[发明专利]电弧炉的压环组件

说明书

本发明是2005年1月19日提出的、名称为“电弧炉的压环组件”的发明专利申请No.200580006485.4的分案申请。

发明领域

本发明涉及一种适用于电弧炉的压环组件，尤其但不排他地涉及一种适用于电极柱的下部上的压环组件。

背景技术

电弧炉通常在火法冶金的熔炼操作过程中用于钢铁合金生产工业。电弧炉包括一个或多个电极，该一个或多个电极延伸到该电弧炉内，且在使用中设置为接近炉内负荷，以用于在熔炼操作中供给电力。变压器通常置于电弧炉的外部，电力借助于触靴从该变压器传递到电极，其中，所述触靴沿周向排列在电极周围并与该电极可释放地接合。

可以理解，为了实现最佳的电力传导率，触靴必须在所有相关时间内维持与电极间的适当电接触。为了在通常恶劣的操作条件下维持触靴和电极之间的适当电接触，压环通常沿周向设置在触靴周围，并且其大小设置成能够保持多个触靴与电极电接触。

在工业中遇到各种压环装置，包括连续式压环(通常称作实心环(solid ring))和分段式压环，所述分段式压环包括多个弧形段，多个弧形段互连形成圆环。一般优选采用分段式压环，这是由于在使用实心环时，存在与触靴元件的更换相关的维护困难。

分段式压环所遇到的其中一个困难涉及连接机构，其中，相邻的环段利用该连接机构相互连接。第一个困难在于可得的连接机构总是难于连接和分开，并且一旦分开，甚至更加难以重新连接。这在使用铰链和销型式(hinge-and-pin-type)的连接机构的情况下尤其有问题。与已知的连接机构相关的另一个问题在于，为使用这种机构，压环的相邻环段需要完全对准，并且这些机构未构造成有助于在安装所述各环段时将其对准。而且，已知的连接机构(包括铰链和销型式的和平行销型式的连接机构)仅仅设计用来防止所述各段在使用中相互移位，但是其不会在安装过程中将邻近的段相互拉得更近。

有关触靴的另一个重要的要求在于其必须优选相对较低地置于电极下部。然而，这就意味着触靴并因此压环将极为接近电弧炉的高温部分。压环因此暴露于恶劣的环境条件中。与电极相反，压环没有归类为易耗品，并因此必须能够经受恶劣的炉工作条件，以延长寿命。

在压环的这种工作条件下，决定压环寿命的最重要的设计参数通常是通过压环的有效热消散和足够的机械强度。已经提出各种解决方法，以通过优化和/或控制上述设计标准来延长压环的寿命。

第一种解决方法(该解决方法在所谓的“拼合式设计”中实施)提议在最暴露于严峻的操作条件下的压环的外周边和底面周围提供一个隔热屏。隔热屏由具有良好导热率特征的材料制成，如铜。由于是压环而不是隔热屏来吸收施加在触靴上的力，隔热屏可具有有限的机械强度。隔热屏因此将保护压环避免暴露于过高的炉温，且压环的导热率变得不那么关键。然而，由于尺寸复杂，这种解决方法比较复杂、未必成本有效且经常不可行。

第二种解决方法(通常在所谓的“复合式设计”中实施)提议用良好导热率特征的材料如纯铜制造压环。然而，纯铜缺乏可经受由触靴施加在压环上的力的机械强度，并特别易于蠕变。蠕变的产生此外还与压环的温度成比例，这就致使纯铜一般不适于使用。为了克服机械强度方面的缺点，由纯铜制造的压环将必须具有相当大的尺寸，从而容许压环内的最大应力降低到这样一个程度，即使得蠕变的产生在可接受的限度以下。然而，这就导致压环变得重且庞大，并因而制造昂贵且难以操作。由于用于较大压环的空间不足，这种压环也与标准炉配置不兼容。

作为折衷的一个方法是可以考虑使用机械强度好于纯铜的材料，但是其作为折衷而言具有低于纯铜的导热率。由这种材料制成的压环将因此能够应付由触靴造成的应力，同时仍相当适应恶劣温度条件。碳钢、不锈钢和铝青铜之类的材料广泛地在工业上使用，但是，这些材料都具有次最佳导热率的共同缺点，并因此不利地影响到压环的寿命。

经常出现问题的压环组件的又一个方面是压环和触靴之间的接触面。触靴从压环朝向电极推动，以便与其结合。这一般可以使用液压活塞装置或一些其他机械传动系统获得。

在工业中已知多种液压活塞装置。在多数装置中，活塞置于由压环段的凹面限定的增压腔内。流体在压力下通过嵌在压环段中的流道引入增压腔，并对活塞施加向外的液压力，该活塞依次将力传递给邻近的触靴，以迫使触靴与电极接合。可以理解，这种装置只有在压环段和活塞之间的增压腔被适当地密封时才能最佳的工作，因为否则将不能够提高增压腔内的压力以充分地致动活塞。另外，压环段和活塞之间的密封装置应该能够适应压环和活塞之间的相对位移。