CN1341202A - 板式冷却器 - Google Patents
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Abstract
用于冷却冶金炉、例如鼓风炉炉壁的板式冷却器,具有下述结构,其中,用于冷却基体金属的冷却管被铸造在基体金属的炉子内侧的相对侧上,并且一个具有开口的耐热钢板或一个具有开口的耐热钢板层叠结构被以预定的厚度铸造在基体金属的炉子内侧表面中。可以将所述层叠结构形成适当的长方体,并将多个长方体铸造到基体金属的炉子内侧。所述板式冷却器的炉子内侧表面的磨损率小,并且其结构可防止耐热钢板由于板式冷却器本体的热膨胀或局部磨损而掉落。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过附在例如鼓风炉、电弧炉等冶金炉的炉壁上而对炉体进行冷却的板式冷却器。
背景技术
作为例如鼓风炉、电弧炉等冶金炉的炉壁冷却单元的板式冷却器由于持续地使用而受到磨损或破裂。当板式冷却器受到这种磨损或破裂时,其冷却能力降低,炉壳上的热负载增加,增加的热负载导致炉壳产生裂缝。
通常来说,板式冷却器以下述方式构成,如图7所示,冷却管2通过铸造被埋置在板式冷却器基体金属(通常为球墨铸铁)中,所述基体金属在炉子内侧的对侧上形成板式冷却器本体1,并且耐火砖9作为耐火材料被整体铸到炉子内侧上。板式冷却器被固定到炉壳7的内表面上,并且耐火砖8随其间的冲压材料(stamp material)12一起被堆砌在板式冷却器的炉内侧。
已经提出了不同结构的板式冷却器,其中,如图8所示,一行行地将耐火砖10支撑在基体金属的肋11之间从而将耐火砖10铸于炉子内侧上的板式冷却器主体1中,而不是堆砌耐火砖。
铸造在板式冷却器的炉子内侧的耐火砖,其抵抗由于高温气流和炉子内的材料下落而造成磨损的性能,和用以防止因从炉子内部传导热量而造成热效率降低的热绝缘性能都必须非常好。因此,除炉壁外,基体金属和/或炉子内侧的耐火砖也需要板式冷却器借助在冷却管中流动的冷却水来进行冷却,以便保持它们的强度,以便即使当由于炉内的热负载增加而使磨损加速时,也可以减小由于炉子中的材料下落造成的基体金属和/或耐火砖磨损的磨损率。
然而,图7中所示的板式冷却器的将耐火砖堆砌在炉子内侧的结构,由于没有用于支撑耐火砖的结构部件且耐火砖仅仅是通过相互间的粘结剂的粘接强度进行支撑的,因此是不稳定的。因而,这种结构的板式冷却器在一个热的磨损环境下,例如在鼓风炉中的环境下,存在局部或整个表面的耐火砖可能掉落的问题,因此,耐火砖作为耐火结构的使用寿命被急剧地降低。
另外,采用图8所示的板式冷却器的将耐火砖通过铸造埋置在基体金属中的结构中,由于耐火砖仅靠基体金属的肋支撑,并且以缓冲材料(陶瓷毡垫等)置于所述基体金属的肋之间以防止砖块在板式铸造期间碎裂,所以支撑耐火砖的力很弱。因此,这种结构的板式冷却器存在由于炉子工作过程中热膨胀/收缩造成的所述肋之间的间隙变化而使耐火砖掉落或碎裂的问题。
如果耐火砖在使用的早期阶段掉落或断裂而只留下基体金属肋,则炉子内表面会变得不规则,因而炉子中材料的下落变得不连续和不稳定。
另外,为了使从炉子内部而来的热通量最小化,选择具有良好绝热性能的耐火砖。如果耐火砖在使用的早期阶段掉落,即使是局部掉落,板式冷却器也不能长期保持其绝热性能,相反,由于在砖块掉落之后留下的肋向炉子内凸出,热损失倾向于增加。
为了解决这一问题,日本来审查专利公开说明书No.H8-120313公开了一种板式冷却器结构,其中,具有圆形或多边形截面形状的柱状砖块被垂直于表面并且相互不接触地布置在板式冷却器的炉子内侧,以便各砖块被基体金属包住所有侧面。日本未审查专利公开说明书No.H5-320727公开了另一种板式冷却器结构,其中,分别由一个插入到在砖块的中心附近钻通的锥形孔中的支撑锚定装置定位的耐火砖,被布置成Z字形图案并且通过铸造整体埋入基体金属中。
然而,当耐火砖以被它们之间一定的间隙分开的方式布置时,各耐火砖必须被保持,以防止在铸造时产生浮动,并且它们的定位非常困难,因此,板式冷却器的铸造需要相当长的时间。
所述耐火砖还必须被例如陶瓷毡垫等缓冲材料包住,以防止在铸造过程中由于热冲击而开裂,但用缓冲材料一块一块地包砖块的工作的工作效率非常的低。
在上面描述的结构中,由于被基体金属包住,耐火砖掉落的可能性小,但是仍然存在由于板式冷却器主体的热变形而造成砖块开裂或剥落的可能性。
除上面所述之外,日本未审查实用新型公开说明书No.H6-47347公开了两种板式冷却器结构:一种采用不锈钢块作为耐火材料,在板式冷却器主体的炉子内侧上切出燕尾槽,将火泥施加到所述的槽中以便调整间隙,并且将具有楔形截面形状的不锈钢块插入并固定到所述槽中;另一种涉及在板式冷却器的炉子内侧上形成具有一个四边形截面形状的凹坑,将具有四边形截面形状的不锈钢块插入到所述凹坑中,并将各块的炉子内侧表面焊接到板式冷却器主体上。
然而,在两种情况下,在铸造之后不锈钢块都被插入并固定到板式冷却器的槽或凹坑中,并且不锈钢块比砖块重。因此,制造的工作效率非常低。
另外,由于具有楔形截面形状的不锈钢块被插入到燕尾槽中,其间的砂浆用于调整间隙,所以对不锈钢块的支撑强度很低,因此不锈钢块可能会由于板式冷却器的热变形而掉落。
另一方面,具有四边形截面形状的不锈钢块仅仅通过在表面上的焊接进行支撑,因此当焊接部分由于不锈钢和基体金属的球墨铸铁的热膨胀系数不同、或者由于它们被材料的下落所磨损而断裂时,不锈钢块可能会象楔形截面形状的不锈钢块一样掉落。
另外,当用轧制不锈钢材料制造不锈钢块时,其制造成本很高。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题,并且更为经济地提供一种使用寿命长且能够长时间保持热绝缘性能和耐磨损性能的板式冷却器。
因此,本发明的要点如下:
(1)一种用于冷却炉体的板式冷却器,其结构为,用于冷却基体金属的冷却管被铸造在基体金属的炉子内侧的对侧上,其特征在于,在基体金属的炉子内侧铸造一个具有开口的耐热钢板或具有开口的耐热钢板叠层。
(2)如第(1)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,具有开口的耐热钢板是栅格或开槽耐热钢板。
(3)如第(1)或(2)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板或耐热钢板层叠结构的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷却器的厚度的2/3。
(4)如第(1)、(2)或(3)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,在耐热钢板的层叠结构中,一个耐热钢板的开口位置与相邻耐热钢板的开口位置不同。
(5)如第(1)、(2)、(3)或(4)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板的净体积是它/它们的总体积、即耐热钢板的净体积与开口空间的体积的总和的20%到60%。
(6)如第(1)、(2)、(3)、(4)或(5)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,具有开口的耐热钢板的最小宽度为大于或等于30mm且小于或等于70mm。
(7)如第(1)、(2)、(3)、(4)、(5)或(6)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板是奥氏体或铁素体耐热钢板。
(8)一种用于冷却炉体的板式冷却器,其结构为,用于冷却基体金属的冷却管被铸造在基体金属的炉子内侧的对侧上,其特征在于,使一个具有开口的栅格或开槽耐热钢板、或者具有开口的栅格或开槽耐热钢板叠层形成一个长方体,并将众多长方体铸在基体金属的炉子内侧中。
(9)如第(8)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,长方体的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷却器的厚度的2/3。
(10)如第(8)或(9)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,在所述长方体中,一个耐热钢板的开口的位置与相邻耐热钢板的开口的位置不同。
(11)如第(8)、(9)或(10)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,长方体的净体积是其总体积、即耐热钢板的净体积与开口空间的体积的总和的20%到60%。
(12)如第(8)、(9)、(10)或(11)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,在长方体中,开口的最小宽度为大于或等于30mm且小于或等于70mm。
(13)如第(8)、(9)、(10)、(11)或(12)项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板为奥氏体或铁素体耐热钢板。
附图说明
图1(a)是板式冷却器的剖视图,其中,具有开口的栅格耐热钢板被堆砌成层叠状并以形成一个平坦的表面的形式布置于板式冷却器的炉子内侧表面上。
图1(b)是图1(a)所示的板式冷却器的正视图。
图2(a)是一个板式冷却器的剖视图,其中,具有开槽的耐热钢板被堆砌成层叠状,以便一层耐热钢板的开槽与相邻耐热钢板的开槽交叉,并且以形成一个平坦的表面的形式布置在板式冷却器的炉子内侧表面上。
图2(b)是一个表示图2(a)中所示的板式冷却器中的耐热钢板的开槽如何相互交叉的视图。
图2(c)是图2(a)中所示的板式冷却器的正视图。
图3(a)是表示具有开口的耐热钢板的一个例子(例如网眼薄钢板)的视图。
图3(b)是表示具有开口的开槽耐热钢板的一个例子的视图,其中所述开槽是纵向形成的。
图3(c)是表示具有开口的开槽耐热钢板的另一个例子的视图,其中所述开槽是斜着形成的。
图3(d)是表示具有开口的耐热钢板的另一个例子的视图,其中所述开口为圆形。
图4(a)是一个板式冷却器的剖视图,其中,由堆砌成层叠状、具有开口的网格耐热钢板构成的长方体,以使其长边沿板式冷却器高度方向的方式布置在板式冷却器的炉子内侧表面上,形成一个弧形表面。
图4(b)是图4(a)所示的板式冷却器的正视图。
图5是图1所示的板式冷却器的侧剖视图。
图6(a)是表示具有开口的栅格耐热钢板堆砌成的层叠结构的透视图。
图6(b)是用于说明图6(a)所示的层叠结构的中栅格网眼的相互位置关系的图示。
图7是一种现有的板式冷却器的剖视图。
图8(a)是另一种现有板式冷却器的正视图。
图8(b)是图8(a)所示的现有板式冷却器的剖视图。
具体实施方式
本发明采用这样一种结构,其中,在高温和高磨损环境下具有优异的耐磨损和抗破碎性能的耐热钢板,被铸造在板式冷却器的炉子内侧表面上。
该耐热钢除了上面所述之外,还需要具有优异的绝热性能、高温强度、高温耐腐蚀性能和高温稳定性(耐变形性)等。
任何化学成分的耐热钢,只要满足上述所需的特性即可用于本发明的目的,但是,实际上,最合适的耐热钢应考虑板式冷却器所处的温度和其它环境条件以及钢的化学性质进行选择。
奥氏体耐热钢(例如18Cr-8Ni钢、22Cr-12Ni钢和25Cr-20Ni钢等)满足所需的条件,并且最适合于本发明。
采用具有开口的一个或多个如图3所示的栅格状、开槽式等耐热钢板。这是为了通过利用铸造将板材整体埋入基体金属来形成复合材料的目的。
进而,本发明采用这样的结构,其中,在板式冷却器的炉子内侧上,一个具有开口的耐热钢板或多个堆砌成层叠结构的具有开口的耐热钢板被铸造到基体金属中。
原则上,采用球墨铸铁作为基体金属。
由于在制造过程中产生的在基体金属和耐热钢板之间的不完全熔接,当所述板材覆盖整个表面时,将一个或多个耐热钢板埋入板式冷却器的炉子内侧表面上的基体金属(球墨铸铁)中并不容易。然而,在本发明中,由于钢板具有开口,所以可以将用于覆盖板式冷却器的炉子内侧上的整个表面的耐热钢板埋入基体金属中。
为了确保板式冷却器的均匀性及其功能,包括开口面积的耐热钢板面积为在炉子内侧上的板式冷却器表面面积的60%至100%,更优选地为80%至100%。当包括开口面积的耐热钢板的面积为炉子内侧上板式冷却器表面面积的60%或更少时,本发明的目的不能实现。
进而,在本发明中,由于采用具有开口的耐热钢板,与采用一个或多个耐热平面钢板的情况相比,可以更容易地使埋入材料(栅格耐热钢板)在基体金属中的体积比在整个表面中保持均匀。
当要埋入耐火砖时,在铸造过程中需要采取措施,防止耐火砖由于它们的比重小于熔融基体金属的比重而浮起,并且防止由于热冲击和热应力而造成破裂(准备缓冲材料,例如用陶瓷毡垫包住)。然而,在本发明中,因为被埋入的是具有开口的耐热钢板,所以不需要采用防止浮起和破裂的手段。因此,采用上述手段的工作效率低的问题得以解决。
在本发明中,耐热钢板的厚度或钢板叠层的厚度优选为大于或等于3mm且小于或等于板式冷却器的厚度的2/3。
以板式冷却器的使用寿命为目标考虑,耐热钢板可选择上述范围内的任何厚度值。
当耐热钢板的厚度低于3mm时,在埋入工作中钢板被局部熔化,而不能保持适当的形状,因此将厚度的下限设定为3mm。
另一方面,上限被确定为板式冷却器的厚度的2/3,以便确保足够的空间用以将冷却管埋入板式冷却器,并确保将耐热钢板或堆砌成层叠结构的耐热钢板埋入所需的足够的熔融金属压力。
然而,当两个或更多具有开口的耐热钢板被埋置成层叠结构时,在每两层之间优选地具有大约20mm或更小的间隔。
这种间隔对于确保在铸造时熔融基体金属到达耐热钢板的各个角部是必要的,以便在基体金属和耐热钢板之间获得结实的熔接。
如后面所述,当堆砌两个或更多具有开口的耐热钢板时,钢板开口的位置与相邻耐热钢板的开口错开。然而,当以仅在特定的点接触的方式堆砌耐热钢板时,不需要在它们之间留有间隔。但是,如果即使开口的位置被错开两个耐热钢板之间仍存在面接触的部位,仍必须留有最大20mm的间隔,以便确保熔融金属贯入。
应当注意,超过20mm的间隔是不合适的,因为铸造后板式冷却器的均匀性受到损害。
当在本发明中堆砌两个或更多具有开口的耐热钢板时,希望钢板开口的位置每块板与每块板不同,以便钢板开口的位置与相邻的耐热钢板的开口位置不同。
例如,当堆砌栅格耐热钢板时,钢板的栅格节点必须不与相邻板材的栅格节点重叠,并且,当堆砌开槽耐热钢板时,钢板的开槽方向必须不同于相邻板材的开槽方向。
这是为了确保在铸造过程中熔融金属良好贯入到耐热钢板的各个角部,并通过牢固地将基体金属和耐热钢板粘接起来形成一个坚固的成一体的复合件。
当两个或更多栅格节点或开槽重叠在同一个位置上时,形成一个限制熔融金属流动的垂直壁。因此,栅格节点或开槽必须相互错开定位,以便确保熔融金属良好的流动性。
因为当耐热钢板按上述方式堆砌时熔融金属可以不受限制的流动,所以可限制其温度下降并在其还很热的情况下迅速填充围绕耐热钢板的空间的各个角部。
通过使栅格或开槽的位置相互错开,还可以使耐热钢在基体金属中的不均匀分布最小化,并且构造一个复合材料更均匀的板式冷却器。
在本发明中,还可以通过适当选择开口图案来控制耐热钢和基体金属(球墨铸铁)之间每单位体积的边界面积,因此,可以容易地将基体金属用以保持耐热钢板的支撑强度控制到所需的值。
在本发明中,为了整体地将具有开口的耐热钢板埋入基体金属中以形成一个复合件,需要使耐热钢板的净体积为其总体积、即耐热钢板净体积和开口空间体积的总和的20%至60%。
当耐热钢板的净体积低于总体积的20%时,复合材料的优点不充分,当其超过总体积的60%时,基体金属用以保持钢板的支撑强度降低,并且一段时间之后耐热钢板可能因此从基体金属上掉落,板式冷却器的使用寿命将被缩短。
为了使具有开口的耐热钢板牢固地一体化到基体金属中以便形成一个复合体,还希望所形成的耐热钢板开口的最小宽度大于或等于30mm且小于或等于70mm。
当最小宽度低于30mm时,不能确保熔融基体金属的流动令人满意,另一方面,当其超过70mm时,在板式冷却器的炉子内侧部分上不能获得所需的材料性能。
无论铸造或轧制材料都可用于耐热钢板,并且该钢板可通过例如铸造或切削加工等通用方法制造。市场上可获得的网眼薄钢板可以被用作网格耐热钢板。网眼薄钢板是经济的,因为从市场上可获得不同尺寸的开口宽度,并且通过选择一个合适的类型并剪切成所需尺寸且堆砌成层叠结构,可以容易地用作本发明的耐热钢板。
通过铸造来制造具有开口的耐热钢板,在材料品质和形状方面提供了宽广的自由度,使得可以提供所需的材料性能并且设计出适合于产品用途的形状。
进而,本发明为一个用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,在基体金属的炉子内侧中铸造出长方体,各长方体由一个具有开口的耐热钢板或多个堆砌成层叠结构的具有开口的耐热钢板构成。
鼓风炉是例如呈烟囱状的炉子,因此安装在其中的板式冷却器通常被制造成与其所安装到的炉子部分的内径的弧度相匹配。因为鼓风炉的炉身和炉腹是锥形的,所以对于尤其是安装到这些部位的任何一处的板式冷却器,在沿板式冷却器高度的不同部位上需要采用不同的曲率。因此,当制造传统的通过铸造埋入耐火砖构成的板式冷却器时,需要根据炉子不同部分的不同曲率区别设计耐火砖的材料和它们的埋入结构。
然而,在本发明中,通过在板式冷却器的基体金属中于其炉子内侧上铸造长方体,例如使长方体的长边沿板式冷却器的高度方向,可以同时适应鼓风炉不同部位的不同曲率,所述各长方体是由一个具有开口的耐热钢板或多个堆砌成层叠结构的具有开口的耐热钢板构成的。
例如可以通过使长方体短边的长度等于例如与鼓风炉内径的大约1°相应的弦长、并将长方体沿炉子圆周方向设置在板式冷却器的炉子内侧表面上的方式,形成板式冷却器的炉子内侧表面。应当注意,长方体的位置是通过改变形成于沿板式冷却器高度方向的长方体之间的接缝的宽度加以控制的。
进而,当以上面所述的使其长边在板式冷却器的高度方向上对齐的方式将长方体铸造到基体金属中时,沿板式冷却器的高度方向在长方体的长边之间形成基体金属的接缝。这抑制了板式冷却器由鼓风炉操作过程中的热负载而产生的变形。
因此,根据本发明的板式冷却器具有很高的抗热变形能力,特别是抵抗在高度方向上弯曲的能力,而传统结构的具有用于支撑在宽度方向上连续排列的耐火砖的肋的板式冷却器(见图8),不具有足以抵抗热变形、特别是抵抗在高度方向上的弯曲的强度。
与此相联系,在传统结构板式冷却器的耐火砖上造成损害的主要形式是由于炉子中材料的下落所造成的磨损和由于热负荷波动引起断裂所造成的脱落。根据本发明人的一项对如图8所示安装在鼓风炉的高热负荷部分(下炉身部分)的、具有埋入的耐火砖的板式冷却器的损坏情况的调查,在耐火砖的埋入部分中的磨损率为40至50mm/年,在耐火砖的铸造部分中的磨损率为30至40mm/年,在球墨铸铁基体金属中为10mm/年以下。
上述磨损被认为主要是由于炉子中的材料下落造成的滑动磨损。通常还认为较高硬度的钢更耐磨损及耐滑动磨损。因此,本发明中采用的耐热钢板可以硬度为标准进行选择。
由于奥氏体耐热钢的硬度为球墨铸铁的2至3倍,所以耐热钢与球墨铸铁基体金属复合成一个整体的板式冷却器与仅有基体金属一种成分的板式冷却器相比具有优良的耐磨性能。
上面所述的砖块的磨损率,除滑动磨损外,被认为还包括由于板式冷却器主体的热变形引起的砖块的掉落和由于热变形导致开裂而引起的剥落。在具有开口的奥氏体耐热钢板通过铸造被埋入基体金属(球墨铸铁)中的情况下,在具有埋入的耐火砖的传统结构中会出现的砖块掉落和剥落现象不会再发生,这是因为耐热钢板与基体金属(球墨铸铁)成一体地牢固形成一个复合体。
当按照上面所述,将具有良好高温强度和优异韧性的奥氏体耐热钢板用作耐热钢、以便铸造到板式冷却器的炉子内侧上时,可获得比通过铸造埋入耐火砖的传统结构的板式冷却器使用寿命更长的板式冷却器,因为耐热钢在抗开裂方面也非常优异。
铁素体耐热钢(例如13Cr-低碳钢和18Cr钢等)也可被用于本发明,但由于其高温稳定性比奥氏体耐热钢差,所以它的最大使用温度受到限制。因此,铁素体耐热钢被用于在鼓风炉炉内温度较低的炉喉部分中的板式冷却器。
奥氏体耐热钢的热膨胀系数大约是基体金属的球墨铸铁的1.3倍。通过利用铸造埋入一个或多个栅格耐热钢板,这一热膨胀系数的较大差异被缓解,从而可获得总体上均匀的复合材料。
奥氏体耐热钢的导热性在金属材料中相对较低,大约为球墨铸铁的1/2,但是大约为传统结构的埋入的耐火砖的三倍。因此,当奥氏体耐热钢被作为本发明使用的耐热钢时,不能期望获得与埋入的耐火砖相同水平的耐热性能。然而,如前面所述,考虑到特别是在板式冷却器安装到高热负荷的部位中的情况下,板式冷却器的实际使用寿命是由砖块部分的磨损率确定的,所以本发明把重点放在通过使耐热钢与基体金属整体形成复合材料来提高板式冷却器的耐磨性能上。
下面将根据附图更详细地对本发明进行说明。
图1(a)和(b)表示一个板式冷却器,其中,具有开口的栅格耐热钢板3(图中为四片钢板)被堆砌成一层或多层,并且布置在一个其炉子内侧上具有一平面的板式冷却器主体1上,使层叠结构的栅格表面形成所述平面的一部分或多个部分。
由于在这种情况下板式冷却器的炉子内侧的表面是平的,考虑到工作方便,可以在将耐热钢板叠层分段后对其进行布置,或者将层叠结构布置成使其覆盖板式冷却器整个炉子内侧的表面。
图2(a)、(b)、(c)表示一个板式冷却器,其中具有开口的开槽耐热钢板3(图中为四块钢板)被堆砌成层叠结构,使相邻钢板的开槽相互交错(参见图2(b)),并且布置于在其炉子内侧上具有一平面的板式冷却器主体1中,其布置方式为,使层叠结构的栅格表面形成板式冷却器的炉子内侧上的平面的一部分。
图3(a)至(d)表示用于本发明的具有开口的耐热钢板的具体形式。例如,图3(a)表示一个网眼薄钢板,图3(b)表示一个具有纵向开槽的耐热钢板,图3(c)表示具有倾斜开槽的耐热钢板,而图3(d)表示具有圆形开口的耐热钢板。
图4(a)和(b)表示一个板式冷却器,其中,具有开口的栅格奥氏体耐热钢板3被堆砌成长方体,并且该长方体被布置在在炉子内侧具有一曲面的板式冷却器主体1的炉子内侧表面中,布置方式为,长方体的长边在板式冷却器的高度方向上。
由于在这种情况下,板式冷却器的炉内侧表面是弯曲的以便与鼓风炉内径所确定的曲率相匹配,所以长方体的短边被制成与例如与鼓风炉内径的大约1°对应的弦长相等,并且长方体沿炉子的圆周方向布置在板式冷却器的炉子内侧上。
在炉子内侧上的曲面中,可以相互之间无间隙地布置长方体。然而,由于鼓风炉炉身和炉腹的内表面是锥形的,所以在安装在炉子的这些部位上的板式冷却器中,需要通过保持长方体之间的间隙来调节长方体的周向位置。
通过这种设置,沿板式冷却器的高度方向在其弯曲的炉子内侧表面上形成基体金属的接缝。这些接缝增大了板式冷却器的高度方向上的抗挠刚度。
应当注意,优选通过如图4所示将长方体不连续地布置成交错的形式来形成基体金属的节点,以便防止节点的连续磨损。
图5是板式冷却器1厚度方向的侧剖视图,其中具有开口的栅格耐热钢板3(在图中为五块钢板)被堆砌成一个叠层结构,并且埋入在板式冷却器的炉子内侧上的基体金属中。
由于耐热钢板因其优异的耐磨性能和抗开裂性能而比埋入的耐火砖磨损得慢,所以,确保使用寿命所需的厚度比在传统的埋入的耐火砖的情况下小。与埋入200mm厚的耐火砖层的传统情况相比,例如当堆砌成层叠结构的栅格耐热钢板被埋入时,大约100mm厚度足以获得相同的使用寿命。
图6(a)表示一个层叠结构,其中,具有开口的栅格耐热钢板3被堆砌起来。
奥氏体不锈钢、例如18Cr-8Ni钢的网眼金属板等市场上可以获得的材料可用作耐热钢板3。
在市场上可获得各种网眼尺寸的网眼金属板。考虑到熔融金属围绕层叠结构中的网眼的交叉口的流动,以中心到中心的较短网眼对角线计的理想网眼尺寸为30mm或更大,并且各板材的理想厚度为3mm或更大以便确保在铸造时防止被熔化损坏。
当将耐热钢板堆砌到所需的厚度时,如图6(b)所示,必须避免相邻板材的栅格节点4的重叠。
这一布置确保熔融基体金属的顺滑流动,从而,使基体金属和耐热钢板形成整体复合件。
堆砌成所需厚度的耐热钢板3必须被线材5捆住或通过焊接6或其它方法固定在一起(参见图6(a))。
如图1(a)、(b)和4(a)、(b)所示,具有开口的栅格耐热钢板3的层叠结构可被分开成所需尺寸的段以便易于工作。考虑到易于工作,当手工操作时希望所述段的尺寸使得它们的单个重量为20kg或更小。
在制备用于铸造本发明的板式冷却器的模具的过程中,所述叠层结构或切割所述层叠结构形成的长方体可用撑子等固定在板式冷却器的炉子内侧的位置上。
然而,与耐火砖不同,耐热钢板在铸造过程中不会浮动,并因此足以成功地进行铸造工作以便将它们置于规定的位置上。
在板式冷却器成形前,所述层叠结构和长方体不需要任何特殊的预处理,例如喷丸、用缓冲材料(陶瓷毡垫等,这在传统的埋置耐火砖的情况下是必不可少的)缠绕。然而,希望对它们进行充分的预加热和干燥,以便在铸造过程中确保熔融金属的良好的贯入性并防止气泡缺陷的产生等。
本发明的板式冷却器和采用埋入耐火砖的传统板式冷却器被安装到一个实际工作的鼓风炉中,并对它们的性能进行比较。
传统结构的板式冷却器的绝热性能由于耐火砖的开裂很早就恶化了(大约6个月),而本发明的板式冷却器在使用12个月后仍十分正常,基体金属的温度保持稳定并且与传统结构的板式冷却器相比温度更低。
通过不埋置耐火砖、而如上所述利用铸造在板式冷却器的炉子内侧表面中埋入一个具有开口的栅格耐热钢板或堆砌成层叠结构的具开口的多个栅格耐热钢板,可获得下述优异的效果:
(1)由于耐热钢板比耐火砖或基体金属(球墨铸铁)具有更好的抗磨损和抗开裂性能,所以板式冷却器在炉子内侧表面上的磨损率减小。
(2)由于通过以耐热钢板的栅格节点或开槽不重叠的方式堆砌耐热钢板而获得了均匀的复合体,所以可防止由板式冷却器铸铁的热变形引起的耐热钢板的掉落或局部损伤。
(3)由于效果(2)的作用,板式冷却器的炉子内侧表面在很长时期内保持平滑并且保持炉子内的材料平滑地落下,因此可确保鼓风炉的稳定工作。
(4)特别是当各由一个具有开口的栅格耐热钢板或多个堆砌成层叠结构的具有开口的栅格耐热钢板形成的长方体被以长方体的长边在板式冷却器的高度方向上排列的方式布置在板式冷却器的炉子内侧表面上时,基体金属形成垂直的节点,并且板式冷却器的抗挠刚度增强,从而抑制其热变形。因此可防止对冷却管的损伤及炉内的热气泄漏到炉身,并且鼓风炉的使用寿命被延长。
(5)由于在本发明的板式冷却器的铸造过程中,与通过铸造埋入耐火砖的传统工作不同,在本发明的工作中不需要把要铸到其中的部件固定到模具中并用缓冲材料将它们包住,所以制造板式冷却器的工作效率总体上被提高,并且制造成本降低。
(6)通过使长方体的尺寸在板式冷却器宽度方向上短,可以适应炉子内表面的不同曲率,并且不再需要耐火砖的传统设计和制造,因此板式冷却器的制造成本和制造时间被降低。
(7)由于根据本发明的板式冷却器的低磨损率,板式冷却器被制造得更薄,并且制造成本因此被降低。
采用在操作过程中保持其内表面光滑的结构设计,对于保持例如鼓风炉等冶金炉的稳定操作是非常重要的。
而在具有铸造于其中的耐火砖的传统结构的板式冷却器中,耐火砖迅速地磨损,并且由于耐火砖和基体金属(球墨铸铁)的不同磨损率,基体金属的肋向炉子内部凸起,使得板式冷却器的炉子内侧表面不规则,而在由具有开口的栅格耐热钢板和基体金属(球墨铸铁)的复合体均匀地构成的板式冷却器的炉子内侧表面上,由于炉子内侧表面磨损均匀,在炉子工作过程中不会产生不规则性。
本发明可以在冶金炉的设计中,将炉壁设计成使其在炉子操作过程中在整个炉子内表面上可以获得均匀的磨损率。因此,本发明的重要贡献是实现了冶金炉的连续稳定操作。
Claims (13)
1.一种用于冷却炉体的板式冷却器,其结构为,用于冷却基体金属的冷却管被铸造在基体金属的炉子内侧的对侧上,其特征在于,在基体金属的炉子内侧铸造一个具有开口的耐热钢板或具有开口的耐热钢板叠层。
2.如权利要求1所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,具有开口的耐热钢板是栅格或开槽耐热钢板。
3.如权利要求1或2所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板或耐热钢板层叠结构的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷却器的厚度的2/3。
4.如权利要求1、2或3所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,在耐热钢板的层叠结构中,一个耐热钢板的开口位置与相邻耐热钢板的开口位置不同。
5.如权利要求1、2、3或4所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板的净体积是它/它们的总体积、即耐热钢板的净体积与开口空间的体积的总和的20%到60%。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,具有开口的耐热钢板的最小宽度为大于或等于30mm且小于或等于70mm。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板是奥氏体或铁素体耐热钢板。
8.一种用于冷却炉体的板式冷却器,其结构为,用于冷却基体金属的冷却管被铸造在基体金属的炉子内侧的对侧上,其特征在于,使一个具有开口的栅格或开槽耐热钢板、或者具有开口的栅格或开槽耐热钢板叠层形成一个长方体,并将众多长方体铸在基体金属的炉子内侧中。
9.如权利要求8所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,长方体的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷却器的厚度的2/3。
10.如权利要求8或9所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,在所述长方体中,一个耐热钢板的开口的位置与相邻耐热钢板的开口的位置不同。
11.如权利要求8、9或10所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,长方体的净体积是其总体积、即耐热钢板的净体积与开口空间的体积的总和的20%到60%。
12.如权利要求8、9、10或11所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,在长方体中,开口的最小宽度为大于或等于30mm且小于或等于70mm。
13.如权利要求8、9、10、11或12项所述的用于冷却炉体的板式冷却器,其特征在于,耐热钢板为奥氏体或铁素体耐热钢板。
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