专利名称：用于将预热空气喷入竖炉的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将予热空气喷入竖炉的装置，包括一组单独的部件，它们各有外套和内耐火炉衬，和包括由一个鹅颈管相连的倾斜部分，一个喷嘴，一个风口，和一个与炉壁联接的球窝关节，其中，倾斜部分包括一个锥形管，其上部通过凸缘连接到构成环风管的一部分的上连接件上，其下部轴向伸入与鹅颈管为一整体的下连接件中;一个波纹伸缩连接件，能保证锥形管和所述下连接件之间的密封;和拉杆，它能保证锥形管和下连接件之间的机械连接。
这些装置，一般称为“风管接头”，具有可动性和密封的问题。的确，由于予热空气的高温(大约1200℃或更高的温度)和炉内侧的高温，炉壁、环风管和风管接头容易发生热膨胀和变形，这在环风管和炉壁之间产生值得注意的相对位移。所以，风管接头必须能够补偿其相对位移，或能适应它们，同时能避免气体或予热空气泄到外面。
除了热源产生的应力，还有内压引起的应力。的确，通过风管接头喷入炉子的予热空气(特别是在现代炉子中)是处于高压，这将使目前所采用截面的风管接头受到大约几吨的力，这个压力来自环风管和炉子内部。
为满足这些要求而设计的已知的风管接头包括两个关节位置或三个关节位置，在每一种情况，都具有通常位于风口和喷嘴之间的球窝关节，另一个关节或另外两个关节(根据其类型)位于连接环风管和风管接头的鹅颈管的倾斜部分上。
位于倾斜部分的关节通常具有柔性密封垫，和与活动部分连在一起的波纹伸缩连接件。
例如，在美国专利3，766，868中公开了一种有三个关节位置的风管接头，与具有两个关节位置的装置相比，该装置对于变形和压力-径向分力和轴向分力，具有更大的适应和补偿的可能性。位于风管接头倾斜部分的两个关节一般包括例如万向节之类的装置，它们的优点是能以这种方式吸收由热空气的压力产生的力的分量，以致这些力不会使递到位于喷嘴和风口之间的关节上。然而，具有三个关节位置的风管接头具有较为昂贵的缺点，由于一个鼓风炉要装备大量的风管接头，所以这就非同小可。
又例如，DE-GBM7325087中公开了具有两个关节的风管接头，其部件具有简单，便宜的优点，但是，这种风管接头对于应力和变形很敏感，尤其是对于径向分力，因为它能引起位于倾斜部分的关节的密封垫被挤压和更快地磨损。另外，上述文件中的风管接头更容易受到热空气压力引起的力。为了防止这些力引起喷嘴和风口之间的关节脱离而产生泄漏，必须将风管接头的倾斜部分附着在炉壁上，由于风管接头的很大的位移和由于难以接近它，所以这种附着定位是不理想的。
本发明的目的是提供一种用于将予热空气喷入竖炉的新型的装置，它较为简单和便宜，并可以满意地适应变形和应力。
为了达到上述目的，本发明的装置基本特征在于下连接件和锥形管能在轴向相互运动，并具有限制其径向可动性的装置。
换句话说，先有技术的控制径向分力的问题，以及可引起某风管接头的关节密封垫压坏的位移的问题，可通过使用限制锥形管和下连接件的径向和角度可动性的装置而消除，和通过两个元件的轴向相对可动性(或伸缩)而得到补尝。
已经证实，如果设计这种装置以防止在锥形管和下连接件之间有大于2°的轴向不同心度，就会达到满意的效果。
根据第一实施例，该装置包括两个与上连接件的凸缘以一整体的侧翼，当从炉子的方向看时，它在伸缩连接件的两侧侧向延伸，并被下连接件凸缘的对应凹槽所引导。
根据第二实施例，该装置包括一个内导环，它与下连接件的上凸缘成一整体，并围绕锥形管的下圆柱部分。
通过一对具有可调弹簧的拉杆，在喷嘴和风口之间的球窝关节的平面保持密封，可调弹簧在炉壁和喷嘴或鹅颈管之间被拉紧。
该拉杆最好以这种方式布置，以致其轴线相对于喷嘴轴线朝向其底部形成一锐角。
本发明其他的特征和优点通过对下面实施例的详细描述，并参照附图将会更清楚。
图1是本发明的风管接头的侧视图;
图2是图1的风管接头的轴向垂直剖视图;
图3示意地显示了所存在的力的分量;
图4示意地显示了一个限制锥形管相对于下连接件的径向可动性的装置的部分侧剖视图;
图4A显示了一个通过图4中A-A截面的水平剖面图;
图4B显示了一个通过图4中B-B截面的剖面图;
图5示意地显示了第二实施例的用于限制径向可动性的装置的轴向剖视图;
图6和图6A示意地显示了在锥形管和下连接件之间有2°的轴向不同心度的摆动的情况下，其运动的可能性。
图1和2示意地显示了一个风管接头，它使一个绕鼓风炉(未显示)布置的主环风管20与炉壁相连，以便将予热空气喷入炉中。该风管接头包括一个向下倾斜的部分22，它通过一个鹅颈管24和一个喷嘴26与一个风口28相连，风口28楔固在安装于炉壁上的水冷铁铸件30上。喷嘴26通过一个球窝关节与铸件30相连，其曲率中心由O表示。倾斜部分22包括一个构成环风管20的一部分的上连接件32，和一个通过凸缘38固定于鹅颈管24上的下连接件34。上和下连接件32、34之间的连接由一个有一个下园柱部分的锥形管36保证，锥形管通过一个凸缘40固定于上连接件32上，其下部同轴地伸入下连接件34的上部。如图2所示，风管接头的所有部件具有外金属套42和耐火内炉衬44。
根据本发明的一个特征，部分22具有某种程度的伸缩自由度，使锥形管36的园柱形部分能相对于下连接件34轴向运动，反之亦然。由一个环形密封垫46和一个波纹伸缩连接件48来保证两个元件之间的密封，密封垫46围绕锥形管36的园柱形部分，伸缩连接件48从上凸缘40延伸至下连接件34的凸缘50。三个外拉杆52保证风管接头的机械稳定性，并当拆卸风管接头时使伸缩连接件48放松。为此目的，用一个螺母和一个反螺母将拉杆52固定到一个与上凸缘40成一体的板54上，拉杆52延伸穿过下连接件的凸缘50，而同时允许在拉杆52和凸缘50之间在由调整螺母56所限定的范围内有相对的轴向滑动。
为了避免在喷嘴26和风口28之间的球窝关节处发生泄漏，乃至避免该关节脱开联接，在鹅颈管24和炉壁之间设有一对拉紧的拉杆，图中只示出一个拉杆58。拉杆58包括一个弹簧(未示出)，通过螺母60能调整其拉伸载荷。
图3显示了在图1和图2的风管接头上存在的力及其分力的示意图。风管接头的内侧首先受到一个由环风管20内的压力引起的力。这个由S表示的力是在轴向施加的，它与压力以及伸缩连接件48的平均截面成正比。举例来说，如果伸缩连接件48的平均直径是580mm，并且如果环风管内的压力是4×105Pa，那么力S就是10560daN。如果风管接头在力S的方向没有支承，那么力S必须以这种方式分解，换句话说，要在喷嘴26和风口28之间的关节中心O的方向获得支承，在图3中，这个分力由S1表示。但是，这个分解不可避免地产生了一个径向施加的分力S2。对于上述的例子及其图示的结构，其分力S1是大约13000daN，分力S2是大约7000daN。本发明的目的之一是提供一种装置，下面将参照附图4和5更详细地描述该装置，该装置是用于抑制分力S2，因为如果没有这种装置将使锥形管36和连接件34之间的连接受到径向弯曲应力。这就易于损坏密封垫46和伸缩连接件48。
在图3中，分力S1已被朝向点O传递，假设它在那里施加它的作用力，如图所示，分力S1的方向不是最佳的，假设它是直接地使球窝关节的下部受力，这容易使关节上部脱开而引起该位置的泄漏。然而，幸运的是，在拉杆58和在喷嘴处的炉内压力(在图3中，该压力的方向和强度用T表示)作用下，分力S1的方向被改变了。由拉杆58的作用产生的力用Z表示。将分力Z变换到分力S1的起点并减去由压力T产生的分量之后，则产生一个合力R1，它表示了施加在喷嘴26和风口28之间关节上的力的大小和方向。该合力R1比分力S1具有更好的方向，它要达到这样的程度以致使其相对于喷嘴轴线的倾角更小。另外，应该注意到，拉杆58相对于喷嘴26轴线的倾角α越大，合力R1的方向相应地越好。
拉杆58的力被大致地调整，以致能抑制风口28上来自炉内压力的作用。该压力的强度由矢量U表示。当风口28暴露部分的直径是450mm时，对于4×105Pa的炉内压力来说，其力U为6360daN。所以，两个拉杆58的每一个都要被调整以致能施加一个大约3000daN的力。将拉杆力Z和力U的作用与分力S1相结合，就得到一个合力R2，这就是风口28作用在水冷铁铸件30上的力。
图4显示了根据本发明的装置的第一实施例，它用于抑制图3中所描述的力S的径向分力S2，在第一实施例中，上凸缘40有两个侧翼62，64，当从炉子的方向看时，它们在伸缩连接件48的两侧侧向延伸，并且其变窄的下部在下凸缘50的两个对应的凹槽66、68中被引导。所以，侧翼62，64在凹槽66，68中被导向就防止了凸缘50相对于凸缘40有任何大的径向运动，而在同时，允许在两个凸缘之间有相互的轴向位移，换句话说，允许在锥形管36和连接件34之间有一些伸缩。换句话说，对应于S2的力的径向分量通过侧翼62，64被传递到环风管上。
但是，应该注意到，侧翼62，64在对应的凹槽66，68中的导向，拉杆52在凸缘50中的通路以及锥形管36伸入连接件34都应该具有某种间隙，以致允许在锥形管36和连接件34之间有大约2°的轴向不同心度。正如将要参照图6详细描述的，它允许合理的自由度，以允许风管接头进行为补偿不同的位移所要求的运动。
在图5所示的第2实施例中，图4所示的外部导向被锥形管36的内部导向所代替。该导向由环70所完成。环70例如由碳化硅制造，它围绕管36的下圆柱部分。如同前面的例子一样，环70的布置应使其绕管36有一定间隙，以致允许在管36和连接件34之间有大约2°的轴向不同心度，并能补偿径向力。
图6示意地显示了本发明的风管接头的可动性，它处于热态，在锥形管和下连接件之间有大约2°的轴向不同心度公差。数字更具体地显示了炉壁运动所导致的喷嘴和风口之间的关节中心O，以使凸缘50中心Y相对于一个假想固定点X的运动，假设此时环风管和管36保持固定。在图示的例子中，O和Y之间的距离为2364mm，不同心度公差为2°，中心O在一个垂直平面中的最大偏移由一个四边形72表示。在四边形72中的任何运动采取点Y仅有轴向位移的形式，考虑到点O也可以轴向位移，换句话说，在图6的平面中，可动性四边形72成为一个平行六边形74，如图6A所示。实际上，这个平行六边形是一个边长大约80mm的正六面体，它对应于点Y的大约85mm的可动性。
权利要求
1.一种用于将予热空气喷入竖炉的装置，包括一组单独的部件，它们各有外套(42)和内耐火炉衬(44)，并包括一个由一个鹅颈管(24)相连的倾斜部分(22)，一个喷嘴(26)，一个风口(28)和一个与炉壁相连的球窝关节，其中，所述倾斜部分(22)包括一个锥形管(36)，其上部通过凸缘连接到构成环风管(20)一部分的上连接件(32)上，其下部轴向插入与鹅颈管(24)为一体的下连接件(34)中，一个能保证锥形管(36)和下连接件(34)之间的密封的波纹伸缩连接件(48)，和能保证锥形管(36)和下连接件(34)之间机械连接的拉杆(52)，其特征在于下连接件(34)和锥形管(36)能在轴向相互运动，并具有限制其径向可动性的装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置能防止在锥形管(36)和下连接件(34)之间有大于2°的轴向不同心度。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置包括两个与上连接件(32)的凸缘(40)成一整体的侧翼(62，64)，当从炉子的方向看时，它们在伸缩连接件(48)的两侧侧向延伸，并被下连接件的凸缘(30)上的对应的凹槽(66，68)所引导。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置包括一个内导环(70)，它与下连接件(34)的上凸缘(50)成一整体，并围绕锥形管(36)的下圆柱部分。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于通过一对具有可调弹簧的拉杆(58)，在喷嘴(26)和风口(28)之间的球窝关节的平面保持密封，可调弹簧在炉壁和喷嘴(26)或鹅颈管(24)之间拉紧。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于拉杆(58)以这种方式布置，以致其轴线相对于喷嘴(26)的轴线朝其底部形成一锐角α。
全文摘要
用于将预热空气喷入竖炉的装置，包括一个由一鹅颈管相连的倾斜部分，一个喷嘴，一个风口，和一个与炉壁相连的球窝关节，其中，倾斜部分包括一个锥形管，其上部通过凸缘连接到形成环风管一部分的上连接件上，其下部轴向插入与鹅颈管成一整体的下连接件中，一个波纹伸缩连接件和拉杆保证锥形管和下连接件之间的机械连接。下连接件和锥形管可在轴向相互运动，并具有限制其径向可动性的装置。
文档编号F16L59/18GK1056127SQ9110197
公开日1991年11月13日 申请日期1991年3月30日 优先权日1990年4月27日
发明者梅利埃特·皮埃尔, 本克·让 申请人:保罗·伍尔恩公司