一种大型密闭电石炉中心炉盖结构优化方法

技术领域

本发明涉及冶金设备领域，尤其涉及一种大型密闭电石炉中心炉盖结构优化方法。

背景技术

大型密闭电石炉炉盖是指用于密封大型电石炉的顶部覆盖结构。电石炉是一种用于生产电石的工业设备，其中通过高温冶炼过程将兰炭和石灰石转化为电石，同时产生一氧化碳气体。电石炉盖是电石炉的重要组成部分，它位于炉体的顶部，覆盖住整个炉膛，起到密封、热平衡和安全保护的作用。

若炉盖结构设计复杂甚至不合理，可导致炉盖在工作过程中更容易发生故障，需要频繁进行维修，焊接难度极高。频繁的维修和停工将导致生产计划中断，增加生产成本和损失，每次检修需停炉12～36小时，对电石炉开车率和产量影响极大，还可能造成电极发生硬断事故，使电石炉炉况陷入恶性循环。

中国专利申请CN214892607U报道了一种新型结构的炉盖，由中心位置的不锈钢盖板部分和外围的碳钢盖板部分组成，所述不锈钢盖板部分呈圆角三角形结构，由三块相间盖板和三块边缘盖板组成，三块相间盖板均为相同形状的等腰钝角三角形结构，且以钝角顶点为中心拼合成正三角形结构，结构设计合理，牢固耐用可靠，安全稳定隐患少。

中国专利申请CN214665938U，报道了一种电石炉防爆炉盖，包括炉盖本体、布料孔、电极孔、第一热屏、防爆机构、第二热屏、泄压闸阀，具有结构简单、二级泄压、安全可靠等特点。

中国专利申请CN212842942U，报道了一种密闭电石炉新型中心炉盖，其由三个形状相同的炉盖组件成Y型排列组成；在每个炉盖组件上设有加料通孔；在炉盖组件上设有进水口和出水口。与现有技术相比，整体中心炉盖用厚不锈钢板法兰封头，变成三个独立的炉盖组件，用不锈钢螺栓连接成整体。

中国专利申请CN207850069U，报道了一种密闭电石炉组合式中心炉盖，包括中心炉盖，其特征在于，中心炉盖由三块结构与大小都相同的中心炉盖单元拼合而成，每个单元通过螺栓紧固，连接处石棉密封，采用组合式炉盖，结构简单，易于拆卸与组装，如果局部损坏，只需更换损坏的地方，不影响生产进度，节约人力，减少安全隐患。

从上面已经报道的电石炉炉盖结构设计来看，是基于现有电石炉炉盖的设计存在的问题和局限性而进行优化，以提升设备的安全性、稳定性和维护便利性，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的是将一块不锈钢中心炉盖加工成两块炉盖，并将不锈钢中心炉盖材质由304升级为321，旨在提升更换和检修时的便利性，延长炉盖的使用寿命。这样设计的好处是在需要更换或维修其中一部分时，只需拆卸对应部分，而不需要将整个中心炉盖移除，提升维护和更换便利性，简单的连接方式和结构设计会使维护人员在执行检修和更换工作时更加容易，节省时间和精力，同时，通过这样的结构优化可以精简加工、制造工艺，降低制造成本和维护成本，并减少生产中断的时间。

本发明的具体构思为：

通过模块化的设计，将中心炉盖分成几个独立的部分，使得每个部分都可以独立地进行更换或维修，而不会影响其他部分的正常运行。同时，分割炉盖结构要注重连接方式和材料的选择，以确保分割后的炉盖能够紧密连接，并在高温和高压的工作环境下结构能够保持与原设计相同的稳定性和密封性。

321不锈钢在温度达到800-1500℉(427-816℃)，碳化铬沉淀的条件下，仍能保持良好的抗粒间腐蚀的能力。由于成分中添加了钛，在碳化铬形成的情况下，321合金仍然可以保持稳定性。321合金不锈钢由于其优良的机械性能，在高温环境下工作很有优势。与304合金相比，321 合金不锈钢具有更好的延展性及抗应力断裂能力。

本发明的技术方案为：

一种大型密闭电石炉中心炉盖结构优化方法，

1、将各中心炉盖沿对称轴处分割为两块，此处炉盖结构最为简单，对原中心炉盖的改动最小化，且不影响原夹套冷却水水路。

2、对炉盖的的材质要求为：将中心不锈钢炉盖材质由304合金不锈钢升级为321合金不锈钢，321合金不锈钢与304合金不锈钢相比，321合金不锈钢具有更好的延展性及抗应力断裂能力。

3.炉盖加完工后，必须进行现场预组装试验，组装要求控制在各项设计指标范围以内。并进行以下优化：

（1）将原法兰高度从292mm提高至340mm-345mm；

（2）将法兰螺栓孔径Ø25mm增加到Ø32mm，提高了炉盖组件连接强度，便于施工及检修。

（3）法兰上的水道宽度由100mm减少至80mm,单位时间内的水循环量不变，即10m³/h。

（7）炉盖加工成型后，必须进行耐压试验，试验压力≥0.8MPa，保压时间≥30min。

本发明结合模块化设计理念及现场实际使用情况确定中心炉盖分割的位置、形状和数量。炉盖的分割须尽量在结构较简单的位置进行，以减少对原有结构的影响和改动，对复杂结构处分割将导致工程难度增加，结构较简单的位置有更好的稳定性，选择这样的位置进行分割更容易保持新设计中心炉盖的稳定性；避免在可能影响炉体整体稳定的位置进行分割，以防止出现结构失稳等问题；选择简单位置进行分割，可以使得两部分中心炉盖在拆卸和安装时更加方便，简单的连接方式和结构设计会使维护人员在执行检修和更换工作时更加容易，节省时间和精力；结构较简单的位置进行分割可以降低制造成本和维护成本。

本发明具有如下显著效果：

1、经济效益可观：运行电石炉3年需更换一次炉盖，炉盖改造后使用寿命可延长1至2年，1套炉盖采购费用为150万元，按照多使用1.5年计算，150万元/3年-150万元/4.5年=16.7万元/年，故每台每年可产生16.7万元的经济效益。

2、维护和更换便捷：将炉盖分解成多块后，每块的尺寸相对较小，使得维护和更换更加方便。如果炉盖损坏或需要维修，只需替换受损的部分，而不必更换整个炉盖，节省了时间和成本。

3、重量减轻：大型电石炉的中心炉盖通常较为庞大且重量较大。将其分解为多块后，每块的重量相对较轻，更易于搬运和安装。这在进行维护和检修时特别重要，降低了劳动强度和减少了安全风险。

4、减轻了热膨胀问题：密闭电石炉在运行过程中会产生高温，温度升高时，炉盖会因为热膨胀而产生一定变形。如果炉盖过于庞大，热膨胀引起的变形可能导致密封性能下降。将炉盖分解为多块可以减少热膨胀带来的影响，有利于保持密封性能，确保炉内反应的稳定性。

5、降低了故障风险：将炉盖分解为多块后，每块都相对独立，故障出现时可以更精确定位到具体的部位。这有助于提高维修效率，减少停产时间，降低生产过程中的故障风险。

6、便于运输：大型的整体炉盖难以在狭小的运输通道或者山区道路上进行运输。将炉盖分解成多块后，每块的尺寸相对较小，更容易运输到目的地。

7、分解炉盖增加了炉盖的使用寿命，减少对环境的影响。因为当某一部分炉盖需要更换时，只需单独更换该部分而不必更换整个炉盖，从而减少废弃物产生和资源浪费。

附图说明

图1为本发明大型密闭电石炉炉盖结构示意图。

图2为本发明中心炉盖结构分割示意图。

图3为本发明次中心炉盖结构分割示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式参考附图作进一步说明。

如图1所示，一种大型密闭电石炉中心炉盖结构优化方法。

原设计中炉盖由18个部分组成，包含3块中心炉盖、3块次中心炉盖，以及12块外侧炉盖，每块炉盖连接法兰处用螺栓固定，图中加粗部分中，右半部分为一块中心炉盖，左半部分为一块次中心炉盖。基于以上考虑，确定在中心炉盖及次中心炉盖对称轴处进行分割，此处炉盖结构最为简单，对原炉盖的改动最小化，且不影响原夹套冷却水水路。

如图2所示，中心炉盖结构分割前后的示意图，在厂家制造炉盖设备时沿中心线处一分为二分别制造，分割后不改变原设计中心炉盖设备的任何其他附属结构，分割处同其他炉盖连接处一致，以法兰连接、螺栓紧固。

如图3所示，次中心炉盖结构分割前后的示意图，在厂家制造炉盖设备时沿中心线处一分为二分别制造，分割后不改变原设计次中心炉盖设备的任何其他附属结构，分割处同其他炉盖连接处一致，以法兰连接、螺栓紧固。

本发明将大型密闭电石炉中心炉盖进一步分解为两块，可以提高维护效率，降低维修成本，减轻搬运负担，弱化热膨胀的影响，减少资源浪费等，确保炉内反应的稳定性和密封性能，从而提高生产效率和安全性。