专利名称：用于将垂直压紧力施加至炉壁的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及由炉底及炉壁耐火材料构成的炉子，更具体地是涉及炉壁耐火材料压紧加固系统。
背景技术：
炉子广泛用于含铁及不含铁矿石及浓缩物的熔炼及转炼。此类炉子通常为圆形或方形，具有由耐火砖组成的底壁(炉底)、垂壁以及炉顶或废气罩(off-gas hood)。此类炉子同时还具有加固和支撑结构的特征，其用途是保持炉底及炉壁的耐火砖压紧。
对炉壁特别是炉底进行足够的压紧是使炉子使用寿命最大化及避免代价昂贵和潜在的灾难性的炉子故障的关键。在将炉子加热至运行温度的过程中，组成炉底及炉壁的单个砖块膨胀，引起炉底向外膨胀。相反地，所述炉子的冷却引起单个砖块的收缩及炉子的全面收缩。如果施加在炉底及炉壁的压紧力不够，在炉子运行过程的冷却阶段会在所述砖块之间产生缝隙。这些缝隙能被渗入融化的金属及其它材料，导致所述炉子的永久性增大。反复的加热与冷却循环导致所述炉子的膨胀进一步不断增加(公知为“棘轮效应”)，通过融化了的材料渗入炉底耐火材料或过量的施加在加固系统上的膨胀力的可能性，其通常会导致炉子使用寿命下降。
公知炉子加固系统用来将水平方向压紧力施加在炉子的壁及炉底以控制炉子的外向膨胀。此类加固系统在2002年10月11日申请的申请人同时待审的美国专利申请No.10/269,392中有详细论述。
这些发明者已经发现材料渗入炉壁耐火砖之间的接缝能够导致垂直膨胀或所述壁中的“棘轮效应”，其对炉子使用寿命也是有害的。当前，这些发明者还未知能有效控制炉壁垂直膨胀的炉子加固系统。
发明内容
本发明通过提供一种用于控制炉壁垂直膨胀的加固系统解决现有技术的上述问题。根据本发明的加固系统包括与炉壁上部的横向延伸面接合的压紧部件。该压紧部件在所述壁上施加方向向下的压紧力以防止溶解金属及其它材料渗入组成炉壁的砖块之间的缝隙。本系统还包括位置紧邻所述炉子的支撑部件以支撑所述压紧部件。
一方面，本发明提供一种用于控制炉子垂直延伸壁的垂直膨胀的垂直炉子加固系统。所述炉壁在其上部有侧向延伸面并且由彼此成堆叠关系的耐火砖构成。所述加固系统包括(a)压紧部件，与所述侧向延伸面接合以在炉壁上施加方向向下的压紧力，该力经所述侧向延伸面施加；以及(b)紧靠与所述压紧部件连接的炉子的支撑部件。所述压紧部件施加的力足以控制炉壁的垂直膨胀并且基本上防止由于在炉子运行过程中材料渗入耐火砖之间接缝所引起的炉壁垂直膨胀。
以下将参考附图仅作为举例地对本发明进行说明，其中图1是显示根据本发明第一优选实施例的垂直炉子加固系统的侧视图，部分取自横截面；图2是构成权利要求1的垂直加固系统局部的压紧部件的壳体的特写切开侧视图；图3是显示根据本发明第二优选实施例的垂直炉子加固系统的侧视图，部分取自横截面；图4是显示根据本发明第三优选实施例的垂直炉子加固系统的侧视图，部分取自横截面；图5是显示根据本发明第四优选实施例的垂直炉子加固系统的侧视图，部分取自横截面。
具体实施例方式
图1及图2说明了根据本发明第一优选实施例的用来将方向向下的压紧力施加给炉壁12的炉子加固系统10。壁12由彼此布置成堆叠关系的耐火砖(未图示单个砖块)组成。壁12在其上部有侧向延伸面16。图1中侧向延伸面16位于壁12顶部并且包括被支撑在壁12的耐火材料部分的顶部的水平延伸压力梁18的上表面。压力梁18包括伸长构件，该伸长构件在图1中包括具有由连接部分24连接的一对凸缘20、22的工字梁。可以理解该压力梁能够有任意理想的横截面，例如其可具有圆形或方形横截面。
在此所述的加固系统可应用于方形或圆形炉子。除非另有所指，在此使用的术语“壁”及“炉壁”包括方形炉子的侧壁及端壁和圆形炉子的圆柱形侧壁。在所述炉子为方形时，可以理解优选地为每个侧壁及端壁提供加固系统。
在此使用的术语“侧向延伸面”意在包括炉壁上任何能经其将方向向下的压紧力传递至构成所述壁的耐火砖的部分。该侧向延伸面可如图1所示是水平的或与相对水平方向成锐角。虽然压力梁18不是在所有情况都需要，但在图1所示的实施例中是优选的，因为它将加固系统10产生的压紧力沿壁12的长度均匀地分配。
加固系统10由至少一个压紧部件26组成。每个压紧部件26接合侧向延伸面16(凸缘20的上表面)以将方向向下的压紧力(与图1中箭头F平行)施加在壁12上，该力经侧向延伸面16施加。尽管图1仅说明一个压紧部件26，可以理解加固系统10优选地包括更多沿壁12的长度均匀间隔的压紧部件26，以充分地沿壁12的全部长度施加均匀分配的压紧力。此外，优选地为所述炉子的每个炉壁提供垂直加固系统。
加固系统10同样包括至少一个位置紧靠所述炉子的支撑部件28，其优选地紧邻壁12，并且每个压紧部件26与支撑部件28连接。在第一优选加固系统10中，每个支撑部件28包括垂直延伸梁，如刚性梁(buckstay)，并且每个沿壁12的压紧部件26通过支撑架30与单个支撑部件28连接。图中所示的优选实施例中，支撑部件28包括形状为工字梁的刚性梁并且包括一对凸缘32、34及连接腹板部分36。支撑架30连接朝向炉壁12的凸缘32并且包括一对支撑压紧部件28的臂38、40。
如图2所示，每个压紧部件26包括螺旋弹簧42、容纳弹簧42的圆柱形壳体44以及从壳体44顶部突出的压紧组件46。弹簧42安装得使其轴A经壁12垂直延伸。从而，在加固系统10中，弹簧42产生的压紧力被直接施加在炉壁12上。
压紧组件46包括螺纹压紧组件轴48，其下端伸入壳体44并接合弹簧42的顶部，并且压紧螺母50拧在轴48上。用扳手(未图示)拧动压紧螺母50能够调整弹簧42施加给壁12的压紧力，从而向上移动轴48以减少弹簧42的压缩或向下移动以增加弹簧42压缩。可选地，对压紧组件46的调整可包括对压紧组件轴48应用液压装置(未图示)，使用液压装置对弹簧压力进行调整，以及重新紧固压紧螺母50。
压紧部件26施加在壁12上的压紧力足以基本上防止在炉子运行过程中材料渗入耐火砖之间接缝导致的壁12垂直膨胀。
可以理解炉壁垂直膨胀有两个原因。第一是在将炉子加热至其运行温度的过程中所发生的垂直膨胀。此类垂直膨胀是由于单个耐火砖在被加热时膨胀所引发的，并且由于单个砖块在炉子冷却时会收缩至其原始尺寸是可逆的。第二类垂直膨胀以上已提到，是由溶解金属渗入耐火砖之间接缝引起的。此类垂直膨胀，也称为“棘轮效应”，是不可逆的。根据本发明的加固系统防止材料渗入耐火砖之间接缝引起的第二类垂直膨胀，并且基本上不会阻止所述砖块膨胀引起的垂直膨胀。从而，当在此提及所发明的加固系统防止炉壁垂直膨胀时，意在表明所述加固系统基本上防止棘轮效应引起的不可逆的垂直膨胀。
可优选在每个支撑部件28上提供一对压紧部件26，尽管在某些或全部支撑部件28上提供仅仅一个压紧部件就够了。当压紧部件26成对时，每对部件26之一优选地被布置在支撑部件28中的任一侧。
图3显示了根据本发明第二优选实施例的用于将垂直压紧力施加在炉壁62上的炉子加固系统。第二优选加固系统适宜用于炉子顶61伸出炉壁62的炉子中，从而不需使用本发明第一优选实施例的加固系统。根据第二优选实施例的加固系统60固定在刚性梁64上，该刚性梁包括具有朝向炉壁62的前凸缘66的工字梁、相对的后凸缘68及连接腹板部分70。刚性梁64设有从后凸缘68延伸至前凸缘66的孔72，加固系统60经该孔延伸。这样，加固系统60施加的压紧力直接与刚性梁64在一条线上，避免了压紧力的不均匀分配。
如同第一优选实施例，加固系统60包括压紧部件74和支撑部件，该支撑部件在本优选实施例中包括刚性梁64。该加固系统60与第一优选实施例中的加固系统不同之处在于压紧部件74包括单独的产生压紧力的力产生部件76，以及施力部件78，垂直压紧力经其施加在壁62的侧向延伸面80上。
如同第一优选实施例，压紧部件74的力产生部件76包括具有垂直的轴A的螺旋弹簧82。不过，该优选实施例中，弹簧82安装在从刚性梁64的后凸缘68延伸的支撑架84上以使弹簧82的轴A沿刚性梁64的后凸缘68延伸，而不是穿过炉壁62。螺旋弹簧82在上弹簧座86与支架84上表面支撑的下弹簧座88之间受压。弹簧杆90经弹簧82、弹簧座86和88并经支撑架84垂直延伸。弹簧杆90上端有螺纹并经上弹簧座86突出。压紧螺母92被旋拧在杆90的上端并且与上弹簧座86接合。按上述第一优选实施例有关的方法调整弹簧82的压缩，例如用扳手或使用液压装置拧动螺母92。可以理解弹簧82在压缩时在其上表面对上弹簧座86及压紧螺母92施加方向向上的力，从而向上偏压弹簧杆90。
如图3所示，弹簧杆90的下端经支架84向下延伸并且与施力部件78连接。施力部件78包括下压臂94，该下压臂具有经刚性梁64的后凸缘68突出的第一端96并且与弹簧杆90的下端枢轴连接。图3所示的例子中，螺母98旋拧在杆90的下端以连接杆90和下压臂94。下压臂94的第二端100与壁62的侧向延伸面80接合。下压臂94与提供在刚性梁64的前凸缘66上的转环102枢轴连接，以使弹簧杆90对下压臂94的第一端96的向上偏压导致在侧向延伸面80上的第二端100向下偏压，从而导致壁62的垂直压紧。
第二优选实施例中，炉壁62由具有金属结构外壳106的耐火砖104组成。如图3所示，金属外壳106具有确定炉壁62中的凹槽110的向内延伸通道108，下压臂94的第二端100伸入该凹槽110。本实施例中，侧向延伸面80包括向内延伸部分108的底壁。尽管侧向延伸面80是提供在炉壁62的上部，但它并不是提供在其顶部。这种布置在炉壁62的上表面不能直接靠近的情况下尤其有用，例如在所述炉子上设有炉顶61并伸出所述炉壁的顶部的情况。可以理解金属外壳106不必要伸入炉壁62中的凹槽110。更确切地，下压臂94的第二端100可与凹槽110之内的耐火砖直接接触。
可以理解可提供除图3所示之外的布置以间接地将压紧力施加到炉壁。例如，除提供经刚性梁64内的孔72延伸的单个压紧部件外，可优选地将压紧部件固定至刚性梁的优选地是成对的侧边，将所述施力部件沿刚性梁的腹板部分延伸。这种布置优选地用在沿炉子的壁及/或端壁。
图4显示了根据本发明第三优选实施例的加固系统120，其优选地应用于圆形炉子124的圆柱形侧壁122的垂直压紧。该圆形炉子124还包括炉底126并且被支撑在基座128上。侧壁122及炉底126均由耐火砖构成并且所述侧壁的外部优选地设有金属结构外壳132。侧壁122具有上表面134，在其上设有周向延伸的环形梁136。如图4所示，环形梁136可优选地具有圆形或方形横截面，并具有与侧壁122的上表面134接触的下表面138、相对的上表面140、内表面142和相对的外表面144。
以均匀间隔固定在环形梁136的外表面的是多个支撑架146，图4仅示意其中一个。支撑架146具有连接环形梁136的后壁148、从后壁148向外延伸的底壁150和与后壁148及底壁150的边缘都相连的一对侧壁152(图4中仅可见其中一个)。支架146的底壁150形成炉子侧壁122的侧向延伸面并支撑压缩于底壁150与上弹簧座156之间的螺旋弹簧154。同第二优选实施例一样，弹簧杆158经螺旋弹簧154、弹簧座156和支架146的底壁150垂直延伸。杆158的上端有螺纹以接受压紧螺母160，该螺母能被拧松或拧紧以控制弹簧154的压缩。杆158沿炉子124的侧壁122向下延伸并且通过将其锚固至基座128以取得固定来防止垂直移动。图4所示的例子中，杆158的下端被嵌入基座128中并且为其提供水平延伸部分162以阻止拔出。
从图4可以理解根据第三优选实施例的加固系统120不利用刚性梁作为支撑部件。更确切地，第三优选实施例中的支撑部件包括环形梁136。
图5说明了根据本发明第四优选实施例用来将垂直压紧力施加至炉子侧壁122的炉子加固系统。该实施例与图4所示相似并且使用了同样的参考序号以识别该实施例的相似特征。图5的实施例不同之处在于弹簧杆200的底端没有锚固至基座128。更确切地，弹簧杆200被连接在金属结构外壳上的支架202所锚固并且被螺母204保持在支架202上的位置上。
尽管已结合特定实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于此。更确切地，本发明包括属于以下权利要求范围的所有实施例。
权利要求
1.一种用于控制炉子垂直延伸壁的垂直膨胀的垂直炉子加固系统，所述壁在其上部具有侧向延伸面并且由彼此布置为堆叠关系的耐火砖构成，该系统包括(a)压紧部件，与所述侧向延伸面接合以将方向向下的压紧力施加在所述壁上，该力经所述侧向延伸面施加；以及(b)紧靠与所述压紧部件连接的炉子的支撑部件；其中所述压紧部件施加的力足以控制所述壁的垂直膨胀并基本上防止由于在炉子运行过程中材料渗入所述耐火砖之间接缝引起的所述壁的垂直膨胀。
2.如权利要求1所述的垂直炉子加固系统，其中所述侧向延伸面位于所述壁的耐火砖的顶部。
3.如权利要求1所述的垂直炉子加固系统，其中所述侧向延伸面包括沿所述壁顶部延伸的金属梁。
4.如权利要求1所述的垂直炉子加固系统，其中所述支撑部件包括沿所述壁外表面延伸的垂直梁。
5.如权利要求4所述的垂直炉子加固系统，其中所述垂直梁是刚性梁。
6.如权利要求1所述的垂直炉子加固系统，其中所述压紧部件包括一个或多个力产生部件以产生压紧力，所述力产生部件从包括弹簧和液压缸的组中选择。
7.如权利要求6所述的垂直炉子加固系统，其中每个力产生部件产生方向基本垂直的力。
8.如权利要求6所述的垂直炉子加固系统，其中一个或多个力产生部件产生的力经所述侧向延伸面直接施加至所述壁。
9.如权利要求6所述的垂直炉子加固系统，其中所述压紧部件还包括一个或多个施力部件，所述一个或多个力产生部件产生的压紧力经所述一个或更多施力部件间接施加至所述壁。
10.如权利要求9所述的垂直炉子加固系统，其中每个施力部件包括具有第一端和第二端的杠杆臂，第一端与所述力产生部件之一连接，并且第二端与所述壁的侧向延伸面接合，该杠杆臂能绕位于所述第一及第二端之间的枢轴点转动。
11.如权利要求10所述的垂直炉子加固系统，其中所述杠杆臂经所述枢轴点与所述支撑部件旋转地连接。
12.如权利要求6所述的垂直炉子加固系统，还包括调整装置以改变所述力产生部件产生的压紧力。
13.如权利要求12所述的垂直炉子加固系统，其中所述力产生部件包括螺旋弹簧，并且其中所述调整装置包括改变所述弹簧长度的装置。
14.如权利要求1所述的垂直炉子加固系统，包括多个所述压紧部件和多个所述支撑部件。
15.如权利要求1所述的垂直炉子加固系统，其中所述炉子的壁或多个壁形成在上周面上提供有连续梁的圆形、方形或圆柱形，所述梁沿整个周面延伸并且包括与所述压紧部件连接的支撑部件。
16.如权利要求15所述的垂直炉子加固系统，其中所述压紧部件包括被支撑在支架上的螺旋弹簧，所述支架与所述环形梁连接并从环形梁呈放射状向外延伸，所述支架具有支撑螺旋弹簧并且包括所述壁的侧向延伸面的表面。
17.如权利要求16所述的垂直炉子加固系统，其中所述压紧部件还包括杆，该杆的上端经所述弹簧的上端延伸并且通过压紧螺母将压紧力施加至所述弹簧。
18.如权利要求17所述的垂直炉子加固系统，其中所述炉子被支撑在基座上并且其中所述杆沿所述壁的外表面向下延伸并具有固定至所述基座的下端。
19.如权利要求18所述的垂直炉子加固系统，其中所述杆的下端被嵌入所述基座中。
20.如权利要求17所述的垂直炉子加固系统，其中所述杆沿所述壁的外表面向下延伸并且具有固定至支架的下端，所述支架与所述炉壁的外壳连接。
全文摘要
一种用于将垂直压紧力施加至方形或圆形炉子的耐火壁的加固系统，包括与所述炉壁的侧向延伸面接合的压紧部件和与所述压紧部件连接的支撑部件。所述压紧部件优选地包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧直接作用在所述侧向延伸面上或间接通过施力部件起作用。所述压紧部件施加的力足以控制垂直膨胀并且基本上防止由于在所述炉子运行过程中材料渗入耐火砖之间接缝引起的炉壁垂直膨胀。
文档编号F23M5/00GK1957219SQ200580016793
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年5月26日
发明者肯尼思·T·哈钦森, 肯尼思·M·唐纳德森, 基思·E·乔伊纳, 克拉伦斯·A·尼科尔斯, 小吉米·萨维尼什 申请人:哈奇有限公司