CN105814386B - 具有在冷却元件之间的导热接头的炉冷却系统 - Google Patents

具有在冷却元件之间的导热接头的炉冷却系统 Download PDF

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Abstract

本文提出将辅助冷却元件添加到炉的主冷却元件。带有两个或更多个部件的辅助冷却元件可以从炉的外部插入穿过主冷却元件的孔中，使得冷却元件突出超过主冷却元件的内表面。辅助冷却元件的各部件中的在内那个可以由所述部件中的在外那个来接纳，以迫使外部部件与主冷却元件为导热压力连接。

Description

具有在冷却元件之间的导热接头的炉冷却系统
技术领域
本申请大体上涉及用于炉的冷却系统，并且更具体地涉及与导热接头热连接在一起的冷却元件。
背景技术
冷却元件安装在熔炼炉或鼓风炉壳体的内表面上，以使壳体保持冷却，从而保持壳体的结构完整性。冷却元件通常为包含一个或多个通道的金属制品。液体(典型地水)被循环通过这些通道，以从冷却元件去除热量。鼓风炉冷却在以往通过安装耐火材料的交替层和水平取向的板式冷却元件(板式冷却器)来实现。水平的板式冷却器形成凸棱，停滞负荷的保护层被支撑在凸棱上，从而保护冷却器免受磨损。由于其保持炉瘤的能力，与耐火衬里结合的板式冷却器在炉的高强度区中具有典型地约20年的较长寿命。板式冷却器还提供稳定的炉操作。然而，板式冷却器也具有对于热移除来说相对低的容量，并且具有较大的占地面积，从而在炉壳体内占用相当大的体积。例如在美国专利第3,849,587号中公开了水平板式冷却器。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种辅助冷却元件，该辅助冷却元件与主(壁式)冷却元件结合使用，以从主冷却元件去除热量，例如，在主冷却元件具有不充分的冷却时。辅助冷却元件包括第一部件和限定通道的第二部件，该通道尺寸设计成接纳第一部件，第二部件具有布置成接纳在主冷却元件中的孔隙内的外部尺寸，该孔隙具有内壁。第一部件和第二部件中的一个相对于第一部件和第二部件中的另一个的运动使得辅助冷却元件的第二部件的外部尺寸产生变化，从而造成在第二部件和主冷却元件中的孔隙的内壁之间形成导热压力连接。
热量可通过主冷却元件从炉被吸收，然后通过导热接头传递到辅助冷却元件以从炉移除。可以将这些辅助冷却元件与主冷却元件同时安装，或者在更晚的时间从炉的外部安装，例如在主冷却元件已损坏之后。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于与主冷却元件结合使用的辅助冷却元件。辅助冷却元件包括：第一部件，其包含通道，流体被循环进入通道中以实现去除热量的目的；以及第二部件，其限定尺寸设计成接纳第一部件的通道，该第二部件具有布置成接纳在主冷却元件中的孔隙内的外部尺寸，该孔隙具有内壁。第一部件和第二部件中的一个相对于第一部件和第二部件中的另一个的移动使得第二部件的外部尺寸产生变化，从而造成：在第一部件和第二部件之间形成导热压力连接；以及在第二部件和在主冷却元件中的孔隙的内壁之间形成导热压力连接。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于与两个冷却元件结合使用的装置。该装置包括：第一部件；和第二部件，其中，第一部件和第二部件中的一个相对于第一部件和第二部件中的另一个的移动使得装置的外部尺寸产生变化，从而造成经由第一部件和第二部件在这两个冷却元件之间形成导热压力连接。
根据本公开的一个方面，提供了一种修理炉壁组件的方法，该炉壁组件具有结构钢板。该方法包括切穿结构钢壳体板以形成第一孔隙，使得切入壁式(stave)冷却器中的第二孔隙与第一孔隙对准。该方法也包括将第一部件插入对准的第一和第二孔隙中，第一部件限定第一部件通道，第一部件具有布置成接纳在第二孔隙内的外部尺寸，第二孔隙具有内壁。该方法还包括将限定第二部件通道的第二部件用力插入第一部件通道中，流体循环进入第二部件通道中以实现去除热量的目的，该力适合在第一部件的外部尺寸中产生变化，从而造成在第一部件和第二孔隙的内壁之间形成热连接。
在结合附图回顾本公开的具体实施的以下描述时，本公开的其它方面和特征对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
现在将以举例方式对附图进行参考，附图示出了示例性实施，并且在附图中：
图1A示出了根据本文所公开的实施例的包含多个冷却元件的壁式冷却器的前透视图；
图1B示出了图1A中所示冷却壁冷却器的后透视图；
图2是安装在主冷却器中的根据本文所述实施例的冷却器的横截面侧视图；
图3是安装在主冷却器中的根据本文所述实施例的冷却器的横截面侧视图；
图4是与主冷却器分离的图2的冷却器的透视图；
图5是安装在主冷却器中的根据本文所述实施例的冷却器的横截面透视图；
图6是安装在主冷却器中的根据本文所述实施例的冷却器的透视图；以及
图7是安装在主冷却器中的根据本文所述实施例的装置的横截面透视图。
具体实施方式
最近，竖直取向的壁式冷却元件已代替了板式冷却元件，因为壁式冷却元件通常成本更低，能够移除更多热量，并且更薄。较薄的冷却元件在炉中留出更多的内部体积，并且允许相应地增加产量。然而，在许多设备中，壁式冷却元件在安装10年内已由于内部热面的过度磨损而变得损坏。壁式冷却元件相对于板式冷却器的更短寿命可至少部分地归因于其将停滞负荷的保护层保持在冷却器的前表面(即，暴露于炉内部的热表面)上的能力降低。这导致增加的磨损和热循环，这两者都会缩短冷却器的寿命。
已开发出包含用于保持炉瘤的突出的凸棱或圆柱体的冷却壁设计，以便更好地保持负荷；然而，这些凸棱被磨掉，使得有必要修理或更换冷却壁。一些设计已包括了突出的热面特征，该特征在磨掉时可被更换。一种这样的设计公开于2012年8月16日公布的国际公布第WO 2012/107322 A1号中。由突出的轴引起的增加的湍流被认为通过帮助将炉瘤层堆积并保持在冷却器的热面上而减缓冷却壁冷却器的损耗。该公布中公开的轴具有基本上圆形的横截面，并且可以突出穿过形成于冷却壁冷却器的本体中的圆柱形或圆锥形孔。
壁式冷却器可能难以从炉外部更换。因此，在可以更换冷却器之前，炉可能需要停炉并排空。为了避免这种成本高昂且漫长的停炉，代替更换损坏的冷却元件，通常通过切割/钻出的孔从炉外部安装附加的辅助冷却元件。这些辅助冷却器通常是矩形的(板)或圆柱形的，并且突出超过失效的冷却元件的面，以锚固炉瘤保护层。虽然这些辅助冷却器在其顶端处提供局部冷却，但它们从壁式冷却器本身去除极少的热量。可穿过炉壁安装的辅助冷却器的数量通常受限于通路或结构的约束。有限数量的辅助冷却器通常仅覆盖炉壁面积的一部分，并且不能提供与覆盖整个壁的原始壁式冷却器相当水平的冷却。这种冷却能力的降低会不利地影响炉过程和产量。
仍然需要提供一种辅助冷却器，该冷却器能从壁式冷却器有效地去除热量，并且因此提供覆盖炉壁的增大面积的增加的冷却性能。
根据本公开的一个方面，提供了由两个或更多个部件构成的冷却元件(冷却器)。这些部件可被调整，以使得子部件中的一个或多个的相对运动在冷却器的外部尺寸/形状/包络方面产生变化。尺寸/形状/包络的这种变化使得形成与邻接的冷却器的热连接。
根据另一个方面，冷却器的子部件中的至少一个可具有渐缩的轮廓。冷却器子部件中的一个或多个相对于该渐缩部的移动造成冷却器向外扩张，并且与邻接的冷却器产生导热接触。
根据另一个方面，子部件中的一个是圆柱形的，并且包含渐缩部段和具有匹配的锥度的周围套筒/筒夹。冷却器旨在插入“主”冷却器中的孔内。已采取措施来调整冷却器，使得套筒沿着圆柱形元件的渐缩部段移动并且被迫向外扩张。冷却器的向外扩张造成它在“主”冷却器中的孔上施加压力，并且通过这样可在插入的冷却器和主冷却器之间产生导热接头。
根据另一个方面，子部件中的一个包含渐缩部段和具有匹配的锥度的一个或多个附加的子部件。已采取措施来调整冷却器，使得渐缩的子部件相对于彼此一起移动，造成冷却器的外部向外扩张。冷却器的向外扩张造成它在“主”冷却器中的狭槽上施加压力，并且通过这样可在插入的冷却器和主冷却器之间产生导热接头。
根据另一个方面，一个或多个弹簧被包含到冷却器中以迫使子部件相对于彼此移动，直到子部件中的一个或多个与邻接的冷却元件产生导热接触。由弹簧施加的力改善在邻接的冷却器之间的接头处的热接触。如果在邻接的冷却元件之间的接头在炉的操作期间移动或改变形状，那么弹簧力将造成子部件中的一个或多个的进一步移动，以保持热接触。
以下实施例涉及可置换的冷却元件，以安装在用于具有外部钢壳体的鼓风炉的新的或现有的冷却壁冷却器中。这些冷却元件在下文中被称为“辅助冷却元件”，因为它们辅助由现有的冷却壁冷却器提供的冷却。然而，应当理解，本文所述辅助冷却元件可安装在任何新的或现有的冷却壁冷却器中，而不论安装它的炉的类型如何。
本文所述辅助冷却元件是能够通过炉壳体和冷却壁冷却器中的切割孔/钻孔从炉外部更换的。这允许在炉的操作期间移除和/或安装辅助冷却元件。从炉的外部更换受损的冷却元件和/或安装另外的辅助冷却元件的能力有助于随时间推移改善和/或保持冷却壁冷却器的性能，从而延长冷却壁冷却器的寿命，并减少为了更换冷却器而停炉和排空炉的需求。
由于炉壳体为结构构件，可通过炉壁安装的辅助冷却元件的数量以及它们覆盖的壁面积的百分比是有限的。通过有效地利用现有的冷却壁冷却器来吸收热量并将该热量传导至延伸穿过炉壁的辅助冷却元件，可增加炉壁被冷却的比例。因此，在现有的冷却壁冷却器的本体和辅助冷却元件之间提供的有效的热传导允许热量从冷却壁冷却器有效传递到辅助冷却元件，从而从炉移除该多余的热量。
在辅助冷却元件的阵列或集合(组)从一个或多个冷却壁冷却器去除热量的情况下，热量的有效传导也是有价值的，因为它在构成集合的冷却元件之间有效地提供热连接。热连接的冷却器的布置更稳健，因为它在各个冷却元件受损或冷却介质到一个冷却元件的流动被中断的情况下维持炉壁的有效冷却。
现在参照附图描述根据具体实施例的冷却元件。在以下描述中，术语“内部”和“外部”是指部件和表面相对于彼此和相对于炉的内部的位置，使得“内部”部件或表面位于相比一个或多个“外部”部件或表面更靠近炉的中心处。另外，当结合部件或表面使用时，术语“内部”表示该部件或表面位于炉内部，而术语“外部”表示部件或表面位于炉外部。
图1A和1B示意性地示出了炉壁组件100的一部分。壁组件100的内部在图1A中示出，而壁组件100的外部在图1B中示出。壁组件100包括内部竖直的冷却壁冷却器104(在本文中也称为“主冷却器104”)和外部结构钢壳体板105。炉壁组件100可包括例如鼓风炉的壁，并且耐火层(图1中未示出)可以设置在壳体板105和冷却壁冷却器104之间的壳体板105的内表面上。炉壁组件100可以是圆柱形的(在圆形炉的情况中)，或者在矩形炉的情况中可以是扁平的。
虽然在图1中未示出，冷却壁冷却器104的内面可以设有一系列水平的脊和凹槽(例如，如在上述国际公布第WO 2012/107322A1号中所公开的)，以帮助将炉瘤保护层保持在冷却壁冷却器104的暴露表面上。为了更清楚地示出冷却壁冷却器104和冷却元件的特征，炉瘤在附图中未示出。
冷却壁冷却器104呈矩形板的形式，该板抵靠炉壳体105的内表面竖直地布置，并且可包括多个内部冷却剂通道(未示出)。在冷却壁冷却器104具有内部冷却剂通道的情况下，该冷却器将具有一个或多个冷却剂入口开口和一个或多个冷却剂出口开口，冷却剂入口和出口开口设有配件以用于连接到冷却剂循环系统(未示出)。冷却剂通常为液体，例如水。图1B将冷却壁冷却器104示出为具有布置在冷却壁冷却器104的相对两端处的多个冷却剂入口配件106和多个冷却剂出口配件108。冷却剂配件106、108呈从冷却壁冷却器104的外表面(即，面向壳体板105的表面)突出的圆柱形管的形式。配件106、108突出穿过壳体板105中的孔隙，并且因此延伸至炉的外部。在冷却壁冷却器的内面已严重腐蚀的情况下，可能的是，冷却壁冷却器104的冷却剂源可能已中断，以免冷却剂泄漏到炉内部。
炉壁系统100包括接纳在圆柱形通孔101中的多个圆柱形冷却元件102，其从炉壁组件100的内部穿过冷却壁冷却器104和壳体板105延伸至炉壁组件100的外部。炉壁系统100也包括接纳在矩形狭槽110中的多个板式冷却元件103，其从炉壁组件100的内部穿过冷却壁冷却器104和壳体板105延伸至炉壁组件100的外部。圆柱形冷却元件102和板式冷却元件103在本文中有时统称为“辅助冷却元件”。虽然图1A和1B的壁系统示出为具有圆柱形冷却元件102和板式冷却元件103两者，但应当理解，这不是必需的。相反，壁系统有可能仅包括这些类型的辅助冷却元件中的一种。
辅助冷却元件102、103中的每一个具有：内端，其从冷却壁冷却器104的内表面突出到炉的内部中；和外端，其从壳体板105的外表面可触及和/或朝炉的外部突出。辅助冷却元件102、103的内端从冷却壁冷却器104的内表面突出足够的量，以促进炉瘤或负荷的停滞层沿着冷却壁104的内面的形成，以便保护冷却壁冷却器104免受由直接暴露于炉内部的高温和腐蚀性环境而造成的过量的热量和腐蚀的损害。
如下文进一步讨论的，诸如水的液体冷却剂也可以循环通过辅助冷却元件102、103。就这一点而言，辅助冷却元件102、103可以设有冷却剂入口和出口开口，并且设有用于连接到冷却剂循环系统(未示出)(可能地使冷却剂循环通过冷却壁冷却器104的相同的循环系统)的配件。例如，图1B示出了板式冷却器103中的每一个，其具有从冷却元件103的外端突出到炉的外部的一对冷却剂配件112；并且类似地，图1B示出了圆柱形冷却元件102中的每一个，其具有从冷却元件102的外端突出到炉的外部的一对冷却剂配件114。
图2和4提供了图1的圆柱形冷却元件102的更详细的视图。圆柱形冷却元件102在图2的剖视图中示出为接纳在炉壁系统100的圆柱形通孔101中，炉壁系统100包括外部壳体板105、内部冷却壁冷却器104、以及在壳体板105和冷却壁冷却器104之间的耐火材料的层204。如在图1A和1B中所示的实施例中那样，冷却元件102的内端从冷却壁冷却器104的内表面突出到炉的内部中，并且冷却元件102的外端从壳体板105的外表面可触及和/或从该外表面朝炉的外部突出。
圆柱形冷却元件102具有在冷却元件102和冷却壁冷却器104之间提供导热连接的结构。就这一点而言，圆柱形冷却元件102具有第一圆柱形部件201，第一圆柱形部件201具有细长的侧壁，该侧壁具有沿着其长度的至少一部分延伸的渐缩的圆锥形外表面部段211，锥度造成第一圆柱形部件朝炉的内部直径减小。第一圆柱形部件201被同心地接纳在第二圆柱形部件202的内部，第二圆柱形部件202呈环状套筒或筒夹的形式。第二圆柱形部件202具有细长的侧壁，该侧壁具有渐缩的圆锥形内表面部段212，渐缩的圆锥形内表面部段212与第一圆柱形部件201的渐缩的表面部段211的锥度匹配。圆柱形部件201、202的匹配的渐缩的面211、212在这些部件之间提供热接触，如下文进一步描述的。
圆柱形通孔101示出为具有穿过冷却壁冷却器104的第一直径和穿过耐火层204和壳体板105两者的第二较大直径。穿过冷却壁冷却器104的通孔101的较小直径部分尺寸设计成使得冷却壁冷却器104中的通孔101的内部圆柱形表面214与圆柱形外表面部段216热接触，圆柱形外表面部段216沿着第二圆柱形部件202的长度的至少一部分延伸。
部件201、202和冷却壁冷却器104可以由诸如铜或铜合金的相同或不同的导热金属制成。
在部件201、202和冷却壁冷却器104之间的足够热接触需要的不只是在这些部件之间的简单的摩擦配合。因此，冷却元件102包括用于将第一圆柱形部件201推入第二圆柱形部件202的装置，其造成渐缩部段211、212相对于彼此移动，并且造成第二圆柱形部段202在直径上扩张，以使得第二圆柱形部件的圆柱形外表面部段216抵靠通孔101的内部圆柱形表面214施加径向力(本文也称之为“侧向力”)。例如，在部件201、202和冷却壁冷却器104由铜或铜合金形成的情况下，在铜部件之间的高于约10kW/m2℃的接触热导率在一些情况下可以在部件之间提供足够的热传导。发明人也已经发现，在从约50kW/m2℃至约150kW/m2℃的范围内的更高的接触传导率可通过向外施加在通孔101的内部圆柱形表面214上的约5MPa的径向力来实现。传导率和力的这些值仅仅是示例性的，并且应当理解，实现足够的接触传导率所需的径向力的所需水平将取决于多个因素，包括部件201、202的表面光洁度和通孔101的内部圆柱形表面214的表面光洁度。
如上所述，当第一圆柱形部件201被进一步推入第二部件202时，第二圆柱形部件202的直径被迫径向扩张。通过将第二圆柱形部件202形成为具有多个纵向延伸的狭缝403的筒夹或套筒可便于该扩张，如图4所示。
使第二圆柱形部件202扩张所需的力由一个或多个盘形弹簧206或贝氏垫圈提供。弹簧206被接纳在环形空间218中，包封在第二圆柱形部件202的圆柱形外端部分219内，环形空间218在第一圆柱形部件201的外端上的平坦表面220和位于圆柱形顶盖207以内的环形垫圈222之间纵向延伸，圆柱形顶盖207装在第二圆柱形部件202的圆柱形外端部分219内部。顶盖207可由诸如不锈钢的钢形成，第一圆柱形部件201的平坦表面220也可以由诸如不锈钢的钢形成。由弹簧206施加在第一圆柱形部件201上的力可由螺栓208调整，螺栓208拧入顶盖207中并且从圆柱形冷却元件102的外端向外突出。在使用中，弹簧在第一圆柱形部件201上保持基本上恒定的压力，从而在圆柱形冷却元件102和冷却壁冷却器104之间保持基本上恒定的导热性。
为了在圆柱形冷却元件102和冷却壁冷却器104之间提供增加的热连接，耐火层204可包括导热的泥浆。
如上所述，液体冷却剂可以循环通过圆柱形冷却元件102。就这一点而言，第一圆柱形部件201设有纵向延伸的冷却剂流动通道224。冷却剂流动通道224呈圆柱形钻孔的形式，该孔从在第一圆柱形部件201的外端上的平坦表面220朝圆柱形冷却元件102的内端延伸。然而，应当理解，冷却剂流动通道224的长度使得它不显著地延伸穿过孔101至冷却壁冷却器104的内表面。因此，当圆柱形冷却元件102的内端部分由于与炉内部的下降的炉负荷接触而被腐蚀时，冷却剂流动通道224将变得暴露于炉环境并且冷却剂将泄漏到炉内部的可能性极小或没有可能。
代替具有两个单独的入口开口和出口开口，圆柱形冷却元件102的冷却剂流动通道224具有单个开口，该开口接纳一对同心管209，使得入口/出口通道中的一个由各管209之间的环面来限定，并且另一个由中心内管209的内部限定。入口和出口管209从炉壁组件100的外部向外穿过顶盖207。如图4所示，同心管209的外部部分可以在401处分叉，从而得到分开的冷却剂入口和出口配件。
同样如图4所示，将从冷却壁冷却器104(图4中未示出)向内伸出的第一圆柱形部件201的内部部分不一定具有圆柱形形状。例如，如图4所示，第一圆柱形部件201的内部部分的上表面405可以成形为平的，以便将停滞的负荷或炉瘤更好地保持在冷却壁冷却器104的内表面上。
图4也示出了筒夹的加强形式，其具有围绕同心管209的一部分的纵向延伸的套筒402，以保护并增强管209和筒夹202之间的连接。
图3示出了根据本发明的另一个实施例的圆柱形冷却元件311的剖视图。圆柱形冷却元件311类似于上述圆柱形冷却元件102，除了下文指出的几点之外。
圆柱形冷却元件311被接纳在炉壁系统100的圆柱形通孔101中，炉壁系统100包括外部壳体板105、内部冷却壁冷却器104、以及在壳体板105和冷却壁冷却器104之间的耐火材料的层204。如在图1A和1B中所示的实施例中那样，冷却元件311的内端从冷却壁冷却器104的内表面突出到炉的内部中，并且冷却元件311的外端从壳体板105的外表面可触及和/或从该外表面朝炉的外部突出。
圆柱形冷却元件311具有第一圆柱形部件301，第一圆柱形部件301具有细长的侧壁，该侧壁具有沿着其长度的至少一部分延伸的渐缩的圆锥形外表面部段313，锥度造成第一圆柱形部件朝炉的外部直径减小。第一圆柱形部件301被同心地接纳在第二圆柱形部件302的内部，第二圆柱形部件302呈环状套筒或筒夹的形式，并且可具有类似于图4中所示筒夹202的纵向狭缝。第二圆柱形部件302具有细长的侧壁，该侧壁具有渐缩的圆锥形内表面部段312，渐缩的圆锥形内表面部段312与第一圆柱形部件201的渐缩的表面部段313的锥度匹配，并且也朝炉的外部直径减小。
在图3的实施例中，第一圆柱形部件301被通过套筒307作用的弹簧306或贝氏垫圈朝炉壁组件100的外部(即，在图3中向右)拉过第二圆柱形部件302。由弹簧施加的力可由突出穿过顶盖310的螺栓308调整。如在图2和4的实施例中那样，一对同心管309穿过顶盖310延伸进入设置在第一圆柱形部件301中的圆柱形冷却剂流动通道324内。
从图3可以看出，冷却剂流动通道324的长度使得它不显著地延伸穿过孔101至冷却壁冷却器104的内表面。因此，当圆柱形冷却元件102的内端部分由于与炉内部的下降的炉负荷接触而被腐蚀时，冷却剂流动通道324将变得暴露并且冷却剂将泄漏到炉内部的可能性极小或没有可能。这与上文参照图2和4的实施例描述的是相同的布置。
图5提供了图1A和图1B中所示板式冷却元件103的更详细视图。板式冷却元件103被接纳在炉壁系统100的矩形狭槽110中，炉壁系统100包括外部壳体板105、内部冷却壁冷却器104、以及在壳体板105和冷却壁冷却器104之间的耐火材料的层204。如在图1A和1B中所示的实施例中那样，板式冷却元件103的内端从冷却壁冷却器104的内表面突出到炉的内部中，并且板式冷却元件103的外端从壳体板105的外表面可触及和/或从该外表面朝炉的外部突出。
板式冷却元件103具有第一部件501，第一部件501具有略小于炉壁系统100中的矩形狭槽110的横截面的矩形横截面。第一部件501的长度被限定在纵向方向上，平行于图5的横截面的平面，并且平行于狭槽110穿透壁系统100的方向。如图5所示，第一部件501包括外部部段，外部部段具有沿着其长度的至少一部分向内渐缩的梯形横截面，其中锥度造成第一部件501的顶面512和底面513在炉的外部的方向上朝彼此渐缩。代替第二部件，一对楔形元件505沿着第一部件501的顶面512和底面513设置。这对楔形元件505各自具有匹配第一部件501的顶面512和底面513的锥度的渐缩的内表面。
以类似于图3中所示实施例的方式，第一部件501被通过套筒506作用的弹簧507或贝氏垫圈朝炉壁组件100的外部(即，在图5中向右)相对于楔形元件505牵拉。由弹簧507施加的力可由突出穿过保持弹簧507的顶盖504的螺栓508调整，在图5中仅一个螺栓508可见。应当理解，可存在横跨第一部件501的宽度间隔开的多个螺栓508。如图所示，螺栓508可以形成为两个部分，包括带螺纹的插件510，其具有带外螺纹的端部，该端部永久性地拧入第一部件501的带螺纹内孔中。带螺纹的插件510也包括带螺纹的内孔，螺栓508被拧入该内孔中。可通过在带螺纹的插件510内转动螺栓508来调整由弹簧507施加的力。相比将调整螺栓508直接拧入第一部件501中，该布置是优选的，特别是在螺栓508为钢的并且部件501由铜构成时。
图5示出了横向(沿宽度方向)延伸穿过冷却元件103的第一部件501的冷却剂流动通道511，应当理解，冷却剂流动通道511将具有一个或多个冷却剂入口开口和出口开口，其中冷却剂配件112(图5中未示出)延伸至炉的外部并且是可触及的。如在上述实施例中那样，冷却剂流动通道511位于第一部件501内，使得它不显著地延伸经过冷却壁冷却器104的内表面。
图6示出了根据本发明的另一个实施例的圆柱形冷却元件611的详细视图。圆柱形冷却元件611类似于此前所述圆柱形冷却元件311，除了下文指出的几点之外。
圆柱形冷却元件611具有第一圆柱形部件601，第一圆柱形部件601具有细长的侧壁，该侧壁具有沿着其长度的至少一部分延伸的渐缩的圆锥形外表面部段，锥度造成第一圆柱形部件601朝炉的外部直径增加。
呈环形套筒组件形式的第二圆柱形部件602包含围绕圆周的各个指状物613的阵列，其可具有类似于图4中所示筒夹202的纵向狭槽。第二圆柱形部件602可围绕第一圆柱形部件601同心地放置。每个指状物613包含渐缩的内表面部段(未示出)，其匹配第一圆柱形部件601的内部渐缩的圆锥形表面部段的锥度，从而也朝炉的外部增加直径。
在图6的实施例中，第二圆柱形部件602的指状物613可由通过第一圆柱形部件601的带凸缘的外端607作用的弹簧606或贝氏垫圈在第一圆柱形部件601上朝炉壁组件100的外部(即，在图6中向右)移动。由弹簧606施加的力可由张紧螺栓608调整，这些螺栓608突出穿过带凸缘的外端607并且连接到每个指状物613的端部。施加可以通过拧紧位于指状物613远侧的张紧螺栓608的端部处的张紧螺母620来实现。当每个张紧螺母620被拧紧时，附接到张紧螺栓608的另一端的各个指状物613被牵拉远离炉，从而使指状物613沿着第一圆柱形部件601的内部渐缩的圆锥形表面部段向上移动，造成各个指状物613向外扩张。
如在图2、3和4的实施例中那样，一对同心管(未示出)穿过带凸缘的外端607延伸进入设置在第一圆柱形部件601中的圆柱形冷却剂流动通道。如在此前的实施例中那样，冷却剂流动通道的长度使得它不显著地延伸穿过孔101至冷却壁冷却器104的内表面。因此，当第二圆柱形部件602的内端部分由于与炉内部的下降的炉负荷接触而被腐蚀时，冷却剂流动通道将变得暴露并且冷却剂将泄漏到炉内部的可能性极小或没有可能。这与上文参照图2和4的实施例描述的是相同的布置。
图6中所示实施例的各个指状物613可被单独地张紧，从而允许冷却元件611适形于具有不规则横截面的炉壁系统100的通孔101，提供包含对称横截面的冷却元件所不允许的增强的传导接触。
图7示出了根据本发明的另一个实施例的板式冷却元件701的剖视图。
板式冷却元件701被接纳在炉壁系统100中的矩形狭槽110中，炉壁系统100包括外部壳体板105、内部冷却壁冷却器104、以及在壳体板105和冷却壁冷却器104之间的耐火材料的层204。如在图1A和1B中所示的实施例中那样，板式冷却元件701的内端从冷却壁冷却器104的内表面突出到炉的内部中，并且板式冷却元件701的外端从壳体板105的外表面可触及和/或从该外表面朝炉的外部突出。
板式冷却元件701具有略小于炉壁系统100中的矩形狭槽110的横截面的矩形横截面。板式冷却元件701的长度被限定在纵向方向上，平行于图7的横截面的平面，并且平行于狭槽110穿透壁系统100的方向。如图7所示，板式冷却元件701包括具有矩形横截面的外部部段。为了在第一部件之间形成导热压力连接，包括一对楔形部件705和706的一系列组件沿着板式冷却元件701的顶面和底面设置。这对楔形部件705和706各自具有匹配的渐缩的内表面。这两个楔形部件705和706可使用拉杆708连接在一起。
以类似于图5中所示实施例的方式，第一楔形部件705可由插入穿过拉杆708的弹簧707或贝氏垫圈朝第二楔形部件706牵拉。由弹簧707施加的力可由张紧螺母720调整，张紧螺母720适于沿着螺栓708可调整地放置，以保持弹簧707，在图7中板式冷却元件701的每一侧仅一个螺栓708可见。应当理解，可以存在横跨板式冷却元件701的两侧(顶侧、底侧)的宽度间隔开的多个螺栓708。
图7示出了沿宽度方向(横向)延伸穿过板式冷却元件701的冷却剂流动通道711，应当理解，冷却剂流动通道711将具有一个或多个冷却剂入口开口和出口开口，其中冷却剂配件712(图7中未示出)延伸至炉的外部并且是可触及的。如在上述实施例中那样，冷却剂流动通道711位于板式冷却元件701内，使得它不明显延伸经过冷却壁冷却器104的内表面。
图7中所示实施例将楔形元件和冷却元件脱开。可以理解，每一侧可以存在一组楔形部件705和706，或者可以存在插入板式冷却元件701的每个面和冷却壁冷却器104的内表面之间的多个楔形组件。还可以理解，楔形部件的尺寸可以在板式冷却元件701的每一侧上不同。这允许经由楔形部件705和706独立地控制在板式冷却元件701的每个接触面和冷却壁冷却器104的内面之间的导热接触压力。此外，这允许在必要时单独地更换每一组楔形部件705和706，而不必移除整个板式冷却元件701。
本申请的上述实施旨在仅为示例。在不脱离由所附权利要求限定的本申请的范围的情况下，本领域的技术人员可以对特定实施进行更改、修改和变型。

Claims (24)

1.一种与主冷却元件结合使用的辅助冷却元件，所述辅助冷却元件包括：
第一部件，所述第一部件包含通道，流体循环进入所述通道中以实现去除热量的目的；以及
第二部件，所述第二部件限定尺寸设计成接纳所述第一部件的通道，所述第二部件具有布置成接纳在所述主冷却元件中的孔隙内的外部尺寸，所述孔隙具有内壁；
其中，所述第一部件和所述第二部件中的一个相对于所述第一部件和所述第二部件中的另一个的运动使得所述第二部件的所述外部尺寸产生变化，从而造成：
在所述第一部件和所述第二部件之间形成导热压力连接；并且
在所述第二部件和所述主冷却元件中的所述孔隙的所述内壁之间形成导热压力连接。
2.根据权利要求1所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第一部件具有渐缩轮廓。
3.根据权利要求2所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第一部件在所述第二部件内的运动造成所述第二部件向外扩张。
4.根据权利要求2所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第二部件沿着所述第一部件的外表面的运动造成所述第二部件向外扩张。
5.根据权利要求1所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第一部件包括包含渐缩部段的圆柱体。
6.根据权利要求5所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第二部件包括套筒，所述套筒具有匹配所述第一部件的所述渐缩部段的锥度。
7.根据权利要求5所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第二部件包括筒夹，所述筒夹具有匹配所述第一部件的所述渐缩部段的锥度。
8.根据权利要求7所述的辅助冷却元件，其特征在于，在所述主冷却元件中的所述孔隙包括不规则形状的孔隙。
9.根据权利要求8所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第二部件包括适于单独地张紧以允许所述第二部件适形于所述不规则形状的孔隙的元件。
10.根据权利要求1所述的辅助冷却元件，其特征在于，还包括偏压元件，所述偏压元件被构造成在所述第一部件和所述第二部件中的一个上施加力，以迫使相对于所述第一部件和所述第二部件中的另一个的所述运动。
11.根据权利要求10所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述偏压元件包括弹簧。
12.根据权利要求10所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述偏压元件包括多个贝氏垫圈。
13.根据权利要求10所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述偏压元件被接纳在环形空间中，包封在所述第二部件的圆柱形外端部分内，所述环形空间在所述第一部件的外端上的平坦表面和环形垫圈之间纵向延伸，所述环形垫圈位于圆柱形顶盖以内，所述圆柱形顶盖装在所述第二部件的所述圆柱形外端部分内部。
14.根据权利要求13所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述顶盖包括钢。
15.根据权利要求1所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述辅助冷却元件由铜或铜合金制成。
16.根据权利要求13所述的辅助冷却元件，还包括调整元件，所述调整元件适于改变由所述偏压元件施加在所述第一部件和所述第二部件中的所述一个上的力。
17.根据权利要求16所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述调整元件包括螺栓，所述螺栓螺接到所述顶盖中并且从所述冷却元件的外端向外突出。
18.根据权利要求1所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第一部件包括包含渐缩部段的梯形棱柱。
19.根据权利要求18所述的辅助冷却元件，其特征在于，所述第二部件包括一对楔形元件。
20.根据权利要求1所述的辅助冷却元件，其特征在于，在所述主冷却元件中的所述孔隙包括圆柱形孔隙。
21.一种使受损的主冷却元件恢复冷却的方法，所述方法包括将根据权利要求1所述的辅助冷却元件安装在所述受损的主冷却元件中的孔隙内。
22.一种用于与两个冷却元件结合使用的装置，包括：
第一部件；以及
第二部件；
其中，所述第一部件和所述第二部件中的一个相对于所述第一部件和所述第二部件中的另一个的运动使得所述装置的外部尺寸产生变化，从而造成经由所述第一部件和所述第二部件在所述两个冷却元件之间形成导热压力连接。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，还包括偏压元件，所述偏压元件被构造成在所述第一部件和所述第二部件中的一个上施加力以迫使相对于所述第一部件和所述第二部件中的另一个的所述运动。
24.一种修理炉壁组件的方法，所述炉壁组件具有结构钢板，所述方法包括：
切穿所述结构钢壳体板以形成第一孔隙，使得切入壁式冷却器中的第二孔隙与所述第一孔隙对准；
将第一部件插入对准的第一和第二孔隙中，所述第一部件限定第一部件通道，所述第一部件具有布置成接纳在所述第二孔隙内的外部尺寸，所述第二孔隙具有内壁；以及
将限定第二部件通道的第二部件用力插入所述第一部件通道中，流体循环进入所述第二部件通道中以实现去除热量的目的，所述力适于使得所述第一部件的所述外部尺寸产生变化，从而造成在所述第一部件和所述第二孔隙的所述内壁之间形成热连接。
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