一種銅冷卻板及其水道設置方法與流程
2023-07-14 03:49:10 1
本發明涉及一種冶煉爐爐體冷卻設備，特別涉及一種銅冷卻板及其水道設置方法。
背景技術：
冷卻板是較早出現的高爐冷卻設備之一，冷卻板的基本原理是通過點式冷卻來冷卻耐火材料磚襯並使其始終保持一定厚度，進而通過耐火材料磚襯保護高爐爐殼。因此，冷卻板對耐火材料磚襯的冷卻效果越好，越能有效延長耐火材料磚襯的使用壽命，進而影響高爐的長壽。
目前國內外大多數高爐的冷卻板，是採用高導熱的純銅或銅合金作為冷卻板本體，具有優異的導熱性能，能夠承受較高的熱流強度和熱震衝擊。
傳統銅冷卻板，主要有鑄造結構的銅冷卻板、埋管鑄造結構的銅冷卻板、銅管和銅板/鋼板焊接結構的冷卻板、銅板鑽孔焊堵頭結構的銅冷卻板。傳統銅冷卻板的主要技術難點有：
如圖1-2所示，鑄造結構的銅冷卻板，包括冷卻板本體1、水道2和水孔3，由於鑄造成型工藝的原因，冷卻板本體1容易出現疏鬆、氣孔、裂紋和漏水等質量問題，不僅導熱率偏低，成品合格率也較低。
如圖3所示，埋管鑄造結構的銅冷卻板，包括冷卻板本體1、水道2和銅管4，由於澆注溫度敏感，銅水澆注銅管4時，容易出現澆鑄間隙和氣孔問題，影響冷卻板本體1的換熱效果。
如圖4所示，銅管和銅板/鋼板焊接結構的冷卻板，包括冷卻板本體1、水道2、水孔3和銅管4，水道2通過法蘭5嵌套固定，銅管4之間形成的空腔區域填充有導熱材料6,由於冷卻板本體1是由銅管4與銅板/鋼板焊接而成，焊接量很大，而且銅管4之間形成的空腔區域需要依靠銅板/鋼板把熱量傳導到銅管4上，換熱效率較低，即便空腔區域填充導熱材料6，增加了一個間接換熱，也難以有效提高換熱效率。
如圖5所示，銅板鑽孔焊堵頭結構的銅冷卻板，包括冷卻板本體1、水道2和水管3，這種銅板鑽孔焊堵頭結構的銅冷卻板，組織結構緻密，冷卻效果好，但為了實現水道循環，需要在冷卻板本體1內部加工至少一個橫向水道7，這樣會使銅冷卻板在爐內前端產生堵頭8及焊縫9，增加漏水的風險，而且如果焊縫位置出現漏水之後，很難進行修復。
技術實現要素：
本發明所要解決的問題是提供一種銅冷卻板及其水道設置方法，它減少了鑽孔銅冷卻板在爐內前端堵頭及焊縫的存在，減少焊縫漏水風險，有效提高銅冷卻板的使用壽命；同時，它克服和避免了鑄造銅冷卻板存在疏鬆、氣孔、裂紋和漏水等鑄造缺陷，提高銅冷卻板的冷卻效果。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下：
一種銅冷卻板，包括冷卻板本體，其特徵是：所述冷卻板本體內部設有至少兩個水道，所述水道中間設有隔離裝置，所述隔離裝置的長度小於水道深度，所述隔離裝置將水道分隔形成u型水道單元，各u型水道單元組成冷卻通道，所述冷卻通道為並聯通道、串聯通道或者串並聯混合通道。上述結構中，利用隔離裝置將水道分隔形成一個u型水道單元，將原來的水道一分為二，使冷卻板本體無需加工橫向水道，可以減少冷卻板本體在爐內前端堵頭及焊縫的存在，減少焊縫漏水風險；這種銅冷卻板對比傳統的冷卻板，它減少了鑽孔銅冷卻板在爐內前端堵頭及焊縫的存在，減少焊縫漏水風險，有效提高銅冷卻板的使用壽命；同時，它克服和避免了鑄造銅冷卻板存在疏鬆、氣孔、裂紋和漏水等鑄造缺陷，提高銅冷卻板的冷卻效果。
作為本發明的優選方案，所述並聯通道由至少兩個u型水道單元並列組成。通過這種並聯通道，各個並列的u型水道單元是獨立的，它們有自己的進出水管；當任何一個u型水道單元損壞，都不會影響其它u型水道單元，便於維修人員檢測及維修。
作為本發明的優選方案，所述串聯通道由至少兩個通過鋼蓋板焊接或外置水管聯接的u型水道單元組成。通過這種設置，把一個u型水道單元的進水口和另一個u型水道單元的出水口用鋼蓋板焊接或外置水管聯接起來，這種串聯通道可以減少進出水口，節約用水。
作為本發明的優選方案，所述串並聯混合通道由至少一個串聯通道和至少一個u型水道單元組成。這種串並聯混合通道可以由一個串聯通道和一個u型水道單元組成，它綜合了串聯通道和並聯通道各自的優點，根據實際高爐冷卻的需要進行設置。
作為本發明進一步的優選方案，所述串並聯混合通道由至少一個串聯通道和至少一個並聯通道組成。這種串並聯混合通道可以由一個串聯通道和一個並聯通道（即兩個並列的u型水道單元）組成，它綜合了串聯通道和並聯通道各自的優點，根據實際高爐冷卻的需要進行設置。
作為本發明的優選方案，所述隔離裝置為銅棒或銅隔板。在水道中間安裝一個銅棒或銅隔板的結構，使得原來的水道被一分為二形成u型水道單元，使冷卻板本體無需加工橫向水道，這樣做的好處是，可以減少冷卻板在爐內前端堵頭及焊縫的存在，減少焊縫漏水風險，將所有的焊縫都集中在爐殼外部，即便銅冷卻板在使用後期因綜合因素出現焊縫漏水，也便於檢測及修復。
作為本發明的優選方案，所述u型水道單元的截面呈多孔複合型、扁孔型或橢圓型。u型水道單元的截面由原來的單圓孔改變為多孔複合型、扁孔型或橢圓型，使該孔內壁與孔內流水接觸面積增大，增加了u型水道單元內壁的散熱面積，因而大大提高了冷卻效果。
作為本發明進一步的優選方案，所述多孔複合型由直徑相同或不同的多個圓孔組成。這種截面為多孔複合型的u型水道單元是由多條直徑相同或不同的單圓孔水道通過機械加工去除材料的方式製成的；通過這種設置，大大增加了u型水道單元內壁與u型水道單元內流水的接觸面積，增加了u型水道單元內壁的散熱面積，提高了冷卻效果。
作為本發明的優選方案，所述冷卻板本體的材質為純銅或銅合金。由於壓延銅板的材料性能具有含銅純度高、導熱性能好、晶粒細化、緻密度密、機械性能好等優點，採用壓延銅板進行熱軋制或熱鍛造製得純銅或銅合金的冷卻板本體，它在最大程度上克服和避免了鑄造過程中無法消除的材料缺陷，例如：氣孔、裂紋等；由於純銅或銅合金具有很好的導電、導熱性，對大氣和水的抗蝕能力很高，有很好的鑄造性能，因此，冷卻板本體採用純銅或銅合金材料，可以提高冷卻板本體的導熱能力，從而保證冷卻板本體較好的散熱效果，增加冷卻板本體的強度和耐用性。
本發明還提供一種採用上述銅冷卻板的水道設置方法，其特徵是：包括以下步驟：
步驟1：採用鑽孔或其他機械加工去除材料的方式得到若干個水道，將銅棒或銅隔板固定於水道中間，將水道分隔形成u型水道單元；
步驟2：將至少兩個u型水道單元連接組合成冷卻通道。
作為本發明的優選方案，所述步驟2中的冷卻通道為並聯通道，將至少兩個u型水道單元並列組合成並聯通道。
作為本發明的優選方案，所述步驟2中的冷卻通道為串聯通道，將至少兩個u型水道單元串行組合成串聯通道，把一個u型水道單元的進水口和另一個u型水道單元的出水口用鋼蓋板焊接或外置水管聯接起來。
作為本發明的優選方案，所述步驟2中的冷卻通道為串並聯通道，將至少一個串聯通道和至少一個u型水道單元組合成串並聯混合通道。
本發明與現有技術相比，具有如下優點：
這種銅冷卻板設有隔離裝置，使得原來的水道被一分為二形成u型水道單元，使冷卻板本體無需加工橫向水道，這樣做的好處是，可以減少銅冷卻板在爐內前端堵頭及焊縫的存在，減少焊縫漏水風險，將所有的焊縫都集中在爐殼外部，即便銅冷卻板在使用後期因綜合因素出現焊縫漏水，提高銅冷卻板的使用壽命，也便於檢測及修復；同時，它克服和避免了鑄造銅冷卻板存在疏鬆、氣孔、裂紋和漏水等鑄造缺陷，提高銅冷卻板的冷卻效果。
附圖說明
圖1是本發明中背景技術一種鑄造結構的銅冷卻板的結構示意圖；
圖2是本發明中背景技術另一種鑄造結構的銅冷卻板的結構示意圖；
圖3是本發明中背景技術埋管鑄造結構的銅冷卻板的結構示意圖；
圖4是本發明中背景技術銅管和銅板/鋼板焊接結構的冷卻板的結構示意圖；
圖5是本發明中背景技術傳統銅冷卻板增加橫向水道的結構示意圖；
圖6是本發明中實施例1的結構示意圖；
圖7是本發明中實施例2的結構示意圖；
圖8是本發明中實施例4的結構示意圖；
圖9是本發明中實施例5的結構示意圖；
圖10是本發明中實施例7的結構示意圖；
圖11是本發明中實施例8的結構示意圖；
圖12是本發明中實施例9的結構示意圖；
圖13是本發明中實施例9的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行具體描述。
實施例1
如圖6所示，本實施例中的一種銅冷卻板，包括冷卻板本體1，冷卻板本體1內部設有兩個水道，水道中間設有隔離裝置2，隔離裝置2的長度小於水道深度，隔離裝置2將水道分隔形成u型水道單元3，各u型水道單元3組成冷卻通道，冷卻通道為並聯通道4；並聯通道4由兩個u型水道單元3並列組成；隔離裝置2為銅棒；u型水道單元3的截面呈扁孔型，這種扁孔型的特點是三個圓的直徑相同；冷卻板本體1的材質為純銅。
這種銅冷卻板的水道設置方法，包括以下步驟：
步驟1：採用鑽孔或其他機械加工去除材料的方式得到兩個水道，將銅棒固定於水道中間，將水道分隔形成u型水道單元3；
步驟2：將兩個u型水道單元3連接組合成冷卻通道。
步驟2中的冷卻通道為並聯通道4，將兩個u型水道單元3並列組合成並聯通道4。
實施例2
如圖7所示，本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述冷卻通道為串聯通道5；串聯通道5由兩個通過鋼蓋板11焊接的u型水道單元3組成。通過這種設置，把一個u型水道單元3的進水口和另一個u型水道單元3的出水口用鋼蓋板11焊接聯接起來，這種串聯通道5可以減少進出水口，節約用水。
實施例3
本實施例中的銅冷卻板與實施例2的區別在於：
串聯通道由兩個通過外置水管聯接的u型水道單元組成。通過這種設置，把一個u型水道單元的進水口和另一個u型水道單元的出水口用外置水管聯接起來，這種串聯通道可以減少進出水口，節約用水。
實施例4
如圖8所示，本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述串並聯混合通道6由一個串聯通道5和一個u型水道單元3組成。這種串並聯混合通道6綜合了串聯通道5和並聯通道4各自的優點，根據實際高爐冷卻的需要進行設置。
實施例5
如圖9所示，本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述串並聯混合通道6由一個串聯通道5和一個並聯通道4組成。這種串並聯混合通道6可以由一個串聯通道5和一個並聯通道4（即兩個並列的u型水道單元3）組成，它綜合了串聯通道5和並聯通道4各自的優點，根據實際高爐冷卻的需要進行設置。
實施例6
本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述隔離裝置為銅隔板。在水道中間安裝一個銅隔板的結構，使得原來的水道被一分為二形成u型水道單元，使冷卻板本體無需加工橫向水道，這樣做的好處是，可以減少冷卻板在爐內前端堵頭及焊縫的存在，減少焊縫漏水風險，將所有的焊縫都集中在爐殼外部，即便銅冷卻板在使用後期因綜合因素出現焊縫漏水，也便於檢測及修復。
實施例7
如圖10所示，本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述u型水道單元3的截面呈扁孔型，這種扁孔型的特點是兩端的圓直徑相同，中間的圓直徑小一些。
實施例8
如圖11所示，本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述u型水道單元3的截面呈多孔複合型，所述多孔複合型由直徑相同或不同的多個圓孔組成。這種截面為多孔複合型的u型水道單元3是由多條直徑相同或不同的單圓孔水道通過機械加工去除材料的方式製成的；u型水道單元3的截面由原來的單圓孔改變為多孔複合型，使該孔內壁與孔內流水接觸面積增大，增加了u型水道單元3內壁的散熱面積，因而大大提高了冷卻效果。
實施例9
如圖12-13所示，本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述u型水道單元3的截面呈橢圓型。u型水道單元3的截面由原來的單圓孔改變為橢圓型，使該孔內壁與孔內流水接觸面積增大，增加了u型水道單元3內壁的散熱面積，因而大大提高了冷卻效果。
實施例10
本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述冷卻板本體的材質為銅合金。冷卻板本體採用銅合金材料，可以提高冷卻板本體的導熱能力，從而保證冷卻板本體較好的散熱效果，增加冷卻板本體的強度和耐用性。
實施例11
本實施例中的銅冷卻板與實施例1的區別在於：
所述並聯通道由三個u型水道單元並列組成。通過這種並聯通道，各個並列的u型水道單元是獨立的，它們有自己的進出水管；當任何一個u型水道單元損壞，都不會影響其它u型水道單元，便於維修人員檢測及維修。
此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其各部分名稱等可以不同，凡依本發明專利構思所述的構造、特徵及原理所做的等效或簡單變化，均包括於本發明專利的保護範圍內。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，只要不偏離本發明的結構或者超越本權利要求書所定義的範圍，均應屬於本發明的保護範圍。