专利名称：冶金容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行冶金处理的冶金容器的结构。本发明尤其是但不排他的应用在从诸如矿石、部分还原矿石以及含金属废流中，利用直接熔炼工艺产生熔融纯金属或熔融金属合金的容器。
背景技术：
在以申请人名义提出的美国专利6267799和国际专利公开WO96/31627中，描述了一种已知的直接熔炼工艺，一般称之为HIsmelt(直接熔融还原)工艺，其主要依赖熔化金属层作为反应介质。这些申请中所述的HIsmelt工艺包括(a)在容器中形成熔铁和炉渣的熔池；(b)喷射入熔池中；(i)含金属的给料物质，典型的为金属氧化物；以及(ii)固态含碳材料，典型的为煤炭，其用作金属氧化物的还原剂和能量源；以及(c)在金属层中将含金属给料物质熔炼为金属。
这里的术语“熔炼”应理解为热力过程，其中发生用于还原金属氧化物的化学反应，以生成液态金属。
HIsmelt工艺还包括例如从熔池中释放出的CO和H2这样的二次燃烧气体，这些气体在熔池上方与含氧气体发生二次燃烧，并将二次燃烧产生的热量传递给熔池，以形成所需热量来熔炼含金属给料物质。
HIsmelt工艺还包括在熔池的名义静止表面上方形成转变区，其中有适当质量的上升而后下降的熔融金属和/或熔渣的小滴或溅液或液流，其提供了一种有效的介质来将熔池上方的二次燃烧反应气体生成的热能传递给熔池。
在HIsmelt工艺中，通过多个喷枪或鼓风口将含金属给料物质和固态含碳材料喷射到金属层中，所述喷枪或鼓风口倾斜于垂直方向，以穿过熔炼容器的侧壁向下和向内延伸，并进入容器的底部区域中，从而将固态材料输送至容器底部内的金属层中。为了促进容器上部内反应气体的二次燃烧，可将富含氧气的热空气流通过向下延伸的热空气喷射喷枪鼓吹喷射入容器的上部区域中。通过废气管将容器中反应气体二次燃烧后产生的废气从容器上部清除。
HIsmelt工艺能够在单个结构紧凑的容器中通过直接熔炼而生成大量的熔融金属。该容器在整个熔炼过程中必须用作容纳极高温度下固体、液体和气体的压力容器，且所述熔炼过程可能会延续很长时间。如以申请人名义提出的美国专利6322745和国际专利公开WO00/0185中所述，容器可由包含炉底、且由耐火材料形成的钢壳构成，且其具有至少与熔融金属相接触的基部和侧边，侧壁从与熔渣层和气体连续空间相接触的炉底侧边向上延伸，那些侧壁的至少一部分由水冷板块构成。这样的板块可呈双蜿蜒形，其间交替冲压或喷补有耐火材料。其它的冶金容器具有内耐火材料和耐火冷却系统。例如在传统的造铁高炉中，冷却系统一般包括一系列由坚固的铸铁制成的冷却板，其能够经受通过高炉支柱向上延伸的大负荷所产生的作用力。这些冷却板仅在更换衬里的过程中进行替换，在这期间，高炉关闭较长时间。对于连续工作的高炉而言，其更换衬里的间隔可在二十年以上，一次更换衬里要延续几个月以上。
另一方面，例如对于用来批量生产钢材的电弧炉而言，可以使用简单地从支撑框悬垂下来的冷却板块，且在移除盖子时，可以进入到支撑框中，从而其冷却板块几乎是作为消耗品使用的。在其它预计关闭时间或炉次之间，可对其进行更换和/或维修。
进行HIsmelt工艺的冶金容器存在特定问题，即所述工艺连续进行，且容器必须作为压力容器关闭很长时间，典型的将近一年左右或更长时间，然后必须如本申请人提出的美国专利6565798中所述的那样在很短时间内快速更换衬里。这就需要将内部水冷板块安装在具有受限入口的区域内。而且，最理想的情况是，能够在不影响压力容器的外壳和其性能的情况下更换受损板块。
发明内容
本发明提供一种冶金容器，包括外壳；以及多个连结至外壳的冷却板块，以形成至少用于容器上部的内衬，每片板块具有供冷却剂流通的内部通路；其中，每片板块具有多个横向于板块突出的突出物，其延伸穿过容器外壳内的开口，并连接至壳体外部，所述连接对开口进行密封。
所述壳体可具有管状凸出物，其围绕所述开口并从壳体向外凸出，所述连接器可将所述突出物连接至管状凸出物的外端。
冷却板块可衬里于耐火材料制成的容器内部，以形成容器的内部耐火衬，冷却板块可利用穿过所述通路的冷却剂液流对耐火材料进行冷却。
所述突出物可呈细长外形，并可以彼此相互平行的方式横向于板块而突出。
所述突出物可包括一系列销。
所述突出物还可包括用于所述板块的管状冷却剂入口和出口连接器。
容器壳体可包括衬有一系列所述冷却板块的大体呈圆柱型的部分。
该系列板块可呈细长弓形，其曲率与容器的大体圆柱形部分的曲率相匹配。
弓形板块可配置在沿容器周向分隔布置的板块的垂直间隔行中。
板块可紧密间隔，以减少周向间隔板块之间的所述缝隙，从而允许通过整体移动而移除每片板块，每行中可至少有6片周向间隔的板块。更具体而言，每行中可有8片左右的板块。
板块可由Z字外形的冷却剂流管组成，以形成板块。在此情况下，所述突出物可包括连接至Z字管形上的销、和从Z字管状外形端部延伸的管状冷却剂入口和出口连接器组成。
每片板块可具有内部和外部Z字形，其相对于容器壳体形成内部和外部板块部分。
在使用容器时，水可穿过板块的内部通路，用作冷却剂。
本发明还提供一种将冷却板块安装到冶金容器外壳上的方法，以形成所述壳体内衬的部分，包括提供冷却板块，其具有多个从板块横向突出的突出物，将突出物延伸穿过壳体内的开口，以使板块位于壳体内的衬里部分处的位置，在突出物和壳体外部之间形成连接，所述连接对开口进行密封。
本发明还提供一种用于安装在冶金容器的外壳上的冷却板块，以形成所述壳体内衬的部分，包括具有内部通路装置以供冷却剂流从中通过的板块主体，以及多个横向于板块而突出至板块另一侧的突出物，并能够在其延伸穿过壳体内的开口且连接至容器外壳时对板块进行支撑。
所述板块主体可包括呈Z字外形的冷却剂流管。
更具体而言，所述板块主体可由单个冷却剂管形成，其形状用于形成相邻的Z字形内部和外部板块部分，并且所述突出物可从外部板块部分向外横向突出。
板块可呈细长的弓形。
所述外部板块部分可配置在具有突出物的板块弯曲部分的外侧上，且所述突出物以彼此平行的方式向外横向突出，从而与横向于板块且径向于板块弯曲而延伸的中央平面相平行。
所述突出物可包括一系列销和从冷却剂流管端部伸出的管状冷却剂入口和出口连接器。
所述管状冷却剂连接器可配置在板块的一端处，所述销可跨过位于其端部之间的板块间隔。
所述销可通过连接器带片与板块相连接，每个连接器带片在其端部处固定至内部板块部分的相邻管节段，并跨过外部板块部分的管节段在其端部之间向外延伸。
所述连接器带片可大体呈V形，其V形的根部弯曲以配合在外部板块部分的相应管节段周围。
所述销可焊接至连接器带片上，从而从V形根部向外延伸。
所述容器的基部固定至钢制外部容器壳体17的底面端，且包括主圆筒部分18、向上和向内的锥形顶部19、以及限定了废气室26的上部圆柱部分21和盖部22。上部圆柱部分21具有用于废气的大直径出口23，盖部22具有开口24，以在所述开口24内安装用于将热空气吹入容器上部区域内的向下延伸的气体喷枪。所述壳体的主圆筒部分18具有八个周向间隔的管状安装件25，用于把铁矿、含碳材料和熔剂喷入容器底部的固体喷枪穿过所述安装件25而延伸。
在使用时，所述容器包含有铁和炉渣的熔池，且所述容器的上部必定容纳有处于一定压力和约为1200℃的极高温度下的热气体。因此就需要将所述容器作为压力容器使用很长一段时间，并且其必须具有牢固的结构并能够完全密封。进入容器内部的通道是极其有限的，本质上来说，仅限于在停机时穿过盖子开口24和换衬通路门27。
容器壳体11内部衬有一套107片单独的冷却板块，冷却水能够穿过所述冷却板块进行循环，并且这些冷却板块嵌入在耐火材料中，从而为熔炼区上方的容器提供水冷式内部耐火衬。重要的是，耐火衬事实上为连续分布，并且由于未被冷却的耐火材料将会很快被熔蚀，因此要对所有的耐火材料进行冷却。所述板块以这样的方式形成并连接到壳体上它们能够被安装在壳体11的内部，并且能够在停机时单独予以移除或更换，而不会妨碍壳体的整体性。
所述冷却板块包括一套衬在壳体的主圆筒部分18内的48片板块31和一套衬在锥形顶部19内的16片板块32。第一套4片板块33衬在直接位于锥形顶部19上方的废气室26的下部内。20片板块34衬在废气室26位于第一套4片板块33上方的部分内。11片板块35衬在盖子22内，8片板块40衬在出口23内。
废气室的板块和圆筒部分内的最底一行的板块由单层管形成，然而，圆筒部分31的其余板块以及锥形顶部19的板块由双层管形成，双层管相对于容器壳体17彼此前后配置。圆筒部分内的最底一行的板块31位于炉底的耐火材料的后方，并且最靠近熔融金属。当发生严重的熔蚀或破碎情况时，这些板块就有可能接触到熔融金属，从而其优选由铜构成。圆筒部分的其余板块以及锥形顶部的板块可由钢构成。
图6-12中所示为板块31的构造和其安装到容器壳体的主圆筒部分18上的方式。如图3、4和5所示，这些板块布置在垂直间隔的6行弓形板块中，这些弓形板块沿容器周向间隔开，每行为8片单独的板块31。每片板块31包括冷却剂流管36，所述冷却剂流管36通过弯曲而形成Z字形的内、外部板块部分37、38。所述内、外部板块部分37、38还发生垂直偏移，从而使一个板块部分的水平管节段位于另一个板块部分的水平管节段的中间。冷却剂入口和出口管连接器42优选地从位于每个板块一端处的内部板块部分伸出，尽管它们也可以从板块的其他部分或部位伸出。
板块31呈细长的弓形，该外形的长度大于高度，且其曲率与壳体主圆筒部分18的曲率相匹配。从图3和4中可看出，该套圆筒板块31内形成有一系列孔55。这些孔55与周向间隔布置的管状安装件25相对齐，并且用于为固体喷枪穿入容器11内部而提供足够的间隙。典型的，这些孔的形状可以容纳延伸穿过容器壳体17和板块31的大致圆筒形固体喷枪，从而相对于在穿透中心点处与容器壳体17相切的垂直面形成一定角度。所述孔55通过对齐两个或更多个具有沿边缘形成的凹部的板块而形成。所述凹部可沿垂直或水平边缘，或者可位于一个或多个角落处。所述管状安装件25在同一高度处沿容器的周向间隔布置。形成孔55的板块具有对应于管状安装件25之间圆周距离的长度，从而典型地，每个喷枪的中心线与两个或更多相邻板块的垂直边缘相对齐。这种布置使固体喷枪区域内的板块沿两个垂直边缘具有凹部。这些凹部可延伸至板块的上部角落或下部角落。
一套4个安装销43通过连接器带片44连接至外部板块部分38的Z字管形上，从而从板块向外横向突出。将每个连接器带片44在其端部处紧固至内部板块部分的相邻管形节段上，并在其两端之间向外延伸以
图10中所示方式跨过外部板块部分的管节段。连接器带片44一般为V形，且其V形根部发生弯曲以紧密配合于外部板块部分的管节段。将安装销43焊接到连接器带片上，以从所述V形根部向外延伸。所述连接器带片用于在分布于整个板块上的多个位置处，以间隔开的位置关系牢固保持管节段，从而对板块进行支撑，这样就构成牢固且具有挠性的板块结构。
安装销43延伸穿过壳体17以及管状凸出物46内的开口45，所述管状凸出物46围绕开口45并且从壳体17向外凸出。销43的端部突出超过位于管状凸出物46外端处的凸缘57。通过将环状金属盘47焊接至销43和凸缘57上，从而将销43连接至凸缘57上，这样就以对开口45密封的方式在壳体外部形成了连接物。
以类似的方式，用于板块的入口和出口连接器42穿过壳体17内的开口48向外突出，穿过并且超出围绕那些开口并从壳体向外凸出的管状凸出物49，并且通过在连接器42和位于凸出物49端部上的凸缘59之间对环状盘51进行焊接而形成连接物。利用这种方法，在壳体外部的各个连接物处，通过4个销43和冷却剂连接器42将每片板块31安装到壳体上。所述销和冷却剂连接器在管状凸出管46、49内间隙配合。所述凸出物46、49，凸缘57、59，盘47和销43为刚性，并具有足够的强度，从而当板块处于工作状态下而充满冷却水并嵌入耐火材料中时，能够承受来自所述凸出物末端的以悬臂方式作用的板块负载。
将所述销43和凸缘57以及冷却剂连接器42和凸缘59之间的焊接粉碎后，便可以移除板块31。通过这种方式，便能够很容易的移除板块。凸缘57、59也可在安装更换板块之前通过粉碎进行移除。这种方法允许板块在对凸缘57、59，凸出物46、49以及容器11仅造成有限伤害的情况下进行移除。
销43和冷却剂入口和出口连接器42被引导，从而以彼此平行的方式从板块向外横向突出，并且与横向延伸且径向穿过容器板块的中央平面相平行，这样便能够通过整体向内或向外移动容器圆筒的板块而插入和移除板块。
周向间隔分布的板块31之间的缝隙53必须满足当将被移除板块沿销43和连接器42的方向向内回退时，能够拖动正在被移除板块的外边缘，从而可以清理相邻板块的内边缘。缝隙的所需尺寸取决于弓形板块的长度，即在圆筒部分18上周向延伸的板块的数量。在所述实施例中，6行板块31中的每一行中有8片周向间隔分布的板块。已经发现，这允许板块之间具有最小的缝隙，并且保证缝隙处耐火材料受到适当冷却。一般来说，为了得到令人满意的冷却效果，就必须将每行分为至少6片周向间隔的板块。此外，外部板块部分的弓形长度可小于内部板块部分的弓形长度。这样布置后，与内外板块部分长度相同的布置相比，就允许相邻板块的内板块部分之间的缝隙53为最小。
将耐火材料固定销50对接焊接到板块31的冷却剂管上，以从板块处向内突出，并对喷出板块的耐火材料起到锚件的作用。销50可成组布置，其中这些销从各个管处向外辐射，并在整个板块上沿着所述管以规则的间隔布置。
安装到容器圆柱形弯曲部分上的板块33和34的形成及安装方式与上述板块31相同，只是一些板块34形成为图5所示形状，以围绕废气出口23进行安装。
安装到壳体的锥形部分上的板块32和35一般以图5所示展开形状中的方式进行圆锥形弯曲。除此之外还有其他不同的形状。然而，这些板块也以类似于板块31的方式形成和安装到壳体上，每个都利用从板块向外横向突出的安装销和在板块相对端部处的一对入口/出口冷却剂连接器进行安装，所述销和连接器穿过壳体内的开口延伸，并连接至从壳体向外横向突出的管上，以在壳体外部形成连接物，所述连接物对开口进行密封，并为板块提供牢固安装，同时允许板块进行一定的自由移动。
本发明所述实施例仅以实例方式提出。应该理解的是，本发明并不限于该实施例的具体结构。
权利要求
1.本发明提供一种冶金容器，包括外壳；以及多片连结至外壳的冷却板块，以形成至少用于容器上部的内衬，每片板块具有供冷却剂流通的内部通路；其中，每片板块具有多个横向于板块突出的突出物，其延伸穿过容器外壳内的开口，并连接至壳体外部，所述连接对开口进行密封。
2.如权利要求1所述的容器，其中所述壳体可具有管状凸出物，其围绕所述开口并从壳体向外凸出，所述连接将所述突出物连接至管状凸出物的外端。
3.如权利要求2所述的容器，其中所述突出物和凸出物为刚性，且用于支撑板块的负载。
4.如权利要求2或3所述的容器，其中所述连接包括具有孔的板件，其中所述突出物位于所述孔内，并被焊接至孔处，并且所述板件被焊接至所述突出物处。
5.如前述权利要求中任一项所述的容器，其中冷却板块对耐火材料制成的容器内部进行衬里，以形成容器的内部耐火衬，冷却板块可利用穿过所述通路的冷却剂液流对耐火材料进行冷却。
6.如前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述突出物呈细长外形，并以彼此相互平行的方式横向于板块而突出。
7.如前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述突出物包括一系列销。
8.如权利要求7所述的容器，其中所述突出物还包括用于板块的管状冷却剂入口和出口连接器。
9.如前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述容器壳体包括由一系列所述冷却板块进行衬里的大体圆柱部分。
10.如权利要求9所述的容器，其中所述系列板块呈细长弓形，其曲率与容器的大体圆柱形部分的曲率相匹配。
11.如权利要求10所述的容器，其中所述系列板块的长度大于高度。
12.如权利要求10或11所述的容器，其中所述突出物以彼此平行的关系向外横向突出，从而与横向于板块且径向于板块曲率而延伸的中央平面相平行。
13.如权利要求9-12中任一项所述的容器，其中所述系列的板块配置在容器的周向间隔板块形成的垂直间隔行中。
14.如权利要求13所述的容器，其中所述板块紧密间隔，但在周向间隔的板块之间具有缝隙，其足以允许通过整体移动而移除每片板块。
15.如权利要求14所述的容器，其中每行中至少有6片周向间隔的板块。
16.如前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述板块包括成形为Z字外形、以形成板块的冷却剂流管。
17.如权利要求16所述的容器，其中所述突出物包括连接至Z字管形上的销、管状冷却剂和从所述Z字管形端部延伸的入口和出口连接器。
18.如权利要求16或权利要求17所述的容器，其中所述板块的至少一部分具有内部和外部Z字外形，所述内部和外部Z字外形相对于容器壳体形成内部和外部板块部分。
19.如权利要求18所述的容器，其中所述外部板块部分的弓形长度小于内部板块部分的弓形长度，从而允许相邻板块垂直边缘之间的缝隙最小。
20.如权利要求18或19所述的容器，其中所述内部板块部分和所述外部板块部分发生垂直偏移，从而一个板块部分的一个或多个水平管节段位于另一板块部分的水平管节段的中央。
21.如前述权利要求中任一项所述的容器，还包括耐火材料衬里炉底，配置在所述耐火材料衬里炉底上方的圆筒部分以及配置在所述圆筒部分上方的废气室。
22.如权利要求21所述的容器，其中所述圆筒部分的一部分由双层板块进行衬里，废气室由单层板块进行衬里。
23.如权利要求22所述的容器，其中仅是所述圆筒部分中的最底一行板块为单层板块。
24.如前述权利要求中任一项所述的容器，其中所述容器设置有多个固体喷枪，每个所述管道延伸穿过外壳内多个孔中的一个而进入容器的内部区域，并且所述多个冷却板块提供多个对应于外壳内的所述孔的孔，从而所述管道延伸穿过所述板块进入所述容器的内部。
25.如权利要求24所述的容器，其中通过位于至少一片板块边缘上的凹部，提供至少一个所述孔。
26.如权利要求25所述的容器，其中通过对齐沿两个或多个板块的边缘设置或位于角落处的至少两个凹部，从而提供至少一个所述孔。
27.如权利要求24-26中任一项所述的容器，其中所述管道以一般高度设置在容器壳体上，位于所述管道所述高度处的至少一些板块具有基本上对应于管道间弓形距离的长度。
28.一种用于安装到冶金容器的外壳上、从而形成所述外壳内衬部分的冷却板块，包括具有内部通路装置以供冷却剂流从中通过的板块主体，以及多个横向于板块而突出至板块另一侧的突出物，其能够在其延伸穿过壳体内的开口且连接至容器外壳时对板块进行支撑。
29.如权利要求28所述的冷却板块，其中所述板块主体包括呈Z字外形的冷却剂流管。
30.如权利要求29所述的冷却板块，其中所述板块主体由单个冷却剂管形成，其形状用于形成相邻的Z字形内部和外部板块部分，并且所述突出物从外部板块部分向外横向突出
31.如权利要求30所述的冷却板块，其中所述内部板块部分和所述外部板块部分发生垂直偏移，从而一个板块部分的一个或个水平管节段位于其它板块部分的水平管节段的中央。
32.如权利要求17或18中任一项所述的冷却板块，其中所述外部板块部分的长度小于内部板块部分的长度，从而在使用时，允许使相邻板块垂直边缘之间的缝隙最小。
33.如权利要求30-32中任一项所述的冷却板块，其中所述板块呈细长弓形，并且所述外部板块部分配置在弯曲有突出物的板块部分的外侧上，所述突出物以彼此平行的方式向外横向突出，从而与横向于板块且径向于板块曲率而延伸的中央平面相平行。
34.如权利要求30-33中任一项所述的冷却板块，其中所述板块呈细长弓形，且其长度大于高度。
35.如权利要求30-34中任一项所述的冷却板块，其中所述突出物包括一系列销和从所述冷却剂流管端部延伸的管状冷却剂入口和出口连接器。
36.如权利要求35所述的冷却板块，其中所述管状冷却剂连接器配置在板块的一端处，并且所述销跨过其端部间的板块而分隔。
37.如权利要求35或36所述的冷却板块，其中所述销通过连接器带片连接至板块，每个连接器带片在其端部处固定至内部板块的相邻管节段，并跨过外部板块部分的管节段在其端部之间向外延伸。
38.如权利要求37所述的冷却板块，其中所述连接器带片大体呈V形，其根部弯曲为V形以与外部板块部分的各个管节段相配合。
39.如权利要求37所述的冷却板块，其中所述销焊接至所述连接器带片，以从所述V形根部向外延伸。
40.一种将冷却板块安装到冶金容器的外部壳体上、从而形成所述壳体的内衬部分的方法，包括提供冷却板块，其具有多个从板块横向突出的突出物，使突出物延伸穿过壳体内的开口，以使板块位于壳体内的衬里部分处的位置，在所述突出物和壳体外部之间形成连接，所述连接对开口进行密封。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述壳体具有管状凸出物，其围绕所述开口，并从壳体向外凸出，所述连接形成在所述突出物和管状凸出物的外端之间。
42.如权利要求40或41所述的方法，其中所述冷却板块如权利要求28-39所述。
全文摘要
冷却板块(31)连接至冶金容器的壳体(11)，以形成所述壳体的内衬。每片板块(31)包括通过弯曲而形成Z字形内部和外部部分(37，38)的冷却剂流管(36)。通过连接器带片而连接至外部板块部分(38)上的板块安装销(43)穿过壳体内的开口(45)和围绕所述开口(45)的管状壳体凸出物(46)从板块向外横向突出。通过焊接金属盘(47)将销(43)的端部连接至凸出物(46)的外端，从而形成对开口(45)进行密封的壳体外部连接物。板块的冷却剂入口和出口连接器(42)穿过壳体内的开口(48)和环绕的管状凸出物(49)向外突出，并通过在连接器(42)和凸出物(49)之间焊接金属盘(51)而形成连接物。
文档编号F27D1/12GK1918306SQ200580004161
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月3日 优先权日2004年2月4日
发明者斯蒂芬·海因茨·约瑟夫·维克托·韦伯 申请人:技术资源有限公司