專利名稱：電弧爐的壓環(huán)組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件，尤其但不排他地涉及一種適用于電極柱的下部上的壓環(huán)組件。
背景技術(shù)：
電弧爐通常在火法冶金的熔煉操作過(guò)程中用于鋼鐵合金生產(chǎn)工業(yè)。電弧爐包括一個(gè)或多個(gè)電極，該一個(gè)或多個(gè)電極延伸到該電弧爐內(nèi)，且在使用中設(shè)置為接近爐內(nèi)負(fù)荷，以用于在熔煉操作中供給電力。變壓器通常置于電弧爐的外部，電力借助于觸靴從該變壓器傳遞到電極，其中，所述觸靴沿周向排列在電極周圍并與該電極可釋放地接合。
可以理解，為了實(shí)現(xiàn)最佳的電力傳導(dǎo)率，觸靴必須在所有相關(guān)時(shí)間內(nèi)維持與電極間的適當(dāng)電接觸。為了在通常惡劣的操作條件下維持觸靴和電極之間的適當(dāng)電接觸，壓環(huán)通常沿周向設(shè)置在觸靴周圍，并且其大小設(shè)置成能夠保持多個(gè)觸靴與電極電接觸。
在工業(yè)中遇到各種壓環(huán)裝置，包括連續(xù)式壓環(huán)(通常稱作實(shí)心環(huán)(solid ring))和分段式壓環(huán)，所述分段式壓環(huán)包括多個(gè)弧形段，多個(gè)弧形段互連形成圓環(huán)。一般優(yōu)選采用分段式壓環(huán)，這是由于在使用實(shí)心環(huán)時(shí)，存在與觸靴元件的更換相關(guān)的維護(hù)困難。
分段式壓環(huán)所遇到的其中一個(gè)困難涉及連接機(jī)構(gòu)，其中，相鄰的環(huán)段利用該連接機(jī)構(gòu)相互連接。第一個(gè)困難在于可得的連接機(jī)構(gòu)總是難于連接和分開，并且一旦分開，甚至更加難以重新連接。這在使用鉸鏈和銷型式(hinge-and-pin-type)的連接機(jī)構(gòu)的情況下尤其有問(wèn)題。與已知的連接機(jī)構(gòu)相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題在于，為使用這種機(jī)構(gòu)，壓環(huán)的相鄰環(huán)段需要完全對(duì)準(zhǔn)，并且這些機(jī)構(gòu)未構(gòu)造成有助于在安裝所述各環(huán)段時(shí)將其對(duì)準(zhǔn)。而且，已知的連接機(jī)構(gòu)(包括鉸鏈和銷型式的和平行銷型式的連接機(jī)構(gòu))僅僅設(shè)計(jì)用來(lái)防止所述各段在使用中相互移位，但是其不會(huì)在安裝過(guò)程中將鄰近的段相互拉得更近。
有關(guān)觸靴的另一個(gè)重要的要求在于其必須優(yōu)選相對(duì)較低地置于電極下部。然而，這就意味著觸靴并因此壓環(huán)將極為接近電弧爐的高溫部分。壓環(huán)因此暴露于惡劣的環(huán)境條件中。與電極相反，壓環(huán)沒(méi)有歸類為易耗品，并因此必須能夠經(jīng)受惡劣的爐工作條件，以延長(zhǎng)壽命。
在壓環(huán)的這種工作條件下，決定壓環(huán)壽命的最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)通常是通過(guò)壓環(huán)的有效熱消散和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。已經(jīng)提出各種解決方法，以通過(guò)優(yōu)化和/或控制上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)延長(zhǎng)壓環(huán)的壽命。
第一種解決方法(該解決方法在所謂的“拼合式設(shè)計(jì)”中實(shí)施)提議在最暴露于嚴(yán)峻的操作條件下的壓環(huán)的外周邊和底面周圍提供一個(gè)隔熱屏。隔熱屏由具有良好導(dǎo)熱率特征的材料制成，如銅。由于是壓環(huán)而不是隔熱屏來(lái)吸收施加在觸靴上的力，隔熱屏可具有有限的機(jī)械強(qiáng)度。隔熱屏因此將保護(hù)壓環(huán)避免暴露于過(guò)高的爐溫，且壓環(huán)的導(dǎo)熱率變得不那么關(guān)鍵。然而，由于尺寸復(fù)雜，這種解決方法比較復(fù)雜、未必成本有效且經(jīng)常不可行。
第二種解決方法(通常在所謂的“復(fù)合式設(shè)計(jì)”中實(shí)施)提議用良好導(dǎo)熱率特征的材料如純銅制造壓環(huán)。然而，純銅缺乏可經(jīng)受由觸靴施加在壓環(huán)上的力的機(jī)械強(qiáng)度，并特別易于蠕變。蠕變的產(chǎn)生此外還與壓環(huán)的溫度成比例，這就致使純銅一般不適于使用。為了克服機(jī)械強(qiáng)度方面的缺點(diǎn)，由純銅制造的壓環(huán)將必須具有相當(dāng)大的尺寸，從而容許壓環(huán)內(nèi)的最大應(yīng)力降低到這樣一個(gè)程度，即使得蠕變的產(chǎn)生在可接受的限度以下。然而，這就導(dǎo)致壓環(huán)變得重且龐大，并因而制造昂貴且難以操作。由于用于較大壓環(huán)的空間不足，這種壓環(huán)也與標(biāo)準(zhǔn)爐配置不兼容。
作為折衷的一個(gè)方法是可以考慮使用機(jī)械強(qiáng)度好于純銅的材料，但是其作為折衷而言具有低于純銅的導(dǎo)熱率。由這種材料制成的壓環(huán)將因此能夠應(yīng)付由觸靴造成的應(yīng)力，同時(shí)仍相當(dāng)適應(yīng)惡劣溫度條件。碳鋼、不銹鋼和鋁青銅之類的材料廣泛地在工業(yè)上使用，但是，這些材料都具有次最佳導(dǎo)熱率的共同缺點(diǎn)，并因此不利地影響到壓環(huán)的壽命。
經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題的壓環(huán)組件的又一個(gè)方面是壓環(huán)和觸靴之間的接觸面。觸靴從壓環(huán)朝向電極推動(dòng)，以便與其結(jié)合。這一般可以使用液壓活塞裝置或一些其他機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)獲得。
在工業(yè)中已知多種液壓活塞裝置。在多數(shù)裝置中，活塞置于由壓環(huán)段的凹面限定的增壓腔內(nèi)。流體在壓力下通過(guò)嵌在壓環(huán)段中的流道引入增壓腔，并對(duì)活塞施加向外的液壓力，該活塞依次將力傳遞給鄰近的觸靴，以迫使觸靴與電極接合?？梢岳斫猓@種裝置只有在壓環(huán)段和活塞之間的增壓腔被適當(dāng)?shù)孛芊鈺r(shí)才能最佳的工作，因?yàn)榉駝t將不能夠提高增壓腔內(nèi)的壓力以充分地致動(dòng)活塞。另外，壓環(huán)段和活塞之間的密封裝置應(yīng)該能夠適應(yīng)壓環(huán)和活塞之間的相對(duì)位移。
這個(gè)應(yīng)用中以前已經(jīng)采用了各種密封。例如橡膠膜由于其固有的彈性而被采用，但是，已經(jīng)證實(shí)，由于其不適應(yīng)于高溫條件而易于過(guò)早失效。
彈性密封的另一種型式是金屬波紋管，其在壓環(huán)組件中的使用已經(jīng)具有成效?，F(xiàn)有技術(shù)提供了壓環(huán)中的兩種型式的金屬波紋管，即成形波紋管和板式或隔膜波紋管。通過(guò)將均勻的金屬管或套筒成形為連續(xù)卷繞的波紋管來(lái)生產(chǎn)成形波紋管，而隔膜波紋管由在壓力下變形的單個(gè)薄板形成。
然而，使用成形波紋管和隔膜波紋管都已經(jīng)遇到若干問(wèn)題。首先，成形波紋管占據(jù)了相當(dāng)大的空間，因此導(dǎo)致活塞的直徑必須較小，以便裝配在壓環(huán)段中的增壓腔內(nèi)部?；钊闹睆皆叫。枰囊簤壕驮礁?，以便將相同的力施加在觸靴上。
與成形波紋管和隔膜波紋管均相關(guān)的第二個(gè)問(wèn)題是只有有限數(shù)量的盤旋可以容納在活塞和增壓腔之間的小空間內(nèi)，且該相對(duì)較小數(shù)量的盤旋必須滿足活塞所需的位移。這就造成盤旋超出最佳設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其反過(guò)來(lái)導(dǎo)致在波紋管中產(chǎn)生高的應(yīng)力和金屬疲勞，且需要較高的液壓來(lái)獲得足夠的活塞移動(dòng)。而且，隔膜波紋管會(huì)有低位移可能性和高應(yīng)力的問(wèn)題，導(dǎo)致金屬疲勞和過(guò)早失效。
作為液壓裝置的替換，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)也已經(jīng)用來(lái)將觸靴朝向電極推動(dòng)。然而，這些系統(tǒng)具有復(fù)雜和易于失效的缺點(diǎn)，并因此不能作為液壓裝置的適當(dāng)替換。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以理解電弧爐在負(fù)壓下操作，這就意味著存在將大氣吸入爐內(nèi)的趨勢(shì)。在電極的附近(即電極突出穿過(guò)爐頂?shù)牡胤?，這會(huì)造成不想要的由于爐內(nèi)的火法冶金反應(yīng)過(guò)程所導(dǎo)致的CO燃燒，由此增加了壓環(huán)附近的溫度。這可造成壓環(huán)、觸靴和活塞過(guò)熱和斷裂。
也將可以理解，電極及其元件借助于風(fēng)扇加壓，該風(fēng)扇使吹入空氣沿電極向下，以便在爐上方產(chǎn)生氣封，以防止?fàn)t內(nèi)氣體逃逸以及由此防止沿著電極向上形成氣體煙囪。在繞壓環(huán)組件周圍形成不適當(dāng)密封的情況下，爐內(nèi)氣體的不想要的逃逸可使氣封惡化，還可造成對(duì)電極元件的損害。
現(xiàn)有技術(shù)對(duì)壓環(huán)和觸靴之間的密封幾乎沒(méi)有做出貢獻(xiàn)，最多只是建議將耐熱棉或軟耐火粘土填充在壓環(huán)和觸靴之間的間隙中。這種權(quán)宜的密封通常完整性較低，并且在爐內(nèi)發(fā)生突然的壓力增加時(shí)(如在爐內(nèi)發(fā)生爆炸的情況下)經(jīng)常被崩出活塞。
本發(fā)明的目的因而，本發(fā)明的目的是提供一種壓環(huán)組件，該壓環(huán)組件將至少部分消除與現(xiàn)有的壓環(huán)組件相關(guān)的缺點(diǎn)，和/或?yàn)楝F(xiàn)有的壓環(huán)組件提供新的和有用的替代。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明，提供一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件，該壓環(huán)組件包括壓環(huán)，其特征在于該壓環(huán)由金屬合金制成，其中，合金中的第一種金屬是銅，第二種金屬?gòu)你t和銀組成的組中選擇。
該合金可包括至少97％的銅。在第二種金屬是鉻時(shí)，合金可包括在0.5％和3.0％之間的鉻，尤其是1.5％的鉻。在第二種金屬是銀時(shí)，合金可包括在0.05％和0.5％之間的銀，尤其是0.15％的銀。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供了一種金屬合金的用途，該金屬合金用于制造適用于電弧爐的壓環(huán)，該合金中的第一種金屬是銅，第二種金屬選自由鉻和銀組成的組。
依照本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件，該壓環(huán)組件包括至少兩個(gè)壓環(huán)段，這兩個(gè)壓環(huán)段尺寸適于相互接合從而在電極周圍形成壓環(huán)，各個(gè)壓環(huán)段均具有頂端、底端、兩個(gè)相對(duì)側(cè)端、面向電極的內(nèi)表面和相對(duì)的外表面；壓環(huán)組件的特征在于各個(gè)壓環(huán)段均包括位于相對(duì)側(cè)端附近并至少部分地在頂端和底端之間延伸的兩個(gè)接合結(jié)構(gòu)，各個(gè)接合結(jié)構(gòu)的特征還在于，其限定形成在壓環(huán)段的至少一個(gè)表面內(nèi)并相對(duì)于側(cè)端至少部分地漸縮，接合結(jié)構(gòu)適于由連接裝置接合，因此，在安裝壓環(huán)組件的過(guò)程中，可使壓環(huán)段朝向彼此拉到一起。
各個(gè)接合結(jié)構(gòu)可以基本上是連續(xù)的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，并可由嵌入在壓環(huán)段的表面內(nèi)的凹槽或者從該壓環(huán)段的表面上突出的突起限定形成。接合結(jié)構(gòu)可包括唇緣，該唇緣尺寸適于與限定形成在連接裝置中的互補(bǔ)尺寸的唇緣接合結(jié)構(gòu)配合，以便在接合結(jié)構(gòu)和連接裝置之間產(chǎn)生牢固接合。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，接合結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹槽，其限定形成在相對(duì)側(cè)端附近的壓環(huán)段的內(nèi)表面中，并在頂端和底端之間向下漸縮。尤其是，細(xì)長(zhǎng)凹槽從頂端向下到底端漸縮地離開側(cè)端。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供用于使適用于電弧爐的壓環(huán)組件的相鄰壓環(huán)段互連的連接裝置，該連接裝置的特征在于，其包括借助于中間跨接部分而相互連接的兩個(gè)腿部，其中，所述腿部相對(duì)于彼此并相對(duì)于連接裝置的延長(zhǎng)軸線至少部分地漸縮，連接裝置還適于與壓環(huán)段接合，這樣，在壓環(huán)組件的安裝過(guò)程中壓環(huán)段朝向彼此被拉到一起。
連接裝置可以是適于與壓環(huán)段接合的細(xì)長(zhǎng)的連接托架。特別地，連接裝置可以是細(xì)長(zhǎng)的滑動(dòng)托架，其適于滑動(dòng)到限定形成在壓環(huán)段內(nèi)的互補(bǔ)的漸縮接合結(jié)構(gòu)內(nèi)或者在其上滑動(dòng)。
跨接部分可以基本跨過(guò)連接裝置的長(zhǎng)度。可替換地，跨接部分可包括在連接裝置的腿部之間延伸的多個(gè)間隔開的橫拉條。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，連接裝置包括兩個(gè)獨(dú)立的腿部和一個(gè)獨(dú)立的中間跨接部分。在本發(fā)明的一個(gè)可替換的實(shí)施例中，腿部可由弧形的板材的端部區(qū)域限定形成。連接裝置的橫向截面輪廓可大致為C形、U形或V形。
依照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件，壓環(huán)組件包括至少一個(gè)壓環(huán)段、至少一個(gè)觸靴和活塞裝置，其中，所述觸靴從壓環(huán)段徑向向內(nèi)設(shè)置，所述活塞裝置包括置于壓環(huán)段和觸靴之間的活塞推板，以迫使觸靴與電極電接觸，活塞裝置包括與高壓流體源流動(dòng)連通的增壓腔，該活塞裝置包括增壓腔內(nèi)的密封件，以將該增壓腔密封，其中，密封件的特征在于其包括多個(gè)墊圈形的密封盤，該多個(gè)密封盤并排設(shè)置并焊接到一起，以形成彈性的手風(fēng)琴形波紋管。
特別地，密封件包括多個(gè)大致平行的、薄的、環(huán)形的金屬盤，該多個(gè)金屬盤彼此周向焊接到一起，從而形成手風(fēng)琴形波紋管?？商鎿Q地，密封件可包括設(shè)置在金屬盤之間的多個(gè)墊片，在該種情況下，金屬盤焊接到墊片上。
環(huán)形盤的厚度可在0.1mm和2mm之間。
另一個(gè)特征是提供了設(shè)置成與液體供給通道和液體返回通道流動(dòng)連通的增壓腔。在本發(fā)明的一個(gè)形式中，液體供給通道和液體返回通道可嵌入在壓環(huán)段內(nèi)，并可與增壓腔共同限定形成第一流道，該第一流道用于將流體輸送通過(guò)壓環(huán)段以及增壓腔，以便致動(dòng)活塞裝置并同時(shí)冷卻該壓環(huán)段。在本發(fā)明的可替換形式中，壓環(huán)段可包括獨(dú)立的第二流道，其嵌入在壓環(huán)段中，以用于輸送流體通過(guò)壓環(huán)段，從而將其冷卻。
在本發(fā)明的另一個(gè)可替換形式中，液體供給通道和液體返回通道可設(shè)置在壓環(huán)段的外部。
增壓腔可由殼體限定形成，其特征在于，殼體是由導(dǎo)熱率至少為100瓦特每米開爾文的材料制成。
活塞裝置的特征還在于其包括設(shè)置在活塞推板和殼體之間的第二密封件。特別地，第二密封件可設(shè)置在活塞推板和套筒形的殼體之間形成的環(huán)形間隙內(nèi)。尤其是，活塞推板可包括用于接收第二密封件的周向凹槽。第二密封件可以是金屬環(huán)形式。
依照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件，該壓環(huán)組件包括設(shè)置在電極周圍的壓環(huán)和設(shè)置在壓環(huán)和電極之間的觸靴，這樣，在壓環(huán)和觸靴之間形成環(huán)形間隙，壓環(huán)組件的特征在于，其包括在壓環(huán)和觸靴之間的密封裝置，該密封裝置包括位于壓環(huán)和觸靴中的一個(gè)或兩者內(nèi)的凹槽，且密封件陷入在凹槽內(nèi)，以密封環(huán)形間隙。
密封件可以是彈性密封件，且在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，密封件也可被偏壓，以便于在觸靴位移過(guò)程中恒密封環(huán)形間隙。該密封件可以是絕緣材料的，尤其可由陶瓷或可選的由碳化硅制成。
密封件可包括在凹槽中以首尾相連形式排列的多個(gè)密封段，以便形成大致連續(xù)的環(huán)形密封。


以下以非限制性示例方式參考附圖敘述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是依照本發(fā)明的壓環(huán)組件的透視圖；圖2是圖1所示的壓環(huán)組件的俯視圖；圖3是圖1所示的壓環(huán)組件的截面?zhèn)纫晥D；圖4是圖1所示的壓環(huán)組件的截面俯視圖；圖5是依照本發(fā)明的連接裝置的截面俯視圖；圖6是依照本發(fā)明的密封裝置的截面?zhèn)纫晥D；圖7是用于圖1中的壓環(huán)組件的波紋管的截面視圖；圖8是依照本發(fā)明的一個(gè)壓環(huán)段的前視圖；圖9是依照本發(fā)明的連接裝置的兩個(gè)透視圖；以及圖10是表示各種材料的蠕變速率和溫度之間的關(guān)系的圖示。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，用附圖標(biāo)記10總的表示依照本發(fā)明的壓環(huán)組件的非限制性實(shí)施例。壓環(huán)組件10包括壓環(huán)20、多個(gè)觸靴50以及多個(gè)活塞裝置40，其中，該壓環(huán)20包括多個(gè)互連的壓環(huán)段22，所述多個(gè)觸靴50鄰近于壓環(huán)20的有效內(nèi)表面36，所述多個(gè)活塞裝置40置于各個(gè)觸靴50和壓環(huán)20之間。在使用中，壓環(huán)20和觸靴50環(huán)繞著電弧爐(未示出)內(nèi)使用的電極(未示出)。
依照具體實(shí)施例的壓環(huán)20在俯視圖上看時(shí)是圓環(huán)，壓環(huán)的兩個(gè)相鄰的壓環(huán)段22在圖1和2中示出。各個(gè)壓環(huán)段在俯視圖上看時(shí)是弧形的，并包括背離電極的外表面35和面朝電極(未示出)的內(nèi)表面36。各個(gè)壓環(huán)段具有頂端24和底端25，底端在這個(gè)實(shí)施例中以大致L形部分終止。周向凹槽33朝向壓環(huán)段22的底端25設(shè)置，且在這個(gè)具體結(jié)構(gòu)中，凹槽33位于面向觸靴50的L形部分的表面上。密封件54置于凹槽內(nèi)，并在下文對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)敘述。懸架23從頂端24延伸，并用于把壓環(huán)段22從而也就把壓環(huán)20懸掛在連接到觸靴50的懸架51上。
各個(gè)壓環(huán)段22還具有相對(duì)的平行側(cè)端26，側(cè)端26相對(duì)于頂端24和底端25大致垂直。接合結(jié)構(gòu)27位于側(cè)端26附近，并至少部分地延伸在壓環(huán)段22的頂端24和底端25之間。在這個(gè)具體實(shí)施例中，接合結(jié)構(gòu)27為位于壓環(huán)段22的內(nèi)表面36中的凹槽形式，但是將可以理解，接合結(jié)構(gòu)可以是細(xì)長(zhǎng)的突起形式，而不是凹槽形式，且接合結(jié)構(gòu)可以位于壓環(huán)段22的外表面35而不是內(nèi)表面36中。凹槽27相對(duì)于側(cè)端26是漸縮的，并尤其從頂端24向下到底端25漸縮地離開側(cè)端26。在具體實(shí)施例中，凹槽27沿著其整個(gè)長(zhǎng)度漸縮，但是可以理解，只有各個(gè)凹槽的一部分需要是漸縮的，且其余部分例如可相對(duì)于側(cè)端26平行。
如從圖1和5所看到的，凹槽27還朝向壓環(huán)段22的側(cè)端26被底切，以便形成唇緣28，該唇緣28有助于將相鄰的壓環(huán)段22固定地連接。
相鄰的壓環(huán)段22借助于向外漸縮或者轉(zhuǎn)向的連接裝置60被可釋放地連接。在這個(gè)具體實(shí)施例中，連接裝置為細(xì)長(zhǎng)的滑動(dòng)托架形式，如圖9的透視圖所示。各個(gè)滑動(dòng)托架60均包括兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)的腿部61，這兩個(gè)腿部61借助于中間的跨接部分62相互連接。這兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)腿部61相對(duì)于彼此并相對(duì)于滑動(dòng)托架60的延長(zhǎng)軸線64漸縮，且尤其是這兩個(gè)腿部61分叉，以便與鄰近的壓環(huán)段22中的互補(bǔ)的漸縮凹槽27配合。這個(gè)實(shí)施例所示的跨接部分62為基本上沿著腿部61的整個(gè)長(zhǎng)度在腿部61之間延伸的大致實(shí)心的板形部分，但是，跨接部分也可包括多個(gè)間隔開的橫拉條(未示出)。將可以理解，腿部和跨接部分可以一體形成，例如由彎曲成合適形狀的板材形成，或者通過(guò)鑄鋼鑄造形成。滑動(dòng)托架60還包括在滑動(dòng)托架60安裝和拆卸過(guò)程中所用的孔63。如可從圖5看出，滑動(dòng)托架60在從截面俯視圖看時(shí)大致為C形。類似地，托架也可是U形或V形的。
在使用中，兩個(gè)壓環(huán)段22相互鄰接地設(shè)置，因此，鄰近的凹槽27形成了兩個(gè)分叉的通道或接合結(jié)構(gòu)。通過(guò)在壓環(huán)段的側(cè)端26內(nèi)提供對(duì)準(zhǔn)孔29和對(duì)準(zhǔn)隆起34而便于進(jìn)行正確地對(duì)準(zhǔn)。連接裝置60隨后從壓環(huán)段22的頂端24插入，以便使細(xì)長(zhǎng)的腿部61從上方進(jìn)入凹槽27內(nèi)。在向下推動(dòng)連接裝置60時(shí)，腿部61與凹槽27和唇緣28接合，如此就因滑動(dòng)托架60和凹槽27的漸縮結(jié)構(gòu)而迫使兩個(gè)壓環(huán)段22朝向彼此緊靠。將可以理解，凹槽27，并因此滑動(dòng)托架60的腿部61，不必沿著其整個(gè)長(zhǎng)度是分叉或漸縮的。夾緊裝置61部分和凹槽27可大致是平行的，只要至少一些部分(無(wú)論是上部或下部)是漸縮的。
觸靴50位于各個(gè)壓環(huán)段22的內(nèi)表面36附近。在完成的壓環(huán)組件10中，觸靴50因此從壓環(huán)徑向向內(nèi)設(shè)置，這樣，壓環(huán)20就圍繞觸靴50周圍。觸靴50可相對(duì)于壓環(huán)段22位移，以便能夠與置于壓環(huán)20以及觸靴50內(nèi)部的電極(未示出)接合。在接合了電極時(shí)，反作用力朝向壓環(huán)段22施加在觸靴上，該觸靴反過(guò)來(lái)吸收該反作用力。應(yīng)該指出，觸靴50的重量由觸靴懸架51承載，而不是由壓環(huán)段22承載。
如圖3所示，活塞裝置40設(shè)在各個(gè)壓環(huán)段22上，以便于觸靴50相對(duì)于壓環(huán)段22移動(dòng)。該活塞裝置40包括增壓腔42，該增壓腔42由活塞推板41、套筒形的殼體43和壓環(huán)段22的內(nèi)表面36形成。利用波紋管形式的密封件44將活塞推板41相對(duì)于壓環(huán)段22和套筒形的殼體43可移動(dòng)地連接，該密封件44也用來(lái)密封增壓腔42。波紋管44在圖7中更詳細(xì)地示出，并包括多個(gè)墊圈似的金屬盤46，金屬盤46與設(shè)在其間的墊片49并排地設(shè)置。金屬盤46的外邊緣焊接到墊片49上，內(nèi)邊緣47相互焊接到一起，從而形成手風(fēng)琴式波紋管。這種型式的波紋管經(jīng)常稱作板片波紋管(leaf bellows)。在使用中，波紋管44可沿著箭頭A所指示的方向位移。金屬盤的厚度通常在0.1mm和2mm之間。
波紋管44的第一端焊接到活塞推板41上，波紋管44的第二端焊接到套筒形的殼體43的內(nèi)表面上。這種構(gòu)造導(dǎo)致活塞推板41可相對(duì)于波紋管殼體43移動(dòng)，但是同時(shí)仍相對(duì)于波紋管殼體43被密封。增壓腔42因此仍沿著活塞推板41的整個(gè)沖程被連續(xù)地密封?；钊瓢?1相對(duì)于壓環(huán)段22的移動(dòng)受到?jīng)_程限制器45的限制，該沖程限制器45可以是各種結(jié)構(gòu)的，但是尤其是能夠設(shè)在所需位置的螺栓形式的結(jié)構(gòu)。
增壓腔42的壓力增加，以便將外力傳遞到活塞推板41上。波紋管44的彈性容許活塞推板41移動(dòng)離開壓環(huán)段22，以便在使用中推動(dòng)觸靴50與電極(未示出)緊靠。將可以理解，活塞裝置40可以是筒型活塞組件，在這種情況下，增壓腔42將由活塞推板41、套筒形的殼體43和從套筒形的殼體43延伸的端板限定形成。這種組件將與壓環(huán)段分離開，并將只置于設(shè)在壓環(huán)段中的凹槽內(nèi)部。
增壓腔42通過(guò)經(jīng)由嵌入到壓環(huán)段22內(nèi)部的第一流道31把高壓流體(如水)引入該增壓腔42內(nèi)而增壓。在這個(gè)具體實(shí)施例中，各個(gè)壓環(huán)段22均包括平行構(gòu)建的兩個(gè)內(nèi)部流道。第二流道32只用作冷卻通道，其中，通過(guò)流入冷卻通道內(nèi)部的冷卻流體來(lái)除去壓環(huán)段22的熱。同時(shí)，第一流道31也有助于冷卻，其也將液體輸送到活塞腔42或者從活塞腔42輸出液體。第一流道31的供給壓力增加因此將導(dǎo)致增壓腔42內(nèi)的壓力增加，并因此導(dǎo)致活塞推板41移動(dòng)。
在使用中，即使第二流道32不起作用，也將可通過(guò)第一流道31中的流體來(lái)除去壓環(huán)段中的熱，反之亦然。這在即使在第一流道31或第二流道32的使用已經(jīng)因例如波紋管44的失效而終止之后壓環(huán)段仍保持有效方面是有益的，這是由于將經(jīng)由剩余的流道來(lái)提供充分的熱傳遞，直到系統(tǒng)可被關(guān)閉以用于維護(hù)。這是對(duì)通過(guò)單個(gè)共用的通道來(lái)進(jìn)行熱傳遞和活塞位移的其他系統(tǒng)的主要改進(jìn)。將可以理解，在使用如上所述的筒型活塞組件時(shí)，第一流道31和第二流道32可置于壓環(huán)段22的外部。
第二密封件48還設(shè)在活塞推板41和套筒形的殼體43之間。第二密封件48置于位于活塞推板周邊的周向密封凹槽內(nèi)，并通常為金屬環(huán)形式。該密封件48防止灰塵和污垢進(jìn)入活塞裝置40內(nèi)，尤其是進(jìn)入波紋管44的相鄰的盤46之間的間隙中。
如上所述，密封件54置于壓環(huán)段22的底端25中的凹槽33內(nèi)。觸靴50的下部53限定形成相對(duì)的密封表面，以便密封觸靴50和壓環(huán)20之間的環(huán)形間隙。在圖6中更加詳細(xì)地示出該密封裝置。該密封件可包括彼此相鄰設(shè)置的多個(gè)密封段，從而形成大致連續(xù)的周向密封。將可以理解，可以使用各種組合，如在與壓環(huán)相對(duì)的觸靴內(nèi)提供周向凹槽，或者在壓環(huán)和觸靴內(nèi)都提供周向凹槽。在此應(yīng)用中可采用各種密封件54。例如，可以使用陶瓷密封件，在這種情況下，通過(guò)在密封件和凹槽之間設(shè)置彈簧墊圈，密封件可以被朝向密封位置偏壓。在可替換的方式中，可以使用彈性密封件，在這種情況下將不需要使用彈簧墊圈或類似物。
壓環(huán)20暴露于高溫下，這是由于其位置與爐內(nèi)部極為接近。另外，由于觸靴50在電極上的夾緊作用，大致朝向外的反作用力施加在壓環(huán)上。因此，重要的是利用下述材料來(lái)制造壓環(huán)20，尤其是單獨(dú)的壓環(huán)段22，其中，該材料首先具有良好導(dǎo)熱率特征，以確保適當(dāng)?shù)厝コ裏?，其次是在高溫下具有良好的機(jī)械強(qiáng)度特性。尤其重要的是，該材料在高溫、高應(yīng)力條件下具有相當(dāng)?shù)偷娜渥兯俾省?br> 本發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，銅/鉻和銅/銀微合金已經(jīng)證實(shí)特別適用于這種應(yīng)用。對(duì)包括0.15％(以重量計(jì))的銀和1.5％(以重量計(jì))的鉻的合金進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄了改進(jìn)的性能。例如，銅和銀(在圖中表示為CuAg)的改進(jìn)性能在圖9中示出，圖9是不同的材料在高溫下每1000小時(shí)的蠕變與應(yīng)力的關(guān)系曲線之間的比較?？蓮膱D中明顯看出，銅/銀合金可以在傳統(tǒng)使用的材料例如無(wú)氧銅(CuOF)和高導(dǎo)熱銅(HCCu)所經(jīng)歷的相同的蠕變速率下經(jīng)受更高的應(yīng)力。與純銅相比，銀或鉻加入銅中稍微降低材料的導(dǎo)熱率，但是導(dǎo)熱率仍在可接受的范圍內(nèi)，尤其是其導(dǎo)熱率仍然高達(dá)鋁青銅和碳鋼的導(dǎo)熱率的6.5倍，并高達(dá)不銹鋼的導(dǎo)熱率的20倍，這些材料都在以前用于此應(yīng)用中。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)波紋管殼體43和活塞推板41時(shí)正確的材料選擇實(shí)質(zhì)上有助于延長(zhǎng)壓環(huán)組件的使用壽命并增加可靠性。關(guān)于這一點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用導(dǎo)熱率超過(guò)100瓦特每米開爾文的材料，如銅，實(shí)質(zhì)上提高了波紋管殼體和活塞推板的冷卻能力，因此導(dǎo)致延長(zhǎng)了預(yù)期使用壽命。
將可以理解，以上只是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并且在不偏離本發(fā)明在權(quán)利要求中所主張的精神和范圍的情況下，可以做出各種細(xì)節(jié)的改變。
權(quán)利要求
1.一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件(10)，該壓環(huán)組件(10)包括壓環(huán)(20)，其特征在于，該壓環(huán)(20)由金屬合金制成，合金中的第一種金屬是銅，第二種金屬?gòu)你t和銀組成的組中選擇。
2.如權(quán)利要求1所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，所述合金包括至少97％的銅，在第二種金屬是鉻時(shí)，鉻在0.5％和3.0％之間，尤其是1.5％的鉻；在第二種金屬是銀時(shí)，銀在0.05％和0.5％之間，尤其是0.15％的銀。
3.一種金屬合金的用途，其用于制造適用于電弧爐的壓環(huán)(20)，其中，該合金中的第一種金屬是銅，第二種金屬是從鉻和銀組成的組中選擇。
4.一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件(10)，該壓環(huán)組件(10)包括至少兩個(gè)壓環(huán)段(22)，這兩個(gè)壓環(huán)段(22)尺寸適于相互接合以形成電極周圍的壓環(huán)(20)，各個(gè)壓環(huán)段(22)均具有頂端(24)、底端(25)、兩個(gè)相對(duì)側(cè)端(26)、朝向電極的內(nèi)表面(36)和相對(duì)的外表面(35)；該壓環(huán)組件(10)的特征在于，各個(gè)壓環(huán)段(22)均包括兩個(gè)接合結(jié)構(gòu)(27)，所述接合結(jié)構(gòu)(27)位于所述相對(duì)的側(cè)端(26)附近并至少部分地在頂端(24)和底端(25)之間延伸，各個(gè)接合結(jié)構(gòu)(27)的特征還在于，其限定在壓環(huán)段(22)的至少一個(gè)表面內(nèi)并相對(duì)于側(cè)端(26)至少部分地漸縮，接合結(jié)構(gòu)(27)適于由連接裝置(60)接合，這樣，在壓環(huán)組件(10)的安裝過(guò)程中壓環(huán)段(22)被朝向彼此拉到一起。
5.如權(quán)利要求4所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，各個(gè)接合結(jié)構(gòu)(27)大致是連續(xù)的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)造，并由嵌入在壓環(huán)段(22)的表面內(nèi)的凹槽或者從該壓環(huán)段(22)的表面上突出的突起限定。
6.如權(quán)利要求4所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，接合結(jié)構(gòu)(27)包括唇緣(28)，該唇緣(28)的尺寸適于與限定在連接裝置(60)內(nèi)的尺寸互補(bǔ)的唇緣接合結(jié)構(gòu)配合，以便在接合結(jié)構(gòu)(27)和連接裝置(60)之間產(chǎn)生牢固的接合。
7.如權(quán)利要求4所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，各個(gè)接合結(jié)構(gòu)(27)均包括限定在相對(duì)的側(cè)端(26)附近的壓環(huán)段(22)的內(nèi)表面中的兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凹槽，這兩個(gè)凹槽在所述頂端和底端之間朝下漸縮，并尤其從所述頂端向下到底端漸縮地離開側(cè)端(26)。
8.一種用于將適用于電弧爐的壓環(huán)組件(10)的相鄰的壓環(huán)段(22)互連的連接裝置(60)，該連接裝置(60)的特征在于，其包括借助于中間的跨接部分(62)相互連接的兩個(gè)腿部(61)，其中，所述腿部(61)相對(duì)于彼此并相對(duì)于連接裝置(60)的延長(zhǎng)軸線(64)至少部分地漸縮，該連接裝置(60)還適于與壓環(huán)段(22)接合，這樣，在壓環(huán)組件(10)的安裝過(guò)程中就可將壓環(huán)段(22)朝向彼此拉到一起。
9.如權(quán)利要求8所述的連接裝置(60)，其特征在于，該連接裝置(60)是適于與壓環(huán)段(22)接合的細(xì)長(zhǎng)的連接托架，該連接裝置(60)尤其是細(xì)長(zhǎng)的滑動(dòng)托架，其適于滑動(dòng)到限定在壓環(huán)段(22)中的互補(bǔ)的漸縮的接合結(jié)構(gòu)(27)內(nèi)或者在其上滑過(guò)。
10.如權(quán)利要求8所述的連接裝置(60)，其特征在于，跨接部分(62)或者基本跨過(guò)連接裝置(60)的長(zhǎng)度，或者可替換地，該跨接部分(62)包括在連接裝置(60)的腿部(61)之間延伸的多個(gè)間隔開的橫拉條。
11.如權(quán)利要求8所述的連接裝置(60)，其特征在于，其包括兩個(gè)獨(dú)立的腿部(61)和一個(gè)獨(dú)立的中間跨接部分(62)。
12.如權(quán)利要求8所述的連接裝置(60)，其特征在于，所述腿部(61)由弧形板材的端部區(qū)域限定，該連接裝置(60)的橫向截面輪廓大致為C形、U形或V形。
13.一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件(10)，該壓環(huán)組件(10)包括至少一個(gè)壓環(huán)段(22)、至少一個(gè)觸靴(50)和活塞裝置(40)，其中，該至少一個(gè)觸靴(50)從壓環(huán)段(22)徑向向內(nèi)設(shè)置，所述活塞裝置(40)包括置于壓環(huán)段(22)和觸靴(50)之間的活塞推板(41)，以推動(dòng)觸靴(50)與電極電接觸，活塞裝置(40)包括與高壓流體源流動(dòng)連通的增壓腔(42)，活塞裝置(40)包括增壓腔(42)中的密封件(44)，以用于密封該增壓腔，其中，密封件(44)的特征在于，其包括多個(gè)墊圈式的密封盤(46)，密封盤(46)并排設(shè)置并焊接到一起，以形成彈性的手風(fēng)琴式波紋管。
14.如權(quán)利要求13所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，該密封件(44)包括多個(gè)大致平行的、薄的、環(huán)形金屬盤(46)，該多個(gè)金屬盤(46)相互沿周向焊接到一起，以形成手風(fēng)琴式波紋管。
15.如權(quán)利要求13所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，該密封件(44)包括設(shè)置在金屬盤(46)之間的多個(gè)墊片(49)，在這種情況下，金屬盤焊接到墊片上。
16.如權(quán)利要求14或15所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，所述環(huán)形金屬盤(46)的厚度在0.1mm和2mm之間。
17.如權(quán)利要求13所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，增壓腔(42)設(shè)置成與液體供給通道和液體返回通道流動(dòng)連通，其中，液體供給通道和液體返回通道嵌在壓環(huán)段(22)中，并與增壓腔(42)共同限定第一流道(31)，該第一流道(31)用于輸送流體通過(guò)壓環(huán)(20)和增壓腔(42)，以便致動(dòng)活塞裝置(40)，同時(shí)冷卻壓環(huán)段(22)。
18.如權(quán)利要求17所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，壓環(huán)段(22)包括獨(dú)立的第二流道(32)，其嵌入在壓環(huán)段(22)內(nèi)，以輸送流體通過(guò)壓環(huán)段(22)，從而將其冷卻。
19.如權(quán)利要求13所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，增壓腔(42)設(shè)置成與液體供給通道和液體返回通道流動(dòng)連通，其中，液體供給通道和返回通道設(shè)置在壓環(huán)段(22)的外部。
20.如權(quán)利要求13所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，增壓腔(42)由殼體(43)限定，所述殼體(43)由導(dǎo)熱率為至少100瓦特每米開爾文的材料制成。
21.如權(quán)利要求13所述的壓環(huán)組件，其特征在于，活塞裝置(40)包括設(shè)置在活塞推板(41)和殼體(43)之間的第二密封件(48)，尤其設(shè)置在活塞推板(41)和套筒形的殼體(43)之間形成的環(huán)形間隙中，活塞推板(41)包括周向凹槽，以用于接收第二密封件(48)，該第二密封件可以為金屬環(huán)形式。
22.依照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件(10)，該壓環(huán)組件(10)包括設(shè)置在電極周圍的壓環(huán)(20)和設(shè)置在壓環(huán)(20)和電極之間的觸靴(50)，這樣，在壓環(huán)(20)和觸靴(50)之間形成環(huán)形間隙，該壓環(huán)組件(10)的特征在于，其包括設(shè)在壓環(huán)和觸靴(50)之間的密封裝置，該密封裝置包括凹槽(33)和密封件(54)，其中，該凹槽(33)設(shè)在壓環(huán)(20)和觸靴(50)中的一個(gè)或兩者之內(nèi)，所述密封件(54)卡入凹槽(33)內(nèi)，以密封環(huán)形間隙。
23.如權(quán)利要求22所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，密封件(44)是彈性密封件，且在本發(fā)明的優(yōu)選形式中也可以被偏壓，以便于環(huán)形間隙在觸靴(50)的位移過(guò)程中的恒密封。
24.如權(quán)利要求22所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，密封件(44)是絕緣材料，尤其是用陶瓷或碳化硅制成。
25.如權(quán)利要求22所述的壓環(huán)組件(10)，其特征在于，密封件(44)包括以首尾相連的方式設(shè)置在所述凹槽中的多個(gè)密封段，以便形成大致連續(xù)的環(huán)形密封件(54)。
26.依照本發(fā)明，提供一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件(10)，該壓環(huán)組件(10)包括至少兩個(gè)壓環(huán)段(22)，所述壓環(huán)段(22)尺寸適于相互接合，從而形成圍繞電極的壓環(huán)(20)，各個(gè)壓環(huán)段(22)均具有頂端(24)、底端(25)、兩個(gè)相對(duì)側(cè)端(26)、面朝電極的內(nèi)表面(36)和相對(duì)的外表面(35)，該壓環(huán)組件(10)還包括至少一個(gè)觸靴(50)和活塞裝置(40)，該至少一個(gè)觸靴(50)設(shè)置在壓環(huán)(20)和電極之間，這樣就在壓環(huán)(20)和觸靴(50)之間形成環(huán)形間隙，該活塞裝置(40)包括位于壓環(huán)段(22)和觸靴(50)之間的活塞推板(41)，以推動(dòng)觸靴(50)與電極電接觸，活塞裝置(40)包括與高壓流體源流動(dòng)連通的增壓腔(42)，壓環(huán)組件(10)的特征在于，其包括下述特征至少之一，即壓環(huán)(20)由金屬合金制成，其中，合金中的第一種金屬是銅，第二種金屬?gòu)你t和銀組成的組中選擇；各個(gè)壓環(huán)段(22)均包括兩個(gè)接合結(jié)構(gòu)(27)，接合結(jié)構(gòu)(27)位于相對(duì)的側(cè)端(26)附近并至少部分地在頂端(24)和底端(25)之間延伸，各個(gè)接合結(jié)構(gòu)(27)的特征還在于，其限定在壓環(huán)段(22)的至少一個(gè)表面(35，36)內(nèi)，并相對(duì)于側(cè)端(26)至少部分地漸縮，接合結(jié)構(gòu)(27)適于由連接裝置(60)接合，這樣，在壓環(huán)組件(10)的安裝過(guò)程中就將壓環(huán)段(22)朝向彼此拉到一起；該壓環(huán)組件包括用于將相鄰的壓環(huán)段(22)互連的連接裝置(60)，該連接裝置(60)包括通過(guò)中間的跨接部分(62)相互連接的兩個(gè)腿部(61)，其中，腿部(61)相對(duì)于彼此并相對(duì)于連接裝置(60)的延長(zhǎng)軸線(64)至少部分地漸縮，連接裝置(60)還適于接合壓環(huán)段(22)，這樣，在壓環(huán)組件(10)的安裝過(guò)程中壓環(huán)段被朝向彼此拉到一起；活塞裝置(40)包括增壓腔(42)內(nèi)的密封件(44)，以將該增壓腔密封，其中，密封件(44)的特征在于其包括多個(gè)墊圈式的密封盤(46)，密封盤(46)并排設(shè)置并焊接到一起，從而形成彈性的手風(fēng)琴式波紋管；和/或該壓環(huán)組件包括設(shè)在壓環(huán)和觸靴(50)之間的密封裝置，該密封裝置包括凹槽(33)和密封件(54)，其中，該凹槽(33)設(shè)在壓環(huán)(20)和觸靴(50)中的一個(gè)或兩者內(nèi)，所述密封件(54)陷入凹槽(33)內(nèi)，以密封環(huán)形間隙。
27.一種基本上如本文參照附圖闡述和示例的壓環(huán)組件(10)。
28.用于互連基本如參照附圖闡述和示例的壓環(huán)組件(10)的相鄰壓環(huán)段(22)的連接裝置(60)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于電弧爐的壓環(huán)組件(10)，其中，壓環(huán)組件(10)包括相互接合的至少兩個(gè)壓環(huán)段(22)、設(shè)置在壓環(huán)(20)和電極之間的至少一個(gè)觸靴(50)和設(shè)置在壓環(huán)段(22)和觸靴(50)之間以推動(dòng)該觸靴(50)與電極電接觸的活塞裝置(40)。壓環(huán)組件(10)的特征在于其由金屬合金制成，其中合金中的第一種金屬是銅，第二種金屬是從鉻和銀組成的組中選擇。壓環(huán)組件(10)的特征還在于，各個(gè)壓環(huán)段(22)均包括兩個(gè)漸縮接合結(jié)構(gòu)(27)，所述接合結(jié)構(gòu)(27)限定形成在壓環(huán)段(22)內(nèi)，并適于由互補(bǔ)的漸縮連接裝置(60)接合，這樣，在壓環(huán)組件的安裝過(guò)程中就可將壓環(huán)段(22)朝向彼此拉到一起。壓環(huán)組件(10)還提供了壓環(huán)和觸靴(50)之間的密封裝置。
文檔編號(hào)H05B7/10GK1926923SQ200580006485
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者雅克·文特爾 申請(qǐng)人:麥迪克斯控股公司