一种炉顶可调节的固定阳极炉

技术领域

本发明涉及再生铜生产工艺设备技术领域，尤其是涉及一种炉顶可调节的固定阳极炉。

背景技术

现有的固定阳极炉的炉顶采用固定的拱形炉顶（简称“拱顶”）结构。拱顶砌筑施工时，先在固定阳极炉的两侧炉墙顶部对称砌筑拱脚砖，作为炉顶的两端，拱脚砖之间用若干数量的楔形耐火砖（称为“拱砖”）砌筑成一定弧度的拱形砖环，若干个拱形砖环组成炉顶。拱顶为单层，由同等长度及宽度的拱砖组成，相邻拱砖的侧面相互锁紧，将拱顶受到的荷载（自重和上方荷载）分解成向下的垂直分力和水平分力，垂直分力通过拱脚砖传递到炉墙上，水平分力则通过拱脚砖、拱脚定位砖传递到炉墙立柱上。由于炉墙、炉墙立柱能可靠地承受较大的力，因此，拱顶是能可靠地承受自重和相当大的上方荷载，结构保持稳定、不下陷。

但是由于固定阳极炉的炉顶结构为固定结构，不能调节，存在以下弊端：

一、不能实现局部炉顶热补偿，产生“拱砖上抬”、“拱砖挤断”的故障。

新砌筑或停产的固定阳极炉投入使用前，需进行烘炉，通过燃烧燃料，将炉膛温度从冷态提升到1200～1300 ℃，然后维持在该温度范围进行生产。烘炉及生产初期，拱顶受热而体积显著膨胀，常规方法是松炉体两侧的炉墙立柱拉杆，补偿整个炉顶拱的热膨胀。然而，炉膛内温度分布并不均匀，不同砖环、同一砖环不同位置的温度差别很大，拱砖的膨胀量因而有大有小。松炉墙立柱拉杆时，只能对整个拱顶进行整体的热补偿，在整体的热补偿到位的情况下，位于高温区的局部拱砖的膨胀量较大、且未被充分热补偿，烘炉后该处拱砖之间的间隙会过小，少数拱砖会被相邻的拱砖挤压而“上抬”，甚至被“挤断”，上抬/挤断后的拱砖与相邻拱砖的互锁面积大幅缩小，所在砖环结构承受自重和上方荷载的能力随之大幅削弱，产生拱顶塌落的风险。随着生产时间的推移，所在砖环的结构的稳定性被进一步破坏，拱顶存在随时塌落的风险。

二、不能实现局部炉顶冷补偿，产生 “拱砖下沉”的故障。

固定阳极炉停产时，炉膛温度降低到常温，拱顶体积随之显著收缩。常规方法是随之收紧炉体两侧的炉墙立柱拉杆，补偿收缩量。紧炉墙立柱拉杆时，同样只能对整个拱顶进行整体的冷补偿。

烘炉时，为防止高温区的拱砖上抬、挤断，往往对整个拱顶进行过度的热补偿，即将炉墙立柱拉杆松得过大，以保证高温区的拱砖的膨胀被充分热补偿。相应的，位于低温区的拱砖的膨胀量小，拱砖之间的间隙就过大。

停炉时，在拱顶整体的冷补偿到位的情况下，位于低温区的局部拱砖收缩量无法被充分补偿，该处拱砖之间的间隙进一步加大，少数拱砖无法与相邻拱砖互锁，砖体显著“下沉”。下沉后的拱砖与相邻拱砖的互锁面积大幅缩小，所在砖环结构承受自重和上方荷载的能力随之大幅削弱，产生拱顶塌落的风险。随着生产时间的推移，开炉、停炉的次数的增加，所在砖环的结构的稳定性被进一步破坏，拱顶存在随时塌落的风险。

三、拱顶承受下方荷载能力弱，产生“拱砖上抬”的故障。

拱顶虽然能可靠地承受相当大的上方荷载，且只能是静荷载。其结构特点是难以承受来自拱顶下方的荷载。

固定阳极炉生产中，炉膛内长时间处于正压状态，拱顶承受来自下方的荷载，拱砖被逐步推动而上抬。由于拱砖上抬程度不一致，拱砖之间的互锁能力大幅下降，破坏砖环结构的稳定，产生拱顶塌落的风险。随着生产时间的推移，所在砖环的结构的稳定性被进一步破坏，拱顶存在随时塌落的风险。

另外，固定阳极炉加料作业时的常见失误是——加料机械撞击到拱顶下方，带来的巨大的冲击力会挤压撞击点处拱砖，使之急剧上抬。这种情况属于恶性的“拱砖上抬”故障，上抬拱砖的全部或大部分砖体会脱离砖环，使得砖环解体，拱顶随之塌落。

四、结构安全性差，产生 “拱砖下沉”的故障。

拱顶砖环中，拱砖之间留有砖缝。炉顶砌筑时常见的质量缺陷是局部砖缝过大，由于该质量缺陷具有隐蔽性，往往不能通过验收彻底消除。固定阳极炉烘炉及生产初期，存在该质量缺陷的少数拱砖显著下沉（极端的情况是完全脱离所在砖环），破坏砖环结构的稳定，产生拱顶塌落的风险。随着生产时间的推移，拱砖下沉程度进一步增加，所在砖环的结构的稳定性被进一步破坏，砖环甚至解体，拱顶存在随时塌落的风险。

五、拱顶故障后只能冷修，检修代价高昂。

固定阳极炉拱顶发生“拱砖上抬”、“拱砖挤断”还是“拱砖下沉”故障后，都只能采取冷修方式处理：首先停炉，并将炉膛温度降低至常温；其次拆除故障点所在砖环及相邻砖环，最后重新砌筑砖环。这种检修方式必须在炉窑冷态（常温状态）下进行，区别于工作时的“热态（高温工作状态）”，故称为“冷修”。

冷修后，固定阳极炉需要烘炉，然后方可重新投入使用。因此，冷修方式总工期长，对企业的生产组织造成不利影响；同时产生高昂的耐火砖费用、烘炉用燃料费用；而且冷修前的停炉降温、冷修后的开炉升温过程，会极大的缩短固定阳极炉的使用寿命。

多数情况下，固定阳极炉拱顶的“拱砖上抬”、“拱砖挤断”、“拱砖下沉”故障，初始都发生在炉顶的局部范围，早期故障点甚至只是一块拱砖，但同样只能采取“冷修”处理，检修代价高昂。

发明内容

本发明的目的就是针对传统的固定阳极炉的炉顶存在的上述问题，提供一种炉顶可调节的固定阳极炉，该固定阳极炉造价低廉，施工简便，实现了局部炉顶热补偿、局部炉顶冷补偿，增强了拱顶承受下方荷载的能力，提升了结构安全性。

本发明的具体方案是：一种炉顶可调节的固定阳极炉，具有阳极炉本体，阳极炉本体的两侧为炉墙，两边的炉墙外侧设有炉墙立柱，两边的炉墙立柱上部之间通过立柱拉杆进行连接，两边的炉墙顶部分别设有拱脚定位砖，紧邻着拱脚定位砖的内侧设有拱脚砖，所述阳极炉的顶部设有可调节炉顶，可调节炉顶包括有若干排纵向布置的可调节砖环和对应于每一排可调节砖环的定位支撑架，在定位支撑架与对应的可调节砖环之间还设有若干组砖环调节装置，所述定位支撑架为弧形且其曲率与阳极炉本体的可调节炉顶的曲率保持一致，定位支撑架的两端焊接在两侧的炉墙立柱上；所述可调节砖环是由拱砖和吊砖间隔设置而成以形成弧形拱顶，可调节砖环的两端分别与两侧的拱脚砖相连接，每组所述的吊砖上部均通过一组砖环调节装置与上方对应的定位支撑架进行连接，所述吊砖在砖环调节装置的配合下实现上升或下沉移动。

进一步的，本发明中所述砖环调节装置包括有吊锁架、吊挂螺栓、固定螺母和调节螺母，所述吊锁架与对应的吊砖相连接，吊锁架顶部与吊挂螺栓头部吊挂连接，吊挂螺栓的上部通过固定螺母与所述定位支撑架相连接，所述调节螺母装在吊挂螺栓上。

进一步的，本发明中所述吊锁架是由倒U形的吊锁板和上限板组成，其中上限板横向焊接在倒U形的吊锁板内部，所述吊砖的上端插入倒U形的吊锁板内部并贴近所述的上限板，所述吊锁板的左右两边横向对穿设有锁孔，对应所述锁孔在相应的吊砖上部设有贯穿的吊孔，贯穿所述锁孔和相应的吊孔插装有L形锁销，所述L形锁销将吊锁板和对应的吊砖连接起来。

进一步的，本发明中所述吊锁板的纵向宽度为对应吊砖的纵向宽度的60～100％。

进一步的，本发明中所述吊孔和锁孔的直径相同均为15～30mm，所述L形锁销的直径小于锁孔直径，L形锁销的直径为10～25mm。

进一步的，本发明中每个可调节砖环上的吊砖占比为20～60％，每组吊砖均是有1～3块单元吊砖组成，每组拱砖均是由1～4块单元拱砖组成，吊砖和拱砖的材质以及横向宽度相同，吊砖的上端沿着弧形拱顶的半径方向上向上延长。

进一步的，本发明中所述吊砖和拱砖均为镁质砖。

本发明的提供了一种可调节炉顶的固定阳极炉方案，其造价低廉，施工简便，实现了局部炉顶热补偿、局部炉顶冷补偿，增强了拱顶承受下方荷载的能力，提升了结构安全性；在炉顶局部发生故障时能不停炉降温进行热修，大幅节省检修费用，延长了炉顶的使用寿命，经济效益显著。

附图说明

图1是本发明的总体主剖结构示意图；

图2是图1中A处结构放大示意图。

图中：1—立柱拉杆，2—定位支撑架，3—砖环调节装置，4—吊砖，5—拱砖，6—拱脚砖，7—拱脚定位砖，8—阳极炉本体，9—炉墙，10—炉墙立柱，11—固定螺母，12—吊挂螺栓，13—调节螺母，14—吊锁板，15—上限板，16—L形锁销，17—吊孔。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1、图2，本发明是一种炉顶可调节的固定阳极炉，具有阳极炉本体8，阳极炉本体的两侧为炉墙9，两边的炉墙外侧设有炉墙立柱10，两边的炉墙立柱上部之间通过立柱拉杆1进行连接，两边的炉墙顶部分别设有拱脚定位砖7，紧邻着拱脚定位砖的内侧设有拱脚砖6，所述阳极炉的顶部设有可调节炉顶，可调节炉顶包括有若干排纵向布置的可调节砖环和对应于每一排可调节砖环的定位支撑架2，在定位支撑架与对应的可调节砖环之间还设有若干组砖环调节装置3，所述定位支撑架为弧形且其曲率与阳极炉本体的可调节炉顶的曲率保持一致，定位支撑架的两端焊接在两侧的炉墙立柱上；所述可调节砖环是由拱砖5和吊砖4间隔设置而成以形成弧形拱顶，可调节砖环的两端分别与两侧的拱脚砖相连接，每组所述的吊砖上部均通过一组砖环调节装置与上方对应的定位支撑架2进行连接，所述吊砖在砖环调节装置的配合下实现上升或下沉移动。

进一步的，本实施例中所述砖环调节装置包括有吊锁架、吊挂螺栓12、固定螺母11和调节螺母13，所述吊锁架与对应的吊砖相连接，吊锁架顶部与吊挂螺栓头部吊挂连接，吊挂螺栓的上部通过固定螺母与所述定位支撑架相连接，所述调节螺母装在吊挂螺栓上。

进一步的，本实施例中所述吊锁架是由倒U形的吊锁板14和上限板15组成，其中上限板横向焊接在倒U形的吊锁板内部，所述吊砖的上端插入倒U形的吊锁板内部并贴近所述的上限板，所述吊锁板的左右两边横向对穿设有锁孔，对应所述锁孔在相应的吊砖上部设有贯穿的吊孔17，贯穿所述锁孔和相应的吊孔插装有L形锁销16，所述L形锁销将吊锁板和对应的吊砖连接起来。

进一步的，本实施例中所述吊锁板的纵向宽度为对应吊砖的纵向宽度的60～100％。

进一步的，本实施例中所述吊孔17和锁孔的直径相同均为15～30mm，所述L形锁销16的直径小于锁孔直径，L形锁销的直径为10～25mm。

进一步的，本实施例中每个可调节砖环上的吊砖4占比为20～60％，每组吊砖均是有1～3块单元吊砖组成，每组拱砖均是由1～4块单元拱砖组成，吊砖和拱砖的材质以及横向宽度相同，吊砖的上端沿着弧形拱顶的半径方向上向上延长。

进一步的，本实施例中所述吊砖和拱砖均为镁质砖。

下面具体细化实施方式：

本发明的固定阳极炉炉顶采用拱形炉顶（称为“拱顶”）结构，拱顶的砖环由拱砖和吊砖组成，每个砖环上吊砖22块，拱砖26块，吊砖占比为45.8%。吊砖与拱砖为镁质砖，宽度均为150mm。拱砖长度380mm，吊砖是将拱砖沿着长度方向向上延伸、加长80mm，加长部分钻贯穿孔称为“吊孔”，吊孔直径为φ15，2块吊砖为一组，2块拱砖为一组。同一砖环，吊砖组与拱砖组间隔布置。

吊锁板宽度为100mm，吊锁板下部两侧设锁孔，锁孔直径为φ15。吊锁板配备L形锁销，L形锁销直径为φ10，L形锁销其长段比吊锁板左右板之间宽度多出24 mm。

定位支撑架主体为弧形，其曲率半径为弧形拱顶的曲率半径（R3600）加上拱顶与定位支撑架的距离800mm，为R4800，定位支撑架两侧焊接在炉墙立柱上。

砖环调节装置包括有吊锁架、吊挂螺栓12、固定螺母11和调节螺母13组成组成，吊挂螺栓规格为M16。

吊锁板、定位支撑架均为Q235钢。

可调节炉顶的炉顶砌筑方式不变，吊砖、拱砖全部砌筑完成后，将锁销穿过吊锁架的吊锁板一侧的锁孔，再穿过一组吊砖的吊孔，再从吊锁板另一侧的锁孔穿处，将吊砖固定在吊锁架上，吊锁板上部用吊挂螺栓和固定螺母固定在定位支撑架上，吊锁架与定位支撑架之间的吊挂螺栓上设有调节螺母。

固定阳极炉炉顶砌筑后、或停产后投入使用前的烘炉作业中，根据炉顶受热膨胀程度，松阳极炉本体两侧的立柱拉杆，补偿整个炉顶拱的热膨胀。然后检查位于高温区的局部吊砖，若砖体膨胀量偏大，适量松开固定螺母、向上旋钮调节螺母，吊砖向上挤从而推动吊锁架的上限板，推动该组吊砖及其吊锁架受控地上抬，适量扩大吊砖之间、吊砖与周边拱砖的间隙，防止吊砖被挤断。

固定阳极炉停产时，炉顶降温收缩时，收紧阳极炉本体两侧的立柱拉杆，补偿整个炉顶拱的收缩量。对位于高温区的局部吊砖，若存在因砖体收缩量偏大导致吊砖之间、吊砖与周边拱砖的间隙过大的情况，适量收紧固定螺母、调节螺母，使得吊挂螺栓下移，适量向下推动吊锁架的上限板，推动该组吊砖及其吊锁架受控地下沉，适量缩小吊砖之间、吊砖与周边拱砖的间隙，防止吊砖、拱砖过度下沉。

固定阳极炉生产中可调节炉顶的砖环下方的荷载，如炉膛内正压作用，加料机械的撞击，通过吊锁架、吊挂螺栓传递到定位支撑架上，被其承受，不会导致吊砖上抬，限制了拱砖的上抬。

可调节炉顶砌筑施工后，即使局部砖缝过大，固定阳极炉烘炉及生产初期，在炉顶的砖环调节装置的作用下，吊砖不会发生显著下沉，吊砖与相邻拱砖的互锁作用，也限制了相邻拱砖的显著下沉。若拱砖下沉量仍然较大，可在不停炉降温的前提下，从炉顶外侧更换该问题拱砖，即实现“热修”。

同样，在固定阳极炉的生产期间，无论是“拱砖上抬”、“拱砖挤断”还是“拱砖下沉”故障，都可以在不停炉降温的情况下，立即从炉顶外侧更换局部的少量故障砖，防止故障范围扩大；同时节省检修时间与费用，不影响企业的生产组织。

本发明的提供了一种可调节炉顶的固定阳极炉方案，其造价低廉，施工简便，实现了局部炉顶热补偿、局部炉顶冷补偿，增强了拱顶承受下方荷载的能力，提升了结构安全性；在炉顶局部发生故障时能不停炉降温进行热修，大幅节省检修费用，延长了炉顶的使用寿命，经济效益显著。