焙烤碳素块料用的带有可定向的管节头的输送管的制作方法

专利名称:焙烤碳素块料用的带有可定向的管节头的输送管的制作方法
本发明涉及具有开式炉膛的窑炉的送风和收风管的改进。这种炉子称为“循环焙烤”式(环形炉)或称“顺流送料焙烤”式，专门用于焙烤用Hall-Heroult方法(指电弧炉)制铝的电解槽中的碳素块料(阳极或阴极)，也可焙烤一般用在电力冶金炉中的所有型式的碳素块料。
下文中，述语“碳素块料”将用来表示任意一种由碳素糊状物加工成型的並经过焙烤后用在电力冶炼炉的产品。
举个例子，用于电解溶解于熔融冰晶石中的铝矾土的电解槽中的碳阳极是由碳素糊状物加工成型制得的，而这种碳素糊状物是由粉碎后的焦碳和沥青的混合物在120～200℃的温度成型的。在成型后，该阳极在1100至1200℃下焙烤100小时。其它形式的碳素块料也用同样的方法制成。
虽然有若干在通道式窑炉内进行连续焙烤的工艺流程，但是目前在世界上运行的大量的焙烤装置是届于“箱式窑炉”型式，即称为“循环焙烤式”(环形炉)或称为“顺流送料焙烤”式。这些窑炉本身又分为两大类，即闭式窑炉，和在美国专利第2699931号中详细描述的並为广泛使用的具有“开式炉膛”的窑炉，本发明主要应用于具有开式炉膛的窑炉。
这种形式的窑炉由两个平行的工作区或称阵列组成，其总长可达100米左右。
每一个工作区或阵列由一系列由横向壁分割开来的炉膛组成，这些炉膛开口于其上部，便于从那里装入未经焙烤的块料和取走经过冷却的已焙烤了的块料。每个炉膛里有一组由沿窑炉长轴平行布置的薄壁形成的中空的隔板，为焙烤用的热空气在隔板内循环，与隔板相间安放着为堆积待焙烤的块料的凹槽，在那里块料被埋在碳素粉末(焦碳、沥青灰岩、或粉碎了的碳素废料、或其它粉末状的衬垫材料)中。举例说，每个炉膛依次有6个凹槽和7个隔板。
在中空隔板的上部设置可关闭的孔，称为“排放孔”;在隔板内部还设有挡板以增加燃气流程的长度並可均匀分配燃气的流程。
窑炉由一个长度等于炉膛宽度的燃烧器组来加热，该燃烧器的喷嘴位于上述炉膛的排放孔处。在燃烧器的上游(窑炉焙烤顺流送料的方向)有一根管子将燃气吹入窑内而在下游有一根管子吸走燃尽的气体。加热是由注入燃料(天然气或汽油)的燃烧和由块料在焙烤过程中释出的沥青气体的燃烧来实现的。
当实现焙烤时，由送气管、燃烧器和吸气管组成的单元在24小时内不间断地工作，每个炉膛依次完成下述功能装入未焙烤的碳素块料，自然予热(借助于燃气)，强制予热和在1100至1200℃的温度下焙烤(该区域称为充分焙烤区)，碳素块料的冷却(对燃烧的气体进行予热)，将已焙烤了的碳素块料卸走，任意的修理操作，以及重新开始一个新的循环。
这类窑炉，其结构要承受连续地冷却和加热循环，操作中主要问题之一是将送气管和吸气管定位于炉膛的排放孔上。更明确地说，在焙烤过程中顺流送料动作的每一步，也就是说，燃烧器组，吸气和送气管必须以相同的距离和相同的方向移动。重要的是管子的每一个排放部分(通常称为′管接头′)要插入相应的排放孔而不致引起损伤，而且还要提供一种合适的密封，特别是对于吸气管，以阻止任何不需要的空气吸入。这种操作用在一个新的炉子上或者一种翻新后的隔板是比较容易实现的，而对于由于热应力和装卸阳极或少使炉膛变形的情况下，则不容易了。为了在管接头和排放孔间形成密封的联接，需要经常进行修正和充填的操作。
本发明的主题是一根管子(它用作送气管兼吸气管)，其中的每一个管接头可定向並可调整高度，这样，当将它固定到一新炉膛时，通过一个转动的动作，即使每一个管接头下部的轴线与所对应的孔的轴基本上重合，很容易又很快地将每一个管接头定向，並通过调整高度与排放孔配合与联接。
更确切地说，本发明的主体是一根用于具有多个炉膛的炉子的管道，这些炉膛是用来烘烤制铝用的碳素块料的，上述管道包含由许多喷管组成的主体，这些喷管与称之为′管接头′的管道部分相连接，其数量等于形成炉膛隔板的加热隔板的列数，每一个管接头必须与位于每一块加热隔板或者将炉子炉膛分隔开的横隔墙的上部称之为′排放孔′的开口相配。
根据本发明，每一个管接头至少由两个串联的园管形元件构成，其第一个元件一方面在上部设有一个平面法兰，与喷管下部的法兰相连接，并可有相对的转动，另一方面，在其下部设一平面法兰，与第二个元件的上部法兰相连接并可相对转动，第一和第二两个元件，至少在其高度方向的一部分，其中心线与垂直于法兰平面的中心线间呈α的倾斜角。
平面法兰之间相互平行，而且平行于包含排放孔的平面，它一般是一个水平面。
为了提供在高度方向上的调整，每一个管接头还包括了第三个园形管元件，它通过部分滑动和同轴互相啮合与第二元件的下部相接合，第三元件的下部密封固定在排放孔上。任何一种对水平度的偏移可被位于第三元件的啮合处的间隙所吸收。
可取的是，通过一个能同时实现第二元件绕法兰转动和其下部部位滑动的连杆/曲柄机构使高度的调整与管接头转动调整中的一个相联动。
图1和图2是关于以前的技术，阐明了为焙烤碳素阳极用的具有开式炉膛的窑炉的常规构造，图3是本发明的管接头的剖面图，它可沿X、Y和Z轴定向和调整;控制系统，包括手柄和撑杆，位于切剖平面的前方，以虚线表示，图4和图5示出了本发明的可供选择的实施方案，以及图6是图3的局部剖视，其平面与图3的剖面成直角。
为了帮助对本发明的理解，以图1和图2来说明可应用本发明的一种常规的箱式窑炉参看图1中的剖面，其中示出了隔板1，在它们的上部以′管接头′2与管道3相连，而管道3则与总管4连接。送风和吸风管，根据当时情况而定，根据我们的法国专利第2，535，834号它可与炉膛的排放孔或与横隔墙9的排放孔相连接。装在凹槽5内的是碳素块料6，在图2的左侧的剖视图中可以看清楚。
加热隔板中的挡板7旨在增加热气体流程的长度和均匀隔板内的温度。
在炉膛(或横隔墙)的上部，可关闭的排放孔8允许放置燃烧器组(图中未示)，吸气和送气管3，和在特定的场合下可放置测试仪器((热电偶和真空计)。顺序排列的炉膛被横隔墙9所分开。炉子的长轴以XX′线表示。
吸气管3上的每个管接头2接到一给定的炉膛的排放孔8，而且相互间是密封的。管接头的上部通过喷管10与管道3联接，在喷管中一般放置一个可移动的蝶阀11，可绕轴11A转动，从而使控制炉膛5的每个系列中的流量成为可能。
根据本发明，插入排放孔内的管接头的垂直部分是通过将其下部的的轴线12与所论的排放孔的轴线13基本重合的方法使其定向。
在实践中，可定向的管接头14，根据本发明，可能吸收偏差为±50mm的偏心度(在X和Y轴上)和在高度方向(Z轴)上的±50mm的偏差，这些数据作为示例给出，並不构成本发明的限制。
为了在X和Y，也就是说沿长轴XX′和沿横轴YY′方向上找准，可定向的管接头14至少由两个元件组成，一方面是其上部的元件15，与喷管(即与管道3相连的直管段10)相连接，而另一方面是中间段16，用以在X和Y方向上的调整。与排放孔8相连的下部元件17提供沿Z(高度上)方向的调整。
上部元件15本身由三部分组成a)带有法兰18的顶部园柱形部分15A，该法兰与喷管(直管部分)10的法兰19相配合。两法兰间严密密封，元件15可相对于法兰19转动。法兰18通过用螺栓固定的对接法兰20卡紧在法兰19上。有可能在法兰18和19间放入密封垫圈，该垫圈能耐高温(500℃至600℃)，例如金属塑料型的(铜+矿棉);也可以用注油孔21在法兰18和19间的空隙内注入耐高温的黄油，用这种单一的密封充填方法来形成。顶部15A和喷管的直管部分共轴。
b)中间园柱部分15B，它的轴24与顶部的轴23成α1的倾斜角，例如20至45°(20至45°的值不构成本发明的一个限制，只是一种示意的方式而已)。
c)底部园柱部分15C，它的轴25与顶部部分的轴23平行，但是与之相间的间距等于排放孔的中心线13和喷管10的轴23间的最大的设想偏差。上文已经指出，可能发生的最大偏差值可以固定下来，例如在50mm。
和上部元件15的情况一样，中间元件16由下面各部分组成a)带有法兰26的顶部园柱部分16A，该法兰26与上部元件15的底部部分15C的法兰27相配合，b)中间园柱部分6B，其轴线24A对轴线25的倾角α2，原则上等于角α1(或者是有相同的数量级)。
c)下面的园柱部分16C，它的轴线28与轴25间的间距等于要求调整的最大偏差，如上所述为50mm。
中间元件16和上部元件15间的联接关系和相对转动配合是以在元件15和喷管10之间联接部位的同样的方法实现的。同样，法兰27和26也是通过螺栓相互固定的，並可以接受一个密封垫圈，例如一种金属塑料垫圈，或者通过注油器21注入耐高温黄油等充填物。
对偏离Z轴(即沿炉子的垂直轴ZZ′)的补偿，(见图2)是用下部元件17来实现的，该元件以密封的关系装配在排放孔8内。
图3所示的实施例的结构中，下部元件17支撑在位于排放孔周边处的凹槽30内。凹槽内含有密封垫圈29，它是耐高温的，例如用矿棉纤维编织或粘合成的。此外，元件17可用带子系住，其下部密封在炉子的耐火砖里。在图6中可以看到，元件17是靠两个柔性接头43支撑在排放孔8的鼓起的园周部分32上。
中间元件16和下部元件17通过一种啮合结构33相互配合，这种结构使得补偿排放孔口和定向管接头14间在Z方向上的偏差成为可能。
顾及到热膨胀现象和对排放孔平面的不平整可能引起的缺陷，很难提供一种滑动的而且有良好密封效果的啮合结构。密封效果可以依靠柔性联接如波纹管34其上部固定在槽35上，其下部固定在槽36上。波纹管34必须能在连续运行中承受300至400℃的高温。例如，它可由玻璃纤维在碳氟聚合物中浸润而制得。
法兰和对接法兰件19、20和27、30上有孔可让螺栓从中穿过，以保持组件的紧密结合。组件的自由转动是通过注油孔21和22向法兰之间的空间注入稠的耐高温的润滑油(黄油)来保证的。中间元件16还包含了一个由双连杆-曲柄系统构成的操作机构，该系统使在X方向上维持或恢复对准的同时，使轴线13和12在Y方向上，即沿炉子的横轴，对准成为可能。当轴线沿X和Y对准时，该同一机构使下部元件17下降直到它与排放孔8(在Z方向对准)接触为止。该操作机构对于通过中心线28并垂直于轴38的平面是对称的，轴38径向穿过元件16A，其两端支撑着园盘37A和37B，园盘上装有径向的操作手柄38A和38B，而且轴38由与之不同心的联轴节43A和43B与杆40A和40B的上端相连接，杆的下端有联轴节39A和39B，它们固定在下部元件17上。
该系统的详细情况可从图6中看清楚，图6是通过轴38並与图3垂直的剖面。
根据本发明，操作方式的安排如下将下部元件17提升到最大限度，吸气管就位，操作者记下每一个排放孔的中心线13与下部元件17的中心线12间的任何偏差。轴12可由三根支杆支撑一根刚性金属棒来标示。
操作者用手柄31实现轴13和12沿X，即炉子的长轴，对准;然后，操作手柄38A和38B，在Y方向上，即炉子的横轴，对准轴13和12，同时维持和恢复在X方向上的对准。此刻，轴13和12已经被调准了，余下的事要实现沿Z轴的对准，即下降下部元件17直到它与排放孔8的槽接触为止。
最后一步的操作也是用手柄38A和38B来实现的，不过在这个情况下，手柄绕轴38转动。下部元件17沿Z轴的调准(上、下运动)是通过在元件16上开了一个长椭园形的孔41，孔中有一可滑移的被固定在元件16上的突块42实现导向的。
这种既快又容易的操作顺序将被重复用在吸气管的6个或7个管接头，使它们完全对准炉膛或其隔墙的6个或7个排放孔。
请注意，上部和中间元件15和16的结构可以简化，如图4和5指出的那样，即部分或全部去掉具有垂直轴的园柱形部分，仅保留具有倾角为α的斜轴的中央部分15A和16A。
在图4中，元件16A已被扭转了一个角度以补偿在Y轴方向上排放孔的轴13与喷管10的轴23之间的偏差e。
还将注意到，排放孔在Z轴上的高度偏差h是通过滑动接头33来消除。滑动接头33与中间元件16间的偏差使得有可能去补偿排放孔的不平整。
在图4和5所示的结构中，轴线23、24、24A、25和28的标记将与联接法兰18、19、26、27的平面有关，因为已不再存在任何园柱形部分。那种标记仍适用于图3中表示的结构。法兰的平面一般是水平的。
再者，本发明不局限于在元件10、15和15、16或16与17间用法兰连接的实施例，任何一种相当的手段只要可能提供一种在保持密封连接下的转动和在保持密封连接下的高度的调整均是本发明的一部分。
最后，角度α是在直观的几何考虑的基础上，一方面考虑管接头的倾斜轴部分的高度和要被吸收的偏心度(量级为50mm或更多，如果必要的话)根据使用的情况来确定。例如，元件15或16的倾斜部分的高为90mm，则可给出tgα＝50/90，因而α＝29°。
除了容易将每个管接头在X和Y方向对准每个排放孔的中心线外，还须强调指出，在装配操作时，通过将下部元件17升高到最大程度，在Z方向上的调整(对于高度)使之有可能避免当输气管用移动式起重机安装就位时在管接头下部和相应的排放孔之间的突发的接触，于是可避免损坏排放孔，甚至耐火砖结构的危险。
这种使有可能同时降低管接头的下部和使其转动的安排增进了操作的方便和准确度，从而保证了吸气或送气管对排放孔的连接中的最佳的可能的密封关系。
权利要求
1.一根管道，在具有焙烤碳素块料用的炉膛的窑炉中用作吸气或送气管，上述管道包含一主体(3)，其上装有若干个喷管(10)，与管接头相连接，其数量等于分隔炉膛的加热隔板的数目，每一个管接头装配到排放孔(8)上，该排放孔设置在为分隔不同的炉膛用的加热隔板(5)或横隔墙(9)的顶部；其特征是，尽管炉膛发生变形的情况下，要使在X和Y方向，即沿炉膛的长轴和短轴，在每个管接头和所对应的排放孔之间进行对准时形成一个密封连接，每个管接头至少由两个园管状元件串联构成，其中第一个元件(15)，一方面在其上部(15a)装配有法兰(18)，与装在喷管(10)下部的法兰(19)配接並可以相对转动，另一方面，在它的下部(15C)有平面法兰(27)平行于法兰(18)，並与法兰(26)间既配接又可相对转动，法兰(26)位于第二元件(16)的上部(16A)，元件(15)和元件(16)至少有部分高度的轴线相对于垂直于法兰平面的轴有一倾角α。
2.根据权利要求
1所要求的管道，其特征是，每一个管接头还包括第三个园管状元件(17)，它通过基本上共轴的滑动的部分套叠(33)与第二元件(16)的下部(16C)联接，该元件的下部与排放孔(8)密封装配。
3.根据权利要求
1所要求的管道，其特征是，其第一元件(15)和/或第二元件(16)至少包含一个第一园柱形部分，其轴垂直于法兰平面，和一个第二园柱形部分，其轴与第一园柱形部分的轴成夹角α。
4.根据权利要求
3所要求的管道，其特征是，其倾斜α由等于要求补偿的最大偏心度对所论及的元件的倾斜部位的高度的比值的正切来确定。
5.根据权利要求
2所要求的管道，其特征是，在第二元件(16)和第三元件(17)间的滑动联接(33)被一密封的能耐高温的波纹管(34)所覆盖。
6.根据权利要求
1所要求的管道，其特征是，其联接法兰(18、19和26、27)都是带有密封装置的。
7.根据权利要求
1所要求的管道，其特征是，联接法兰(18、19和26、27)均有相应的配对法兰(20、30)给以支撑，並有可拆卸的固定件，如螺栓。
8.根据权利要求
6所要求的管道，其特征是，在法兰(18、19和26、27)间的密封是用稠的，可以耐高温的黄油注入注油器的方法形成的。
9.根据权利要求
6所要求的管道，其特征是，在法兰(18、19和26、27)间的密封是由金属塑料密封料制成的。
10.根据权利要求
1至9中任意一项所要求的管道，其特征是，第一元件(15)上装有操作手柄(31)以形成其绕轴转动。
11.根据权利要求
1至10中任意一项所要求的管道，其特征是，为了形成元件(16和17)在X和Y方向上的对准，中间元件(16)的一部分(16A)包含一个为调整其转角和高度的装置，该装置对称于通过中心线(28)的平面，由径向穿过上述元件(16A)并在两端各支撑一园盘(37A、37B)的轴(38)形成，每个园盘上装有径向操作手柄(38A、38B)，並通过不和轴(38)同心的联轴节(43A、43B)与杆(40A、40B)的上端相连接，杆(40A、40B)的下端连接到被固定在下部元件(17)上的联轴节(39A、39B)上。
专利摘要
一种管道用于焙烤碳素块料的窑炉，其主体3有若干喷管10与管接头相接，其数量等于炉膛内加热隔板5的数目，每个管接头装配到加热隔板5上端的排放孔内。每个管接头至少由两个相串连的圆管形元件组成，第一元件15，一端有法兰18，与法兰19连接并可相对转动，另一端有法兰27，与法兰26联接并可相对转动，法兰26装在第二元件16的上部16A，元件15和16的轴线在其至少一部分高度上与垂直于法兰平面的中心线23间形成倾角α。
文档编号F27B13/02GK87104248SQ87104248
公开日1988年1月27日 申请日期1987年6月16日
发明者克利斯蒂安·德莱耶尔, 贝那德·伯珐 申请人:皮奇尼铝公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan