具有管形中央气流的环形炉制造技术

本发明专利技术涉及一种用来锻烧碳块的炉子，其包括纵向Ｘ上的一系列炉室（２），每个炉室在横向Ｙ上具有保证燃气加热的气流或者冷却空气气流的流通的交替的中空隔墙（３）和在其中容纳要锻烧的碳块的炉腔，炉室的每个中空隔墙（３）与其上游和／或下游的隔墙相通，以形成气流流通的通道。炉室的所述每一个隔墙在Ｘ－Ｚ平面上具有两个垂直侧壁（３８），在横向Ｙ上有一些部件用来偏转所述气流并维持所述侧壁（３８）之间的恒定间隔。本发明专利技术的特征在于，每个隔墙（３）具有用来在该隔墙长度Ｌ的至少三分之一上保持流量为Ｄ的气流均匀分布在所述隔墙的整个正截面Ｓ上的装置，所述流量分布的均一度由表达式“２ｙＤ－０．５Ｄ／ｙＳ”确定，其中“２ｙＤ－０．５ｙＤ”表示等于所述正截面Ｓ的分数ｙ的流量Ｄ的分布范围，其中ｙ最大等于０．２５。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来锻烧碳块的环形炉(four àfeu tournant)，尤其是开放型炉室的炉子。炉室的中空隔墙的形状一般为5m长(炉子的纵向)、5m高、0.5m宽(炉子的横向)的长方体，所述宽度为0.3m的燃气流通道加上2个0.1m厚的壁。所述中空隔墙被3个横向设置的垂直隔板分为4个炉膛(每个炉膛由两个隔板形成，或者由一个隔板和炉室的一个壁形成)，以增加冷却空气或者燃烧产生的气体在所述隔墙中的平均流程，另外还保证隔墙的纵向壁之间有恒定的距离。除了所述隔板，还在横向上，尤其在所述隔板之间，设置了一些横梁，以保证所述隔墙的纵向壁之间的距离恒定。存在的问题对于锻烧碳块的生产有一个不断追求的目标-在质量稳定的前提下，减少锻烧碳块的生产成本，以及用于生产碳块的炉子的投资和维护成本，尤其是要提高炉子的耐火材料部件的寿命。另一个目标是要改善锻烧碳块的质量，尤其是要改善质量的稳定性，同一块碳块内以及不同碳块之间性能的均一性。为此，本申请人在考虑隔板和横梁的尺寸和位置的前提下；建立了现有炉子隔墙中的气流流通模型。一方面，本申请人发现，在现有技术的中空隔墙中，气流的分布远不是均一不变的，因此，在稳定状态下，气流或者气流量的大部分沿着优势路径流动，使得隔墙的壁的不可忽视的一些部分未接触到所述气流。然而，所述壁将炉腔中的碳块与所述加热或冷却气流隔离开，并保证气流和碳块之间的热交换。既然如此，我们就知道，所述壁的热不均匀性或者会导致碳块质量的不稳定，或者就需要提高加热或者冷却的功率-实践中正是这么做的，以使得即使处于热交换面上不好的位置的碳块也能满足所需的质量要求。另一方面，所述模型的建立还揭示了由于所述隔板的存在而导致大量的压力损失，这导致两方面的后果一方面增加了使气流在相继的隔墙中流通所需的能量，另一方面增加了所述隔墙中相应的超压或者负压，进一步导致这个方向或那个方向(从隔墙向外或者从外部向隔墙内)的热泄漏的增加，从而增加了能源的消耗。另外，由于所述隔墙频繁地经受巨大的温差，所以，其尽管是用耐火砖构建的，也会因此而损坏，从而需要定期更换。因此，本申请人还寻求实现一种不仅在运行成本上，而且在维护和投资成本上更为经济的炉子。最后，本申请人试图设计一些设备以解决所述问题(气流在隔墙内的不均匀分布等)，不仅是要设计不具有现有炉子的缺点的新型炉子，而且要并且主要是要能够适应和改造现有的旧炉，得到在运行成本和维护成本两方面均更加经济的炉子。考虑到本申请人所建立模型的有效性，并考虑到用所有实有的炉子进行试验成本太高太困难，本申请人借助于同样的模型化工具寻找对所提出的问题的解决方案，所述模型化工具可以发现所要解决的问题产生的根源。专利技术方案按照本专利技术，用来锻烧碳块的所述开放型炉室环形炉包括沿炉子纵向X的一系列由具有开口的横壁隔开的炉室，其中每个炉室在炉子的横向Y上具有保证燃气的再加热气流或者冷却空气气流的流通的交替的中空隔墙，以及在其中容纳要锻烧的碳块的炉腔，所述炉室的每个中空隔墙与其上游的炉室和/或下游炉室的一个隔墙相通，以形成通道，从而确保所述气流在同时使用的炉室组的所述纵向X上从上游向下游流通、形成所述迂回的火力。炉室的所述每一个隔墙在X-Z平面上具有两个垂直侧壁，在横向Y上有一些部件用来确保经过所述隔墙的气流的偏转并维持所述侧壁之间的恒定间隔。所述环形炉的特征在于，每个隔墙包括一个装置，其通过适当地选择所述保证气流偏转的部件，来在等于该隔墙长度L的至少三分之一的长度L’上，保持流量D的气流均匀分布在所述隔墙在Y-Z平面内的整个正截面S上。所述流量D的分布的均一度由表达式“2yD-0.5D/yS”确定，其中“2yD-0.5yD”表示等于所述正截面S的分数y的流量D的分布范围，其中y最大等于0.25。与现有技术相比，本专利技术的不同之处在于取消了数目通常为中空隔墙三倍的所述垂直隔板。按照现有技术，如果用L表示所述中空隔墙在X方向的长度，用H表示其在Z方向的高度，并且，如果在一次近似的情况下假设隔板在Z方向的高度C等同于所述隔墙两端的横壁的高度M，则所述气流的平均路径可以分解为一个沿纵向X在长度L上的分量和一个沿垂直方向Z在长度4×C上的分量，长度总共为L+4×C。C和M的值一般在0.6×H到0.8×H之间。因此，如果有三个隔板，所述气流就是管形气流，要改变8次方向(X/Z-X/Z-X/Z-X/X)，每个隔板导致一次在垂直方向Z和纵向X上的方向改变，表示为“Z-X”。由于所述纵向(X)和垂直方向(Z)的交替，在每个隔板通道，所述气流的总体就集中在一个高度相当于0.2×H-0.4×H的正截面S上，也就是说是总截面S的20％-40％。按照本专利技术，相反地，在保留同样类型的隔墙的情况下，所述平均气流沿平均路径，在一次近似并考虑缺少垂直隔板的情况下，所述平均路径为最短路径即长度为L的路径与最长路径即长度为L+2×M的路径的算术平均，也就是说为12(L+L+2×M)]]>即L+M，与此相对照，现有技术中的路径长度为L+4×C，其中C接近M。另外，一般通过适当地选择所述实现气流偏转的部件，所述气流流量D均匀地分布在所述隔墙在Y-Z平面上的整个正截面S上，所述流量D的分布均一度等于0.50D-0.125D/0.25S，所述均一度表示为“2yD-0.5D/yS”，其中“2yD-0.5yD”是等于所述正截面S的分数y的流量D的分布范围，其中y最大等于0.25，所述正截面S等于高度H和所述中空隔墙的恒定宽度1的积。考虑到所述气流偏转装置在所述横向Y上及其对称性，所述均一度的公式在X-Z平面内照样适用，所述截面S被高度“H”取代，y则为该高度H的分数。所述正截面S总是在Y-Z平面内，所述确保气流偏转的装置在横向Y上，这样，通过数字模拟，就可以表示出某个中空隔墙的流量D在X-Z平面内的分布，就如图3和图4所示。这两个附图是所述炉子或者中空隔墙在平面X-Z内的剖面图。所述气流的模型建立始于将气流总体分解为N个基本气流束一例如五十来个流束，就如图3和图4所示。该模型将每个流束在平面X-Z中的轨迹可视化，然后分布所述基本流束，就如同分配地图上的等高线间距一样。由此，考虑基本流束的数目“n”以获得与所述高度分数“y”(已定为0.25)相应的分数n/N，可容易地计算出在整个分数y倍高度H上实际的均一度。该值0.25的选择以及所述均一度相应的表达式表示了按照本专利技术要获得本专利技术的优点所需的均一度。显然，考虑到平均值定律，如果增加“y”的值，均一度就更易获得，但是降低了。因此，在分数y越大、接近于yD的气流存在的可能性就越大的范围内，表达式“0.8D-0.2D/0.4S”所对应的均一度要比表达式“0.50D-0.125D/0.25S”所表示的均一度小，其中气流的总体D定义为y=1。相反地，对于比如0.20D-0.05D/0.10S，这其中y的值很小，均一度就有很大的提高，在长度L’的大部分上，这样的均一度不是很容易获得，对于显著提高本专利技术的优点来说也不是很需要。这样，所述总体均一度事实上是由所述中空壁在X-Z平面内的部分表面表达的，或者说是由相应的部分空间表达的，在所述表面或空间，所述均一度至少达到一个给定为0.50D-0.125D/本文档来自技高网...

【技术保护点】
用来锻烧碳块（４０）的开放型炉室（２）环形炉（１），包括沿炉子纵向Ｘ的一系列由具有开口（３２０）的横壁（３２）隔开的炉室（２），其中每个炉室在炉子的横向Ｙ上具有保证燃气的再加热气流（３５）或者冷却空气气流（３４）的流通的交替的中空隔墙（３），以及在其中容纳要锻烧的碳块（４０）的炉腔（４），所述炉室（２）的每个中空隔墙（３）与其上游的炉室和／或下游炉室的一个隔墙相通，以形成通道（５），从而确保所述气流（３４、３５）在同时作用的炉室组的所述纵向Ｘ上从上游向下游流通，形成所述迂回的火力，炉室的所述每一个隔墙在Ｘ－Ｚ平面上具有两个垂直侧壁（３８），在横向Ｙ上有一些部件用来确保经过所述隔墙的气流的偏转并维持所述侧壁（３８）之间的恒定间隔，所述环形炉的特征在于，每个隔墙（３）包括一个装置，用来在该隔墙长度Ｌ的至少三分之一上保持流量Ｄ的气流均匀分布在所述隔墙在Ｙ－Ｚ平面内的整个正截面Ｓ上，所述流量Ｄ的分布的均一度由表达式“２ｙＤ－０．５Ｄ／ｙＳ”确定，其中“２ｙＤ－０．５ｙＤ”表示等于所述正截面Ｓ的分数ｙ的流量Ｄ的分布范围，其中ｙ最大等于０．２５。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：让克里斯多弗罗特格，克里斯蒂安德雷耶，
申请(专利权)人：皮奇尼铝公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]