專利名稱：分室爐腔的冷卻裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于烘烤碳塊的一所謂“旋轉(zhuǎn)火焰”式分室爐(英文為“ringfurnace”)，尤其是一開口型分室爐。本發(fā)明尤其涉及在進行維護、檢修前，用于冷卻這類爐的方法及裝置。
背景技術(shù)：
開口型旋轉(zhuǎn)火焰式分室爐已為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，尤其在法國專利申請FR 2 600 152(對應(yīng)美國專利US 4 859 175)及FR 2 535 834(對應(yīng)英國專利GB 2 129 918)中已描述過。
分室爐包括呈直線排列的一系列室，各室包括許多長形腔，所述腔之間由空心隔熱板分隔開。
對某一室來說，碳塊的烘烤一周期通常包括在所述室內(nèi)裝填入生碳塊、加熱所述室直至到達碳塊烘烤溫度(一般在1100至1200攝氏度之間)、冷卻所述室直至到達可把已烤好的碳塊從中取出的溫度、所述室冷卻至環(huán)境溫度。旋轉(zhuǎn)火焰的原則在于，通過移動加熱裝置(如燃燒器噴嘴)及吸氣裝置，持續(xù)對爐室實施加熱。
因此，一給定室連續(xù)經(jīng)過預(yù)熱、烘烤及冷卻階段。一般來說，有十來個室同時“活動”在所謂冷卻區(qū)有四個，在所謂加熱區(qū)有三個，在所謂預(yù)熱區(qū)有三個。所述活動室構(gòu)成所謂“火焰”。
但取出碳塊后，爐腔所需的冷卻時間非常長，當(dāng)必須對爐進行檢修如替換隔板時，這會限制爐的生產(chǎn)力，因為出于健康原因，在壁的溫度降到30攝氏度之前，不可能讓技術(shù)員進入腔內(nèi)作業(yè)，所以這就必需一般等待時間，一般長于3天。
因此，本申請人研制了一種簡單、易工業(yè)化的裝置，以加快爐腔的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一旋轉(zhuǎn)火焰式分室爐腔的冷卻方法，其特征在于，它包括在腔內(nèi)產(chǎn)生一冷卻流體流動F；并且所述冷卻流體流動F的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿腔壁的確定表面流動。
本發(fā)明的目的還在于提出旋轉(zhuǎn)火焰爐腔的冷卻裝置，其特征在于，它包括——至少一第一裝置，所述裝置可在腔內(nèi)產(chǎn)生冷卻流體流動F，例如為一通風(fēng)裝置；——至少一第二裝置，所述裝置可使所述冷卻流體流動F的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿腔壁的確定表面流動，例如為一限制裝置。
本發(fā)明的目的還在于提出使用本發(fā)明裝置的旋轉(zhuǎn)火焰爐腔的冷卻方法。
本申請人看到，腔壁附近的冷卻流體流動呈大致垂直的流動，可極大加快所述腔的冷卻速度。因此，在某些情況下，本發(fā)明可在工業(yè)尺寸爐內(nèi)，取消火焰室。


后文將參照附圖詳細進行描述，以更好理解本發(fā)明。
圖1示出了旋轉(zhuǎn)火焰爐部分透視圖。
圖2示出了旋轉(zhuǎn)火焰爐通道俯視圖(沿軸Z)。
圖3示出了本發(fā)明裝置的一實施例，所述裝置處于等待位置上，(a)為窄邊的側(cè)視圖(軸X)及(b)為寬邊的側(cè)視圖(軸Y)。
圖4示出了本發(fā)明裝置的一實施例，所述裝置處于展開位置上，(a)為窄邊的側(cè)視圖(軸X)及(b)為寬邊的側(cè)視圖(軸Y)。
圖5及6示出了利用本發(fā)明裝置的最佳實施方式而獲得的冷卻流的運動。
具體實施例方式
如圖1、2所示，旋轉(zhuǎn)火焰爐包括串聯(lián)著的一列室(10，11，12......)。各室包括橫向方向上(沿軸Y)的長形腔(2)和縱向方向(沿軸X)上的空心隔熱板(3)，它們交替放置。如圖所示，圖2的虛線(1)確定了一室，并示出了它的若干腔(2)，所述腔平行放置，之間由隔板(3)分隔開。
腔(2)由隔熱板(3)、橫向墻柱(4)及地板(24)確定。隔熱板(3)和橫向墻柱(4)形成大致垂直的壁(2A，2B)；地板(24)形成大致水平的底(2C)。隔熱板(3)的端部通常包括有孔(6)的橫墻(5)。隔熱板(3)包括薄的側(cè)壁(9)，所述側(cè)壁通常由隔板(7)、擋板(8)隔開。隔熱板(3)裝配有進入裝置(20)，稱為“開口”，所述裝置尤其可引入加熱裝置(如燃燒室噴嘴)(圖中未示出)或吸氣裝置(21，22)。爐的組件(2，3，4，5，24)由耐火材料形成，通常為耐火磚。各腔(2)一般深5米。
圖1示出了在烘烤所述碳塊過程中，利用一防護粉(32)，碳塊(31)堆放在腔(2)內(nèi)的一種典型方式。
室形成沿火焰方向C上的一條長通道。旋轉(zhuǎn)火焰爐通常有兩條平行通道，其長度分別約為一百來米。通道一般由側(cè)墻(23)確定。
烘烤操作中，由空氣、加熱氣體、由碳塊釋放的蒸氣或燃燒氣體(或最通常的是上述氣體的混合)構(gòu)成的流動，沿爐的長度方向(軸X)，在一串彼此之間相通的空心隔熱板(3)內(nèi)流動。所述氣流從活動室上方吹入，在所述室下方被吸進。氣體燃燒產(chǎn)生的熱傳遞給腔(2)內(nèi)的碳塊，從而烘烤所述碳塊。
本發(fā)明的詳細描述根據(jù)本發(fā)明，旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的冷卻方法，所述腔包括壁(2A，2B)，其特征在于，它包括在腔(2)內(nèi)產(chǎn)生一冷卻流體流動F；并且所述冷卻流體流動F的至少一部分Fr以大致垂直的方式，沿腔(2)壁(2A，2B)的確定表面流動。
腔的內(nèi)部即烘烤中被碳塊(31)、防護粉或“塵”(32)正常占據(jù)的空間。
大致垂直流是從一流動延伸出來，對所述流動來說，流動F的垂直分量顯然大于水平分量(一般約大十倍)，以使從壁中流出并排到腔外的熱能流達到最大。所述流動最好很少紊流，最好大致為層狀流。所述垂直流動可以是上升或下降方向。
所述流動F通常為強制流動，所述流動例如由吹入或吸入冷卻流而產(chǎn)生的。
所述流動F的所述部分Fr一般在靠近腔壁的所謂“流通”截面S里循環(huán)流動，同時所述流體沿大致平行所述壁的方向快速流動。流動Fr最好在所述壁附近的有限空間V內(nèi)循環(huán)流動，這使得通過可接受流體流量(通常在1至10Nm3/s之間)，可實現(xiàn)所述側(cè)壁熱的有效排出。
所述流動F一般有兩主要分量，即所述部分Fr——所述部分輕貼腔壁，及部分Fo——所述部分把冷卻流引入腔內(nèi)。在本發(fā)明的最佳實施例中，流動Fr和Fo大致平行，沿相反方向流動，如圖6所示。Fr和Fo的流量通常大致相等。
冷卻流最好為一氣體或混合氣體。最好使用空氣，以節(jié)約經(jīng)營成本，即所述流體含有空氣。有利地是，冷卻流很濕潤，即它含水(通常為蒸氣或小水滴狀)，以增加其特定熱容量。流體的濕度可調(diào)節(jié)，例如根據(jù)腔壁的溫度。在本發(fā)明的一最佳變型中，所述流體既有空氣又濕潤。通常地，噴射入腔內(nèi)的流體為或多或少有一定濕度的常溫下的空氣。
冷卻流可為開放型，即流體在所述腔內(nèi)流動時吸掉腔壁的部分熱后，被排到大氣中。
根據(jù)本發(fā)明，旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的冷卻裝置(100)——所述腔(2)包括壁(2A、2B)及底(2C)——的特征在于，它包括——至少一第一裝置(101)，所述裝置可在所述腔(2)內(nèi)產(chǎn)生冷卻流體流動F；——至少一第二裝置(103)，所述裝置可使所述冷卻流體流動F的至少一部分Fr大致垂直地沿腔(2)壁(2A，2B)的一定表面流動。
所述第一裝置(101)通常為一送風(fēng)裝置如吸氣或吹風(fēng)裝置。
有利地是，所述第二裝置(103)為一所謂“限制”裝置，所述裝置可縮小腔壁附近的所述流動F的流通截面S，以使所述流體沿大致平行于所述壁的方向快速流動。因而，流動F在靠近所述壁的有限空間V內(nèi)循環(huán)流動。
流通截面S約等于L×P，其中L為限制寬度，P為所述腔的平均內(nèi)周長。寬度L最好在5厘米至25厘米之間，最好還在10厘米至20厘米之間。寬度太窄，會導(dǎo)致大量負載損失。寬度太寬，流動速度會非常慢，因而即冷卻速度不夠。
最好，限制所述流動F還可增加所述流體的流動速度。有利地是，所述冷卻流在所述流動F的所述部分Fr內(nèi)的流動速度在2至20米/秒之間。速度太慢，不會有效縮短腔的冷卻時間。相反地，速度太快，則必需昂貴的通風(fēng)設(shè)備，能量消耗量也高。對工業(yè)爐來說，所述流動的流體流量一般在1至10立方米3/秒之間。
限制裝置(103)一般為一管，如一硬管或軟管或一軟殼，其第一端連接著所述(所述各)通風(fēng)裝置(101)，其第二端(104)可安放在腔(2)內(nèi)。在此情況下，通過通風(fēng)裝置(101)而運動的冷卻流由管導(dǎo)引，通過所述第二端(104)的至少一孔噴射入腔內(nèi)(或由后者吸入)。通過強制所述流動在所述管的表面和所述壁(2A，2B)之間流動，管因而限制了所述流體的流通截面S。
有利地是，限制裝置(103)可拆卸及/或可收縮，以方便裝置的安放。例如，限制裝置(103)可為一可拆卸硬管(即可與裝置(100)分開的一管)，所述管可安放在腔內(nèi)，再與所述裝置的通風(fēng)裝置(101)相連。
限制裝置(103)可通過連接裝置(102)與通風(fēng)裝置(101)相連。
在本發(fā)明的一最佳實施方式中，限制裝置(103)為一可收縮的管狀管，所述管至少有一收縮位置(如圖3所示)及至少一展開位置(如圖4所示)。因而，所述管的長度可改變或可調(diào)節(jié)。所述實施方式的好處在于可方便裝置的安放。
如圖3、4所示，可收縮管狀管可為一伸縮筒狀(一般當(dāng)截面大致為圓形或橢圓形時)或一折疊式(一般當(dāng)截面大致為矩形或正方形時)，這樣可方便其展開。所述管還可有其它結(jié)構(gòu)，如由幾管段以滑移方式一個插在另一個內(nèi)形成的套管筒式結(jié)構(gòu)。管(103)可借助展開裝置(106，107)如發(fā)動機或纜繩收縮起或展開。
最好是這樣的管(103)它可展開直至離腔底(2C)只有很短的一距離D，所述距離D最好小于約50厘米。距離D一般約為20厘米。
管的尺寸最好這樣所述管與腔壁之間的平均距離E在5至25厘米之間，最好還在10至20厘米之間。距離太短，會導(dǎo)致大量負載損失，這樣可能會造成嚴重障礙。距離太長，流動速度則會太慢，因此即冷卻速度不夠。約15厘米的距離足夠了。
在本發(fā)明的一變型中，所述第一裝置(一般為通風(fēng)裝置)可在所述管或所述各管內(nèi)產(chǎn)生一下降流，沿腔(2)的壁(2A，2B)產(chǎn)生一垂直上升流。在本發(fā)明的另一變型中，所述第一裝置可在所述管或所述各管內(nèi)產(chǎn)生一上升流，沿腔(2)的壁(2A，2B)產(chǎn)生一下降垂直流。
通風(fēng)裝置(101)為鼓風(fēng)裝置，如想產(chǎn)生沿壁(2A，2B)的一上升流時，為一通風(fēng)機，當(dāng)想產(chǎn)生沿壁(2A，2B)的一下降流，為一吸氣裝置。
最好，當(dāng)所述垂直流為沿腔(2)壁(2A，2B)的上升流時(因此即在管內(nèi)下降的)，所述(各)管(103)的所謂“開口”端(104)可裝配一導(dǎo)流器(108)，所述導(dǎo)流器可有利于通過所述端從管中流出的流體流朝上偏斜。有利地是，導(dǎo)流器可降低(各)管(103)的所謂開口端(104)的負載損失。
最好，管由一高模量的軟材料構(gòu)成，所述材料可耐低于或等于約250℃的溫度、和可耐鼓風(fēng)壓力，如為一芳香聚酰胺纖維(如Kevlar)。所述材料可為一合成物，如多層物。所述材料最好還是密封的，以尤其降低沿所述管的負載損失。為此，例如，所述材料可為多層復(fù)合物，所述多層復(fù)合物包括一軟織物(如Kevlar織物)的及一密封層(如一鋁層)。使用包括一軟層和一鋁層(管的外表面)的多層結(jié)構(gòu)，還可反射來自腔壁的熱輻射，因此可避免對所述下面鄰接的軟層的過度重新加熱。
本發(fā)明的裝置(100)最好是可拆卸的。有利地是，它包括若干支承件(105)，所述支承件可對它進行操作，將其放在腔內(nèi)。
利用根據(jù)本發(fā)明的裝置，可實施本發(fā)明的冷卻方法。
根據(jù)本發(fā)明的裝置可用于冷卻一旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)，并且主要應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的一冷卻方法中，它包括—安放本發(fā)明的冷卻裝置(100)；—在所述腔(2)內(nèi)產(chǎn)生一冷卻流體流動。
特別是，本發(fā)明的裝置可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的冷卻方法中，該方法包括—安放本發(fā)明的冷卻裝置(100)；—展開限制裝置(103)——尤其在所述腔(2)的內(nèi)部；
—利用通風(fēng)裝置(101)在所述腔(2)的內(nèi)部產(chǎn)生冷卻流體流動。
正常情況下，都是把已烘烤好的碳塊取出并把腔中灰塵清理干凈后，才實施所述操作。
管的展開可根據(jù)一確定連續(xù)動作進行，或根據(jù)可測量參數(shù)如腔壁溫度控制。
測試旋轉(zhuǎn)火焰爐腔的冷卻測試已采用和圖3、4中所示相似的本發(fā)明一裝置來實施。在這些測驗中，腔深4.76米，內(nèi)截面小于23.7平方米。冷卻流為或多或少帶點濕度的空氣。流動速度一般為5至10米/秒?？諝饬髁繛槊客L(fēng)機約3立方米/秒(因此共6立方米/秒)。腔壁和管(103)之間的平均距離E為約15厘米。流動在管內(nèi)下降，沿腔壁上升。
腔的冷卻可通過嵌在腔壁上的熱電偶來測量。根據(jù)在火焰方向里的位置，腔底的初始溫度約為130至200℃。
沒有冷卻裝置，使腔底溫度下降至20℃一般必需40小時的時間。而采用本發(fā)明的裝置，這個時間可縮短到約10小時。
測試證明，本發(fā)明的裝置噪音小。
權(quán)利要求
1.旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的冷卻方法，所述腔(2)包括壁(2A，2B)，其特征在于，它包括在所述腔(2)內(nèi)產(chǎn)生一冷卻流體流動F；并且所述冷卻流體流動的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿所述腔(2)的壁(2A，2B)的確定表面流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流動F是強制的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述強制流動由所述冷卻流吹入或吸入而產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，在所述流動F的所述部分Fr內(nèi)的所述流體流動速度在2至20米/秒之間
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述流動的流體流量在1至10Nm3/s之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述垂直流為上升的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述垂直流為下降的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述流動F包括一部分Fo，所述部分Fo大致平行于所述部分Fr，并沿一相反方向流動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述流體內(nèi)含有空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述流體含有水。
11.旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的冷卻裝置(100)，所述腔(2)包括壁(2A，2B)和一底(2C)，其特征在于，它包括——至少一第一裝置(101)，所述裝置可在所述腔(2)內(nèi)產(chǎn)生冷卻流體流動；——至少一第二裝置(103)，所述裝置可使所述流動F的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿所述腔(2)的壁(2A，2B)的確定表面流動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一裝置為一通風(fēng)裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于，所述第二裝置為一限制裝置，所述限制裝置可縮小腔壁附近的所述流動F的流動截面S，以使所述流體沿大致平行于所述壁的方向快速流動。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述限制裝置(103)是可拆卸的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，所述限制裝置(103)是可收縮的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，它包括展開裝置(106，107)，以展開或收縮所述限制裝置(103)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的裝置，其特征在于，所述限制裝置(103)為一管，其第一端連接著所述或所述各通風(fēng)裝置(101)，其第二端(104)可安放在所述腔(2)內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述管為一伸縮筒狀或一折疊式。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的裝置，其特征在于，所述管的尺寸是這樣的所述管與所述腔(2)的壁(2A，2B)之間的平均距離E在5至25厘米之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一裝置可在所述管或所述各管內(nèi)產(chǎn)生一下降流動，以及沿所述腔(2)的壁(2A，2B)產(chǎn)生一垂直上升流動。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述第二端(104)裝配有一導(dǎo)流器(108)，所述導(dǎo)流器可有利于通過所述第二端從使所述管中流出的流體流動朝上偏轉(zhuǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一裝置可在所述管或所述各管內(nèi)產(chǎn)生一上升流動，和沿所述腔(2)的壁(2A，2B)產(chǎn)生一下降垂直流動。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任一項所述的裝置，其特征在于，所述或所述各管(103)是這樣的它可展開直至離所述腔底(2C)小于約50厘米的一距離D。
24.根據(jù)權(quán)利要求11至23中任一項所述的冷卻裝置(100)的使用，所述冷卻裝置用于冷卻一旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)。
25.根據(jù)權(quán)利要求11至23中任一項所述的冷卻裝置(100)的使用，所述冷卻裝置用于實施權(quán)利要求1至10中任一項所述的冷卻方法。
26.旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的冷卻方法，所述方法包括—安放根據(jù)權(quán)利要求11至23中任一項所述的冷卻裝置；—在所述腔(2)內(nèi)產(chǎn)生一冷卻流體流動。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提出旋轉(zhuǎn)火焰爐腔(2)的一冷卻方法，所述方法包括在腔(2)內(nèi)產(chǎn)生一冷卻流體流F，且所述流動的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿腔(2)壁(2A，2B)的一定表面流動。本發(fā)明的目的還在于提出來一可實施所述方法的裝置。本發(fā)明可極大加快旋轉(zhuǎn)火焰爐腔的冷卻速度。
文檔編號F27B13/00GK1513108SQ02810819
公開日2004年7月14日 申請日期2002年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者克里斯蒂安·德雷耶, 奈杰爾·巴克豪斯, 巴克豪斯, 克里斯蒂安 德雷耶 申請人:皮奇尼鋁公司