CN101855369B - 高炉用板式冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉用板式冷却器，在铜或铜合金制板本体上焊接供排水取出管，并通过多个钢制安装螺栓来固定该板本体和高炉铁壳，在所述板本体上以包围供排水取出管的方式焊接有保护管，在形成于所述铁壳的开口部外周的铁壳面上以包围所述保护管的方式设置有复合框，该复合框的侧板端部的一方焊接于铁壳，该侧板端部的另一方通过密封板焊接于所述保护管的外周面。

Description

高炉用板式冷却器

技术领域

本发明涉及一种高炉用板式冷却器，其构成为可吸收因板(ステ一ブ)本体和铁壳(鉄皮)的热膨胀所产生的应力，尤其是可极力减小作用于供排水取出管与板本体的焊接部等的应力，可经受长期间的使用。 

背景技术

在现在的高炉作业中，作为用于冷却炉壁的部件，广泛使用有板式冷却器(以下有时也只称为板)。 

近年，在高炉作业中，随着追求出铁量的增加及出铁效率的提高，与以往相比高炉炉体的热负荷变高，因而需要能够更有效地冷却炉体的板式冷却器。在上述状况下，最近开发出与以往的铸铁板相比导热性优异的铜或铜合金制的板式冷却器，并开始应用。 

但是，在将铜或铜合金制的板式冷却器应用于高炉时，显现出在以往的铸铁板中不存在的新的课题。也就是说，由于在以往的铸铁板中，是预先将冷却管配置在板本体型箱内，之后进行铸造使冷却管和板本体成为一体化的结构，所以能够成为直至铁壳的外侧不存在板本体的供排水口和供排水管的接合部的结构。 

另一方面，由于铜或铜合金制的板式冷却器需要在板本体内形成冷却管后，焊接板本体的供排水口和供排水管来进行接合，所以成为在板本体附近具有焊接部的结构。 

在高炉作业中，当因暴露于高温的板本体的炉内侧和冷却放热的板本体的铁壳侧之间的热膨胀差、热收缩差所引起的变位而产生应力时，该铜或铜合金制的板式冷却器的板本体附近的焊接部成为应力集中部，在该部位产生疲劳裂纹，从而导致板式冷却器的寿命缩短。 

在通常的板的安装中，如图6所示，通过安装螺栓8和铁壳螺母9将板本体1固定于铁壳6，以板本体1的负荷不直接作用于供排水取出管2 的方式使负荷分散。 

如图3所示，铜或铜合金制的板式冷却器的供排水取出管2焊接于板本体1的供排水口。用于使该供排水取出管2穿过的铁壳6的开口部，通过介于密封板5来焊接供排水取出管2和铁壳6，从而封闭高炉的炉内气体以避免向铁壳的外侧泄漏。 

在图3及图6所示的以往的板中，在高炉作业中，因板本体的炉内侧和铁壳侧的热膨胀差，还有板本体的铁壳侧和铁壳的热膨胀差所引起的变位，而产生应力变化，此时，即使安装螺栓8能够分担板本体的负荷，也无法吸收因热膨胀差所引起的应力变化。 

因此，在铜或铜合金制的板式冷却器中，因高炉作业中的热膨胀差所引起的应力变化，尤其是成为应力集中部的板本体附近的与供排水取出管的焊接部成为疲劳裂纹的产生部位。 

而且，虽然当在板本体和铁壳上产生因热膨胀差所引起的变位时，连接供排水取出管2和铁壳6的密封板5容易变形，具有减轻板本体附近的与供排水取出管的焊接部的应力的效果，但是密封板5自身有可能因反复应力所引起的变形而破损，发生炉内气体向外泄漏的事故。 

对于上述技术的课题，以往有通过具有可缩性的伸缩管来接合供排水取出管和铁壳的方法(例如，参照日本特开昭52-8553号公报)。该方法如图4所示，以包围供排水取出管2的方式配置伸缩管7，通过该伸缩管7将所述供排水取出管2焊接于铁壳6。 

此时，通过焊接于伸缩管7端部和供排水取出管2外周的密封板5，以高炉炉内气体不向铁壳外侧泄漏的方式进行密封。 

根据该方法，当产生因板本体和铁壳的热膨胀差所引起的变位时，由于通过伸缩管7在热膨胀或热收缩的方向上变形，能够吸收应力，所以可以得到抑制起因于热膨胀差的应力所引起的板本体附近的与供排水取出管的焊接部、密封板5等的疲劳破坏的效果。 

但是，如图4所示，伸缩管7虽是波纹结构等的容易伸缩的结构，但因长年使用的粉尘附着所引起的腐蚀的进程较快，容易发生疲劳破坏的结构，在耐久性方面存在问题。 

因此，需要定期地替换伸缩管7或者对在伸缩管7上产生的破孔或裂 纹的部位进行简易修补，以便避免在伸缩管7上产生破孔或裂纹而向外泄漏炉内气体，因此，存在需要很多的工作量的问题，还有因停止高炉等所产生的生产效率降低的问题。 

而且，由于板安装螺栓的变形等，当在板本体与供排水取出管的焊接部上作用有板负荷时，存在板本体与供排水取出管的焊接部发生疲劳破坏，从该位置漏出冷却水，引发炉内浸水这样的重大事故的危险。 

而且，作为将以往的铸铁板安装于铁壳的方法，公知有如下方法，目的是省略板本体1的安装螺栓8和螺母9，进行快速的板更换，如图5及图7所示，在铸铁板本体上以包围供排水取出管2的方式配置保护管3，而且，在铁壳开口部附近以包围保护管3的方式配置复合框(コ一ミングボツクス)4，通过填充物10、固定块11等分别固定供排水取出管2和保护管3以及复合框4和保护管3之间(例如，参照日本特开平8-225813号公报)。 

根据该方法，通过由填充物10等固定供排水取出管2和保护管3，来提高供排水取出管2的刚性，而且，通过由填充物10等固定保护管3和复合框4，来支撑板本体的负荷，由此如图7所示，能够省略板本体1的安装螺栓8和螺母9。 

本方法也可以适用于铜或铜合金制的板。但是，在该方法中，由于是供排水取出管2、保护管3和复合框4一体化的结构，所以无法吸收因板本体1和铁壳6的热膨胀差而变位的应力，在板本体1与供排水取出管2的焊接部上产生应力集中，产生疲劳破坏的可能性反而变高。 

如上所述，近年随着高出铁高炉作业中的高炉炉体的热负荷的增大，板本体的炉内侧和铁壳侧，还有板本体的铁壳侧和铁壳的热膨胀差扩大，由此，板本体与供排水取出管的焊接部，还有供排水取出管与铁壳的焊接部发生疲劳破坏的可能性升高，但是现实状况是在以往的板中，无法得到用于提高板寿命的充分的效果。 

发明内容

鉴于上述现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种高炉用板式冷却器，其具有吸收随着高出铁高炉作业中的高炉炉体的热负荷的增大而产生的板本体和铁壳的热膨胀差所引起的应力，抑制板本体与供排水取出管 的焊接部或者铁壳与供排水取出管的焊接部产生疲劳破坏，可经受长期间使用的可靠性高的结构。 

本发明是为解决上述技术课题而进行的，其发明要旨在于提供一种高炉用板式冷却器，是在铜或铜合金制板本体上焊接供排水取出管，并通过多个钢制安装螺栓来固定该板本体和高炉铁壳的高炉用板式冷却器，其特征在于，在所述板本体上以包围供排水取出管的方式焊接有保护管，在形成于所述铁壳的开口部外周的铁壳面上以包围所述保护管的方式设置有复合框，该复合框的侧板端部的一方被焊接于铁壳，该侧板端部的另一方通过密封板焊接于所述保护管的外周面。 

根据本发明的高炉用板式冷却器，关于采用对高炉炉体或炉底冷却能力良好的铜或铜合金制板式冷却器，能够提供一种高炉用板式冷却器，其具有吸收随着高出铁高炉作业中的高炉炉体的热负荷的增大而产生的板本体和铁壳的热膨胀差所引起的应力，抑制板本体与供排水取出管的焊接部或者铁壳与供排水取出管的焊接部产生疲劳破坏，可经受长期间使用的可靠性高的结构。 

附图说明

图1是表示将本发明的板配置于高炉炉壁的方式的图。 

图2是表示介于本发明的板供排水取出管的保护管、复合框的板本体和铁壳的接合状况的图。 

图3是表示以往的未介于板伸缩管的板本体和铁壳的接合状况的图。 

图4是表示以往的介于板伸缩管的板本体和铁壳的接合状况的图。 

图5是表示以往的介于板供排水取出管的保护管、复合框及填充物的板本体和铁壳的接合状况的图。 

图6是表示以往的介于安装螺栓的将板配置在高炉炉壁上的方式的图。 

图7是表示以往的未介于安装螺栓而将板配置在高炉炉壁上的方式的图。 

具体实施方式

在图1中模式化表示本发明的高炉炉体冷却用板和铁壳的接合状态， 在图2中模式化表示本发明的板本体、供排水取出管、保护管、复合框及铁壳的各自的接合状态。 

本发明的高炉用板式冷却器如图1及图2所示，在铜或铜合金制板本体1上焊接有供排水取出管2，并通过多个钢制安装螺栓9固定该板本体1和高炉铁壳6。通过使板本体为铜或铜合金制，与以往的铸铁制板本体相比使导热性提高，能够通过在板本体内的冷却水配管中循环的冷却水，有效地从板本体的炉内侧带走热量。 

而且，通过多个钢制安装螺栓9来支撑板本体1的负荷。虽然钢制安装螺栓9能够分担板本体1的负荷，但是无法吸收因板本体1和铁壳6的热膨胀差所产生的应力变化。 

因而，在本发明中，如图1及图2所示，高炉用板式冷却器的结构为，在板本体1上以包围供排水取出管2的方式焊接保护管3，在形成于铁壳的开口部外周的铁壳面上以包围保护管3的方式设置复合框4，将该复合框4的侧板端部一侧焊接于铁壳6，将该侧板端部另一侧通过密封板5焊接于所述供排水管2外周。 

在上述板结构中，由于在板本体1上以包围供排水取出管2的方式焊接有保护管3，所以应力集中部位即板本体1的供排水口与供排水取出管2的焊接部附近的截面积扩大，通过由保护管分担该部位的负荷，当因热膨胀差而产生变位时，能够减轻供排水取出管2的焊接部的应力。 

由于保护管的壁厚不满5mm时无法得到足够的强度，而超过7mm时则与供排水管的间隙变窄而难于焊接，所以从具有足够的强度且能够容易地进行焊接的理由出发，优选5～7mm。而且，保护管的材质从即使暴露于高温也能保持强度且能够容易地进行焊接的理由出发，优选高温配管用碳素钢。 

而且，在形成于所述铁壳的开口部，以包围保护管3的方式配置复合框4，供排水取出管2及保护管3不与铁壳直接焊接，处于可进行基于热膨胀的变位的状态，通过复合框4使供排水取出管2及保护管3与铁壳焊接，在因热膨胀差而产生变位时，能够通过复合框4向变位方向变形，来减轻供排水取出管2的焊接部的应力。 

而且，由于复合框4的侧板端部一侧与开口部外周的铁皮面焊接，而 复合框4的侧板端部另一侧与保护管3外周面通过密封板5焊接，所以高炉炉内气体通过复合框4的侧板及密封板5被密封，可防止向铁壳之外泄漏。 

另外，当因高炉作业中的热膨胀差而产生变位时，为了使供排水取出管2及保护管3即使稍微发生变形，也能够处于不与铁壳接触地自由进行变位的状态，优选上述铁壳6的开口部与保护管3的外径相比具有足够大的开口直径。 

而且，当因高炉作业中的热膨胀差而产生变位时，为了可向变位方向收缩，优选构成复合框4的侧板及密封板5为板厚薄的钢板等的金属板。 

从当所述侧板的长度不满40mm时则过短而不足以吸收因热膨胀差所产生的变位，当超过120mm时则过长而与周围的设备发生干涉这样的理由出发，优选侧板的长度为40～120mm。 

由于当所述侧板的板厚不满8mm时则过薄而难于焊接，当超过10mm时则不易变形而无法吸收热膨胀差，所以从保持足够的强度且能够容易地进行焊接这样的理由出发，优选侧板的板厚为8～10mm。 

而且，由于当所述密封板5的板厚不满5mm时则过薄而难于焊接，当超过7mm时则不易变形而无法吸收热膨胀差，所以从保持足够的强度且能够容易地进行焊接这样的理由出发，优选密封板5的板厚为5～7mm。 

而且，上述侧板及密封板的材质从具有足够的强度且能够容易地进行焊接这样的理由出发，优选普通碳素钢。 

而且，为了使复合框的侧板及密封板容易发生变形而能够吸收热膨胀差，优选不以填充铸件或耐火物等填充复合框及密封板的内侧空间。 

而且，本发明的铜或铜合金制板的制造方法不需要特别限定，通常能够如下制造。第一，以炉内侧和炉外侧分别制作一个与板相同形状的木模。第二，将该木模设置于相当于板的炉内侧和炉外侧的各个金属砂箱，此后放入型砂。第三，使型砂紧固后，撤去木模制作砂型。另外制作使型砂紧固的砂型，将水路设置于该砂型的规定位置。 

第四，上下合并炉内侧和炉外侧的砂型，从注入口注入铜或铜合金的熔液。第五，凝固后拆下砂型，在出砂孔镶焊与铜板本体相同材质的塞。在供排水口焊接供排水取出管，以包围供排水取出管的方式焊接保护管。 

而且，还有如下制造方法，在与板相同形状的轧制铜板或轧制铜合金板上穿设水路，在不需要的孔镶焊与板本体相同材质的塞，在供排水口焊接供排水取出管，以包围供排水取出管的方式焊接保护管。 

实施例

下面，参照附图说明本发明的实施例。如图1及图2所示，使用在焊接于本发明的铜制板本体1上的供排水取出管2周围配置有保护管3及复合框4的铜制板式冷却器，通过钢制安装螺栓和螺母将板本体的4处固定于高炉炉体的铁壳。 

而且，为了确认本发明的铜制板的效果，以相同的方式在高炉炉体的铁壳上安装通过密封板5将焊接于以往的铜制板本体1的供排水取出管2焊接于铁壳的以往的铜制板式冷却器，利用本发明的铜制板式冷却器和以往的铜制板式冷却器，模拟了进行高炉作业时的板本体与供排水取出管2的焊接部以及密封板5的损伤状态。 

另外，在本发明的铜制板式冷却器中，复合框使用厚度为9mm的普通碳素钢，密封板使用厚度为6mm的普通碳素钢。 

根据模拟结果，在本发明的铜制板式冷却器中未发现板本体1与供排水取出管2的焊接部以及密封板5的损伤。 

另一方面，在以往的铜制板式冷却器中，明确了在板本体1与供排水取出管2的焊接部以及密封板5与铁壳的焊接部上作用有容许应力的约2倍的热应力，存在供排水取出管和密封板破损的可能性。 

工业实用性 

如上所述，根据本发明的高炉用板式冷却器，关于采用对高炉炉体或炉底冷却能力良好的铜或铜合金制板式冷却器，能够提供一种高炉炉体冷却用板，其具有吸收随着高出铁高炉作业中的高炉炉体的热负荷的增大而产生的板本体和铁壳的热膨胀差所引起的应力，抑制板本体与供排水取出管的焊接部或者铁壳与供排水取出管的焊接部产生疲劳破坏，可经受长期间使用的可靠性高的结构。因此，本发明在钢铁工业上的可利用性很大。 

Claims (1)

1.一种高炉用板式冷却器，在铜或铜合金制板本体上直接焊接供排水取出管，并通过多个钢制安装螺栓来固定该板本体和高炉铁壳，其特征在于，

在所述板本体上以包围供排水取出管的方式焊接有保护管，

在形成于所述铁壳的开口部外周的铁壳面上以包围所述保护管的方式设置有板厚为8～10mm且长度为40～120mm的复合框的侧板和厚度为5～7mm的复合框的密封板，

该复合框的侧板端部的一方被焊接于铁壳，

该侧板端部的另一方通过该复合框的密封板焊接于所述保护管的外周面。

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