专利名称：冶金熔炼炉用的冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金熔炼炉用的冷却系统。
背景技术：
目前，坩埚式或竖式两种冶金熔炼炉所用的大多数冷却系统都设计成密闭的冷却水系统。该系统包含与炉壁结合成整体并且装有冷却管道的冷却单元。冷却水用泵泵经冷却单元的冷却管道。采用气垫维持装置如箱中的静压，以保证冷却管道的各点静压在数巴的范围内。这种类型的冷却系统在下文称作“压力循环系统”。一方面，冷却水的蒸发温度由于冷却管道中的过压而升高，这对冷却系统的安全具有肯定的影响，因为蒸汽的形成能大大降低冷却容量，并由此导致冷却单元的局部过热。然而，从另一方面来说，长期以来人们早已知晓这种压力循环系统用于冶金炉中不是没有危险的。因为即使有很小的渗漏，都会使较大量的冷却水进入熔炼炉，从而引起耐火衬的损坏，在某些情况下，甚至引发猛烈的爆炸，例如，当冷却水积聚在熔炼炉内而随后为液体金属覆盖时。
为了防止这些险情，早已为人们了解的喷洒冷却系统在一百多年来仍一直用于冶金熔炼炉中。然而，这种冷却系统决不可能提供如结合在炉壁中的冷却单元同样的冷却容量，而且就其维修来说也特别成问题。
喷洒水的冷却系统已发展成为可替代压力循环系统的“新型的”的冷却系统。这种系统包含冷却箱，它结合在炉壁中，并且在一个内室中有许多喷嘴，用于面对炉内部的室的内壁喷洒冷却水。喷嘴中的大部分过压被降低，以至只有很小的过压被保存在冷却箱内。尽管如此，制造这种喷洒水的冷却系统的费用相当高，而且还在炉壁内占据很大空间。
值得注意的是，冶金熔炼炉的某些部分出于安全原因仍然没有进行冷却。例如，用于电炼钢厂的电弧炉的底部就是这种情况。
早已建议使冶金熔炼炉的冷却系统产生负压。意图是在冷却单元发生微小渗漏时防止冷却水进入熔炼炉。例如，有关电弧炉的炉壁冷却的这种性质的解决方案，早在1984年的美国专利4,603,423就已公开。这种冷却系统包含给水泵，冷却水的储罐，减压阀，并联连接的冷却单元，抽气泵和气体分离器。给水泵把冷却水从储罐经过减压阀送入冷却单元中，减压阀的压力顺流低于大气压。抽吸泵用于经冷却单元吸取冷却水再经气体分离器反向压入储罐。类似的负压冷却系统描述于JP09287733中。
为什么这种类型的负压冷却系统至今还没有得到冶金熔炼炉的广泛接纳，最有可能的理由在于就其安全性存在许多疑虑。事实上，即使轻微的压力波动也能引起冷却单元的过热。
发明目的本发明的目的在于提供一种冶金熔炼炉用的可靠的冷却系统，这种系统比已知的压力循环系统安全，它保证冷却容量高于常规的喷洒冷却系统，允许使用比已知的喷洒水冷却系统更紧凑、更简单的冷却单元，而且比目前已经提出的负压冷却系统更安全。本发明的目的可以借助于权利要求1所提保护的冷却系统来完成。
发明的描述本发明用于台金熔炼炉中的冷却系统，包括至少一个冷却单元，该单元结合进冶金熔炼炉的炉壁。名称“炉壁”包含熔炼炉的侧壁和熔炼炉的炉底或炉盖。一个最小的冷却单元至少具有一个内部冷却管，确保必要冷却容量的预定冷却水流流经该管。冷却系统另外还包含至少一个冷却水用的储罐和至少一个冷却水泵，该泵用于抽取在冷却单元已加热的冷却水，并再将其泵回储罐。在这种情况下，冷却系统是根据水力原理设计成这样一种形式，以预定的冷却水流，在所述至少一个内部冷却管中的最大部分，存在的静压低于在安装冶金熔炼炉区域的环境压力。换句话说，在所述的至少一个冷却单元中，与环境压力比较不会出现冷却水过压。这就意味着冷却单元即使有微小的渗漏，冷却水也不会进入熔炼炉。相反，作为渗漏的结果，环境空气或炉内气体被抽入冷却单元的内部冷却管中。由于吸入炉内气体，通过气体检测装置可以直接监测渗漏。因此，对人和设备的一般安全有明显改善。众所周知的喷洒冷却系统的缺点，是通过控制流经冷却单元的内部冷却管的冷却水而可以消除。对本发明冷却系统所必需的冷却单元的制造比喷洒水的冷却箱更紧凑、更便宜。值得注意的是，本发明的冷却系统适于坩埚式和竖式冶金熔炼炉的使用。在这种情况下，有可能只将熔炼炉冷却系统的部分设计成负压系统。例如，在冶金熔炼炉特别危险区域的炉冷却可设计成按本发明的负压系统，但熔炼炉的其他部分仍为常规的过压系统。本发明的冷却系统有利的是具有冷却水用的给水箱，它安装在所述至少一个冷却单元的上方，并其中维持大气压。所述给水箱向所述至少一个冷却单元供应冷却水，并通过其测地高度能确定冷却循环系统中最大的静压或进气压力。这形成了冷却水的扩大容器。由于进气压力静止固定，所以冷却系统中危险的压力波动能基本消除。对比已知的负压冷却系统，这一点显著改进了本发明冷却系统的安全性。
使用本发明的冷却系统，有可能例如为冶金电弧炉产生安全的炉底冷却系统。有利的是，本发明的冷却系统同样也能在这类冶金电弧炉中用作炉盖冷却系统。本发明的冷却系统尤其有利地适用于鼓风炉的炉底冷却。在所有这些情况下，本发明冷却系统的高度不漏气性是特别重要的。
通常把冷却系统设计成密闭的循环系统，也就是说，该冷却系统具有再冷却系统和至少一种冷却水泵。冷却水泵把在冷却单元中加热的冷却水移出，再经过至少一种再冷却系统而将其送回给水箱。然而，同样有可能像操作开放冷却系统似的操作冷却系统，也就是说，向给水箱供应新鲜水和排除热水回流。
有利的是，脱气箱安装在冷却水泵(多个)和冷却单元(多个)之间。气体检测装置可检测脱气箱中由冷却水分离出来的炉内气体并指示炉区内冷却系统的渗漏。
在一优选具体实施方案中，脱气箱包括冷却水上方的气体空间和用于在这气体空间产生真空度的真空泵。
在本发明的冷却系统中，固体铜或铸铁的冷却板可有利地用作冷却单元。然而，在熔炼炉的某些区域内，并不排除排管和蛇管而且也是比较便宜。
借助于附图将在下文对本发明的具体实施方案进行说明。
图1表明本发明冷却系统的连接图。
图2是示于图1中的冷却系统的脱气箱的变更方案的示意图。
借助于附图描述本发明的优选实施方案图1表示冶金熔炼炉用的冷却系统简化连接图。熔炼炉的冷却循环系统定为10。该冷却循环系统10包含冷却水给水收集器12和冷却水回流收集器14。若干个冷却单元16i(i＝1，2，3，4)连接在冷却水给水收集器12和冷却水回流收集器14之间。所示冷却单元16i(i＝1，2，3，4)是由例如铜或铸铁制成的冷却板，该板与用于冷却水的冷却管18i(i＝1，2，3，4)成为一个整体。这些冷却板16i(i＝1，2，3，4)安装在外层炉壳的里面，并且通常由耐火衬所覆盖，值得注意的是，这些冷却单元16i(i＝1，2，3，4)从专业上来说还可称作“冷却壁”。
每一个冷却单元16i(i＝1，2，3，4)在其给水连接中都具有阀20i(i＝1，2，3，4)和在其回流的连接中都具有阀22i(i＝1，2，3，4)。这些阀20i和阀22i可使相应的冷却单元16i(i＝1，2，3，4)与冷却循环系统10隔开。同样还可以这样设计，使这两种阀20i和22i中的至少一种能细调相应的冷却单元16i(i＝1，2，3，4)中的压力损失。所有的冷却单元16i(i＝1，2，3，4)在图1中都是并行连接的。然而，不排除冷却循环系统10也可包含串联连接的冷却单元。
标号24定为冷却水给水箱，它安装在冷却水给水收集器12的上方。给水箱24通过排出管25与大气相通，致使给水箱24中的冷却水上面保持大气压。冷却水还可以经给水管道26从给水箱24以较低量流入冷却水给水收集器12。如有需要，排水管27可排空给水箱24使水进入排水道28中。另外，溢流装置29同样在所述排水管27中中止。
图1中的标号30定为密闭脱气箱，冷却水从回流收集器14流入该脱气箱。真空泵32与所述脱气箱30连接。真空泵在冷却水上方的气体空间33中产生负压。值得强调的是，脱气箱30被隔板34分成注入箱36和抽吸箱38。冷却水经返回管40流入注入箱36，由冷却水带入的大部分固体颗粒沉积在注入箱36中。当脱气箱30中的冷却水水平稍高于隔板34时，冷却水就流入抽吸箱38并且还能流入抽吸管42。真空泵32例如可以是借助于压缩空气操作的喷射泵。标号44定为压缩空气源(即压缩空气的压缩机或压缩空气的分布系统)，喷射泵32与此源连接以产生吸气射流。吸气射流在脱气箱30中产生真空度。正如图1所示，喷射泵32的出口管通过废空气管46与聚水器48连接，在这里由脱气箱30吸入的冷却水与废空气分离。聚水器48例如可以安装在给水箱24的上方，以便使分离的冷却水通过重力经管道50返回给水箱24。
抽吸管42与低压增压站52相连，该站包括例如两个并联连接的泵54和56，泵54和56中总有一个在操作，另一个备用。如泵54和56是离心泵时，设备所存在的NPSH(净压头)值当然必须高于该离心泵所需的NPSH值。因此如有必要，离心泵必须安装在低于脱气箱30下的某个高度。然而，为了避免使用深泵轴，也可以使用对空穴不灵敏的泵。
由此，泵54，56在抽吸一侧通过抽吸管42与脱气箱30连接。在压力一侧通过压力管道58与给水箱24连接。冷却水用的再冷却系统60被安装在压力管道58中。由此，泵54，56将冷却水从脱气箱30，经再冷却系统60而泵回给水箱24中。标号62定为新鲜水管道，借此水的损失可以得到补充或改变。
按照本发明的重要特征，冷却系统根据水力原理设计成这样的一种形式，以使冷却管道18i的最大部分在预定的冷却水流下保持静止压力，该压力低于冶金熔炼炉安装区域的大气压力。在图1中，Qi(i＝1，2，3，4)规定在相应冷却单元16i(i＝1，2，3，4)中所必要的预定的冷却水流，在预定给水下移出所必须的热量并恢复冷却水的温度。到每一个冷却单元16i的给水管道都设计成这样，以使冷却管道18i的入口处于很小的真空度。冷却水自上而下流经冷却水管道18i。在冷却水管道18i中，静压受局部和线性压力损失(损失能量)，管道的横截面(速率能量和梯度(位能))的影响。值得注意的是，压力的损失和管道截面的减少能提高真空度(即静止绝对压力减小)，而梯度能降低真空度(即静止绝对压力升高)。在具有均匀管道截面下，为了使从给水连接到返回连接间的真空度缓慢升高，损失的能量比位能的减少必须增加得稍微快些。
准确计算冷却循环系统10中各点所存在的静压，对于控制空隙问题是很重要的。然而，使用用于计算管道流量的现代计算机程序，这一点对专业人员说没有问题。为了防止冷却管道中出现空隙现象而能达到足够的安全，冷却循环系统10中的任何一点的静止绝对压力都不应该低于kPD，k是大于1的安全系数而PD是冷却水在最高冷却水温度下的蒸发压力。可以设想，例如在40℃的最高冷却水返回温度时，冷却循环系统中的任何一点的静止绝对压力都不应低于0.4巴。
冷却单元16i(i＝1，2，3，4)中的真空度保证在冷却循环系统10中即使出现很小的渗漏也不会有冷却水进入熔炼炉中。与此相反，空气或炉内气体由于渗漏而被抽吸进冷却循环系统10中。在图1中，标号70被定为气体监测装置，当冷却循环系统10出现渗漏时，该检测装置能对聚集在脱气箱30的气体空间33的炉内气体作出应答。熔炼炉的操作人员通过这台气体检测装置70能很快地接受到冷却循环系统10出现渗漏的可靠指示。
如脱气箱30被安装在显著低于回流收集器14的下方，如有必要，可以省去真空泵32。图2表示这种类型的脱气箱130。该脱气箱置于低于回流收集器14的某一测地高度H并且借助于具有很小压力损失的返回管道40而与其连接，致使返回管道40中的冷却水的静止绝对压力急剧地升高而使回流收集器14中的静止绝对压力稍微高于大气压。因此，脱气箱30中的脱气能借助于通向大气的简单的换气扇132而实现。在图2中，标号134被定为能对炉内气体应答的气体监测装置，在冷却循环系统10渗漏时，炉内气体聚集在脱气箱130的换气阀132的前沿，直到换气阀打开。借助于这台监测装置132，熔炼炉的操作人员可以非常快地接受到冷却循环系统10中已形成渗漏的可靠指示。
权利要求
1.一种冶金熔炼炉用的冷却系统，包括至少一种冷却单元(16i；i＝1，2，3，4)，该单元结合在冶金熔炼炉的炉壁内并且具有至少一种内部冷却管道(18i；i＝1，2，3，4)，预定的冷却水流(Qi；i＝1，2，3，4，)流经此管道，从而保证了所必需的冷却容量；至少一种冷却水用的储罐；和至少一种抽吸在冷却单元(16i；i＝1，2，3，4)中被加热的冷却水并将其泵回储罐的冷却水泵(54，56)；冷却系统根据水力原理设计，致使所述至少一种内部冷却管道(18i；i＝1，2，3，4)的最大部分，在预定的冷却水流(Qi；i＝1，2，3，4)下，维持静止绝对压力，该压力小于安装冶金熔炼炉地方的大气压力；其特征在于，冷却水的储罐是由冷却水用的给水箱(24)制成，它安装在高于所述至少一个冷却单元(16i；i＝1，2，3，4)的上面。
2.按权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，根据水力原理再冷却系统(60)安装在至少一个冷却水泵(54，56)和给水箱(24)之间。
3.按权利要求1或2中的所述的冷却系统，其特征在于根据水力原理安装在冷却水泵(54，56)和所述至少一个冷却单元(16i；i＝1，2，3，4)间的脱气箱(30，130)；和用于检测与脱气箱(30，130)中的冷却水分离出来的炉内气体用的气体监测装置(70，134)。
4.按权利要求2所述的冷却系统，其特征在于脱气箱(30)中的冷却水的上面的气体空间(33)；和为冷却水上面的气体空间(33)产生真空度用的真空泵(32)。
5.按权利要求1-4中任一项所述的冷却系统，其特征在于所述至少一种冷却单元(16i，i＝1，2，3，4)是由铜或铸铁制成的固体冷却板。
6.一种冶金熔炼炉，它包含至少一种前述任何一项权利要求所述的冷却系统。
7.按权利要求6所述的冶金熔炼炉，它包含至少一种按前述权利要求中任何一项作为熔炼炉炉底冷却所述的冷却系统。
全文摘要
本发明涉及一种冶金熔炼炉用的冷却系统，该系统含有结合冶金熔炼炉炉壁的冷却单元(16i，i＝1，2，3，4)，该单元还含有至少一种内部冷却致冷通道(18i，i＝1，2，3，4)。预定的冷却水体积流量(Qi，i＝1，2，3，4)流经所述通道，从而保证了所必须的冷却效率。具体实施冷却系统的方式是，在所述预定的冷却水流(Qi，i＝1，2，3，4)下，在至少一种内部冷却通道(18i，i＝1，2，3，4)的大部分能产生低于安装冶金熔炼炉地区大气压的静止绝对压力。预先将冷却水用的容器(24)安装在高于冷却单元(多个)(16i，i＝1，2，3，4)的地方，以便由其测地的过高确定冷却循环系统中的静压。
文档编号C21B7/00GK1479791SQ01820346
公开日2004年3月3日 申请日期2001年12月11日 优先权日2000年12月11日
发明者罗伯特·施梅勒, 罗伯特 施梅勒 申请人:保尔·沃特公司, 保尔 沃特公司