CN105062508A - 一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置及其制造方法，上升管内筒和上升管上法兰、上升管下法兰组成焦炉上升管主体结构；螺旋胆管盘绕在上升管内筒外侧，上、下端分别设换热水进水管和换热水出水管；铸钢填充结构填充在上升管内筒和螺旋胆管之间，并将螺旋胆管包覆在其中形成一个整体的空心圆柱体结构；铸钢填充结构外侧设有保温层和上升管外罩，铸钢填充结构与上升管内筒之间设铸钉。本发明通过整体浇铸成型的热传导结构实现将上升管荒煤气热量以金属热传导的方式传递给螺旋胆管内的水，其传热效率高，安全性强；铸钢填充结构采取倾斜浇注、设置阶梯内浇口和螺旋胆管内通高压水雾的方法保证浇铸过程螺旋胆管不会受损和铸钢的流动性。

Description

一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种焦炉上升管余热回收装置，尤其涉及一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置及其制造方法。

背景技术

焦炉上升管荒煤气余热回收技术是焦化领域一个非常热门的研究课题，它不但具有很大的社会价值，而且具有明显的经济价值。但当前所有的焦炉上升管余热回收装置基本上都是采用钢结构形式，大体可分两类：一类是夹层水套式，即在上升管内筒外再加一层套管，形成水套夹层，中间通过夹层热水回收余热；其优点是传热效率高，但因夹层要保持6个压和150℃的出水水汽的温度，因此既要耐热又要耐压，存在一定安全隐患。第二类是螺旋胆管式，即用螺旋胆管套在上升管的内筒外，高压由较细的螺旋胆管承压，比较安全；但只靠上升管内筒外壁辐射热量加热螺旋胆管，而上升管内筒与螺旋胆管不接触或只有线接触，金属间热传导少，整个空间充满的热空气只能靠空气的传导对流来加热螺旋胆管，热传导效率非常低，所以螺旋胆管式余热回收方式的优点是安全，缺点是热效率太低。

发明内容

本发明提供了一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置，通过整体浇铸成型的热传导结构实现将上升管荒煤气热量以金属热传导的方式传递给螺旋胆管内的水，其传热效率高，安全性强；上升管内筒和铸钢填充结构之间通过铸钉固定，保证其紧密贴合；本发明同时提供了所述装置的制造方法，采取倾斜浇注、设置阶梯内浇口和螺旋胆管内通高压水雾的方法保证浇铸过程螺旋胆管不会受损和铸钢的流动性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置，包括上升管内筒、螺旋胆管、铸钢填充结构、保温层和上升管外罩，所述上升管内筒和上升管上法兰、上升管下法兰组成焦炉上升管主体结构；螺旋胆管盘绕在上升管内筒外侧，上、下端分别设换热水进水管和换热水出水管；铸钢填充结构填充在上升管内筒和螺旋胆管之间，并将螺旋胆管包覆在其中形成一个整体的空心圆柱体结构；铸钢填充结构外侧设有保温层和上升管外罩，铸钢填充结构与上升管内筒之间设铸钉固定连接。

一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置的制造方法，包括如下步骤：

1)制作铸模，铸模的主体结构由铸铁制成，包括型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖，与上升管内筒组合后形成的中空部分即为铸钢填充型腔；型腔骨架为对称的分体式结构，分体处设有供换热水进水管和换热水出水管伸出的孔；型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖用于形成铸钢填充型腔的内表面由内向外依次设置耐火水泥、耐火泥和高温耐火涂层，铸模通体均匀设置排气孔；

2)制作上升管内筒，在上升管内筒外表面均匀焊接铸钉，钉帽一侧向外；

3)模具组装，先将螺旋胆管套装在上升管内筒外侧，然后将型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖分别套装在上升管内筒外侧并把合固定；

4)将组装好的模具倾斜放置，使其轴线与水平线夹角为15～30°，采用下侧浇铸，且沿轴向均匀设置多个高度不同的内浇口；浇注的同时螺旋胆管内采用高压水雾冷却；使螺旋胆管内的温度保持在500～600℃；

5)浇铸过程结束后，立即用钢水点冒口，冒口位于模具最高点处；当钢水充满冒口后立即将冒口中的钢液掏干；

6)待铸钢冷却成型后，拆除型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖，在铸钢外侧设置保温层及上升管外罩，上升管内筒上部固定上升管上法兰，下部固定上升管下法兰；铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置即制造完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过整体浇铸成型的热传导结构实现将上升管荒煤气热量以金属热传导的方式传递给螺旋胆管内的水，其传热效率高，安全性强；

2)上升管内筒和铸钢填充结构之间通过铸钉固定，保证其紧密贴合；

3)采取倾斜浇注、设置阶梯内浇口和螺旋胆管内通高压水雾的方法保证浇铸过程螺旋胆管不会受损和铸钢的流动性。

4)铸钢浇铸采用铸铁模具，制造简单，可以反复使用，成型速度快，铸件表面光滑；且可节约型砂，避免环境污染。

附图说明

图1是本发明所述一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置的结构示意图。

图2是本发明所述铸模结构示意图。

图3是图2中的I部放大图。

图4是本发明所述浇铸过程示意图。

图中：1.上升管内筒2.铸钉3.上升管下法兰4.螺旋胆管5.铸钢填充结构6.保温层7.上升管外罩8.上升管上法兰9.换热水出水管10.换热水进水管11.型腔下盖12.型腔骨架13.耐火水泥14.耐火泥15.高温耐火涂层16.型腔上盖17.铸钢填充型腔18.排气孔19.内浇口20.横浇道21.冒口

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明的结构示意图，本发明所述一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置，包括上升管内筒1、螺旋胆管4、铸钢填充结构5、保温层6和上升管外罩7，所述上升管内筒1和上升管上法兰8、上升管下法兰3组成焦炉上升管主体结构；螺旋胆管4盘绕在上升管内筒1外侧，上、下端分别设换热水进水管10和换热水出水管9；铸钢填充结构5填充在上升管内筒1和螺旋胆管4之间，并将螺旋胆管4包覆在其中形成一个整体的空心圆柱体结构；铸钢填充结构5外侧设有保温层6和上升管外罩7，铸钢填充结构5与上升管内筒1之间设铸钉2固定连接。

本发明所述一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置的制造方法，包括如下步骤：

1)制作铸模，铸模的主体结构由铸铁制成，包括型腔上盖16、型腔骨架12和型腔下盖11，与上升管内筒1组合后形成的中空部分即为铸钢填充型腔17(如图2所示)；型腔骨架12为对称的分体式结构，分体处设有供换热水进水管和换热水出水管9伸出的孔；型腔上盖16、型腔骨架12和型腔下盖11用于形成铸钢填充型腔17的内表面由内向外依次设置耐火水泥13、耐火泥14和高温耐火涂层15(如图3所示)，铸模通体均匀设置排气孔18；

2)制作上升管内筒1，在上升管内筒1外表面均匀焊接铸钉2，钉帽一侧向外；

3)模具组装，先将螺旋胆管4套装在上升管内筒1外侧，然后将型腔上盖16、型腔骨架12和型腔下盖11分别套装在上升管内筒1外侧并把合固定；

4)将组装好的模具倾斜放置，使其轴线与水平线夹角为15～30°，采用下侧浇铸，且沿轴向均匀设置多个高度不同的内浇口；浇注的同时螺旋胆管4内采用高压水雾冷却；使螺旋胆管4内的温度保持在500～600℃；

5)浇铸过程结束后，立即用钢水点冒口21，冒口21位于模具最高点处；当钢水充满冒口21后立即将冒口21中的钢液掏干；

6)待铸钢冷却成型后，拆除型腔上盖16、型腔骨架12和型腔下盖11，在铸钢外侧设置保温层6及上升管外罩7，上升管内筒1上部固定上升管下法兰8，下部固定上升管上法兰3；铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置即制造完成。

本发明在原螺旋胆管式焦炉上升管余热回收装置的基础上，将原来装置内充满空气的部分用铸钢充填代替，不仅保留其安全性好的优点，而且安全性还大大加强。同时换热效率大大提高，这是因为铸钢填充结构5一方面与上升管内筒1外表面紧紧贴合在一起，同时又将螺旋胆管4紧紧包裹，实现了通过金属热传导将上升管荒煤气热量传递给螺旋胆管4内的水，传热效率高，又因螺旋胆管4展开面积大于夹套式上升管内筒1外表面面积，所以进一步提高了传热效率。所以本发明是一种既安全，热效率又高的焦炉上升管余热回收装置。

从长期运行来看，有一个潜在的降低热效率的因素，那就是上升管内筒1外表面与铸钢填充结构5表面能否始终保持紧密接触的问题。刚浇铸完成时，上升管内筒1是未熔钢件，外面包裹钢水，冷却后铸钢填充结构5会牢牢地压紧上升管内筒1。但焦炉上升管的工作特点是焦炉每运行20小时左右就出一次焦，焦炉上升管的温度就在常温与800℃左右高温之间不断反复变化。当上升管内筒1温度升高时，体积增大，而铸钢填充结构5温度低，体积增加量小，限制了上升管内筒1增大，并使其产生塑性变形即被压缩。待环境温度降低时上升管内筒1还要收缩，从而体积变小，长时间反复就会使上升管内筒1与铸钢填充结构5之间产生缝隙，从而降低传热效率。为此我们在上升管内筒1外表面比较密集地设置铸钉2，铸钉2钉头一端焊在上升管内筒1外表面，钉帽向外，浇铸时留在钢水中与铸钢填充结构5成为一体，从而将上升管内筒1与铸钢填充结构5牢固固定在一起。

本发明所述一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置的工作过程如下：

换热水从换热水进水管10进入螺旋胆管4内，荒煤气余热经上升管内筒1筒壁将热量传递给铸钢填充结构5，铸钢填充结构5将热量再传给螺旋胆管4，并将螺旋胆管4内的换热水迅速加热升温，换热后的汽水混合物从换热水出水管9输送出去。

本发明所述一种铸钢填充式余热回收装置加工起来有一定难度，其难点是铸钢浇注时，高温钢水经内浇口进入铸钢填充型腔17，对螺旋胆管4造成冲刷，因螺旋胆管4壁薄，在高温钢水的冲刷下很容易熔化。为此我们在浇铸过程中采取了以下措施：

1)采用倾斜浇注，设置阶梯内浇口，减少和降低正对内浇口处的螺旋胆管4部位的钢水压力和冲刷时间；

2)螺旋胆管4内通高压水雾进行冷却，确保螺旋胆管4不熔不漏；

3)浇铸结束后用钢水点冒口21，并立即掏干钢液，即能保证补缩，在浇铸后对铸件又好清理。

如图4所示，是本发明所述浇铸过程示意图。浇铸过程为：钢水从横浇道20进来，首先从最下部的内浇口19进入铸钢填充型腔17内，然后按从低到高的顺序依次从各个高度的内浇口19进入铸钢填充型腔17内，螺旋胆管4与内浇口19正对的部位先受钢水冲击，但同时从换热水进水管10处用一定压力的气体通入螺旋胆管4内的高压水雾会对其起到冷却作用，从而使螺旋胆管4降温，保证被钢水冲刷处不会熔化，同时又要保证管道内温度保持在500～600℃之间，防止出现冷隔现象；高压水雾经螺旋胆管4从上部换热水出水管9喷出。

本发明所述铸钢充填式上升管余热回收装置制造过程中的关键工序是浇铸。一般铸钢浇铸都是采用砂型铸造，不但需要大量铸造用砂，浪费型砂资源，而且还会造成粉尘等污染环境，因此我们采用了半永久型铸造模型。一般砂型铸造每次浇铸都需要重新造型，而半永久型可以反复使用几十次。本发明采用铸铁制作铸模主体结构，在其型腔一侧内表面挂上耐火水泥13，在耐火水泥13上面挂耐火泥14，最里面刷高温耐火涂料15，(如图3所示)铸模通体都设有排气孔18。浇铸成型冷却后，将固定型腔上、下盖16、11和型腔骨架12的螺栓或卡子打开，取出铸件，将用过的上、下盖16、11和型腔骨架12内部耐火层的表面重新涂上高温耐火涂料，就可以继续合箱浇注。

Claims (2)

1.一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置，其特征在于，包括上升管内筒、螺旋胆管、铸钢填充结构、保温层和上升管外罩，所述上升管内筒和上升管上法兰、上升管下法兰组成焦炉上升管主体结构；螺旋胆管盘绕在上升管内筒外侧，上、下端分别设换热水进水管和换热水出水管；铸钢填充结构填充在上升管内筒和螺旋胆管之间，并将螺旋胆管包覆在其中形成一个整体的空心圆柱体结构；铸钢填充结构外侧设有保温层和上升管外罩，铸钢填充结构与上升管内筒之间设铸钉固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制作铸模，铸模的主体结构由铸铁制成，包括型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖，与上升管内筒组合后形成的中空部分即为铸钢填充型腔；型腔骨架为对称的分体式结构，分体处设有供换热水进水管和换热水出水管伸出的孔；型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖用于形成铸钢填充型腔的内表面由内向外依次设置耐火水泥、耐火泥和高温耐火涂层，铸模通体均匀设置排气孔；

2)制作上升管内筒，在上升管内筒外表面均匀焊接铸钉，钉帽一侧向外；

3)模具组装，先将螺旋胆管套装在上升管内筒外侧，然后将型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖分别套装在上升管内筒外侧并把合固定；

4)将组装好的模具倾斜放置，使其轴线与水平线夹角为15～30°，采用下侧浇铸，且沿轴向均匀设置多个高度不同的内浇口；浇注的同时螺旋胆管内采用高压水雾冷却；使螺旋胆管内的温度保持在500～600℃；

5)浇铸过程结束后，立即用钢水点冒口，冒口位于模具最高点处；当钢水充满冒口后立即将冒口中的钢液掏干；

6)待铸钢冷却成型后，拆除型腔上盖、型腔骨架和型腔下盖，在铸钢外侧设置保温层及上升管外罩，上升管内筒上部固定上升管上法兰，下部固定上升管下法兰；铸钢填充式焦炉上升管余热回收装置即制造完成。