CN110073007A - 用于高炉的具有耐磨插入件的铜冷却板 - Google Patents

用于高炉的具有耐磨插入件的铜冷却板 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于高炉的冷却板(1)。该冷却板(1)包括具有内表面(3)的铜本体(2)，所述内表面(3)包括在其间平行的肋(4‑1、4‑2)，所述肋(4‑1、4‑2)具有在其间相反布置的第一末端(6)并且被凹槽(5)隔开，所述凹槽(5)具有在其间相反布置的第二末端(7)。这些肋(4‑1)中的至少一个包括至少一个容置部(8)，所述至少一个容置部(8)位于其第一末端(6)之间并且包括局部地增加该肋(4‑1)的耐磨性的由耐磨材料制成的至少一个插入件(9)。

Description

用于高炉的具有耐磨插入件的铜冷却板
本发明涉及高炉，并且更确切地，涉及固定至高炉中的冷却板(或冷却壁)。
如本领域技术人员已知的，高炉一般包括部分地覆盖有冷却板(或冷却壁)的内壁。
在一些实施方案中，这些冷却板(或冷却壁)包括具有内(或热)表面的本体，所述内(或热)表面包括在其间平行并且被也在其间平行的凹槽(groove)隔开的肋。这些肋和凹槽被布置成允许耐火内衬(砖或喷浆)或增长层(accretion layer)锚固在高炉内。
当本体由铜或铜合金制成以提供良好的导热性时，肋经历早期腐蚀，因为铜不是耐磨材料。
为了避免这样的早期腐蚀，如专利文件EP 2285991中所描述的，可以通过在抵靠肋的侧壁的凹槽中和凹槽底部中引入钢件来增加肋的硬度。这样的钢件允许良好地保护肋，并且由于其与冷却壁变形热相容也允许冷却壁自由地膨胀和变形。但是，这样的钢件无法被适当地冷却并且可能被气体冲掉。
因此，本发明的目的是改善这样的情况。
为此，本发明涉及冷却板(或冷却壁)，其用于高炉并且包括具有内表面的铜本体，所述内表面包括在其间的平行的肋，所述肋具有在其间的相反布置的第一末端并且被凹槽隔开，所述凹槽具有在其间的相反布置的第二末端。
该冷却板(或冷却壁)的特征在于其肋中的至少一个包括至少一个容置部(housing)，所述至少一个容置部位于其第一末端之间并且包括局部地增加该肋的耐磨性的由耐磨材料制成的至少一个插入件。
本发明的冷却板(或冷却壁)还可以包括以下单独地或根据所有可能的技术组合考虑的任选特性：
-耐磨材料可以选自包括金属和陶瓷的组；
耐磨金属可以为耐磨钢或铸铁；
耐磨陶瓷可以为碳化硅、挤压成型碳化硅(extruded silicon carbide)、或具有良好耐崩裂性(resistance to spalling)和高硬度的其他耐火材料；
-在第一实施方案中，每个容置部可以为包括插入件的细长凹入部(slot)；
-在第二实施方案中，每个容置部可以为其中拧入有限定插入件的螺栓的螺纹孔；
-凹槽中的至少一个可以包括多层突出部的至少一部分，所述多层突出部在其第二末端之间延伸并且包括局部地增加相邻肋的耐磨性的由耐磨材料制成的至少一个层；
多层突出部可以包括由具有高导热性的材料制成的第一层和由耐磨材料制成并且设置在第一层的顶部上的第二层；
●第一层的材料可以选自包括高传导性金属铜和铜合金的组；
●每个多层突出部可以与单个凹槽相关联；
○多层突出部还可以包括夹在第一层与第二层之间并且由具有旨在增加多层突出部的硬度的硬度的材料制成的第三层；
■第三层可以由具有良好耐崩裂性和高硬度的陶瓷例如SiC或挤压成型SiC制成。
●在变体中，每个多层突出部的第一层和第二层可以分别与两个相邻凹槽相关联；
○每个多层突出部的第一层可以包括细长凹入部，所述细长凹入部在第二末端之间延伸并且包括由具有旨在增加该第一层的硬度的硬度的材料制成的另外的插入件；
■另外的插入件可以由陶瓷制成或者由耐磨和/或耐热的钢制成；
-铜本体的内表面可以包括具有至少两个不同高度的肋；
-凹槽可以具有鸠尾状截面。
本发明还涉及包括至少一个冷却板例如以上介绍的冷却板的高炉。
本发明的其他特征和优点将由下面参照附图通过说明给出的并且非限制性的对本发明的描述清楚地呈现，其中：
-图1以透视图示意性示出了根据本发明的冷却板的实施方案的第一实例的一部分；
-图2以截面图示意性示出了根据本发明的冷却板的实施方案的第二实例的一部分，
-图3以截面图示意性示出了图2中所示的冷却板的变体；
-图4以截面图示意性示出了根据本发明的冷却板的实施方案的第三实例的一部分；
-图5以截面图示意性示出了根据本发明的冷却板的实施方案的第四实例的一部分；以及
-图6以截面图示意性示出了根据本发明的冷却板的实施方案的第五实例的一部分。
本发明特别旨在提出可以用于高炉并且呈现出增加的耐磨性的冷却板(或冷却壁)1。
根据本发明的冷却板(或冷却壁)1的实施方案的一个实例示于图1中。这样的冷却板(或冷却壁)1旨在安装在高炉的内壁上。
如所示，根据本发明的冷却板(或冷却壁)1包括具有内(或热)表面3的铜本体2，内(或热)表面3包括在其间平行的多个肋4-j。这些肋4-j具有在其间的两个相反布置的第一末端6并且被凹槽5隔开，凹槽5具有在其间的两个相反布置的第二末端7。在冷却板1被安装在高炉内壁上的情况下，其肋4-j和凹槽5水平布置。在这种情况下，铜本体2包括与其内表面3相反并且固定至内壁高炉的外表面14。因此，内表面3是可以与高炉内存在的非常热的材料和气体接触的本体表面。
例如，以及如图3至6中所示，凹槽5可以具有鸠尾状截面，以便在凹槽5不包括任选的多层突出部10(如下所述)时优化工艺产生的增长层15的锚固。但是，肋4-j和凹槽5可以具有其他截面形状。因此，以及如图1和2中所示，其可以具有例如矩形截面。
此外，以及如图1的非限制性实例中所示，铜本体2的内表面3可以包括具有至少两个不同高度h1和h2的肋4-j。该选择使得优化耐火砖15的锚固。在图1的实例中，第一肋4-1(j＝1)具有第一高度h1，并且限定在第一肋4-1之间的第二肋4-2(j＝2)具有小于第一高度h1的第二高度h2。但是，如图2至6的实施方案的另外的实例中所示，铜本体2可以包括具有相同高度的肋4-1。
此外，以及如图2和3中所示，铜本体2优选地包括冷却流体在其中流动的内部通道16。
如图1至6中所示，肋4-j中的至少一个包括至少一个容置部8，至少一个容置部8位于其第一末端6之间并且包括局部地增加肋4-j的耐磨性的由耐磨材料制成的至少一个插入件9。
由于肋插入件9，可以显著增加肋4-j的耐磨性，这使得避免其材料(即铜或铜合金)的早期腐蚀。
在图1的非限制性实例中，仅第一肋4-1包括至少一个容置部8，至少一个容置部8包括至少一个插入件9。这是因为这样的事实：第二肋4-2的第二高度h2太小而不允许限定容置部8。
例如，插入件9的耐磨材料可以为金属或陶瓷。这样的耐磨金属可以为例如钢或铸铁，优选耐火级(例如化学组成包含以下(含量以重量百分比表示)的耐热铸钢(例如GX40CrSi13)：0.3％≤C≤0.5％、1％≤Si≤2.5％、12≤Cr≤14％、Mn≤1％、Ni≤1％、P≤0.04％、S≤0.03％、和Mo≤0.5％)或能够在高温下工作的耐磨钢。耐磨陶瓷可以为例如碳化硅(SiC)、挤压成型碳化硅(导热性更高)、或具有良好耐崩裂性和高硬度的其他耐火材料。
当至少一个肋4-j包括至少一个容置部8时，每个容置部8可以为包括至少一个插入件9的细长凹入部。这显著地是图1至3中所示的实例中的情况。重要的是要注意，肋4-j可以包括在其第一末端6之间(可能地从一个第一末端6至相反的第一末端6(如所示))延伸的仅一个细长凹入部8、或(优选地沿相同轴)限定在其第一末端6之间的至少两个细长凹入部8。此外，每个细长凹入部8可以包括一个接一个地设置的一个或更多个插入件9。每个细长凹入部8可以通过加工例如通过钻头来限定。
在变体(未示出)中，每个容置部8可以为其中拧入有限定插入件9的螺栓的螺纹孔。重要的是注意，肋4-j可以包括限定在其第一末端6之间的仅一个螺纹孔8、或(优选地沿相同轴)限定在其第一末端6之间的至少两个螺纹孔8。每个螺纹孔8可以通过加工例如通过钻头来限定。优选地，孔8，因而螺栓9，安装在冷却通道16的前面以保护螺栓9并减少其数量。在这种情况下，螺栓9不仅良好地与铜(通过螺纹)连接，而且还被良好地冷却。
如图4至6中所示，此外，铜本体2的凹槽5中的至少一个可以包括多层突出部10的至少一部分，多层突出部10在凹槽5的第二末端7之间延伸并且包括局部地增加相邻肋4-j的耐磨性的由耐磨材料制成的至少一个层12。
因此，在这最后的选择中，一个或多个肋4-j包括至少一个容置部8，至少一个容置部8位于肋4-j的第一末端6之间并且包括由耐磨材料制成的至少一个插入件9，并且一个或多个凹槽5包括多层突出部10的至少一部分，多层突出部10在凹槽5的第二末端7之间延伸并且包括由耐磨材料制成的至少一个层12。
由于多层突出部10(位于凹槽5中)，下降的炉料(burden)对冷却壁施加的速度和压力显著降低，这使得避免其材料(即铜或铜合金)和冷却壁本体的早期腐蚀。换言之，突出部使得产生低速材料移动区从而使磨损最小化。
每个层12的耐磨材料优选与插入件9的耐磨材料相同。因此，其可以为如上关于插入件9所述的金属或陶瓷。
当至少一个凹槽5包括多层突出部10的至少一部分时，多层突出部10可以包括由具有高导热性的材料制成的第一层11和由耐磨材料制成并且设置在该第一层11的顶部上的第二层12。这显著地是图4至6中所示的实例中的情况。与前面的实施方案(图1至3中所示)相反地，该实施方案允许适用于常规的冷却板而没有任何加工阶段。
具有高导热性的第一层11设置在多层突出部10的最低位置中以充当热屏蔽层，因为热负荷主要来自向上流动的热气流。例如，该第一层11的材料可以为高传导性金属铜或铜合金。第二层12由耐磨材料制成并且设置在第一层11的顶部上以保护其免受早期侵蚀。如前所述，该第二层12可以由耐磨钢、铸铁或陶瓷制成。
此外，例如，以及如图4和5中所示，每个多层突出部10可以与单个凹槽5相关联。换言之，每个多层突出部10的一部分位于单个凹槽5中同时该多层突出部10的剩余部分延伸超出该单个凹槽5。
在这种情况下，每个多层突出部10还可以包括夹在第一层11与第二层12之间并且由具有旨在增加整个突出部的耐磨性的非常高的硬度的陶瓷材料制成的第三层13。
在图4的实例中，每个第三层13与内表面3的界定其相关联凹槽5的底部的部分接触，而在图5的实例中，每个第三层13通过下面的第一层11的突出部分与内表面3的界定其相关联凹槽5的底部的部分隔开。图4中所示的替代变体可以从前侧安装在冷却壁上，而图5中所示的替代变体仅可以在侧面安装在凹槽内。该后者变体的优点是在脆性陶瓷件破裂成碎片的情况下该设置的稳定性较高。
例如，每个第三层13可以由高硬度陶瓷例如SiC或挤压成型SiC制成。在此可以使用陶瓷，因为其被夹在中间并因此被保护免受落下的材料的冲击，并且不受可能因热膨胀引起的冷却板弯曲影响。
在图6中所示的实施方案的变体中，每个多层突出部10的第一层11和第二层12可以分别与两个相邻凹槽5相关联。换言之，多层突出部10的第一层11的一部分位于第一凹槽5中同时该第一层11的剩余部分延伸超出第一凹槽5，并且该多层突出部10的第二层12的一部分位于第一凹槽5附近的第二凹槽5中同时该第二层12的剩余部分延伸超出该第二凹槽5。因此，下部中的第一层11承担朝向铜本体2的热负荷，而顶部上的第二层12保护相关联第一层11不受磨损。
在这种情况下，以及如图6的非限制实例中所示，每个多层突出部10的第一层11可以包括细长凹入部17，细长凹入部17在第二末端7之间延伸并且包括另外的插入件18。嵌入在第一层11中的该另外的插入件18由具有旨在增加该第一层11的硬度的硬度的材料制成。例如，以及如图6的非限制性实例中所示，第一层11的限定(或加工)细长凹入部17的表面可以倾斜成向外传送气体并且也有助于炉料顺利地流入由突出部10构建的“袋”中。
此外，例如，以及如图6中所示，每个另外的细长凹入部17，因而相关联的另外的插入件18，可以具有鸠尾状截面。
此外，例如，每个另外的插入件18可以由陶瓷(例如SiC)或钢(耐磨、耐热、或两者兼而有之)制成。可以使用用于增加层11的硬度的其他实施方式。例如，每个细长凹入部17可以为其中拧入有限定插入件18的螺栓的螺纹孔。
重要的是注意，在冷却板1还包括多层突出部10的情况下，设置有这些多层突出部10的凹槽5可以取决于高炉的形状和/或尺寸。例如，在图4和5中所示的实例中，可以每三个凹槽5定位多层突出部10。但是，在另一些实例中，可以每两个或每四个或甚至每五个凹槽5定位多层突出部10。
如图4至6中所示，在冷却板1包括多层突出部10的情况下，界定包括这些多层突出部10或嵌入多层突出部10中的凹槽5的肋4-j并不是真的需要包括包含插入件9的容置部8，因为肋4-j已通过这些多层突出部10得到保护。因此，优选仅不位于多层突出部10附近的肋4-j包括包含插入件9的容置部8。

Claims (18)

1.一种用于高炉的冷却板(1)，所述冷却板(1)包括具有内表面(3)的铜本体(2)，所述内表面(3)包括在其间平行的肋(4-j)，所述肋(4-j)具有在其间相反布置的第一末端(6)并且被凹槽(5)隔开，所述凹槽(5)具有在其间相反布置的第二末端(7)，所述冷却板(1)的特征在于所述肋(4-j)中的至少一个包括至少一个容置部(8)，所述至少一个容置部(8)位于所述第一末端(6)之间并且包括局部地增加所述肋(4-j)的耐磨性的由耐磨材料制成的至少一个插入件(9)。
2.根据权利要求1所述的冷却板，特征在于所述耐磨材料选自包括金属和陶瓷的组。
3.根据权利要求2所述的冷却板，特征在于所述耐磨金属为耐磨钢或铸铁。
4.根据权利要求2所述的冷却板，特征在于所述耐磨陶瓷为碳化硅、挤压成型碳化硅、或具有良好耐崩裂性和高硬度的其他耐火材料。
5.根据权利要求1至4中一项所述的冷却板，特征在于每个容置部(8)为包括插入件(9)的细长凹入部。
6.根据权利要求1至4中一项所述的冷却板，特征在于每个容置部(8)为其中拧入有限定所述插入件(9)的螺栓的螺纹孔。
7.根据权利要求1至6中一项所述的冷却板，特征在于所述凹槽(5)中的至少一个包括多层突出部(10)的至少一部分，所述多层突出部(10)在所述第二末端(7)之间延伸并且包括局部地增加相邻肋(4-j)的耐磨性的由所述耐磨材料制成的至少一个层(12)。
8.根据权利要求7所述的冷却板，特征在于所述多层突出部(10)包括由具有高导热性的材料制成的第一层(11)和由所述耐磨材料制成并且设置在所述第一层(11)的顶部上的第二层(12)。
9.根据权利要求8所述的冷却板，特征在于所述第一层(11)的所述材料选自包括高传导性金属铜和铜合金的组。
10.根据权利要求8和9中一项所述的冷却板，特征在于每个多层突出部(10)与单个凹槽(5)相关联。
11.根据权利要求10所述的冷却板，特征在于每个多层突出部(10)还包括夹在所述第一层(11)与所述第二层(12)之间并且由具有旨在增加所述多层突出部(10)的硬度的硬度的材料制成的第三层(13)。
12.根据权利要求11所述的冷却板，特征在于所述第三层(13)由具有良好耐崩裂性和高硬度的陶瓷例如SiC或挤压成型SiC制成。
13.根据权利要求8和9中一项所述的冷却板，特征在于每个多层突出部(10)的所述第一层(11)和所述第二层(12)分别与两个相邻凹槽(5)相关联。
14.根据权利要求13所述的冷却板，特征在于每个多层突出部(10)的所述第一层(11)包括细长凹入部(17)，所述细长凹入部(17)在所述第二末端(7)之间延伸并且包括由具有旨在增加所述第一层(11)的硬度的硬度的材料制成的另外的插入件(18)。
15.根据权利要求14所述的冷却板，特征在于所述另外的插入件(18)由陶瓷制成或者由耐磨和/或耐热的钢制成。
16.根据权利要求1至15中一项所述的冷却板，特征在于所述铜本体(2)的所述内表面(3)包括具有至少两个不同高度的肋(4-j)。
17.根据权利要求1至16中一项所述的冷却板，特征在于所述凹槽(5)具有鸠尾状截面。
18.一种高炉，特征在于所述高炉包括至少一个根据前述权利要求中一项所述的冷却板(1)。
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