炉渣或其它保护材料所复盖的倾向。这些溅射的炉渣与外盖18的底面39接触时，部分会有固化并粘附到该盖的下侧的倾向。当这些炉渣固化后，它相当于一热绝缘层，会有降低它所复盖的那部分炉顶的温度的倾向。在炉和炉顶组件的整个正常操作期间，常常会发生炉渣剥落现象，例如，当顶部被卸下或者当顶部的下侧承受到高、低温度循环变化时，往往会剥落。当关闭电极的电源停炉时，这种相同的温度循环变化便会产生，但其温度循环变化程度较小。结果，通常由钢板等制成的外盖18的下侧部分39就会承受热冲击和热应力，该热冲击和热应力有导致产生金属疲劳最后引起钢板断裂的倾向。为了在外盖18的下侧可靠地捕集和持留这些炉渣和减少在热循环变化时或在从炉卸下外盖期间发生剥落的机会，采用多个凸体25(即管状或拱形凸体)盖住顶部的下侧部分39。如图4所示，这些凸体25以一定间隔距离焊接到顶部的整个内表面上，并起着炉渣的收集环或收集套的作用。如图1所示，应当注意到，从熔融体溅出的炉渣往往会在凸体25的周围和在其内原位形成粘附的热绝缘耐火衬垫27。应注意到，这种衬垫27对顶部下侧部分39的稳态温度控制来说是不必要的，因为喷射冷却系统可很好地完成这任务。然而，因为它的正常成形，所以本发明通过焊设的凸体25为该炉渣衬垫27提供更好的粘附性，因而使该顶部承受更少的非所要的热应力。如图所示，供应到外盖18的岐管29的冷却剂36则输送到喷嘴34。导引冷却剂喷射到底壁38以对该底壁38进行冷却。该冷却剂最好是水或水基液体。
为了抽吸已喷射到壁38内侧的冷却剂，设置以一个包括排空岐管47的排放系统。岐管47沿着外盖18内部的周缘延伸。图示的排放岐管47是由矩形管制成的，并利用沿下部内向壁部分的长槽或其它相间隔开的出口51收集来自倾斜下部壁38的已用过的冷却剂。已用过的冷却剂应尽可能快地排走，使在下部壁38上留存的冷却剂达到最少的程度，以便减少对直接喷射到壁38的冷却剂的干扰。所有岐管开口或冷却剂出口51最好用筛网49罩住以防止碎屑进入岐管并阻碍冷却剂的排出。然后将来自岐管47各部分的冷却剂经排出口45(图2)排出。为了将已用过的冷却剂从外盖18内部迅速地排走，可采用真空装置或泵装置。
也可以同样的方式将冷却剂36供给到内盖20的岐管61并输送到喷嘴65。如图1所示，外盖18的冷却剂供给装置也可用来将冷却剂供给内盖20。在管21端部附近安装一个开-关阀75并用接头件69将管21的出口和岐管61的入口联接起来，使外盖18和内盖20的冷却剂都可从同一源供给。为了从内盖20排出已用过的冷却剂，将管71A的一端伸进封闭空间67内，而另一端伸出到顶壁53的上方并用接头件73将它与管71联接起来。为保证将已用过的冷却剂从内盖20的内部迅速地排走，可将管71接到真空装置或泵装置。通过卸开接头件69和73，便能很容易地卸下内盖20。
这样，本发明就为诸如图示的电弧炉和其它类型的熔炼炉、浇包炉等各种封底容器提供了简单高效的冷却。此外，密闭外壳装置内部较低的压力使冷却剂泄漏到容器内去的危险性减少到最低程度。本发明提供这样高的冷却效果，使得通常没有必要沿密闭外壳装置的底壁39和50安装任何耐火材料或其它热绝缘材料，虽然可能需要在其上面安置某种薄的覆盖层以保护其免受在容器内可能产生的腐蚀性热气体的侵蚀。虽然本身不需要热绝缘，但空心管状凸件25可将任何溅射的炉渣或其它材料截留住，因而提供了一种在原位形成的粘附保护壁垒层，该壁垒层通过减少了密闭外壳装置内壁的热应力而延长了容器的寿命。
本发明虽参照一具体实施例进行描述，但对本领域的普通技术人员而言会认识到在不离开本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变。因此，此处作为说明本发明的目的所公开的意图用以覆盖对本发明所做出的不构成离开本发明的精神和范围的所有变化和修改。
权利要求
1.一种处理热物质容器的盖，其特征在于该盖包括一外盖、该外盖限定一内部开口，该内部开口内可拆卸地装载一内盖；一内盖，该内盖包括底壁、立壁和顶壁并由该三堵壁限定一封闭空间；喷射装置，该喷射装置包括多个联接到位于上述密封空间内的多个喷咀的管道；一入口装置，该入口装置用以将冷却剂输送到该管道和喷咀，该喷咀安排成导引冷却至少对着底壁进行喷射；用以将已用过的冷却剂从封闭空间排出的出口装置；该内盖至少限定一由从底壁延伸到顶壁的立壁构成的开口，使得该封闭空间的冷却剂不能进入该盖的至少一个开口。
2.如权利要求1所述的盖，其特征在于该外盖包括底壁、立壁和顶壁及由该三堵壁限定的一封闭空间;喷射装置包括多个联接到位于上述封闭空间内的多个喷咀的管道;用以将冷却剂输送到该管道和喷咀的入口装置，该喷咀安排成导引冷却剂至少对着底壁的进行喷射;用以将已用过的冷却剂从封闭空间内排出的出口装置。
3.如权利要求2所述的盖，其特征在于该外盖的入口装置联接到内盖的入口装置。
4.如权利要求3所述的盖，其特征在于该内盖的出口装置包括一根从内盖的封闭空间伸出通过顶壁并延伸在外盖的顶壁上而到达外盖的外周缘区域的管道。
5.如权利要求3所述的盖，其特征在于该喷咀安排成导引冷却剂至少对着内盖的一部分立壁进行喷射。
6.如权利要求2所述的盖，其特征在于泵装置联接到内盖的输出装置，以便将已用过的冷却剂从内盖内抽吸并排出。
7.如权利要求6所述的盖，其特征在于泵装置联接到外盖的输出装置，以便将已用过的冷却剂从内盖内抽吸并排出。
8.如权利要求3所述的盖，其特征在于泵装置联接到内盖的输出装置，以便将已用过的冷却剂从内盖内抽吸并排出。
9.如权利要求1所述的盖，其特征在于该多个管道和喷射装置固定到内盖的顶壁。
10.如权利要求3所述的盖，其特征在于内盖的出口装置包括从内盖的封闭空间伸出并通过内盖的壁的第一管道;具有入口端和出口端并从内盖的周缘伸到外盖的第二管道;该第二管道的入口端放置于内盖的周缘区域并利用联接装置将其联接到从内盖伸出的第一管道上，使第一管道和第二管道之间可以进行拆卸或联接。
11.如权利要求10所述的盖，其特征在于该第二管道固定到外盖的顶壁。
12.如权利要求2所述的盖，其特征在于该内盖具有至少三个开口。
13.如权利要求1所述的盖，其特征在于该外盖的开口由一向内的锥形立壁形成，而限定内盖周缘形状的内盖的立壁为向内成锥形，使得该内盖可装载于外盖的开口内。
全文摘要
一种处理热物质的如熔炉之类的容器的盖，该盖包括具有限定一开口的外盖部分。该开口内可拆卸地装载一内盖部分(三角形体)，其中该内盖部分包括限定一封闭空间的间隔开的壁，该封闭空间内设有冷却剂喷射装置用以将冷却剂喷射到最靠近容器内部的壁。
文档编号F27D9/00GK1065328SQ92100328
公开日1992年10月14日 申请日期1992年1月17日 优先权日1991年3月28日
发明者M·T·阿瑟 申请人:尤卡碳科技公司