CN104603295A - 用于熔炉的冷却元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于熔炉的冷却元件，该冷却元件具有用于引导冷却剂的至少一个冷却管，该冷却元件还具有支承元件(21)，所述至少一个冷却管(2、20)固定在该支承元件上，至少一个金属盖板(22、23)与所述至少一个冷却管(2、20)焊接，所述至少一个冷却管(2、20)具有沿着所述至少一个冷却管(2、20)的纵向方向延伸的至少一个隆突(14、15)，所述至少一个金属盖板(22、23)与所述隆突焊接。

Description

用于熔炉的冷却元件

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分的特征的用于熔炉的冷却元件。

背景技术

熔炉通常包括由钢制成的容器。为了保护钢制容器，在容器的壁的内部固定水冷元件。在水冷元件之间的中间空间填充耐火材料，例如预制砖或者浇筑材料。冷却元件之前的表面也以这种方式被屏蔽。

现有技术的水冷的冷却元件粗略地划分为两种型式，其一具有面状的冷却装置，这些冷却装置基本上遮盖熔炉的整个内侧。这些冷却元件通常由铜制成并且具有热锻造组织，其为了引导冷却水被钻深孔。也已知由灰口铸铁制成的包含铸入的管的元件。这种结构方式的冷却元件一般称为杖(DE2907511C2)。

另外具有特殊的冷却元件，它们也称为冷却箱。这种冷却箱通常由铜成型铸造(砂型铸造)制成，它们不完全覆盖炉壁，而是仅局部覆盖。它们通过通常为矩形或椭圆形的开口从外部推入到熔炉外壳中，并且也可以通过该开口在需要维修的情况下又从外部拔出。这些元件为此通常朝熔炉内部梯形变细(DE4035894C1、WO2010/128197A1)。与此不同，杖只能朝熔炉内部拆卸，这以熔炉停止工作为前提。

对于从外部安装的冷却元件，通常设置一个或两个彼此独立地延伸的冷却通道。冷却元件气密地焊入到熔炉外壳中。由于铜和钢只能非常耗费地焊接，铜元件在壁穿孔的区域中设有钢套。取而代之也可以设置封闭板。在该封闭板上例如可以焊接装配吊耳，以便简化元件从炉壁中的拔出。

在浇铸的铜冷却元件上由实施方式决定地不再能执行热成型，由于铜冷却元件的粗大的晶粒结构，在热交变载荷时，铜冷却元件有易形成裂纹的倾向。这可能在熔炉中导致漏水。这种有故障的回路必需停止并且有故障的元件必需暂时拆卸。浇铸的铜冷却元件的另一缺陷在于，在砂型铸造方法中可能出现缩孔。

也因为上述原因，在下面列举的现有技术中冷却元件的铜成分由热锻造组织制成。

DE4035894C1公开一种冷却元件，其包括一个或多个弯曲的管，并且所述管与一个底部和一个盖板爆炸焊接。在这种方法中管和盖板短暂地在高压下压紧在一起。各构件在它们的晶界上相互连接。

在WO2010/128197A1中公开一种冷却元件的实施方式，其包括冷却管，但没有底部和盖板。该实施方式的特点在于，冷却管至少在垂直方向上梯形地成型，以便简化拆卸。由管底部包围的区域被填充耐火材料。但是该冷却元件的缺陷在于，热阻相对高。与DE4035894C1的冷却元件不同，冷却元件的表面仅具有微小的热阻，但是填充耐火材料的内部区域不是如此。其比铜部件具有明显较小的传导性并且因此不能承担冷却功能。保护熔炉外壳免受熔化过程热辐射的冷却元件的主要任务只能不令人满意地满足。

但在DE4035894C1中说明的冷却箱的例子也具有缺陷，因为通过金属盖板与冷却管的爆炸接合不会进行熔合并因此传热受到影响。

发明内容

由此出发，本发明的任务在于，避免上述缺陷，并且因此提出一种冷却元件，在该冷却元件中降低热阻。此外应提出一种用于制造这样的冷却元件的方法。

所述任务在具有权利要求1特征的冷却元件中达到。

按本发明的方法是权利要求10的主题。

本发明的有利的进一步方案是各从属权利要求的主题。

按本发明的用于熔炉、尤其是用于高炉的冷却元件具有至少一个冷却管，所述冷却管具有用于引导冷却剂的冷却剂通道。冷却剂通常是水。冷却元件还具有支承元件，所述至少一个冷却管固定在该支承元件上。另外，盖板与所述至少一个冷却管焊接。

按本发明设定，所述至少一个冷却管具有沿着所述至少一个冷却管的纵向方向延伸的至少一个隆突，所述至少一个金属盖板与隆突焊接。冷却管因此具有特别的轮廓形状，其允许金属盖板以特别的方式与冷却管焊接。通过金属盖板焊接到冷却管上，在冷却管的管壁的区域中的组织结构保持不变。由于焊接过程的热影响区的偏移决定，不会发生在管壁区域中的材料减弱。

此外，与在管的弯曲表面上相比，在隆突的平坦的表面上，在焊接时产生的焊缝更耐久地且工艺更可靠地产生。

冷却元件的按本发明方案优化制造方法，因为可以放弃爆炸焊接。

本发明意义上的焊接是熔焊，其中，需要相互焊接的两个构件在焊缝区域中熔化并且也许在添加焊接材料的情况下彼此连接。

如果冷却管仅具有一个唯一的隆突，这意味着，仅有一个唯一的沿着冷却管的纵向方向延伸的增厚部，以隆突形式的增厚部的作用仅在于，用作为金属盖板的焊接配对物。

但是在本发明范围内也可能的是，冷却管具有两个隆突，使得彼此对置的金属盖板可以与隆突焊接。这两个隆突因此彼此对置。

也优选金属盖板由铜或铜合金制成，使得焊接过程不必适应于完全不同的材料例如铜-钢材料副。因此按本发明，由铜或铜合金制成的冷却管与由铜或铜合金制成的金属盖板焊接。

按本发明的冷却元件的另一优点在于，不仅金属盖板参与传热，而且隆突也参与，在该隆突上贴靠相应的金属盖板。另外通过隆突增大参与传热的冷却元件表面。

在本发明范围内可能的是，所述至少一个金属盖板与外部冷却管的隆突焊接并且覆盖与外部冷却管相邻地设置的内部冷却管。这意味着，所述冷却元件具有至少两个冷却管，即一个外部的冷却管和至少一个内部的冷却管。金属盖板可以通过内部的冷却管附加地冷却，使得总体上提高冷却能力。

也优选内部冷却管具有隆突，使得金属盖板构造成两体式的。金属盖板的第一部分在内部的和外部的冷却管的基本上彼此平行地延伸的两个隆突之间焊接。金属盖板的内部部分仅与内部冷却管的隆突焊接。在这种情况下，内部冷却管的隆突不被金属盖板覆盖，而是在金属盖板的彼此相邻的第一部分和第二部分之间突出，使得隆突直接参与传热并且又有助于冷却元件表面的增大。热量经由焊缝直接导入到焊接的金属盖板中。焊缝也增大冷却元件的外部表面并且有助于传热。

也特别有利的是，所述至少一个隆突基本上构成梯形。“梯形”在此意味着，隆突具有彼此成角度的两个侧面，所述侧面优选相切地过渡到冷却管的圆滑的外侧。但是所述两个侧面不相交于一个顶点，而是与梯形形状的上方的端面或者说相对于冷却管处于外部的端面相交。梯形形状的较宽的底边由弯曲的管壁构成。梯形形状的较短的外部的端面在金属盖板焊接之后优选至少部分地与金属盖板的外侧处于同一个平面中。梯形形状并且尤其是倾斜侧面的优点在于，实现对于焊接有利的V形缝。如果不仅隆突的侧面是倾斜的，而且同时要焊接到隆突上的金属盖板是倒角的，则产生理想的焊接头预备。

优选金属盖板不缩进于相应的隆突之后。应要避免由冷却管包围的区域构成侧凹部，因为这在拔出冷却元件时是非常不利的。因此在本发明范围内也可能的是，金属盖板平行地设置，但是以彼此足够大的间距设置。但是也可以考虑金属盖板的略微锥形的布置。也就是说，金属盖板沿冷却元件的插入方向彼此成角度地延伸。因此其中至少一个金属盖板可以与插入方向成角度地设置。与之相对的另一个金属盖板可以平行于插入方向设置。因此其中至少一个金属盖板与插入方向成5°以下角度倾斜地设置。优选金属盖板的外侧至少部分地与由所述至少一个梯形隆突的侧面限定的端面处于同一个平面中，而不缩进到该端面之后。金属盖板优选构成为平板。但是在本发明范围内也可能的是，使用的金属盖板是弯曲的或至少在冷却元件外侧方面具有无侧凹部的延伸走向，使得冷却元件能容易地从熔炉拔出。

按本发明的用于制造这样的冷却元件的方法设定，所述至少一个冷却管由拉延的由铜或铜合金制成的空心型材制成。

空心型材可以附加地通过压制来校准。

拉延的空心型材可以成本有利地制造并且另外允许实现隆突的基本上任意的几何形状。

也可以考虑，在一种替换的实施方式中，所述至少一个冷却管由杆制成，所述杆在横截面中具有至少一个沿着杆的纵向方向延伸的隆突。沿纵向方向延伸的冷却剂通道通过钻孔制成。在拉延的空心型材时内部空腔的制造比在钻孔时简单。钻孔从一开始就以高精度进行，并且在相对软的铜材料时也可以高进给速度执行。紧接着，纵向钻孔的杆或拉延的空心型材弯曲成期望的形状。

所述至少一个冷却管与金属盖板的焊接可以借助于电弧焊方法进行。摩擦接触焊也是适合的方法，用来将金属盖板与所述至少一个冷却管连接。同样可以使用电子束焊。

金属盖板可以根据焊接方法焊接到彼此相邻的冷却管区段的隆突之间。在多个基本上彼此平行地延伸的冷却管时可以考虑，金属盖板也仅与外部冷却管的隆突焊接，它覆盖与外部冷却管相邻地设置的内部冷却管。

在彼此对置的金属盖板之间的自由空间可以用耐火材料、尤其是浇筑材料填充。

本发明的重要优点在于，金属盖板与隆突焊接，焊接过程或者与焊接过程相关的热影响区不削弱在管壁厚度区域中的组织。另一优点在于，盖板也通过产生的焊缝直接冷却。

附图说明

下面借助附图中示意性描述的实施例详细解释本发明。附图如下：

图1显示冷却元件的第一实施方式的透视图；

图2显示图1的冷却元件的水平剖视图；

图3显示沿着图2的线III-III的剖视图；

图4显示沿着图2的线IV-IV的剖视图；

图5显示图4的局部V的放大图；

图6显示冷却元件的另一实施方式的透视图；

图7显示图6的冷却元件的水平剖视图；

图8显示图6的冷却元件按图7的线VIII-VIII的横截面图。

具体实施方式

图1显示一种冷却元件1，其用于安装到熔炉的壁中。冷却元件1包括U形地弯曲的冷却管2，该冷却管以未描述的方式穿过熔炉外壳并且伸入到熔炉内部中。冷却管2具有两个端部3、4，它们与一个共同的板形的支承元件5连接。由图2和3可见，冷却管2没有以其端部3穿过支承元件5，而是仅仅固定在支承元件5的开口上。在支承元件5的该开口上用焊接技术固定一个接管6。接管6用于以未描述的方式与其它管段联接。

接管6在该实施例中由钢制成，而冷却管2由铜材料制成。首先接管6与冷却管以焊接技术连接。这可以优选由摩擦焊接实现，因为通过摩擦焊接能以特别简单的方式建立不同材料的材料副。如此与冷却管2连接的接管6插过支承元件5中的开口。支承元件5本身也由钢制成，使得通过画出的焊缝，接管6在背离冷却管的一侧上与支承元件5能以制造技术简单有利地焊接。在此存在钢-钢材料副。另外可能的是，接管6不构成为单独的构件，而是冷却管6完全穿过支承元件5的开口。接管6在这种情况下是冷却管2的材料统一的一体的组成部分并通过焊接方法与支承元件5焊接。

图2显示冷却元件1的纵剖视图，其中可见，U形地弯曲的冷却管2具有两个腿7、8，它们分别与支承元件5构成一个角度W。在每个腿7与支承元件5之间的角度W处在大于90°与97°的范围内，尤其是95°。由此冷却元件1具有锥形形状。它因此可以较容易地装配和拆卸。

冷却管2的两个腿7、8通入到冷却管2的一个基段9中，该基段远离支承元件5并且平行于支承元件5。在腿7、8与基段9之间的过渡部是倒圆的。

由图4可见，在冷却管2与支承元件5之间设置金属盖板10、11。金属盖板10、11可以称为上金属盖板和下金属盖板，并且在该实施例中彼此平行。金属盖板10、11与封闭板5和冷却管2焊接，可见焊缝12、13。在上金属盖板10上的焊缝与在下金属盖板11上的焊缝相同地延伸。

由图5的放大图可见，冷却管2在横截面上不是圆形的，而是具有在直径上设置的隆突14、15。隆突14、15在投影平面中向上或向下延伸，并因此背离封闭板5。隆突14、15在横截面上梯形地构成。隆突14、15在隆突区域中增大壁厚。在图5中可见，冷却剂通道25的内径Di在该实施例中在整个圆周上保持恒定，为40mm。外径Da在冷却管2的圆柱区域中也是恒定的并且在该实施例中为60mm。壁厚在圆柱区域中也是恒定的，并且在隆突14、15的区域中增大到大约两倍。也就是说，外径Da1在隆突14、15的区域中大约为80mm。梯形的隆突14、15在此具有侧边16、17，它们与冷却管2的圆柱区域相切地过渡到梯形隆突14、15。隆突14、15的外部的端面18具有宽度B，该宽度大约等于壁厚并且因此处于10mm的数量级。

由于隆突14、15的显著尺寸，焊缝13不与冷却管2的圆柱的圆周区段接触，而是仅与隆突14、15接触。侧边16、17彼此大约构成70°～75°的角度W1。

金属盖板10、11的厚度S大约等于冷却管2的管壁的厚度，即大约10mm。可见焊缝13成V形地延伸，并且向上和向下不超出或不明显超出隆突14、15的高度。由于焊缝13设置在隆突14、15旁边，金属盖板10、11也在高度上不超出隆突，使得金属盖板10、11可以说处于由冷却管的内部空间和封闭板5包围的空间内。该内部空间19可以附加地填充耐火材料。

图6～8的实施方式与图1～5的实施方式的区别在于，除了外部的冷却管2之外还设置一个另外的冷却管20。第二冷却管20可以说处于由第一冷却管2和支承元件21构成的内部空间19中。第二冷却管22具有相同的横截面外形，因此参考上述对图5的解释。第二冷却管20与第一冷却管2间隔开，但是基本上平行于第一冷却管。因此也是U形地构造的，其端部也固定在共同的支承元件21上。由图6可见，因此在支承元件21中设置总共四个相同地构造的接管6。在此方面参考图3的解释。

不同于第一实施方式，该变型方案具有两体式的金属盖板，下面称为内部的和外部的金属盖板22、23。内部的金属盖板22覆盖内部空间24，该内部空间由内部的冷却管20包围。外部的金属盖板22可以说是U形地构造的，并且在两个相邻的冷却管2、20之间延伸。各相同的金属盖板22、23分别处在冷却元件1a的上侧和下侧并且以相同方式固定，如以上对图5已描述的。但是现在金属盖板23与两个冷却管2、20焊接，而不是与如图1的实施例那样与一个冷却管2焊接。

附图标记列表

1   冷却元件                 17   侧面

1a  冷却元件                 18   端面

2   冷却管                   19   内部空间

3   端部                     20   冷却管

4   端部                     21   支承元件

5   支承元件                 22   金属盖板

6   接管                     23   金属盖板

7   腿                       24   内部空间

8   腿                       25   冷却剂通道

9   基段                     B    宽度

10  金属盖板                 Di   内径

11  金属盖板                 Da   外径

12  焊缝                     Da1  外径

13  焊缝                     S    厚度

14  隆突                     W    角度

15  隆突                     W1   角度

16  侧面

Claims (15)

1.用于熔炉的冷却元件，该冷却元件具有用于引导冷却剂的至少一个冷却管(2、20)，该冷却元件还具有支承元件(5、21)，所述至少一个冷却管(2)固定在该支承元件上，至少一个金属盖板(20、11、22、23)与所述至少一个冷却管(2、20)焊接，其特征在于，所述至少一个冷却管(2、20)具有沿着所述至少一个冷却管(2、20)的纵向方向延伸的至少一个隆突(14、15)，所述至少一个金属盖板(10、11、22、23)与所述隆突焊接。

2.按权利要求1的冷却元件，其特征在于，在所述至少一个冷却管(2、20)上设置彼此对置的两个隆突(14、15)，彼此对置的金属盖板(10、11、22、23)与隆突(14、15)焊接。

3.按权利要求1或2的冷却元件，其特征在于，所述至少一个金属盖板(10、11、22、23)由铜或铜合金制成。

4.按权利要求1至3之一的冷却元件，其特征在于，所述至少一个金属盖板与外部冷却管(2)的隆突焊接并且覆盖与外部冷却管(2)相邻地设置的内部冷却管(20)。

5.按权利要求1至4之一的冷却元件，其特征在于，所述至少一个隆突(14、15)基本上构成梯形。

6.按权利要求5的冷却元件，其特征在于，所述至少一个隆突(14、15)具有沿冷却管(2、20)的径向方向测量的厚度，该厚度至少等于焊接的金属盖板(10、11、22、23)的厚度(S)。

7.按权利要求1至6之一的冷却元件，其特征在于，所述至少一个金属盖板(10、11、22、23)与横截面为梯形的所述至少一个隆突(14、15)的侧面(16、17)焊接。

8.按权利要求7的冷却元件，其特征在于，金属盖板(10、11、22、23)的外侧至少部分地与由梯形的所述至少一个隆突(14、15)的侧面(16、17)限定的端面(18)处于同一个平面中。

9.具有权利要求1至8中至少一项的特征的冷却元件的制造方法，在该方法中，所述至少一个冷却管(2、20)由拉延的由铜或铜合金制成的空心型材制成。

10.具有权利要求1至8中至少一项的特征的冷却元件的制造方法，其特征在于，所述至少一个冷却管(2、20)由杆制成，所述杆在横截面中具有沿着杆的纵向方向延伸的至少一个隆突(14、15)，沿纵向方向延伸的冷却剂通道通过钻孔制成。

11.按权利要求9或10的方法，其特征在于，所述至少一个冷却管(2、20)通过电弧焊方法与所述至少一个金属盖板(10、11、22、23)连接。

12.按权利要求9或10的方法，其特征在于，所述至少一个冷却管(2、20)借助于摩擦接触焊与所述至少一个金属盖板(10、11、22、23)连接。

13.按权利要求9或10的方法，其特征在于，所述至少一个冷却管(2、20)借助于电子束焊与所述至少一个金属盖板(10、11、22、23)连接。

14.按权利要求9至13之一的方法，其特征在于，所述至少一个金属盖板(23)焊接到彼此相邻的冷却管(2、20)的隆突(14、15)之间。

15.按权利要求9至13之一的方法，其特征在于，金属盖板与外部冷却管(2)的隆突(14、15)焊接，并且覆盖与外部冷却管(2)相邻地设置的内部冷却管(20)。