煉鐵爐或煉鋼爐的冷卻板的製作方法

2023-06-08 04:42:21

專利名稱：煉鐵爐或煉鋼爐的冷卻板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種煉鐵爐或煉鋼爐的冷卻板。
這種冷卻板設置在爐殼內並且具有內冷卻管。冷卻板通過從它們背面伸出的聯接件連接到爐殼外豎爐(shaft furnace)的冷卻系統。冷卻板朝向爐內部的表面通常都襯有耐火材料。
這些冷卻板中的大多數仍是由鑄鐵製成。由於銅具有比鑄鐵更好的熱傳導性，目前的趨勢是用銅或銅合金來製造冷卻板。同時還提出了幾種銅冷卻板的製造方法。
開始是嘗試通過模鑄來製造銅冷卻板，類似於鑄鐵冷卻板，通過模型中的砂芯來形成內部的冷卻管。實踐證明該方法並不是很有效，因為鑄銅冷卻板出現空腔和砂眼的頻率比鑄鐵冷卻板高得多。眾所周知，這種空腔和砂眼對於冷卻板的使用壽命和導熱性會產生極不好的影響。
已經從GB-A-1571789知道在冷卻板的模鑄過程中如何採用銅或高品級鋼製成的預製金屬蛇管來代替砂芯。蛇管在模製過程中一體地鑄造在冷卻板的本體上並形成螺旋形冷卻管。蛇管的兩端從冷卻板本體伸出作為聯接件。實踐證明該方法並不是很有效。在銅冷卻板本體和一體的鑄造蛇管之間存在較大的熱傳輸阻力，故導致冷卻板較差的冷卻效果。此外，採用該方法也同樣不能有效的防止出現空腔和砂眼。
從DE-A-2907511可以了解用鍛造或軋制的銅錠製造的冷卻板。在這種情況下，冷卻管為盲孔，通過機械鑽孔的方法深入到軋制的銅錠中。盲孔通過用帶螺紋的塞子焊接或接合而密封。與盲孔相連的連接孔從冷卻板的背面鑽出。用於冷卻劑進給和返回的聯接件插在這些連接孔中並焊接或接合在其中。最終，帶有較大直徑的管聯接件作為墊片而被與聯接件同軸地焊接或接合在冷卻板背面。
1997年1月8日提交的未公開申請LU90003描述了一種方法，其中冷卻板的預製是連續鑄造成的。連續鑄模的鑄造管中的插入物產生在連續的鑄造方向延伸的管，其在成品冷卻板中形成直的冷卻管。這些一體形鑄造管的截面優選具有橢圓形狀，其最小的直徑垂直於冷卻管。隨後可以製造出板厚度小於帶鑽出管的冷卻板的冷卻板。從而節省了銅並增加了爐子的有用容積。橢圓形截面的另一優點在於在冷卻板中可以獲得冷卻劑側較大的冷卻面積。通過與鑄造方向垂直的兩條切痕而從連續鑄造預製件中切割出板，兩個端面的間隔對應子形成的冷卻板所要求的長度。在隨後的製造過程中，終止於管冷卻管的連接孔以相對於後背面的直角在板中鑽出，並且冷卻管的端部終點是封閉的。聯接件隨後如上所述地插入連接孔。
在DE-A-2907511和LU90003中描述的方法都可以由銅或銅合金形成高質量的冷卻板本體，LU90003中描述的方法的特徵是生產成本極低。然而，上述兩種方法的成品冷卻板與具有一體的鑄造蛇管或模鑄板相比的缺點在於這些方法的冷卻板在從聯接件到冷卻管的過渡區呈現較高的壓力損失。這種情況特別(但並非獨有)出現在冷卻管具有橢圓形截面的情況下，如LU90003所述。
為了完整性，還必須提到在EP-A-0144578中描述的具有一體形鑄造冷卻管的鑄鐵冷卻板，冷卻管在其平直部分具有橢圓形截面，而在入口和出口處具有橢圓截面。
本發明的目的在於形成確保從聯接件到冷卻管的良好流動的過渡，不需要回復到具有上述缺點的模鑄冷卻板本體或帶一體形鑄造冷卻管的冷卻板本體。上述問題由權利要求1的冷卻板解決。
本發明的冷卻板包括帶有至少一個冷卻管的冷卻板本體，冷卻管基本上平行於冷卻板的背面延伸。至少一個聯接件設置在冷卻板本體的背面並終止於連接板本體中的所述至少一個冷卻管中。根據本發明，冷卻板具有插入物，其插入冷卻板本體的凹部中並在冷卻管中聯接件的終點區域中形成用於冷卻介質的偏轉表面。從流動的觀點看，冷卻介質從聯接件進入冷卻管或從冷卻管進入聯接件可以通過該偏轉表面以極簡單的方式得以改進。因此，在冷卻板的壓力損失可以大大減低，這當然在用於冷卻介質循環的能量消耗方面具有有益的效果。因較高的局部壓力形成蒸汽氣泡的危險也大大降低。此外，在冷卻介質充滿冷卻板的過程中空氣的逸出也通過本發明的偏轉表面得以簡化。換句話說，本發明的偏轉表面防止在冷卻管中形成氣坑(air pockets)及引起所謂的熱斑(hotspots)的問題。還應該注意本發明可以應用於DE-A-2907511和LU90003中的方法所製造的冷卻板本體，在降低壓力損失方面可以取得良好的效果。因此，如果要求較低壓力損失的話也可以使用這些冷卻板，而在此以前達到該壓力損失還是不可能的。
在本發明特別簡單的實施例中，插入物設置在冷卻管的軸向延長部分上，通過其一個端面形成偏轉表面。如果由在冷卻板本體端面上具有開口的管子形成冷卻管，插入物為塞子是有益的，其插入該開口並延伸進入冷卻管，直到聯接件的開口，在此處插入物形成用於冷卻介質的偏轉表面。從流動的觀點來看，為了改進聯接件和冷卻管之間的過渡，由插入物傾斜的端部形成偏轉表面就已經足夠了。從流動觀點進行優化的帶內凹曲線的偏轉表面當然可以進一步減小局部的壓力損失。
插入物還可以是預製過渡件，如銅模鑄件，其從外部密封地插入冷卻板本體的合適凹部中，在凹部中冷卻管形成開口。該過渡件具有彎曲的內過渡管，其在過度件中形成了第一和第二開口。在該情況下第一開口終止於聯接件中。與此相反，冷卻板本體的第二開口與冷卻管的開口相對。從流動的觀點，彎曲的過渡管(例如可以在模鑄中一體地鑄造)形成比直接焊接或接合到冷卻板本體的孔中的管聯接更有利的從聯接件到冷卻管的過渡。
這些帶有插入的過渡件的冷卻板還具有如下的優點聯接件和冷卻管之間的過渡通過標準化的預製過渡件而總是同樣地形成，從而更容易確定和協調在各冷卻迴路中的壓力損失。從機械的觀點看，過渡件與直接將聯接件焊接或接合到冷卻板本體中相比也是優選的。
對於帶有橢圓截面的冷卻管的冷卻板本體來說，本發明的過渡件特別地降低了壓力損失。在這些冷卻板中，從冷卻管的橢圓形截面到冷卻劑連接的圓形截面的過渡實際上是在過渡件的彎曲過渡管中逐漸完成的，從而避免了流動方式的不連續性。
過渡件具有堅實的臺肩是有益的，該臺肩形成了從冷卻板的背面伸出的墊片。在組裝的冷卻板中，這些臺肩同時將密封件壓入爐殼內的聯接件的襯套中。因此不需要圍繞聯接件將附加的元件焊接或接合到冷卻板的背面去，從而簡化了冷卻板的加工過程。此外，在過渡件上較堅硬的臺肩還有利於聯接件的組裝。
用於聯接件的凹部最好從後部切割進入銅冷卻板本體，凹部的深度小於冷卻板本體的厚度。採用本實施例，朝向爐內部的冷卻板的前側保持完好。
過渡件的凹部終止於冷卻板本體的一端是有益的。因此，其可以更容易地製造，並且冷卻管可以延伸到緊鄰冷卻板本體的端部。此外，對於本發明的該實施例來說應該注意過渡件在端部封閉和密封冷卻管。因此，可以不用如DE-A-2907511和LU90003中描述那樣將塞子焊接或接合到在端部開口的冷卻管內，故節省了進一步的加工步驟。
在第一實施例中，冷卻板本體是如DE-A-2907511中所述的鍛造或軋制的銅錠，冷卻管是通過機械鑽孔而製造成的盲孔。
在一個優選實施例中，冷卻板本體被如LU90003中所述地連續鑄造，但是，冷卻管在連續鑄造過程中被製成沿鑄造方向的通管。
這種冷卻板的產品特別簡單，但其機械和導熱性能仍遠遠優於鑄銅冷卻板。
為了更好地理解本發明及其優點，下面將參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。


圖1為本發明冷卻板後部的平面圖；圖2為圖1中冷卻板的透視圖；圖3為帶聯接件的過渡件的詳細透視圖；圖4為插入冷卻板本體的端部凹槽中的圖3的過渡件的詳細透視圖；圖5示出了本發明冷卻板的另一實施例在冷卻管和聯接件之間過渡區域的截面；圖6為圖5所示冷卻管和連接件之間的過渡的實施例的插入物的視圖。
圖1示出了豎爐的冷卻板10，特別是高爐(blast furnace)的冷卻板。這種冷卻板也稱為冷卻壁，設置在爐殼的內部並連接到爐子的冷卻系統。圖1所示的冷卻板10的背面11與爐殼相對。
所示的冷卻板10基本上包括由銅或銅合金製成的冷卻板本體12，其具有長方形表面。四根平直的冷卻管14集成在冷卻板本體12上，冷卻管14從一端16到另一端18平行於經過冷卻板本體12的表面延伸。該冷卻板本體12可通過專利申請LU90003(未公開)描述的方法製造。冷卻板本體12的預製件在連續鑄模中連續地鑄造，因此在鑄造管中的棒型插入物形成了在鑄造方向連續延伸的管，從而形成冷卻管14。如圖2所示，一體形鑄造管14的截面為橢圓形，其最小直徑與板成直角。通過與鑄造方向垂直的兩條切痕而從連續鑄造預製件中切割出板，冷卻板本體12的兩個端面16和18由此形成。隨後在冷卻板本體12兩個表面中的一個上切出與板的縱向成直角的槽19(見圖2)。帶有切割槽24的表面形成冷卻板本體12的前側25，其朝向爐子的內部。在冷卻板10組裝到高爐內之後，冷卻板本體12的前側25可以設置耐火材料，槽19可以確保耐火材料更好地粘附。
在冷卻板10的背面，各冷卻管14在每端具有聯接件20或22。這些聯接件20、22基本上與冷卻板本體12的表面成直角。聯接件通過爐殼而通向爐子的外部，在爐外，這些聯接件與相連冷卻板的聯接件相連，從而使冷卻板10結合到爐殼的冷卻迴路中。例如，聯接件20作為冷卻板的進給連接，而聯接件22作為冷卻板10的返回連接。
本發明中聯接件20、22與冷卻板本體12中冷卻管14的連接將參照圖2到4進行詳細描述。圖3示出了用於本發明這種連接的過渡件24。該過渡件為銅或銅合金模鑄件是有利的。由於用於製造過渡件24的導熱性並不是很主要，故可以選擇例如適於模鑄的並機械強度較冷卻板本體的銅合金高的銅合金。冷卻板本體的銅合金實際上特徵主要是良好的導熱性。單體的過渡件包括稜柱形基部26，帶有兩個倒圓的邊緣28、30和圓柱形臺肩32。聯接件22焊接或接合或螺紋連接到臺肩32的孔中或同時鑄造，並從該臺肩32的自由表面33以直角突出。該孔的內徑基本上與聯接件22的內徑相對應。彎曲的過渡管34在模鑄件24的內部鑄造出來。該過渡管在臺肩32中形成進入聯接件22的開口36，該開口具有與聯接件22基本上相同的圓形自由截面。過渡管26中的第二開口38設置在稜柱形基部26的側向區域40。該第二開口具有與冷卻板本體中的冷卻管14基本上相同的橢圓形截面。一體鑄造的過渡管34設計成從橢圓到圓形截面的過渡轉變是逐漸發生的，即沒有明顯的不連續性，而明顯的不連續性會產生局部的渦流並因此在冷卻的流動介質中產生壓力損失。
如圖1、2和4所示，模鑄件(mould casting)24而在冷卻管14的各端部通過其基部26插入銅冷卻板主體12的合適的凹部。這些凹部最好從後部切入銅冷卻板本體，在基部26上的倒圓的角28和30大大簡化了這一作業。如圖4所示，各凹部橫向終止於冷卻板本體12的對應端部16、18，凹部的深度小於冷卻板主體12的厚度，從而使帶有切割槽19的冷卻板本體12的前部保持完好(見圖4)。模鑄件24的過渡管34的第二開口38精確地與在該凹部內的冷卻管14的開口相對。繞整個表面焊接或接合在冷卻板本體和插入凹部的基部26之間留下的空隙，從而沒有冷卻介質可以從該空隙逸出。圖2和4示出該密封為較簡單的過程，從而可很容易地用機械的方法形成。
如圖2和4所示，臺肩32作為加壓件從冷卻板本體12伸出，其在組裝冷卻板時將密封件壓入襯在爐殼內的聯接件。
如上所述，一體地鑄造在模鑄件24中的彎曲過渡管34形成了過渡，從流動的觀點看該過渡比直接焊接或接合到冷卻板本體的孔中的管聯接件更有利於從聯接件20、22到冷卻管14的流動。因此，冷卻板10中的壓力損失大大降低，這在用於冷卻介質循環的能量消耗方面具有有益的效果。此外，由於在從冷卻管到聯接件的過渡處的局部過高壓力損失而形成蒸汽氣泡的危險大大減小。本發明的冷卻板10也具有如下的優點從聯接件20、22到冷卻管14的過渡都可通過標準化的鑄件24而同一有效地實現，從而在各冷卻迴路中的壓力損失可以很容易預先確定和調整。從機械的觀點看，本發明的方案與將聯接件直接焊接或接合到冷卻板主體的孔中相比當然也是優選的。在這方面，插入聯接件20、22的堅實臺肩起了很大的作用。
最後，應該注意到本發明的冷卻板的冷卻板本體還可以用DE-A-2907511的方法製造。然而，以用如上所述的連續鑄造來製造則更簡單，故而是優選的。此外，一體形鑄造管的截面可為橢圓形，其最小直徑與冷卻板成直角。因此，連續鑄造冷卻板可以製造成其板厚小於帶鑽孔管的冷卻板，結果是節省了銅並增加了爐子的有效容積。本發明有益地降低了向帶圓形自由截面的聯接件20、22過渡過程中出現的較高壓力損失。
在圖5中示出了聯接件20和冷卻管14之間過渡區的本發明簡化實施例。聯接件直接插入冷卻板本體12並焊接或接合到後者上。插入物124在冷卻管14的軸向延長部分插入冷卻板本體12的凹部126中，在聯接件20通入冷卻管14的開口區域形成了用於冷卻介質的偏轉表面134。如圖6所示，插入物124例如是塞子，其插入冷卻管14的端部開口並延伸到聯接件20進入冷卻管14的開口。用於冷卻介質的偏轉表面134通過其端部128的前表面傾斜45°而形成。如圖5所示，冷卻管14在聯接件20的開口上方的截面略大於實際冷卻管14的截面。這在冷卻管14中形成了臺肩區域130，塞子124的對應臺肩區域132坐靠在臺肩130上，使得偏轉表面134準確地定位在聯接件20進入冷卻管14的開口下。
在圖5和圖6中，冷卻管14和塞子124具有橢圓形截面。然而，兩者也可以具有圓形截面。
權利要求
1.一種煉鐵爐或煉鋼爐的冷卻板，包括帶有至少一根冷卻管(14)的冷卻板本體(12)，所述冷卻管基本上平行於冷卻板本體(12)的背面延伸；和至少一個聯接件(20，22)，所述聯接件設置在冷卻板本體(12)的背面並終止於冷卻板本體(12)的所述至少一根冷卻管(14)中，其特徵在於，還包括插入物，其插入冷卻板本體(12)的凹部中，並在聯接件(20，22)進入冷卻管的開口區域形成用於冷卻介質的偏轉表面。
2.如權利要求1所述的冷卻板，其特徵在於，所述插入物設置在冷卻管的軸向延長部分上，所述偏轉表面由插入物的端面形成。
3.如權利要求2所述的冷卻板，其特徵在於，所述冷卻管由在冷卻板本體的端面中形成開口的管子形成，插入物為插入該開口並延伸到聯接件(20，22)通入冷卻管(12)的開口的塞子，在聯接件(20，22)通入冷卻管(12)的開口處，塞子形成用於冷卻介質的偏轉表面。
4.如權利要求2或3所述的冷卻板，其特徵在於，偏轉表面由插入物的傾斜端部形成。
5.如權利要求1所述的冷卻板，其特徵在於，插入物是預製的過渡件(24)，其具有作為偏轉表面的內部彎曲過渡管(34)，過渡管在過渡件(24)中形成了第一和第二開口，所述過渡件(24)插入冷卻板本體(12)的合適凹部中並從外部密封，在凹部中冷卻管(14)形成開口，該過渡管(34)的第一開口(36)敞開通入聯接件(20，22)，過渡管(34)在冷卻板本體(12)中的第二開口(38)與冷卻管(14)通入凹部的開口相對。
6.如權利要求5所述的冷卻板，其特徵在於，冷卻板本體(12)中的冷卻管(14)具有第一截面，聯接件(20，22)具有第二截面，從第一截面到第二截面的過渡在過渡件(24)的過渡管(34)中逐漸進行。
7.如權利要求6所述的冷卻板，其特徵在於，冷卻板本體(12)中的冷卻管(14)具有橢圓截面，聯接件(20，22)具有圓形截面，從橢圓截面到圓形截面的過渡在過渡件(24)的過渡管(34)中逐漸進行。
8.如權利要求5，6或7所述的冷卻板，其特徵在於，過渡件(24)具有從冷卻板(10)的背面伸出的臺肩(32)。
9.如權利要求5到8中任一項所述的冷卻板，其特徵在於，聯接件(20，22)焊接或接合到過渡件(24)中。
10.如權利要求5到9中任一項所述的冷卻板，其特徵在於，用於過渡件(24)的凹部從後面切割進入銅冷卻板本體(12)中，凹部的深度小於冷卻板本體(12)的厚度。
11.如權利要求5到10中任一項所述的冷卻板，其特徵在於，用於過渡件(24)的凹部終止於冷卻板本體(12)的端部(16，18)，過渡件(24)在該端部封閉冷卻管(14)。
12.如權利要求1到11中任一項所述的冷卻板，其特徵在於，所述至少一根冷卻管(14)為鑽入冷卻板本體(12)的盲孔。
13.如權利要求1到12中任一項所述的冷卻板，其特徵在於，冷卻板本體(12)為連續鑄造的冷卻板，其中所述至少一根冷卻管(14)是在連續鑄造過程中作為連續的管形成的。
14.如權利要求5到13中任一項所述的冷卻板，其特徵在於，預製的過渡件為由銅或銅合金製成的模鑄件。
15.如權利要求14所述的冷卻板，其特徵在於，冷卻板本體(12)與插入所述凹部的過渡件(24)之間的間隙被焊接或接合。
全文摘要
本發明涉及煉鐵爐或煉鋼爐的冷卻板。該冷卻板具有帶有至少一根冷卻管(14)的銅冷卻板本體(12)和至少一個聯接件(20),冷卻管基本上平行於冷卻板本體(12)的背面延伸,聯接件設置在冷卻板本體(12)的背面並延伸進入至少一根冷卻管(14)中。插入物(124)插入冷卻板本體(12)的凹部(126)中,並在聯接套管(20)進入冷卻管(14)的影響區域形成用於冷卻介質的偏轉表面(134)。
文檔編號F28F3/00GK1330722SQ99814370
公開日2002年1月9日 申請日期1999年11月12日 優先權日1998年12月16日
發明者羅伯特·施梅勒, 馬克·索爾維, 羅傑·西爾 申請人:保爾·沃特公司