CN1330722A - 炼铁炉或炼钢炉的冷却板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及炼铁炉或炼钢炉的冷却板。该冷却板具有带有至少一根冷却管(14)的铜冷却板本体(12)和至少一个联接件(20),冷却管基本上平行于冷却板本体(12)的背面延伸,联接件设置在冷却板本体(12)的背面并延伸进入至少一根冷却管(14)中。插入物(124)插入冷却板本体(12)的凹部(126)中,并在联接套管(20)进入冷却管(14)的影响区域形成用于冷却介质的偏转表面(134)。

Description

炼铁炉或炼钢炉的冷却板
本发明涉及一种炼铁炉或炼钢炉的冷却板。
这种冷却板设置在炉壳内并且具有内冷却管。冷却板通过从它们背面伸出的联接件连接到炉壳外竖炉(shaft furnace)的冷却系统。冷却板朝向炉内部的表面通常都衬有耐火材料。
这些冷却板中的大多数仍是由铸铁制成。由于铜具有比铸铁更好的热传导性，目前的趋势是用铜或铜合金来制造冷却板。同时还提出了几种铜冷却板的制造方法。
开始是尝试通过模铸来制造铜冷却板，类似于铸铁冷却板，通过模型中的砂芯来形成内部的冷却管。实践证明该方法并不是很有效，因为铸铜冷却板出现空腔和砂眼的频率比铸铁冷却板高得多。众所周知，这种空腔和砂眼对于冷却板的使用寿命和导热性会产生极不好的影响。
已经从GB-A-1571789知道在冷却板的模铸过程中如何采用铜或高品级钢制成的预制金属蛇管来代替砂芯。蛇管在模制过程中一体地铸造在冷却板的本体上并形成螺旋形冷却管。蛇管的两端从冷却板本体伸出作为联接件。实践证明该方法并不是很有效。在铜冷却板本体和一体的铸造蛇管之间存在较大的热传输阻力，故导致冷却板较差的冷却效果。此外，采用该方法也同样不能有效的防止出现空腔和砂眼。
从DE-A-2907511可以了解用锻造或轧制的铜锭制造的冷却板。在这种情况下，冷却管为盲孔，通过机械钻孔的方法深入到轧制的铜锭中。盲孔通过用带螺纹的塞子焊接或接合而密封。与盲孔相连的连接孔从冷却板的背面钻出。用于冷却剂进给和返回的联接件插在这些连接孔中并焊接或接合在其中。最终，带有较大直径的管联接件作为垫片而被与联接件同轴地焊接或接合在冷却板背面。
1997年1月8日提交的未公开申请LU90003描述了一种方法，其中冷却板的预制是连续铸造成的。连续铸模的铸造管中的插入物产生在连续的铸造方向延伸的管，其在成品冷却板中形成直的冷却管。这些一体形铸造管的截面优选具有椭圆形状，其最小的直径垂直于冷却管。随后可以制造出板厚度小于带钻出管的冷却板的冷却板。从而节省了铜并增加了炉子的有用容积。椭圆形截面的另一优点在于在冷却板中可以获得冷却剂侧较大的冷却面积。通过与铸造方向垂直的两条切痕而从连续铸造预制件中切割出板，两个端面的间隔对应子形成的冷却板所要求的长度。在随后的制造过程中，终止于管冷却管的连接孔以相对于后背面的直角在板中钻出，并且冷却管的端部终点是封闭的。联接件随后如上所述地插入连接孔。
在DE-A-2907511和LU90003中描述的方法都可以由铜或铜合金形成高质量的冷却板本体，LU90003中描述的方法的特征是生产成本极低。然而，上述两种方法的成品冷却板与具有一体的铸造蛇管或模铸板相比的缺点在于：这些方法的冷却板在从联接件到冷却管的过渡区呈现较高的压力损失。这种情况特别(但并非独有)出现在冷却管具有椭圆形截面的情况下，如LU90003所述。
为了完整性，还必须提到在EP-A-0144578中描述的具有一体形铸造冷却管的铸铁冷却板，冷却管在其平直部分具有椭圆形截面，而在入口和出口处具有椭圆截面。
本发明的目的在于形成确保从联接件到冷却管的良好流动的过渡，不需要回复到具有上述缺点的模铸冷却板本体或带一体形铸造冷却管的冷却板本体。上述问题由权利要求1的冷却板解决。
本发明的冷却板包括带有至少一个冷却管的冷却板本体，冷却管基本上平行于冷却板的背面延伸。至少一个联接件设置在冷却板本体的背面并终止于连接板本体中的所述至少一个冷却管中。根据本发明，冷却板具有插入物，其插入冷却板本体的凹部中并在冷却管中联接件的终点区域中形成用于冷却介质的偏转表面。从流动的观点看，冷却介质从联接件进入冷却管或从冷却管进入联接件可以通过该偏转表面以极简单的方式得以改进。因此，在冷却板的压力损失可以大大减低，这当然在用于冷却介质循环的能量消耗方面具有有益的效果。因较高的局部压力形成蒸汽气泡的危险也大大降低。此外，在冷却介质充满冷却板的过程中空气的逸出也通过本发明的偏转表面得以简化。换句话说，本发明的偏转表面防止在冷却管中形成气坑(air pockets)及引起所谓的热斑(hotspots)的问题。还应该注意：本发明可以应用于DE-A-2907511和LU90003中的方法所制造的冷却板本体，在降低压力损失方面可以取得良好的效果。因此，如果要求较低压力损失的话也可以使用这些冷却板，而在此以前达到该压力损失还是不可能的。
在本发明特别简单的实施例中，插入物设置在冷却管的轴向延长部分上，通过其一个端面形成偏转表面。如果由在冷却板本体端面上具有开口的管子形成冷却管，插入物为塞子是有益的，其插入该开口并延伸进入冷却管，直到联接件的开口，在此处插入物形成用于冷却介质的偏转表面。从流动的观点来看，为了改进联接件和冷却管之间的过渡，由插入物倾斜的端部形成偏转表面就已经足够了。从流动观点进行优化的带内凹曲线的偏转表面当然可以进一步减小局部的压力损失。
插入物还可以是预制过渡件，如铜模铸件，其从外部密封地插入冷却板本体的合适凹部中，在凹部中冷却管形成开口。该过渡件具有弯曲的内过渡管，其在过度件中形成了第一和第二开口。在该情况下第一开口终止于联接件中。与此相反，冷却板本体的第二开口与冷却管的开口相对。从流动的观点，弯曲的过渡管(例如可以在模铸中一体地铸造)形成比直接焊接或接合到冷却板本体的孔中的管联接更有利的从联接件到冷却管的过渡。
这些带有插入的过渡件的冷却板还具有如下的优点：联接件和冷却管之间的过渡通过标准化的预制过渡件而总是同样地形成，从而更容易确定和协调在各冷却回路中的压力损失。从机械的观点看，过渡件与直接将联接件焊接或接合到冷却板本体中相比也是优选的。
对于带有椭圆截面的冷却管的冷却板本体来说，本发明的过渡件特别地降低了压力损失。在这些冷却板中，从冷却管的椭圆形截面到冷却剂连接的圆形截面的过渡实际上是在过渡件的弯曲过渡管中逐渐完成的，从而避免了流动方式的不连续性。
过渡件具有坚实的台肩是有益的，该台肩形成了从冷却板的背面伸出的垫片。在组装的冷却板中，这些台肩同时将密封件压入炉壳内的联接件的衬套中。因此不需要围绕联接件将附加的元件焊接或接合到冷却板的背面去，从而简化了冷却板的加工过程。此外，在过渡件上较坚硬的台肩还有利于联接件的组装。
用于联接件的凹部最好从后部切割进入铜冷却板本体，凹部的深度小于冷却板本体的厚度。采用本实施例，朝向炉内部的冷却板的前侧保持完好。
过渡件的凹部终止于冷却板本体的一端是有益的。因此，其可以更容易地制造，并且冷却管可以延伸到紧邻冷却板本体的端部。此外，对于本发明的该实施例来说应该注意：过渡件在端部封闭和密封冷却管。因此，可以不用如DE-A-2907511和LU90003中描述那样将塞子焊接或接合到在端部开口的冷却管内，故节省了进一步的加工步骤。
在第一实施例中，冷却板本体是如DE-A-2907511中所述的锻造或轧制的铜锭，冷却管是通过机械钻孔而制造成的盲孔。
在一个优选实施例中，冷却板本体被如LU90003中所述地连续铸造，但是，冷却管在连续铸造过程中被制成沿铸造方向的通管。
这种冷却板的产品特别简单，但其机械和导热性能仍远远优于铸铜冷却板。
为了更好地理解本发明及其优点，下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1为本发明冷却板后部的平面图；
图2为图1中冷却板的透视图；
图3为带联接件的过渡件的详细透视图；
图4为插入冷却板本体的端部凹槽中的图3的过渡件的详细透视图；
图5示出了本发明冷却板的另一实施例在冷却管和联接件之间过渡区域的截面；
图6为图5所示冷却管和连接件之间的过渡的实施例的插入物的视图。
图1示出了竖炉的冷却板10，特别是高炉(blast furnace)的冷却板。这种冷却板也称为冷却壁，设置在炉壳的内部并连接到炉子的冷却系统。图1所示的冷却板10的背面11与炉壳相对。
所示的冷却板10基本上包括由铜或铜合金制成的冷却板本体12，其具有长方形表面。四根平直的冷却管14集成在冷却板本体12上，冷却管14从一端16到另一端18平行于经过冷却板本体12的表面延伸。该冷却板本体12可通过专利申请LU90003(未公开)描述的方法制造。冷却板本体12的预制件在连续铸模中连续地铸造，因此在铸造管中的棒型插入物形成了在铸造方向连续延伸的管，从而形成冷却管14。如图2所示，一体形铸造管14的截面为椭圆形，其最小直径与板成直角。通过与铸造方向垂直的两条切痕而从连续铸造预制件中切割出板，冷却板本体12的两个端面16和18由此形成。随后在冷却板本体12两个表面中的一个上切出与板的纵向成直角的槽19(见图2)。带有切割槽24的表面形成冷却板本体12的前侧25，其朝向炉子的内部。在冷却板10组装到高炉内之后，冷却板本体12的前侧25可以设置耐火材料，槽19可以确保耐火材料更好地粘附。
在冷却板10的背面，各冷却管14在每端具有联接件20或22。这些联接件20、22基本上与冷却板本体12的表面成直角。联接件通过炉壳而通向炉子的外部，在炉外，这些联接件与相连冷却板的联接件相连，从而使冷却板10结合到炉壳的冷却回路中。例如，联接件20作为冷却板的进给连接，而联接件22作为冷却板10的返回连接。
本发明中联接件20、22与冷却板本体12中冷却管14的连接将参照图2到4进行详细描述。图3示出了用于本发明这种连接的过渡件24。该过渡件为铜或铜合金模铸件是有利的。由于用于制造过渡件24的导热性并不是很主要，故可以选择例如适于模铸的并机械强度较冷却板本体的铜合金高的铜合金。冷却板本体的铜合金实际上特征主要是良好的导热性。单体的过渡件包括棱柱形基部26，带有两个倒圆的边缘28、30和圆柱形台肩32。联接件22焊接或接合或螺纹连接到台肩32的孔中或同时铸造，并从该台肩32的自由表面33以直角突出。该孔的内径基本上与联接件22的内径相对应。弯曲的过渡管34在模铸件24的内部铸造出来。该过渡管在台肩32中形成进入联接件22的开口36，该开口具有与联接件22基本上相同的圆形自由截面。过渡管26中的第二开口38设置在棱柱形基部26的侧向区域40。该第二开口具有与冷却板本体中的冷却管14基本上相同的椭圆形截面。一体铸造的过渡管34设计成：从椭圆到圆形截面的过渡转变是逐渐发生的，即没有明显的不连续性，而明显的不连续性会产生局部的涡流并因此在冷却的流动介质中产生压力损失。
如图1、2和4所示，模铸件(mould casting)24而在冷却管14的各端部通过其基部26插入铜冷却板主体12的合适的凹部。这些凹部最好从后部切入铜冷却板本体，在基部26上的倒圆的角28和30大大简化了这一作业。如图4所示，各凹部横向终止于冷却板本体12的对应端部16、18，凹部的深度小于冷却板主体12的厚度，从而使带有切割槽19的冷却板本体12的前部保持完好(见图4)。模铸件24的过渡管34的第二开口38精确地与在该凹部内的冷却管14的开口相对。绕整个表面焊接或接合在冷却板本体和插入凹部的基部26之间留下的空隙，从而没有冷却介质可以从该空隙逸出。图2和4示出该密封为较简单的过程，从而可很容易地用机械的方法形成。
如图2和4所示，台肩32作为加压件从冷却板本体12伸出，其在组装冷却板时将密封件压入衬在炉壳内的联接件。
如上所述，一体地铸造在模铸件24中的弯曲过渡管34形成了过渡，从流动的观点看该过渡比直接焊接或接合到冷却板本体的孔中的管联接件更有利于从联接件20、22到冷却管14的流动。因此，冷却板10中的压力损失大大降低，这在用于冷却介质循环的能量消耗方面具有有益的效果。此外，由于在从冷却管到联接件的过渡处的局部过高压力损失而形成蒸汽气泡的危险大大减小。本发明的冷却板10也具有如下的优点：从联接件20、22到冷却管14的过渡都可通过标准化的铸件24而同一有效地实现，从而在各冷却回路中的压力损失可以很容易预先确定和调整。从机械的观点看，本发明的方案与将联接件直接焊接或接合到冷却板主体的孔中相比当然也是优选的。在这方面，插入联接件20、22的坚实台肩起了很大的作用。
最后，应该注意到：本发明的冷却板的冷却板本体还可以用DE-A-2907511的方法制造。然而，以用如上所述的连续铸造来制造则更简单，故而是优选的。此外，一体形铸造管的截面可为椭圆形，其最小直径与冷却板成直角。因此，连续铸造冷却板可以制造成其板厚小于带钻孔管的冷却板，结果是节省了铜并增加了炉子的有效容积。本发明有益地降低了向带圆形自由截面的联接件20、22过渡过程中出现的较高压力损失。
在图5中示出了联接件20和冷却管14之间过渡区的本发明简化实施例。联接件直接插入冷却板本体12并焊接或接合到后者上。插入物124在冷却管14的轴向延长部分插入冷却板本体12的凹部126中，在联接件20通入冷却管14的开口区域形成了用于冷却介质的偏转表面134。如图6所示，插入物124例如是塞子，其插入冷却管14的端部开口并延伸到联接件20进入冷却管14的开口。用于冷却介质的偏转表面134通过其端部128的前表面倾斜45°而形成。如图5所示，冷却管14在联接件20的开口上方的截面略大于实际冷却管14的截面。这在冷却管14中形成了台肩区域130，塞子124的对应台肩区域132坐靠在台肩130上，使得偏转表面134准确地定位在联接件20进入冷却管14的开口下。
在图5和图6中，冷却管14和塞子124具有椭圆形截面。然而，两者也可以具有圆形截面。

Claims (15)

1.一种炼铁炉或炼钢炉的冷却板，包括：
带有至少一根冷却管(14)的冷却板本体(12)，所述冷却管基本上平行于冷却板本体(12)的背面延伸；和至少一个联接件(20，22)，所述联接件设置在冷却板本体(12)的背面并终止于冷却板本体(12)的所述至少一根冷却管(14)中，其特征在于，还包括插入物，其插入冷却板本体(12)的凹部中，并在联接件(20，22)进入冷却管的开口区域形成用于冷却介质的偏转表面。
2.如权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述插入物设置在冷却管的轴向延长部分上，所述偏转表面由插入物的端面形成。
3.如权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述冷却管由在冷却板本体的端面中形成开口的管子形成，插入物为插入该开口并延伸到联接件(20，22)通入冷却管(12)的开口的塞子，在联接件(20，22)通入冷却管(12)的开口处，塞子形成用于冷却介质的偏转表面。
4.如权利要求2或3所述的冷却板，其特征在于，偏转表面由插入物的倾斜端部形成。
5.如权利要求1所述的冷却板，其特征在于，插入物是预制的过渡件(24)，其具有作为偏转表面的内部弯曲过渡管(34)，过渡管在过渡件(24)中形成了第一和第二开口，所述过渡件(24)插入冷却板本体(12)的合适凹部中并从外部密封，在凹部中冷却管(14)形成开口，该过渡管(34)的第一开口(36)敞开通入联接件(20，22)，过渡管(34)在冷却板本体(12)中的第二开口(38)与冷却管(14)通入凹部的开口相对。
6.如权利要求5所述的冷却板，其特征在于，冷却板本体(12)中的冷却管(14)具有第一截面，联接件(20，22)具有第二截面，从第一截面到第二截面的过渡在过渡件(24)的过渡管(34)中逐渐进行。
7.如权利要求6所述的冷却板，其特征在于，冷却板本体(12)中的冷却管(14)具有椭圆截面，联接件(20，22)具有圆形截面，从椭圆截面到圆形截面的过渡在过渡件(24)的过渡管(34)中逐渐进行。
8.如权利要求5，6或7所述的冷却板，其特征在于，过渡件(24)具有从冷却板(10)的背面伸出的台肩(32)。
9.如权利要求5到8中任一项所述的冷却板，其特征在于，联接件(20，22)焊接或接合到过渡件(24)中。
10.如权利要求5到9中任一项所述的冷却板，其特征在于，用于过渡件(24)的凹部从后面切割进入铜冷却板本体(12)中，凹部的深度小于冷却板本体(12)的厚度。
11.如权利要求5到10中任一项所述的冷却板，其特征在于，用于过渡件(24)的凹部终止于冷却板本体(12)的端部(16，18)，过渡件(24)在该端部封闭冷却管(14)。
12.如权利要求1到11中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述至少一根冷却管(14)为钻入冷却板本体(12)的盲孔。
13.如权利要求1到12中任一项所述的冷却板，其特征在于，冷却板本体(12)为连续铸造的冷却板，其中所述至少一根冷却管(14)是在连续铸造过程中作为连续的管形成的。
14.如权利要求5到13中任一项所述的冷却板，其特征在于，预制的过渡件为由铜或铜合金制成的模铸件。
15.如权利要求14所述的冷却板，其特征在于，冷却板本体(12)与插入所述凹部的过渡件(24)之间的间隙被焊接或接合。
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