CN110382722A - 用于冶金炉的冷却板 - Google Patents

Abstract

一种用于冶金炉的冷却板(10)，包括具有正面(18)和相对的背面(20)的本体(12)，所述本体(12)在其中具有至少一个冷却通道(14)。所述冷却通道(14)在所述背面(20)中具有开口并且冷却剂供应管(28)连接到所述冷却板(10)的背面(20)并与所述冷却通道(14)流体连通。在使用中，所述正面(18)朝向炉内部。根据本发明，至少一个紧急冷却管件(32、32')布置在所述冷却通道(14)内，所述紧急冷却管件(32、32')的横截面小于所述冷却通道(14)的横截面。所述紧急冷却管件(32、32')具有带有连接装置(36)的端部区段(34、34')，该连接装置用于将紧急供应管(38)与其连接。在紧急运行中，所述紧急冷却管件(32)通过所述连接装置(36)物理连接到紧急供应管(38)；而在正常运行中，所述紧急冷却管件(32)的连接装置(36)与所述紧急供应管(38)物理地断开。本发明也涉及这种冷却板(10)的用途。

Description

用于冶金炉的冷却板

技术领域

本发明总体涉及一种用于冶金炉、比如高炉的冷却板，并且特别是涉及一种冷却板，其具有用于运行损坏的冷却板的装置。

背景技术

用于冶金炉的冷却板(也称为“冷却壁(stave)”)在本领域中是公知的。它们用于覆盖冶金炉、例如高炉或电弧炉的外壳的内壁，以便在炉内部和外炉壳之间提供排热保护屏蔽。它们通常还提供用于耐火砖衬里的锚固装置、耐火喷浆材料或炉内工艺产生的积层。

最初，冷却板是铸铁板，其中铸有冷却通道。作为铸铁冷却壁的替代方案，已开发出铜冷却壁。如今，用于冶金炉的大多数冷却板由铜、铜合金制成，或更为最近地由钢制成。

耐火砖衬里、耐火喷浆材料或工艺产生的积层形成布置在面板体的热面之前的保护层。该保护层可用于保护冷却板免受由炉内的恶劣环境引起的劣化。然而，在实践中，炉偶尔也会在没有这种保护层的情况下进行运行，从而导致热面的层状肋的侵蚀。

如本领域所公知的那样，虽然高炉最初设有在冷却壁的前侧的耐火砖衬里或者插入冷却壁的槽中的钢片，但是在运行期间衬里损耗。特别地，已经观察到，在炉腹中，耐火衬里会相对快速地消失。

当冷却板主要通过磨损损耗时，循环通过冷却通道的冷却剂可能泄漏到炉中。当然要避免这种泄漏。

当检测到这种泄漏时，第一反应通常是停止将冷却剂供应到泄漏的冷却通道，直到下一个程序设置的停止，在此期间可以将柔性软管穿过冷却通道，比如JP2015187288A中描述的。随后，柔性软管连接到冷却剂供应部，并且冷却剂可以通过冷却板内的柔性软管进行供应。因此，冶金炉可以继续运行，而不必更换损坏的冷却板。

然而，一旦通过泄漏的冷却通道供应的冷却剂被中断，来自炉的材料可能进入冷却通道，从而阻碍了柔性软管的后续安装。

严重损耗的冷却板导致围绕通道的铜温度升高，这导致铜机械性能的损失。在某些情况下，这可能导致冷却板的完全破坏，这使得炉壳直接暴露于高热负荷和磨损。

因此，将柔性软管安装到冷却通道中是相当复杂的。柔性软管需要具有比冷却通道更小的直径，并且具有相当薄的壁厚，以便在冷却通道的拐弯/角落中能够操纵。柔性软管的这种薄壁厚度不能长时间耐受磨损。因此，柔性软管仅允许在短时间内延长冷却板的寿命。

技术问题

本发明的目的是提供一种改进的冷却板，其在冷却通道受损的情况下提供快速且有效的冷却。该任务通过如权利要求1所述的冷却板实现。

发明内容

本发明涉及一种用于冶金炉的冷却板，其包括具有正面和相对的背面的本体，该本体在其中具有至少一个冷却通道。冷却通道在背面中具有开口，并且冷却剂供应管连接到冷却板的背面并且与冷却通道流体连通。在使用中，正面朝向炉内部。根据本发明，至少一个紧急冷却管件布置在冷却通道内，紧急冷却管件的横截面小于冷却通道的横截面。紧急冷却管件具有带有连接装置的端部区段，该连接装置用于将紧急供应管与其连接。在紧急运行中，紧急冷却管件通过连接装置物理连接到紧急供应管。在正常运行中，紧急冷却管件的连接装置与紧急供应管物理地断开。

这种具有预安装的紧急冷却管件的冷却板允许在冷却板损坏时从正常运行模式快速切换到紧急运行模式。

如果检测到泄漏，即如果冷却板的本体以这样的方式损坏，即冷却剂朝向冷却板的正面泄漏并因此泄漏到炉中，则冷却剂通过冷却剂供应管的供应被中断。然后，紧急供应管穿过冷却剂供应管，并连接到已经存在于冷却通道中的紧急冷却管件。然后冷却剂通过紧急供应管被供应至紧急冷却管件并通过冷却板。无需首先将柔性软管穿过损坏的、可能阻塞的冷却通道。在通过冷却通道供应冷却剂和通过紧急冷却管件供应冷却剂之间的切换时间大大减少。此外，相对于柔性软管，紧急冷却管件的设计得到改进并且更加坚固。

紧急冷却管件设计用于承受炉内的恶劣条件。为此，紧急冷却管件可以由钢或合金制成。优选地，紧急冷却管件可以进一步设置有耐抗材料涂层，比如钨。

由于紧急冷却管件的横截面小于冷却通道的横截面，因此紧急冷却管件在正常运行期间不会阻断冷却剂与冷却板的本体之间的直接连接。因此，紧急冷却管件的存在不会降低冷却板的冷却效率。

冷却通道可以在冷却板的本体中钻孔、锻造或铸造。

紧急冷却管件通常可具有圆形横截面。然而，应该注意，可以通过管挤出方法、机加工、铸造或3D打印来获得任何其他形状。冷却通道可以是可以通过机加工或铸造生产的任何形状。它可以是例如通过重叠不同的形状实现的圆形、长圆形或更复杂的形状。

紧急冷却管件的横截面可以是冷却通道的横截面的至多四分之三(3/4)，优选至多一半(1/2)的横截面。这种紧急冷却管件足以在紧急运行期间保证足够的冷却，但是在正常运行期间不会妨碍冷却剂和冷却板的本体之间的直接热传递。

根据本发明的一个实施例，紧急冷却管件的端部区段包括弯曲部分。这种弯曲部分确保紧急冷却管件的管件开口与冷却剂供应管对齐，从而在需要时提供用于连接紧急供应管的便利入口。

优选地，冷却通道由第一钻孔和第二钻孔形成，其中第一和第二钻孔重叠。第二钻孔可以具有比第一钻孔小的直径，并且可以布置在面向冷却板的背面的方向上，其中第二钻孔被布置和尺寸设计成用于容纳紧急冷却管件。

根据本发明的另一个实施例，端部区段是直的并且在端部区段的侧向部分中包括连接装置。具有这种直的端部区段的紧急冷却管件可以容易地安装在冷却通道中。端部区段的端部优选地被封盖。

冷却通道可以由多个重叠的钻孔形成。优选地，冷却通道由中央钻孔和布置在该中央钻孔两侧的两个辅助钻孔形成。两个辅助钻孔都与中央钻孔重叠。中央钻孔被布置和尺寸设计成用于容纳紧急冷却管件。

中央钻孔的直径可以基本上相当于紧急冷却管件的外直径，由此紧急冷却管件可以通过压配合贴合地放置在中央钻孔中。冷却剂与冷却板的本体的直接接触可以通过冷却剂流过由辅助钻孔形成的冷却通道部分来实现。

中央钻孔的直径可以与辅助钻孔的直径相当。替代地，辅助钻孔的直径也可以大于或小于中央钻孔，这取决于期望冷却剂与冷却板的本体之间要在多大程度上直接接触。

根据本发明的一个实施例，紧急冷却管件可包括突入到辅助钻孔中的侧翼。通过限制紧急冷却管件的旋转，这种侧翼可以加强紧急冷却管件在中央钻孔内的锚固。

紧急冷却管件可包括在其端部区段之间的中央区段，其中中央区段相对于端部区段具有减小的壁厚。这种减小的壁厚改善紧急冷却管件中的冷却剂与冷却通道内的区域之间的热传递，但是不会削弱在端部区段中用于连接紧急供应管所需的强度。

根据另一实施例，至少两个紧急冷却管件布置在冷却通道内。优选地，所述至少两个紧急冷却管件布置和构造成具有合并的端部区段，其具有共同的连接装置用于将所述紧急供应管与其连接。这种布置允许布置例如两个紧急冷却管件在单个冷却通道中，但提供用于将冷却剂供应到冷却管件的单个连接点，进而提供用于连接紧急供应管的便利入口。

优选地，冷却板包括用于连接到紧急冷却管件的紧急供应管，紧急供应管同轴地或平行轴地穿过冷却剂供应管布置。

连接装置可以是螺纹配合、卡口配合或用于将紧急供应管连接到紧急冷却管件的任何其他适当的装置。

本发明还涉及如上所述的用于冶金炉的冷却板的用途，其中该用途包括以下步骤：

-检测冷却剂从冷却通道的泄漏；

-中断通过冷却通道供应冷却剂；

-将紧急供应管穿过冷却剂供应管；

-将紧急供应管连接到紧急冷却管件；并且

-将冷却剂经由紧急供应管供应给紧急冷却管件并通过冷却板。

附图说明

通过以下参考附图对若干非限制性实施例的详细描述，本发明的进一步细节和优点将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明第一实施例的冷却板在正常运行模式下使用时的横截面；

图2是图1的冷却板在紧急运行模式下使用时的横截面；

图3是图1的冷却板的冷却通道的横截面；

图4是根据本发明第二实施例的冷却板在紧急运行模式下使用时的横截面；

图5是图4的冷却板的冷却通道的横截面；

图6是根据本发明第三实施例的冷却板在紧急运行模式下使用时的横截面；

图7是图6的冷却板的冷却通道的横截面，并且

图8是根据本发明的第四实施例的紧急冷却管件布置的透视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了冷却板10的上部，包括本体12，该本体通常由例如铜、铜合金或钢的铸造或锻造体制成的扁坯(slab)形成。此外，本体12具有嵌入其中的至少一个传统的冷却通道14。典型的冷却板10包括至少四个冷却通道14，以便在炉内部和外炉壳16，也称为护套(armour)，之间提供排热保护屏蔽。图1示出了冷却板10安装到炉壳16上。本体12具有总体表示为18的正面，也称为热面，其朝向炉内部，以及对置的背面20，也称为冷面，该背面在使用中面向炉壳16的内表面。

如本领域所公知的那样，本体12的正面18有利地具有结构化表面，该结构化表面特别是具有交替的肋22和槽24。当冷却板10安装在炉中时，槽24和层状肋22通常水平布置，以提供用于耐火砖衬里(未示出)的锚固装置。

在高炉或类似炉的运行期间，耐火砖衬里由于下降的炉料(burdenmaterial)而被侵蚀，从而导致冷却板不受保护并暴露在高炉内的恶劣环境中。

本体12的正面18可设置有用于保护冷却板免受磨损的装置。这种装置的一个示例可以是，如图1所示，布置在槽24中的金属嵌件26。

然而，当冷却板10暴露于高炉内的恶劣环境时，发生冷却板的磨损。如果由于裂缝或磨损在冷却通道14和本体12的正面18之间产生开口，则来自冷却通道14的冷却剂可能泄漏到炉中。

在本体12的背面20处，冷却板10设置有冷却剂供应管28，该冷却剂供应管通常焊接到冷却板10以将冷却剂供应给冷却通道14。冷却剂供应管28穿过炉壳16中的开口30并连接到冷却剂供应系统(未示出)。

在冷却板10的本体12内的冷却通道14可以通过任何已知的方法获得，例如通过铸造或钻孔。

根据本发明，在冷却通道14内预先安装紧急冷却管件32。这种紧急冷却管件32的横截面小于冷却通道14的横截面，并且在其端部区段34(在图1中仅可看到其中一个)包括弯曲部分35，该弯曲部分在其末端具有连接装置36，以用于在需要时将紧急供应管与其连接。

图2示出了图1的冷却通道14，其具有这种紧急供应管38连接到紧急冷却管件32。紧急供应管38布置在冷却剂供应管28内并且在连接装置36处连接到紧急冷却管件32。这种连接装置36可以是螺纹配合、卡口配合、卡扣配合或任何类似的适当的装置。

在正常使用期间，冷却板如图1所示那样得到使用，即没有紧急冷却管件32。冷却剂通过冷却剂供应管28供应给冷却通道14，并从一端到另一端流过冷却通道14。优选地，冷却剂与冷却板10的本体12的材料直接接触，以保证本体12和冷却剂之间的良好热传递。如果紧急冷却管件32的端部34保持打开，则冷却剂也流过紧急冷却管件32。如图1所示，紧急冷却管件32优选最远离冷却板的正面18地布置在冷却通道14内。换句话说，紧急冷却管件32靠着冷却通道14的面向冷却板10的背面20的壁布置。由此得出，流过冷却通道14的冷却剂与本体12的面向冷却板10的正面18的最大可能的区域直接接触，从而确保本体12和冷却剂之间的最佳可能的热传递。

图3是冷却板的截面的剖面图，其示出了冷却通道14和紧急冷却管件32的横截面。虽然冷却通道14可以由单个圆柱形钻孔形成，但是图1至3所示实施例的冷却通道14由第一钻孔40和较小的第二钻孔42形成，其中第一和第二钻孔40、42重叠。第二钻孔42布置在背面20的方向上，并且其尺寸设计成用于容纳紧急冷却管件32，使得紧急冷却管件32的大部分不再位于第一钻孔40内。因此，尽管存在紧急冷却管件32，形成冷却通道14的基本部分的第一钻孔40的有效横截面较少地减小。

仅作为说明性示例，第一钻孔40可具有50至60mm的直径，而第二钻孔42可具有25至35mm之间的直径。紧急冷却管件32可具有约20mm的直径。

在运行中，冷却剂经由冷却剂供应管28供应到冷却通道14。然后冷却剂经由冷却通道14从一端到另一端横穿冷却板10的本体12，接着在另一端经由冷却剂供应管28离开冷却板。冷却剂也可以通过紧急冷却管件32进行供应。

如果检测到泄漏，即如果冷却板的本体12如此程度地损坏，使得冷却剂朝向冷却板10的正面18泄漏并因此进入炉中，则冷却剂通过冷却剂供应管28的供应被中断。然后，紧急供应管38穿过冷却剂供应管28并连接到已经存在于冷却通道14中的紧急冷却管件32。然后，冷却剂通过紧急供应管38供应给紧急冷却管件32。

由于紧急冷却管件32预先安装在冷却通道14内的事实，因此不需要费力地尝试将柔性软管穿过损坏的冷却通道14。实际上，所需要的只是将紧急供应管38装配到紧急冷却管件32，并且可以非常快速地恢复冷却板10的冷却。损坏的冷却板10的停机时间大大减少。

当损坏的冷却板10在冷却剂通过紧急冷却管件32供应的情况下运行时，冷却板10充分冷却以继续正常发挥作用。实际上，对于冷却板10的持续冷却防止了对冷却板10的进一步损坏。更重要的是，对于冷却板10的持续冷却防止其被破坏，并且因此也防止炉壳暴露于炉的恶劣环境。损坏的冷却板10可以运行直到高炉的下一个主要的计划停机时间，在此期间可以更换损坏的冷却壁。

根据本发明的第二实施例，如图4所示，紧急冷却管件32是具有封闭端部的直管段。紧急冷却管件32的端部区段34包括在侧壁部分中的连接装置36，以用于在需要时将紧急供应管38与其连接。如上所述，连接装置36可以是螺纹配合、卡口配合、卡扣配合或任何类似的适当的装置。

从图5中可以更清楚地看出，冷却通道14在该实施例中由三个钻孔形成：中央钻孔44和两个位于中央钻孔44的两侧的辅助钻孔46、46'，其中辅助钻孔46、46'都与中央钻孔44重叠。中央钻孔44尺寸设计成在其中容纳紧急冷却管件32。紧急冷却管件32的外直径基本上相当于中央钻孔44的直径，使得紧急冷却管件32贴合地配合到中央钻孔44中。为了进一步避免紧急冷却管件32在中央钻孔44内的任何旋转，紧急冷却管件32还设有侧翼48、48'，所述侧翼突入到辅助钻孔46、46'中。尽管中央钻孔44填充有紧急冷却管件32，但仍允许冷却剂通过辅助钻孔46、46'与本体12直接接触。

仅作为说明性示例，中央钻孔44可以具有35至45mm之间的直径，而两个辅助钻孔46、46'可以具有相同的直径。紧急冷却管件32也可以具有相同的外直径。

图6示出了本发明的第三实施例，它类似于图4的实施例。然而，紧急冷却管件32具有相对于端部区段34减小壁厚的中央区段50。这种减小的壁厚允许本体12和在紧急冷却管件32中循环的冷却剂之间的更好的热传递。

图7示出了如图5所示的一种替代性的钻孔布置。实际上，根据该实施例，辅助钻孔46、46'的直径小于中央钻孔44的直径。

同样，纯粹作为说明性示例，中央钻孔44可具有约40mm的直径，而两个辅助钻孔46、46'可具有约30mm的直径。跟中央钻孔44一样，紧急冷却管件32可具有约40mm的外直径。

虽然在上面的详细描述和附图中，仅描述和示出了圆形横截面的钻孔和紧急冷却管件，但是显然其他形状也是可能的并且在本发明的范围内。钻孔和/或紧急冷却管件可以例如是扁平形状甚至是矩形。

因此，布置在一个冷却通道14中的紧急冷却管件的数量不限于一个。图8示出了两个紧急冷却管件32、32'的布置，其具有合并的端部区段34、34'，使得单个紧急供应管38可以与其连接。所述两个紧急冷却管件32、32'布置成它们之间存在间隙。当安装在长圆形横截面的冷却通道中时，供应给冷却通道14的冷却剂可以沿着两个紧急冷却管件32、32'之间的冷却通道流动。虽然在之前的图中不可见，但是图8示出了紧急冷却管件具有上端部区段和下端部区段，其具有各自的连接装置用于各自的紧急供应管，一个用于将冷却剂供应给紧急冷却管件，另一个用于从其中排出冷却剂。

10 冷却板

12 本体

14 冷却通道

16 炉壳

18 正面

20 背面

22 肋

24 槽

26 金属嵌件

28 冷却剂供应管

30 开口

32 紧急冷却管件

32' 紧急冷却管件

34 紧急冷却管件的端部区段

34' 紧急冷却管件的端部区段

35 弯曲部分

36 连接装置

38 紧急供应管

40 第一钻孔

42 第二钻孔

44 中央钻孔

46 辅助钻孔

46' 辅助钻孔

48 侧翼

48' 侧翼

50 中央区段。

Claims (17)

1.用于冶金炉的冷却板(10)，包括：

具有正面(18)和相对的背面(20)的本体(12)，所述本体(12)在其中具有至少一个冷却通道(14)，所述冷却通道(14)在所述背面(20)中具有开口；冷却剂供应管(28)连接到所述背面(20)并与所述冷却通道(14)流体连通；其中，在使用中，所述正面(18)朝向炉内部，

其特征在于，

至少一个紧急冷却管件(32)布置在所述冷却通道(14)内，所述紧急冷却管件(32)的横截面小于所述冷却通道(14)的横截面；

所述紧急冷却管件(32)具有带有连接装置(36)的端部区段(34)，该连接装置用于将紧急供应管(38)与其连接；

其中，在紧急运行中，所述紧急冷却管件(32)通过所述连接装置(36)与紧急供应管(38)物理连接；并且

其中，在正常运行中，所述紧急冷却管件(32)的所述连接装置(36)与所述紧急供应管(38)物理地断开。

2.根据权利要求1所述的冷却板(10)，其中所述紧急冷却管件(32)的所述横截面是所述冷却通道(14)的所述横截面的至多四分之三(3/4)，优选地至多一半(1/2)。

3.根据权利要求1或2所述的冷却板(10)，其中所述紧急冷却管件(32)的所述端部区段(34)包括弯曲部分(35)。

4.根据权利要求3所述的冷却板(10)，其中所述冷却通道(14)由第一钻孔(40)和第二钻孔(42)形成，所述第一和第二钻孔(40、42)重叠，所述第二钻孔(42)具有比所述第一钻孔(40)小的直径并且布置在面向所述冷却板(10)的所述背面(20)的方向上，所述第二钻孔(42)被布置和尺寸设计成用于容纳所述紧急冷却管件(32)。

5.根据权利要求1或2所述的冷却板(10)，其中，所述端部区段(34)是直的，并且在所述端部区段(34)的侧向部分中包括所述连接装置(36)。

6.根据权利要求5所述的冷却板(10)，其中所述冷却通道(14)由中央钻孔(44)和布置在所述中央钻孔(44)两侧的两个辅助钻孔(46、46')形成，所述两个辅助钻孔(46、46')都与所述中央钻孔(44)重叠，所述中央钻孔(44)被布置和尺寸设计成用于容纳所述紧急冷却管件(32)。

7.根据权利要求6所述的冷却板(10)，其中所述中央钻孔(44)的直径基本上相当于所述紧急冷却管件(32)的外直径。

8.根据权利要求6或7所述的冷却板(10)，其中所述中央钻孔(44)和所述辅助钻孔(46、46')具有相同的直径。

9.根据权利要求6或7所述的冷却板(10)，其中，所述中央钻孔(44)的直径大于所述辅助钻孔(46、46')的直径。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的冷却板(10)，其中，所述紧急冷却管件(32)包括侧翼(48、48')，所述侧翼(48、48')突入到所述辅助钻孔(46、46')中。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的冷却板(10)，其中，所述紧急冷却管件(32)包括中央区段(50)，其中，所述中央区段(50)相对于所述端部区段(34)具有减小的壁厚。

12.根据前述权利要求中任一项所述的冷却板(10)，其中至少两个紧急冷却管件(32)布置在所述冷却通道(14)内。

13.根据权利要求12所述的冷却板(10)，其中，所述至少两个紧急冷却管件(32)被布置和构造成具有合并的端部区段(34)，其具有共同的连接装置(36)用于将所述紧急供应管(38)与其连接。

14.根据前述权利要求中任一项所述的冷却板(10)，其中，所述冷却板(10)包括用于连接到所述紧急冷却管件(32)的紧急供应管(38)，所述紧急供应管穿过冷却剂供应管(28)布置。

15.根据前述权利要求中任一项所述的冷却板(10)，其中，所述连接装置(36)包括螺纹配合、卡口配合或用于将所述紧急供应管(38)连接到所述紧急冷却管件(32)的任何其他适当的装置。

16.根据前述权利要求中任一项所述的冷却板(10)，其中，所述紧急冷却管件(32)包括耐抗材料涂层，比如钨。

17.根据前述权利要求中任一项所述的用于冶金炉的冷却板(10)的用途，包括以下步骤：

-检测冷却剂从所述冷却通道(14)的泄漏；

-中断通过所述冷却通道(14)供应冷却剂；

-将紧急供应管(38)穿过所述冷却剂供应管(28)；

-将所述紧急供应管(38)连接到所述紧急冷却管件(32)；以及

-将冷却剂经由所述紧急供应管(38)供应给所述紧急冷却管件(32)并通过所述冷却板(10)。