盒式设计退出箱、燃烧室、管道和电弧炉上部壳体系统的制作方法
相关申请
本申请要求在2017年6月13日提交的美国临时申请序列号62/518,838的权益，所述申请的公开内容在此以全文引用的方式并入。
本公开涉及炉，并且具体来说，涉及具有多个水冷式面板的电弧炉。
背景技术：
一般有若干方法来设计和制造用于电弧炉(eaf)的水冷式上部壳体以及用于eaf的发电厂、碱性氧气转炉和其它类型的炉、烤箱和制炼厂的燃烧室、退出箱和管道。例如，由于在炉内部产生的热，所以需要提供冷却构件来控制热产生。另外，常规的管道或外壳可以包含被设计成整体结构的设备，所述设备被制造成具有管子或板，所述管子或板的所有供应管和回流管都附接到所述设备的外壁。在此设计中，在偶然损坏的情况下必须移除整个装置。
在几乎所有情况下，此设备被安装成难以接近制造设施的建筑内部的区域或者是完全成整体的工厂工艺设备。这些装置的内部水冷式元件工作侧具有有限的使用期限，并且仅可以从所述设备内部接近。由于内部水冷式元件的有限的使用期限，对所述设备的损坏部分的修理和更换需要计划内或计划外的停工期进行实施，或者要求从工艺或建筑移除整个装置并且进行更换。移除或更换所述设备可能在劳力、设备和材料方面是昂贵的。
与此设备设计相关联的另一显著成本在于，移除和重新安装时间可能需要数天或甚至数周的工厂停工期。这导致宝贵的生产时间的重大损失。在如今的现代加工工厂和其它制造设施中，无论“按计划”或“无计划”，有必要在很少的停工期或没有停工期的情况下将工艺和设备正常运行时间维持在可能的最高水平。底线利润的损失在任何停工期的情况下可能是巨大的。
技术实现要素：
在本公开的一个方面，本文公开了一种永久支撑结构，所述永久支撑结构代替了在每次更换水冷式元件的情况下所更换的常规支撑结构。所述永久支撑结构可以节省更换成本，因为在初始安装之后所需的仅有的替换是水冷式内部元件。
在另一方面，本公开提供可以是可反转的水冷式元件，因此增加了它们的使用期限并且在一些情况下使它们的使用期限加倍。
另外，在“盒式”设计中提供所述水冷式元件以便简单地插入到所述永久支撑结构中。
在本公开的另一方面，可以使用不同材料制造所述小的“盒式”设计水冷式元件以解决它们在所述支撑结构内的位置的操作需要。
实际上，本公开的实施例可以增加整个系统的使用期限并且减少其维护，进而增加了生产率和性能水平并且产生更高的利润。另外，可以按照所期望的任何式样来制造本文描述的盒式面板，包含多个管子/管子或板设计、例如钢、合金、铸件、挤出成型材料等任何材料，以及例如加压水、喷淋冷却等任何式样。
在本公开的一个实施例中，一种炼钢炉系统的退出箱包含：支撑结构，所述支撑结构包括界定内部的框架；供应线，所述供应线用于从储器供应冷却液体；回流线，所述回流线可流通地耦合到所述供应线和所述储器；以及多个面板，所述多个面板包括具有入口和出口的蜿蜒管道，所述入口可流通地耦合到所述供应线，并且所述出口可流通地耦合到所述回流线；其中，所述框架包括彼此间隔的多个支撑部件，其中所述多个支撑部件中的每一者界定狭槽；其中，所述多个面板中的每一者可移除地且可滑动地被所述狭槽接纳，以便耦合到所述框架。
在此实施例的一个实例中，第一柔性软管将所述供应线耦合到所述入口，并且第二柔性软管用于将所述回流线耦合到所述出口。在第二示例中，供应集管可流通地耦合到所述供应线并且包括多个孔口，其中所述多个孔口中的每一者可流通地耦合到所述多个面板的入口；以及回流集管可流通地耦合到所述回流线并且包括多个孔口，其中所述多个孔口中的每一者可流通地耦合到所述多个面板的出口。在第三示例中，所述供应集管沿着所述多个面板的顶部部分而设置并且耦合到所述框架；并且所述回流集管沿着所述多个面板的底部部分而设置并且耦合到所述框架。
在第四示例中，所述多个面板中的每一者的所述入口位于所述顶部部分处，并且所述多个面板中的每一者的所述出口位于所述底部部分处。在第五示例中，所述供应集管沿着所述多个面板的底部部分而设置并且耦合到所述框架；并且所述回流集管沿着所述多个面板的顶部部分而设置并且耦合到所述框架。在第六示例中，所述多个面板中的每一者的所述入口位于所述底部部分处，并且所述多个面板中的每一者的所述出口位于所述顶部部分处。
在第七示例中，所述供应集管沿着所述多个面板的第一侧部而设置并且耦合到所述框架；并且所述回流集管沿着所述多个面板的第二侧部而设置并且耦合到所述框架，所述第一侧部与所述第二侧部相对。在第八示例中，所述多个面板中的每一者的所述入口位于所述多个面板的所述第一侧部处，并且所述多个面板中的每一者的所述出口位于第二部分处。在第九示例中，阀可流通地耦合到所述多个面板的每个入口，所述阀被配置成控制对每个面板的冷却液体的供应。
在此实施例的另一示例中，所述支撑结构包括支柱和防护面板，所述防护面板设置在所述支柱的内侧上。此处，所述多个面板中的每一者设置在所述支柱与所述防护面板之间。在另一实例中，所述多个面板包括第一面和第二面，所述多个面板是可反转的，使得所述第一面或所述第二面可设置成面向所述内部。在另一实例中，所述多个面板包括第一端和第二端，所述多个面板设置在所述狭槽内，使得所述第一端或所述第二端定位在所述退出箱的顶部处。
在本公开的另一实施例中，一种炼钢炉系统的外壳包含：支撑结构，所述支撑结构包括界定内部的框架；供应线，所述供应线用于从储器供应冷却液体；回流线，所述回流线可流通地耦合到所述供应线和所述储器；以及至少一个面板，所述至少一个面板包括蜿蜒管道和具有入口和出口的轴杆，所述入口可流通地耦合到所述供应线，并且所述出口可流通地耦合到所述回流线；以及塞子，所述塞子在所述入口与所述出口之间位于所述轴杆内，所述塞子被配置成引导所述冷却液体流过所述蜿蜒管道；其中，所述框架包括彼此间隔的多个支撑部件；其中，所述轴杆的第一端耦合到第一支撑部件，并且所述轴杆的第二端耦合到第二支撑部件，所述第一支撑部件和所述第二支撑部件彼此间隔。
在此实施例的一个实例中，所述轴杆界定枢转轴，所述至少一个面板围绕所述枢转轴枢转地耦合到所述第一支撑部件和所述第二支撑部件。在第二示例中，所述至少一个面板包括第一面和第二面，所述至少一个面板耦合到所述第一支撑部件和所述第二支撑部件，使得所述第一面或所述第二面朝向所述内部定向。在第三示例中，所述至少一个面板可以围绕所述枢转轴枢转，使得所述第一面在第一时间周期期间朝向所述内部定位，并且在所述第一时间周期之后枢转所述至少一个面板，使得所述第二面朝向所述内部定位。在第四示例中，所述蜿蜒管道包括第一蜿蜒管道回路和第二蜿蜒管道回路；所述第一蜿蜒管道回路包含第一入口和第一出口；所述第二蜿蜒管道回路包含第二入口和第二出口；并且所述第一入口和所述第二入口可流通地耦合到所述轴杆入口和所述供应线，并且所述第一出口和所述第二出口可流通地耦合到所述轴杆出口和所述回流线。
在本公开的另一实施例中，一种炼钢炉系统包含：炉，所述炉包括炉床、具有一个或多个冷却面板的上部壳体，以及用于覆盖所述上部壳体的顶端的可移除顶层结构；排气系统，所述排气系统设置成与所述炉流体连通，所述排气系统被配置成将烟雾和热气从所述炉转移到排气室；以及退出箱，所述退出箱位于所述排气室下方并且界定用于接收来自所述烟雾和热气的碎屑和其它微粒的外壳，所述退出箱包含：框架结构，所述框架结构界定所述外壳的内部；供应线，所述供应线用于从储器供应冷却液体；回流线，所述回流线可流通地耦合到所述供应线和所述储器；以及多个面板，所述多个面板可移除地耦合到所述框架结构并且包括具有入口和出口的蜿蜒管道，所述入口可流通地耦合到所述供应线，并且所述出口可流通地耦合到所述回流线；其中，所述框架包括彼此间隔的多个支撑部件，其中所述多个支撑部件中的每一者界定狭槽，所述狭槽用于接纳所述多个面板中的一者，使得所述多个面板中的每个面板相对于所述狭槽可移除地设置；其中，所述多个面板包括第一端、第二端、第一面和第二面，所述多个面板中的每一者是可反转的，使得所述面板在所述第一面或所述第二面朝向所述外壳的所述内部定向的情况下耦合到所述框架；另外其中，所述多个面板中的每一者可设置在所述狭槽内，使得所述第一端或所述第二端定位成更靠近所述排气室。
附图说明
本公开的上述方面以及获得所述方面的方式将变得更显而易见，并且本公开本身通过参考结合附图进行的对本公开的实施例的以下描述将被更好地理解，附图中：
图1是具有退出箱系统的双壳体电弧炉的示意图；
图2是包含大面板液冷式结构的图1的退出箱的正面示意图；
图3是具有多个模块化液冷式面板的独立结构的示意图；
图4是从模块化面板结构的冷侧装载液冷式元件的过程的顶部示意图；
图5是安装在一对圆形集管之间的模块化面板的第一示意图；
图6是安装在一对圆形集管之间的模块化面板的第二示意图；
图7a是与外壳的独立结构一起组装的模块化面板的第一实施例的局部透视图；
图7b是图7a的模块化面板的俯视图；
图8a是与外壳的独立结构一起组装的模块化面板的第二实施例的局部透视图；
图8b是图8a的第二实施例的第二局部透视图；
图9a是与外壳的独立结构一起组装的模块化面板的第三实施例的局部透视图；
图9b是图9a的模块化面板的俯视图；
图10a是与外壳的独立结构一起组装的模块化面板的第四实施例的局部透视图；
图10b是图10a的第四实施例的第二局部透视图；
图11是图10a的第四实施例的模块化面板的示意图；
图12是炼钢炉的横截面示意图；
图13a是具有多个模块化面板的电弧炉的退出箱的示意图；
图13b在模块化面板处于其基本上垂直的定向上的情况下的图13a的退出箱的示意图；以及
图13c在模块化面板处于其基本上水平的定向上的情况下的图13a的退出箱的示意图。
在所有若干视图中，使用对应的参考数字指示对应的部分。
具体实施方式
本文描述的本公开的实施例未期望是详尽的或将本公开限于以下详细描述中所公开的精确形式。而是，选择并描述所述实施例以使得本领域技术人员了解和理解本公开的原理和实践。
本公开涉及电弧炉，但适用于各种设备和行业。另外，本公开涉及一种用于改进设备设计、制造、操作、维护和寿命的方法。此外，本公开提供对工艺设备的在线可用性的改进。
在本公开的图1中示出eaf上部壳体的示例，其中将eaf示出为具有第一炉系统102和第二炉系统104的双壳体或成对壳体炉100。虽然未示出，两种炉系统可以共享包含一个或多个电极的单个电力系统或供电系统。示出第一炉系统102包含上部顶层结构106、由框架和液冷式面板形成的上部壳体108，以及第一炉床110。可以使用第一平台系统136来接近第一炉系统102以执行维护和修理。类似地，第二炉系统104可以包含第二顶层结构114、第二上部壳体116和第二炉床118。可以使用第二平台系统138来接近第二炉系统104以执行维护和修理。如行业中通常已知，第一出渣组件112可以与第一炉系统102相关联，并且第二出渣组件120可以与第二炉系统104相关联。
在图1的实施例中，常规的第一和第二eaf上部壳体108、116通常可以称为由板、大直径管子以及板与管子的组合制造的结构，所述组合支撑悬挂在所述上部壳体的顶部环的内径上的水冷式面板。可以使用面板的外部冷面上的顶部板凸缘、互连凸缘、丁字架、销或支架(未示出)来悬挂所述水冷式侧壁面板，所有面板都附接到所述上部壳体上的相应支架。此设计的一个缺点是当经历计划外的损坏或停工期时难以移除并更换侧壁面板。对这些侧壁面板的修理常常要求人从上部壳体的内部接近面板，进而导致显著的停工期和生产率损失。
返回到图1，烟雾和热气可能会离开相应的炉系统、排泄系统。如所示，烟雾可以经由第一弯管排气口122离开第一炉系统102并且进入中心排气室126。同样地，退出第二炉系统104的烟雾和热气可以经由第二弯管排气口124离开炉系统并且进入中心排气室126。退出炉系统的烟雾可以高速地流过相应的弯管，但当烟雾到达排气室126时，所述排气室126的直径大于每个弯管的直径，进而导致例如灰尘和其它更重的碎屑等微粒从气体流中“掉出”并且收集在退出箱系统128中，如图1中示出。退出箱系统128可以包含门或成对门132以允许多用途车、牵引车或装载车进入并且从其移除灰尘微粒和其它微粒。烟雾和其它气体可以通过通道134离开排气室126和退出箱系统128到达在本领域中众所周知的后屋。
在图1中示出的常规的燃烧室和退出箱128包含根据螺栓连接在一起的所需的几何形状而配置的一组水冷式壁和顶层面板130。在图2中，主供水线和回流线200、202分别被焊接到每个面板130并且在面板130之间互连。损坏的面板需要完全拆卸所述面板和集管系统以进行更换。同样地，它们还可以被设计成整体结构，所述整体结构被制造成具有管子或板，所述管子或板的所有供应管和回流管都附接到设备的外壁。在此所说明的设计中，在偶然损坏的情况下必须移除整个装置。此外，得从排气室或退出箱的内侧或内部接近以拆卸或修理损坏的面板。因此，为了执行修理或更换工作，要关闭整个系统，进而导致显著的停工期和生产率损失。
虽然本公开更多地针对于将模块化或盒式水冷式壁和顶层面板用于燃烧室、退出箱或其它类型的外壳，但其原理和教导还可以适用于eaf。因此，提供对eaf的以下描述以使得可以向其应用这些原理和教导。
在电弧炉(eaf)中，必须保护炉床或冶炼区域上方的部分不受炉的内部高温影响。eaf容器壁、盖子或顶层和管道系统由于装载钢而导致的大量的热、化学应力和机械应力而尤其处于危险中。此类应力极大地限制了炉的使用期限。eaf一般被设计和制造成焊接钢结构，通过耐火内衬和水冷式面板来保护所述焊接钢结构免受炉容器内的高温影响。水冷式顶层面板和水冷式侧壁面板位于炉的熔化/冶炼区域上方的炉容器的部分中。
另外，炉尾气导管还包括处于其周边周围的多个管子，所述多个管子保护管道系统免受在炉操作期间产生的高温和腐蚀性气体影响。现有的水冷式面板和导管是使用各种等级和类型的板和管子制成。使用水冷式面板降低了耐火材料成本，使得钢铁制造商能够在更大量的热下操作每个炉，并且使得炉能够在增加的电力和化学能量输入水平下进行操作。此类面板被设计成并入呈蜿蜒方式的多个管子并且悬挂在炉床上方的电弧炉的内壁上，进而形成内部与炉壁之间的冷却表面。
重要的是在水冷式面板的热侧上维持炉渣层，从而保护所述面板在正常炉操作期间免受热降解和电弧降解影响。炉渣杯、炉渣条、炉渣销和特殊设计的挤压管子以及在所述管子的热侧表面上的齿条可以用于使溅落的炉渣保留在所述面板的热侧表面上。炉渣在所述管子上凝固，从而在熔化的铁材料与冷却管子以及因此炉的壁之间形成绝缘屏障。
参看图12，将炉的一个实施例说明为eaf型炉180。虽然将eaf公开为一个实例，但应理解，本公开的原理和教导可以容易应用于碱性氧气转炉(bof)等中。在图12中，eaf180可以包含炉壳体112、多个电极114、排气系统116、工作平台118、摇杆倾斜机构120、摆缸122和尾气室。炉壳体112可以可移动地设置在摇杆倾斜机构120或其它倾斜机构上。此外，可以通过摆缸122向摇杆倾斜机构120提供动力。还可以将摇杆倾斜机构120进一步紧固在工作平台118上。
炉壳体112可以包含盘形炉床124、大体上圆柱形侧壁126、斜槽128、斜槽门130和大体上圆柱形圆顶层132。斜槽128和斜槽门130位于圆柱形侧壁126的一侧上。在打开位置，斜槽128可以允许侵入空气134进入炉床124，并且部分地燃烧由冶炼产生的气体136。炉床124是由合适的耐火材料形成。浇注箱处于炉床124的一端处，所述灌注箱在其下端处具有阀门构件138。在熔化操作期间，通过耐火塞子或可滑动闸门关闭所述阀门构件138。其后，在需要时，使炉壳体112倾斜，拔去阀门构件138的塞子或打开阀门构件，并且将熔化金属浇注到盛钢桶、中间罐或其它装置中。
炉壳体112的内壁126可以装配有蜿蜒管道150的水冷式面板140。所述面板实际上用作炉180中的内壁。供应冷水的岐管和回流线与所述面板140流体连通。通常，所述岐管通过类似于所说明的排气导管144的方式在外围定位。
热交换器系统110产生更高效的操作并且延长eaf炉110的使用期限。在一个说明性实施例中，可以将所述面板140组装成使得蜿蜒管道具有大体上水平定向。管道150可以与连杆连结或者具有安装到壁的基座。可替代地，可以将所述面板140安装成使得蜿蜒管道150具有大体上垂直的定向。面板140的上端可以在炉180的侧壁126部分的上缘处界定圆形边缘。
可以将热交换器系统110装配到炉180的顶层132，其中水冷式面板140具有基本上遵循顶层132的半球形轮廓的曲率。可以将热交换器系统110部署在炉180的侧壁126的内侧、顶层132和排气系统116的入口以及整个排气系统116上。因此，热交换器系统110可以保护炉并且在热的废气136被管道输送到袋滤室或其它过滤和空气处理设施时冷却所述热的废气，其中在所述袋滤室或其它过滤和空气处理设施中收集灰尘并且将气体排放到大气。
在操作中，通过炉壳体112中的通风孔146从炉床124移除热的废气136、灰尘和烟雾。通风孔146可以与排气系统连通。
面板140可以具有多个沿轴向布置的管子150。u形弯管可以将管道或管子150的相邻的截面长度连接在一起以形成连续管道系统。另外用作间隔物的连杆等可以处于相邻的管子150之间，并且它们提供面板140的结构完整性并且决定了面板140的曲率。
热交换系统或热交换器110可以包含：蜿蜒管道150的至少一个面板，所述至少一个面板具有入口(未示出)和出口(未示出)；输入岐管，所述输入岐管与所述至少一个面板的所述入口流体连通；输出岐管，所述输出岐管与所述至少一个面板的所述出口流体连通；以及冷却流体，所述冷却流体流过所述管道150。热交换器系统110冷却从冶金炉180和其支撑部件排出的热的烟气136和灰尘。所述管道是并排安装的所连接的管子的截面长度的集合，其中使用连杆使所连接的管子彼此固定，其中形成至少一个面板150。
已经确定用于制造管道150的一个说明性和合意的组成是铝青铜合金。已经发现铝青铜合金具有比预期高的导热性、对热气体流的蚀刻的抵抗性(弹性模量)以及良好的抗氧化性。因此，延长了热交换器的使用期限。当使用铝青铜制造热交换器和相关部件时，减少了对热交换器和相关部件的腐蚀和侵蚀。铝青铜具有比p22(约96％的fe、0.1％的c、0.45％的mn、2.65％的cr、0.93％的mo)高41％并且比碳钢(a106b)高30.4％的导热性。使用铝青铜和其合金制造的热交换器更高效，并且具有比由折射材料和或其它金属合金构造的炉更长的使用期限。
还已经确定，可以挤压管道150，并且所述挤压可以有助于所述管道抵制腐蚀、侵蚀、压力和热应力。所述管道可以成曲形或弯曲以匹配其附接到的壁的曲率(如果需要这样)。更常见的情况是，使用成角度的连杆使管道的个别区段彼此固定，使得所得的面板具有与壁的曲率相当的曲率。
参看图3，示出了本公开的一个实施例。此处，将退出箱系统300或其它外壳的一部分说明为包含多个独立的模块化水冷式或液冷式面板308。此处，系统300可以包含形成如所示的框架的独立的支撑结构302。可以将所述独立的支撑结构302制造成保持在原位，而不需要在制造设施的使用期限期间进行更换。可以通过一个或多个支柱或其它部件形成支撑结构302。支柱可以是通过(例如)炉或锅炉的壁的外部的拉索保持的梁，从而使所述壁的相邻区域不被拉向外。
可以在系统300中提供集管，并且所述集管在永久支撑结构302上保持在原位，使得仅水冷式元件或面板308在需要时会由于正常的损耗而被转向或更换。所述结构可以是特定应用和设备位置所要求的水冷式设计或管子/板/i梁非水冷式设计。所述结构可以并入有分别用于供水集管和回流集管304、306的所需的基础设施，所述基础设施具有用于安装在所述结构的冷侧(即，外部)上的水冷式元件或面板308的水连接部，以及用于将水冷式元件附接到所述结构的导沟、狭槽或支架。因此，结构302和其相关的基础设施可以保持基本上固定且不变。实际上，这可以允许在水冷式元件或面板308由于正常的工况而损坏时容易地更换所述水冷式元件或所述面板。
可以通过多个管子、板或板/通道结合许多材料类型来制造所述设备的水冷式操作元件或面板308，所述许多材料类型提供最佳的导热性、水压力降和对在过程操作期间它们所暴露于的热气和脏气的抵抗性。此实施例的两个特征在于，可以将水冷式元件设计成具有简化的安装以及从支撑结构302的冷侧或外部进行移除的能力。这不同于常规设计并且比常规设计有利，在常规设计中，必须从所述结构或退出箱系统的内部移除或修理水冷式面板。另外，还可以将面板308设计成是可反转的，使得以最小的成本和劳力投资使元件的使用期限加倍。
换句话说，水冷式元件或面板308可以被设计成并且大小被设定成容易从水冷式支撑结构进行处置、反转或移除，且因此，可以在不移除整个装置的情况下解决对困难的磨损或工艺区域的材料应用。举例来说，如果水冷式面板308开始在其底部部分处展现磨损，那么可以简单地从支撑结构302移除面板308并且旋转180°，使得所述磨损的底部部分现在定向在顶部处。此外，可以颠倒或翻转面板308，使得可以颠倒面向内的面板308的部分，使得其现在面向外并且因此不再暴露于热气等。常规的水冷式面板是经由凸缘、焊接、螺栓或紧固件以及其它构件附着到支撑结构，使得个别的面板不可移除。替代地，必须拆解和更换包含支撑结构的整个结构。然而，根据本公开，可以通过简化和快速的过程与其它面板308独立地组装或移除个别面板308。
每个面板的大小可以改变，但在一个实例中，所述面板可以是约8’x20’并且重量超过40磅/平方英尺。然而，个别面板的大小和重量可以不同，并且可能取决于面板的应用和使用以及周围的支撑结构的大小和形状。可以调整水冷式元件或面板308的制造材料以匹配工艺设备的特定区域的操作要求。这些材料可以包含钢管、
在此实施例中可以使用“盒式”面板308的模块化设计，并且所述模块化设计向操作员提供对于前述行业来说是崭新的操作和维护选项。如上文描述，这些面板可以是行业中首先使面板两侧都可用于操作目的的水冷式元件。这意味着，不管制造材料寿命如何，水冷式元件的使用期限都可以增加并且在一些情况下使用期限加倍。所有盒式面板设计都可以不需要维护人员进入操作装置来实现盒式面板更换或反转。这不需要等待那件设备冷却下来并且减少对高温和富含一氧化碳的尾气的暴露。另外，所有面板都可以被设计成是可反转的，即，当第一热侧展现任何磨损迹象时，可以颠倒所述面板并且利用达常规设计的时间的两倍。
在图3中，每个面板308可以包含水或其它冷却液体所流过的供应线或回路310以及回流线或回路312。供应回路310可以可流通地耦合到供应集管304，所述供应集管进一步耦合到流体供应器或储器(未示出)。面板308中的每一者可以包含其自身的可流通地耦合到供应集管304的供应回路310。供应集管304可以由具有可流通地耦合到每个供应回路的多个出口的管子形成。水或液体可以经由供应回路310流到每个面板308中并且经由回流回路312从面板离开。回流回路312可以可流通地耦合到回流集管306，所述回流集管可流通地耦合到形成退出箱系统300的至少一部分的多个面板308中的每一者。进入回流集管306的流体可以再循环到供应器或储器，或者流体可以流动到另一储器。
虽然未示出，但可以使用紧固件等将供应回路310和回流回路312联接到相应的面板和集管。可替代地，柔性软管可以将集管可流通地联接到每个回路。在图3中，将供应回路和回流回路示出为在相应的面板308的中间部分附近。如将描述，供应线和回流线耦合到每个面板的位置可以改变。
在图4中，说明了例如燃烧室或退出箱等外壳系统400的示例。系统400可以包含通过方形集管或支柱402和多个中间支柱404形成的支撑结构。虽然在图4中未示出，但支柱402和中间支柱404可以形成狭槽或通道，可以通过所述狭槽或通道组装个别的水冷式面板406。此处，可以使面板406以一定角度滑动到支柱狭槽中，使得从外壳400的内部或外部将面板406的第一侧插入到所述狭槽中。一旦插入第一端，便可以提供足够的空间，使得可以在支撑结构中形成另一狭槽的情况下定位面板406的相对端。当面板406上方的区域由于其它结构而难以接近时，这可能是所需的。于在面板406上方不存在阻碍结构的情况下，与盒式过滤器或炉过滤器类似，还可以从上方将面板406插入到狭槽中。
在图4的实施例中，进一步示出可以通过多个水冷式面板406来封围封围系统400。同样，如所描述，此设计的优势是使得如果面板406中的一者已损坏，那么可以颠倒或者在狭槽中重新定向已损坏的面板406，使得未损坏的部分面向内，或者可以在非常小的停工期中安装更换面板。另外，维护人员可以从外壳外部接近已损坏的面板，并且因此由于必须允许面板冷却下来而不浪费时间。
参看图5和图6，示出处于其安装位置的个别的盒式水冷式面板500的两个实施例。可以将盒式面板500安装在一对圆形集管或管子506之间。在替代性设计中，所述集管可以是矩形或方形集管。例如，管子506可以包含供应集管和回流集管。可以将防护面板508设置在面板500的内部504或热侧上，以提供用于保护集管506的热屏。因此，可以将集管506定位在面板500的外部502或冷侧上。可以使用销和楔子附接系统以将防护屏板508耦合到集管506。此处，可以将销510插入穿过集管506中的一对开口(未示出)，并且可以通过销510驱动楔子512以防止分离。还可以使用例如焊接等其它处理来加强所述附接。
在图6中，可以使用类似的附接机构来将防护面板508耦合到集管506。此处，示出回流线600在一侧上可流通地耦合于回流集管506与水冷式面板500之间，并且供应线602在相对侧上可流通地耦合于供应集管506与水冷式面板500之间。回流线600可以经由回流配件608耦合到回流集管506，并且供应线602可以经由供应配件606耦合到供应集管506。
参看图6，供水集管和回流集管可以是永久支撑结构的集成部分。可以经由每个水冷式元件或面板500上的水入口连接部和出口连接部来供应水并且使水返回到所述结构的对应部分。这通过以下操作可以是可能的：关闭阀以隔离每个元件，并且快速断开配件和不锈钢软管以允许快速地反转和移除所述元件。在图6中，示出截止阀或其它阀机构604可流通地耦合到供应线602，以允许或关闭供应集管506与供应线602之间的流体连接部。
现在参看图7至图11，在下文示出且将描述盒式面板组件的若干实施例。此处，可以在若干不同的实施例中设计每个个别的盒式面板组件。虽然说明了若干实施例，但这些仅是示例，并且预期属于本公开的原理和教导的其它组件。
在第一实施例中，例如，示出外壳700包含多个盒式水冷式面板，其中每个面板可以从其外部(即，冷的非操作侧)滑动到支撑结构侧壁中并且处于所述结构的支撑支柱之间。换句话说，盒式面板设计可以使得盒式面板从顶部部分滑动到支撑结构中并且滑动到设计成侧轨的支柱中。可以通过防护屏板或水冷式面板来保护支柱/导轨的热面不被热的炉尾气损坏。在此实施例中，盒式面板将具有位于面板的主体中的供应线和回流线耦合件，所述供应线和回流线耦合件将把水分发到包含盒式面板主体的多个管子。供水管子和回流管子以及配件可以将面板入口和出口连接到结构上的相应集管。
在图7a-b中部分地示出此第一实施例。此处，说明了结构组件的示例以及盒式面板组件如何滑动到位。盒式面板组件700可以具有位于面板700的主体中的供应线和回流线耦合件(未示出)，所述供应线和回流线耦合件将把水分发到包含盒式面板主体的多个管子。供水管子和回流管子以及配件(未示出)可以将面板入口/出口(未示出)连接到结构上的相应集管。
在图7a和图7b中，可以通过第一i梁706和第一l梁710形成所述支撑结构。所述一对梁可以形成第一支柱。如图7b中所示，在第一i梁706与第一l梁710之间界定狭槽，使得第一面板702可以滑动到所述狭槽中进行安装。可以将第一防护面板714耦合到第一梁706，以在外壳700的内侧718上提供热屏。
可以同样地将第二水冷式面板704组装到由第二i梁708和第二l梁712界定的狭槽中。这也在图7b中示出。可以将第二防护面板716耦合到第二i梁708，以在外壳700的内侧718上提供热屏并且保护第二i梁708和第二l梁712不受热气等影响。
如图7a和图7b中所示，所述防护面板可以相对狭窄，从而与i梁的形状和宽度相对应。所述防护面板可以包含与其被设计成保护的相应支柱类似的设计。
虽然未示出，但面板702、704中的每一者可以包含用于分别耦合到供应线和回流线的入口和出口。在一些情况下，柔性软管可以耦合于供应集管/回流集管的入口/出口之间。其它配置也是可能的。
在图8a-b中，说明了封围系统800的第二实施例。在此实施例中，可以使盒式面板组件从顶部滑动到所述结构中，并且滑动到设计成侧轨的支柱中。通过热屏814、816或水冷式面板来保护导轨的热面(即，面向系统800的内部818的部分)不被热的炉尾气损坏。在此实施例中，盒式面板可以具有位于面板的顶部部分处的供应线和回流线耦合件(未示出)，所述供应线和回流线耦合件将把水分发到包含盒式面板主体的多个管子。供水管子和回流管子以及配件(未示出)可以将面板入口和出口连接到结构上的相应集管。
在此实施例中，示出外壳800的一部分具有第一水冷式面板组件802和第二水冷式面板组件804。每个面板可以由蜿蜒管子形成，如上文描述，其中第一端可以形成可流通地耦合到供应集管的入口，并且第二端可以形成可流通地耦合到回流集管的出口。此处，第一供应集管806可以可流通地耦合到第一面板802的入口(未示出)，并且第二供应集管808可以可流通地耦合到第二面板804的出口(未示出)。虽然将顶部管子描述为供应集管，但在其它实施例中，所述顶部管子可以是回流集管。在本公开内还预期柔性软管可以将集管可流通地耦合到面板的入口或出口。
支撑结构可以包含第一i梁810和第二i梁812。可以在每个i梁810、812中形成狭槽或通道，使得集管806、808能够与其耦合。另外，每个集管可以包含用于在所设计的狭槽内配合的凸缘820。这在图8b中示出。
类似于图7a-b，图8a-b的实施例还可以包含形成用于保护支撑结构的热屏的防护性部件或面板。此处，第一防护性部件814可以耦合到第一i梁810，并且第二防护性部件816可以耦合到第二i梁812。
在图9a-b中示出的第三实施例中，可以使盒式面板组件从顶部滑动到所述结构中，或者从炉的冷侧(即，外部)将所述面板安装到设计成侧轨的支柱中。通过热屏或水冷式面板来保护导轨(即，支撑结构的部分)的热面不被热的炉尾气损坏。在此实施例中，盒式面板可以在其每一侧上(而不是与在图8a-b的实施例中一样在顶部上)具有所制造的供应集管和回流集管。可以将包含盒式面板的主体的多个管子焊接到这些侧面集管中。供应和回流耦合件(未示出)可以位于供应集管和回流集管的每一侧上。所述盒式面板的供水管子和回流管子以及配件(未示出)可以将面板入口和出口连接到结构上的相应集管。
具体参看图9a-b，示出了外壳900的一部分，例如退出箱系统或燃烧室。外壳900可以包含第一水冷式面板902和第二水冷式面板904。每个面板可以由蜿蜒管子形成，所述蜿蜒管子具有用于可流通地耦合到供应集管的入口，和用于可流通地耦合到回流集管的出口。可以在第一侧撑910或第二侧撑912中形成所述供应集管和回流集管。以此方式，相应面板的蜿蜒管道可以可流通地耦合到任一侧撑以便从其接收流体或使流体从其回流。
所述侧撑可以是整体支撑结构的部分。支撑结构可以包含第一i梁906和第二i梁908。可以使用固定夹将支柱(例如，i梁)耦合到相应面板。举例来说，可以将板914点焊到面板902、904和i梁906、908以实现紧固耦合。板914可以包括l形结构，使得所述结构的一个部分耦合到面板，并且所述l形结构的另一部分耦合到i梁，如图9b中所示。
第一防护性部件或面板916可以耦合到内侧920上的第一i梁906以形成热屏并且保护支柱。同样地，可以将第二防护性部件或面板918耦合到内侧920上的第二i梁908以形成第二热屏。
可以容易地通过移除点焊板914来从外壳的外部拆解面板902、904。这提供了修理或更换已损坏的面板的更安全且耗时更少的方式。
虽然可以穿过侧撑布设供水线和回流线，但还有可能使所述供应线和回流线延伸穿过在i梁与防护性部件之间界定的方形狭槽。在任何情况下，在此实施例中，供应线和回流线可以从每个相应的面板的侧面而不是从其顶部或底部引出。
在图10a、图10b和图11中示出的第四实施例中，盒式面板组件可以被设计成围绕集成到盒式面板的主体中的水冷式轴杆旋转。在此设计中，可以使盒式面板滑动到结构轨道中或者从所述结构外侧放置到位。通过水冷式部件或面板(例如，热屏)来保护导轨(即，母线管道)的热面或内侧不被热的炉尾气损坏。在此实施例中，盒式面板主体可以具有其位于轴杆上、里面或沿着所述轴杆的供水连接部和回流连接部。轴杆可以向面板主体分发水以及从面板主体收集水(参见图11)。所述盒式面板的供水管子和回流管子以及配件可以将面板入口和出口连接到结构上的相应集管。在此设计中，当面板的面向内部的侧已损坏或磨损时，可以简单地将所述面板旋转180°，使得其面向外或面向外部。
在图10a和图10b中，示出了例如退出箱系统等外壳1000的一部分。此处，示出了形成外壳1000的侧壁的多个面板的第一面板1002和第二面板1004。可以将所述多个面板中的每一者耦合到支撑结构，所述支撑结构包含一个或多个导轨、母线管道、中间母线管道等。所述支撑结构可以至少由第一i梁1010、第二i梁1012和第三i梁1014形成。所述第一i梁和第二i梁形成所述支撑结构的隅角，如图示。第一防护性部件1006可以用作第一i梁1010的热屏，并且第二防护性部件1008可以用作第二i梁1012的热屏。可以将每个i梁耦合到其自身的热屏以便抵抗来自炉的热烟雾和气体。
如图10b中所示，所述多个面板中的每个面板可以相对于所述支撑结构围绕枢转轴枢转。此处，示出第二面板1004、第三面板1016和第四面板1018相对于对准第二i梁1012所依据的垂直平面枢转。这可以是合意的，使得面板的面向外壳的内部的一侧连续地暴露于热的气体、烟雾和碎屑。此面可能会随时间磨损或损坏。不更换所述面板，而是可以将所述面板围绕其枢转轴1112进行旋转，使得已磨损的侧面向外而不是面向内。所述面板的未磨损或未损坏的侧现在面向内。这允许将所述面板使用更长的时期并且增加系统的生产率。另外，可以从外壳的外部旋转面板，这允许在不必冷却所述外壳的情况下执行此类维护和修理。这也减少了人员对烟雾和气体的暴露，并且因此提供更安全的工作环境。
在图11中示出此类型面板的示例。此处，面板1100可以包含延伸穿过其的细长轴杆1102。轴杆1102可以延伸穿过面板1100的中心或中间区段，或者所述轴杆可以定位成更靠近所述面板的顶部部分或底部部分。在图11中，轴杆1102大致处于面板1100的中间。
轴杆1102界定面板1100的枢转轴1112。换句话说，面板1100可以围绕轴杆1102旋转。虽然未示出，但轴杆1102可以枢转地设置在每个端部处的轴承之间。举例来说，轴承可以位于支柱或支撑结构内。
第一回路1104可以位于轴杆1102上方，并且第二回路1106位于所述轴杆下方。轴杆1102可以包含用于耦合到一对支柱或支撑结构的第一配件1108和第二配件1110。此外，轴杆1102可以是中空的，除了位于其中的塞子或止挡件1112之外。在图11中，止挡件1112定位成更靠近轴杆1102的供应侧。止挡件1112的位置可以改变，但有可能定位成更靠近第一回路和第二回路的入口，如图11中所示。
可以经由供应线a将水或其它液体供应给轴杆1102。当水进入轴杆1102时，由于止挡件1112迫使水进入第一回路和第二回路1104、1106。水或冷却液体随后可以经由路径b流过第一回路和第二回路的蜿蜒管道。水或液体可以离开相应回路并且在出口c和d处回流到轴杆。水或液体随后可以离开轴杆1102并且流动到回流线e，如图11中所示。
在轴杆1102可旋转地耦合到支撑结构的情况下，可以在需要时旋转或枢转面板1100。可以为每个面板提供阀以关闭向相应回路的水的供应。另外，不存在可流通地耦合到回路的供应线或回流线，而是在所说明的实施例中仅通过轴杆1102。然而，在其它实施例中，可以在包含顶部、底部、任一侧或中间(例如，经由柔性软管)的其它位置处将水或其它冷却流体供应给面板。
在将柔性软管耦合到面板的前面以使得可以将水或其它冷却液体供应给所述面板的情况下，具有软管(即，用于供应和回流)的面根据退出箱或燃烧室外壳的冷侧或外侧而定位。这允许直接接近软管、供应入口和回流出口，而不必在外壳内侧。当所述面板的后面已损坏并且将要把所述面板翻转以使得前面现在处于外壳的内部或热侧上时，从所述后面卸下柔性软管。另外，可以经由焊接操作来修补前面上的入口和出口以防止从其泄漏。在面板的后面上，可以在所安装的管子和配件中加工出新的入口和新的出口，使得可以将供应线和回流线重新连接到所述面板，但是在相对的面。
此外，在一些情况下，面板的一个面的仅一部分已损坏或磨损。举例来说，可以确定面板的后面的底部部分已磨损，而所述面板的其余部分处于良好的工况。在此情况下，可以将面板旋转180°，使得后面的底部部分现在处于上面，但所述后面仍然朝向外壳的内部定向。为此，并且尤其当所述前面上的入口和出口位于面板的主体中时(而不是当处于顶部、底部或侧面时)，供应柔性软管和回流柔性软管需要具有足够的长度以将面板重新连接到相应的入口和出口。换句话说，入口可以始终是入口，并且出口可以始终是出口，使得供应软管连接到所述入口并且回流软管连接到所述出口，而不管面板的定向如何。
然而，在一些实施例中，面板中的第一开口在所述面板的第一定向上可以是入口，但所述第一开口可以包括在不同的定向上的出口。因此，面板可以基于其相对于支撑结构的定位或定向而具有关于入口和出口的位置的某一灵活性。
可能合意是，这些水冷式元件或面板的大小被设计成容易从结构的外侧或顶部(即，冷侧)进行移除或反转，这可以免于燃烧室内的高温(例如，2,500+℉)、高一氧化碳和腐蚀性气体。
在图7至图9的前述实施例中，可以在可能的情况下使水冷式元件或面板滑动到在所述结构中设计的面板导沟中。在一些情况下，所述水冷式元件或面板可能需要支架以将它们附接到独立结构。然而，水冷式元件可以是可反转的，使得如果在冷侧上需要托架，那么可以容易地移除托架并且转移到水冷式元件的相对侧以继续使用。
在本公开中，可以形成小的且大小可管理的水冷式元件。因此，燃烧室的热面内部结构还可能允许在需要时针对局部损坏来实施面板反转或修理的可能性，而不需要拿下所述系统进行昂贵的计划内或计划外的停工期修理。
此外，水冷式元件中的每一者可以具有专用的水供应线和回流线，所述专用的水供应线和回流线具有快速断开特征，经由管子和不锈钢柔性软管连接到独立结构的相应集管。因此，这允许在需要时容易且快速地移除、反转和/或更换水冷式元件。
依据独立结构的设计，可能需要使防护性水冷式元件定位在独立结构支柱的热侧或内侧上。在需要时，可以将防护性水冷式部件或热屏附接到支柱，并且邻接支柱的任一侧上的水冷式元件。在本公开的图7至图10中示出支柱水冷式元件防护面板的示例。
水冷式元件供应线和/或回流线中的每一者可以包含阀64，使得在漏水的情况下，可以使水冷式元件与水流隔离。水冷式元件的回流线被设计成包含压力释放阀和热电偶/rtd以测量所述面板中存在的水温，从而测量水温变化。在面板中不断上升的温度的情况下，可以在发生任何计划内或计划外的关闭之前关闭水流，或者可以移除并更换面板。这种新的镶板设计提供了任何漏水与小面板的隔离，而不是与典型的水冷式管道、燃烧室、退出箱等的整个壁区段的隔离，这在常规设计的整体或大型镶板结构中是不可能的。因此，炉操作者可以仅处置小的问题，这与进入工艺系统中的漏水的潜在更大或甚至灾难性的影响形成反差。
在本公开中，本文描述的实施例表示可以基本上降低操作成本并且减少计划内和计划外的停工期的显著的技术提高。此中的一个原因是因为本文描述和说明的实施例可以增加支撑结构的使用期限，所述支撑结构是更持久的结构。另外，所述支撑结构被设计成具有所需的支撑狭槽和支架以便容易从设备的冷侧插入和移除“盒式”水冷式元件。实际上，这使得操作者或维护人员免受当在具有高温、潜在高一氧化碳和满是灰尘的气体的有限空间中工作时可能会出现的受伤。
另外，水冷式元件可以是可反转的，以实现其两侧上的操作使用。这增加了盒式面板的使用期限并且在一些情况下使所述使用期限加倍。此外，水冷式元件的大小可以合意地被设计用于处置，并且能够适应使装置的特定区域中的使用期限和使用最大化所需的任何制造材料。本公开的实施例可以提供改进的工艺并且尤其在水冷式元件修理和更换活动期间增强设施操作安全性以及人员安全性。
虽然将水冷式或液冷式面板示出并描述为用于退出箱，但还有可能在燃烧室、管道、电弧炉上部壳体、排气系统或具有热气、烟雾和微粒的其它外壳中使用这些面板。可以根据位置来定制面板的大小和形状。当针对垂直布置设计面板时，其中从上方将每个面板插入到狭槽中，还可以水平地布置所述面板，其中从侧面将每个面板插入到狭槽中。可替代地，并且尤其当在距地面更高的高度处工作时，有可能从下方将面板插入到狭槽中。可以使用机构或闩锁以将面板保持在原位。
现在参看图13a-c，示出了本公开的不同实施例。此处，示出了退出箱1300或其它外壳。退出箱1300可以是40’或更高，并且其可以包含如本文描述的类型的支撑结构和水冷式面板1304。退出箱1300可以包含与图1的门132类似的入口1302。在此实例中，退出箱1300可以包含与其相关联的一个或多个层级或层1306。在图13中，例如，示出了中层1306。在一些情况下，可能难以到达位于中层1306上方的面板1304。虽然可以使用梯子，但可能仅够到这么高。脚手架或其它升降设备可能在外壳内不配合。
因此，为了到达外壳1300内的更高的高度，可以使用多个面板1304中的一者在中层1306或任何其它层级处形成地板表面。在图13b和c中，可以通过气缸或致动器1308在升高位置(图13b)与降低位置(图13c)之间可控地致动面板1308。在降低位置，面板1310可以是基本上水平的，并且通过闩锁系统1312保持在原位。可以通过机械、液压、电动、机电、气动或任何其它类型的致动器1308来控制闩锁系统1312。对于控制地板面板1310同样如此。在图13c的降低位置，可以将梯子或其它装置放置于面板1310上以够到位于中层1300上方的水冷式面板。在此系统的情况下，用于控制地板面板的移动的其它类型的系统是可能的，并且前述致动器仅是此类示例。对于控制闩锁系统1312同样如此。可以在此系统中使用用于耦合地板面板并且使地板面板保持在其降低位置的任何已知的系统。
虽然本文已经公开了并入有本公开的原理的示例性实施例，但本公开不限于所公开的实施例。而是，本公开意在涵盖使用本公开的一般原理的对本公开的任何改变、使用或改写。另外，本申请意在涵盖在本公开所属的领域中的已知或惯用实践的范围内并且属于对所附权利要求书的限制的与本公开的此类偏离。
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