CN201187946Y - 用于冶金炉的冷却板 - Google Patents

Abstract

一种用于冶金炉的竖直壁的冷却板，该冷却板具有面对炉内部的热面(14)。该热面(14)被凹槽(32)细分成片状肋条(34)，用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于该热面。片状肋条(34)自身被横向切口(40)细分成更小的肋条段，其中这些横向切口(40)比凹槽(32)窄得多。

Description

用于冶金炉的冷却板

技术领域

本实用新型通常涉及用于冶金炉的冷却板。更具体地说，本实用新型涉及这样一种冷却板，该冷却板在其热面上设置有用于耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层(process generated accretionlayer)的锚定装置。

背景技术

这种用于冶金炉的冷却板(也称为窄板)在现有技术中是公知的。它们被用来覆盖冶金炉(例如鼓风炉、电弧炉)的外壳体的内壁，以提供：(1)介于炉内部与外部炉壳体之间的散热保护屏；以及(2)用于炉内部的耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层的锚定装置。最初，冷却板以其中铸有冷却管的方式铸有铁板。现在，用于冶金炉的冷却板多数由铜、铜合金制成，或者最近由钢制成。

例如在德国专利DE 2907511 C2中公开了一种用于鼓风炉的铜冷却板。该冷却板包括面板状本体，该面板状本体具有热面(即，面对炉内部的面)，该热面被平行凹槽(grove)细分成片状肋条。在将冷却板安装于炉壁上时，这些凹槽和肋条优选地具有鸠尾(或燕尾)形横截面并且被水平地设置，这些凹槽和肋条的目的是将耐火砖衬里、耐火喷浆材料或工艺产生的炉结层锚定于冷却板的热面。钻孔的冷却通道在后面(即，冷却板的冷面)附近延伸穿过面板状本体，垂直于水平凹槽和肋条。

实践显示，这种冷却板在冶金炉中经常受到热变形，这是由于在冷却板的整个厚度上温度分布不均匀所致。在类似于DE 2907511C2中所示的铜冷却板中，例如已经在片状肋条的前表面与冷却板的冷面之间测量出大于100℃的温度差。当然，可以通过减小凹槽的深度(即，肋条的高度)来减小这种温度差，从而可以将冷却通道设置得更靠近冷却板的热面。但是，减小凹槽的深度造成对于耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层的可靠锚定作用减弱。

欧洲专利申请EP 1074806公开了一种用于电弧炉的冷却板，其中热面未被水平凹槽分成片状水平肋条，但被具有鸠尾形横截面凹槽的格状系统分成多个立筋(stud)。换句话说，鸠尾凹槽的格状系统将热面细分成具有方形或菱形形式的小表面。据说，与热面被沿一个方向伸展的鸠尾凹槽细分成片状肋条的冷却板相比，这种对开式铁心形式的结构不太易于热变形。但是，将认识到，根据EP1074806所教的来制造冷却板是相当费时和精细的操作，这只因为必须用特定的铣削头将大量的鸠尾凹槽铣削成冷却板的热面，这显著增加了冷却板的制造成本。而且，虽然EP 1074806中所公开的对开式铁心形式的结构可能足以将耐火喷浆还可能将工艺产生的炉结层锚定于热面，但确实不足以将耐火砖衬里锚定于冷却板的热面。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种冷却板，该冷却板与现有技术的具有肋条和凹槽的冷却板相比不易于热变形，并且尽管在其热面上设置用于耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层的锚定装置，但所有这些都不会显著增加冷却板的制造成本。

该目的通过权利要求1所要求保护的用于冶金炉壁的冷却板来实现。

根据本实用新型的冷却板具有热面，该热面被凹槽细分成片状肋条，用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于热面。根据本实用新型的一个重要方面，这些片状肋条自身被横向切口分细成更小的肋条段，其中这些横向切口比横向界定片状肋条的凹槽窄得多。将认识到，由窄横向切口将片状肋条细分成小肋条段导致片状肋条和实体底板的更小的热膨胀差。换句话说，片状肋条中的窄横向切口形成防止片状肋条中出现重大热应力的障碍，从而有效地防止冷却板的重大热变形。此外，由于与横向界定片状肋条的凹槽相比横向切口的宽度较窄，所以横向切口不会负面地影响冷却板的热面上的片状肋条和凹槽结构的锚定功能。最后但并非最不重要的，将认识到例如使用圆锯或磨割轮可以很容易地将这种窄切口切入到最终的冷却板本体的片状肋条内。从而，本实用新型不会导致实际上的额外制造成本，但显著地提高了冷却板的可靠性，尤其是由铜、铜合金或钢制成的冷却板。

横向切口的宽度(w3)应该小于凹槽的宽度(w1)的50％，优选地小于凹槽的宽度(w1)的25％。横向切口的优选宽度(w3)例如在2mm至20mm之间，且更优选地在5mm至11mm之间。

为了确保冷却板的热面上的片状肋条和凹槽结构的良好锚定功能，凹槽的宽度(w1)应该为至少40mm，并且该宽度(w1)应该等于或大于片状肋条的宽度(w2)。

通过用横向切口细分片状肋条而获得的较小的肋条段应该具有小于500mm的长度，优选具有150mm至350mm之间的长度。

横向切口的深度(d)应该在片状肋条的高度(h)的80％至100％之间。优选地横向切口的深度(d)应该比片状肋条的高度(h)小1至3mm。

此外，如果横向切口具有半径等于宽度(w3)的一半的圆柱形底表面，则获得了最佳结果。

为了确保冷却板的热面上的片状肋条和凹槽结构的良好锚定功能以及冷却板的优良热成型稳定性，凹槽的宽度应该在其入口处比其底部处窄，并且横向切口的宽度应该或者在其底部处比在其入口处窄或者在横向切口的整个高度(h)上相同。在根据本实用新型的冷却板的优选实施例中，凹槽具有鸠尾形横截面，并且横向切口具有两个平行的侧壁和一个圆柱形底表面，该圆柱形底表面具有的半径等于横向切口的宽度(w3)的一半。

横向切口可以垂直于对应片状肋条的纵向中心线或相对其倾斜。为了防止或减少竖直漏斗效应，至少部分横向切口可以竖直地交错，或者可以沿从冷却板的一个边向另一边延伸的倾斜线设置倾斜的横向切口。

该冷却板的优选实施例包括由铸造工艺形成的面板状本体，其中凹槽和片状肋条在铸造过程期间形成或至少预先形成，并且横向切口被切入到铸造面板状本体的片状肋条内。

附图说明

现在将参照附图借助于实例来描述本实用新型的优选实施例，附图中：

图1是根据本实用新型的冷却板的第一实施例的热侧的正视图；

图2是图1中冷却板的侧视图；

图3是沿图1中的线3-3截取的截面图；

图4是图2的放大细节图；

图5是图3的放大细节图；

图6是根据本实用新型的冷却板的第二实施例的热面的正视图；以及

图7是根据本实用新型的冷却板的第三实施例的热面的正视图。

具体实施方式

附图中所示的冷却板10、10′、10″用来覆盖冶金炉(例如鼓风炉、电弧炉)的外壳体的内壁。这种冷却板10、10′、10″的目的是形成：(1)介于炉内部与外部炉壳体之间的散热保护屏；以及(2)用于炉内部的耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层的锚定装置。

现在参照图1、2和图3，可以注意到，冷却板10包括面板状本体12，该面板状本体例如由铜、铜合金或钢的铸造或锻造体制成。具有厚度T的该面板状本体12具有：前面或热面14，该热面将面对炉的内部；以及后面或冷面16，该冷面将面对炉壁的内表面。在正视图中，如图1所示，面板状本体12具有四边形形状，具有一对长边18、20以及一对短边22、24。多数新式冷却板具有600-1300mm范围内的宽度W以及1000-4200mm范围内的高度H。但是，可以理解，除此之外，冷却板的尺寸H和W必须适合冶金炉的结构条件，还必须适合制造工艺的限制条件。

冷却板10进一步包括用于冷却流体(一般是水)的连接管26、28。这些连接管26、28从面板状本体12的后侧连接于设置在面板状本体12内的冷却通道30。如图3可见，这些冷却通道30可以例如直接铸造到面板状本体12内，由铸造到面板状本体12内的管子形成，或者钻入或铣入面板状本体12内。可替换地，冷却通道还可以例如由焊接到冷面16上的管子形成，或者由铣入冷面16内的并覆盖有以焊接或其它方式固定于冷面16的金属板或金属条的开口通道形成。对于每个冷却通道30，通常设置一个下连接管26和一个上连接管28，冷却流体通过下连接管供应到冷却通道30内，冷却流通通过上连接管离开冷却通道30。但是，还可以将几个冷却通道连接于共同的入口和/或出口收集通道，这将减少连接管26、28的数量。

现在同时参照图1和图2，可以注意到，热面14通过凹槽32被细分成片状肋条34。通常，横向界定片状肋条34的凹槽32被直接铸造到面板状本体12内。除此之外，这些凹槽32还可以被铣入面板状本体12的热面14内。如图1中可见，片状肋条34平行于短边22、24而从面板状本体12的第一长边18延伸到第二长边20。这些片状肋条垂直于面板状本体12中的冷却通道30。当将冷却板10安装在炉中时，凹槽32和片状肋条34水平地设置(如图1所示)。它们形成用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于热面14的锚定装置。

现在将参照图4更详细地描述确保将耐火砖衬里、耐火喷浆材料或工艺产生的炉结层良好地锚定于热面14的凹槽32和片状肋条34的优选几何形状。首先注意到，凹槽32具有鸠尾(或燕尾)形横截面，即，凹槽32的入口宽度w11窄于在其底部处的宽度w12。宽度w1是凹槽32的平均宽度，即在凹槽32的高度h的一半处测量的宽度。凹槽32的底表面38与片状肋条34的侧壁39之间的角度α通常在70°至85°的范围内。由于横向界定片状肋条34的凹槽32的鸠尾形横截面，片状肋条相对于凹槽32具有倒鸠尾(或燕尾)形横截面，即在片状肋条34的顶部处测量的宽度w21宽于在其底部处测量的宽度w22。宽度w2是片状肋条34的平均宽度，即在片状肋条34的高度h的一半处测量的宽度。当此处简单地提到凹槽32的宽度或片状肋条34的宽度时，这是表示平均宽度w1或w2。为了对热面14中的耐火砖衬里、喷浆或炉结层提供强固的锚定，片状肋条34的宽度w2优选地小于凹槽32的平均宽度w1。有时w1可以等于w2，但仅在例外情况下w2大于w1。凹槽32的平均宽度w1的代表值例如在40mm至100mm的范围内。片状肋条34的平均宽度w2的代表值例如在20mm至40mm的范围内。片状肋条34的高度h(对应于凹槽32的深度)通常在面板状本体12的总体厚度T的20％至40％之间。优选地，片状肋条34的高度h为其平均宽度w2的80％至120％之间。比率h/w2大于1通常是优选的。

在凹槽32和片状肋条34之下保留有厚度t＝T-h的实体底板36，冷却通道30设置在该实体底板中。通常确定该实体底板36的厚度t以确保冷却通道30外部的足够材料厚度e1、e2(参见图5)。其中材料厚度e1在凹槽32之下当然是最小的。还应该注意到，冷却通道30还可以具有例如卵形横截面的椭圆形，这使得可以减小该实体底板36的厚度t。

根据本实用新型的重要方面，片状肋条34自身被横向切口40细分成更小的肋条段34₁、34₂、34₃、34₄，其中这些横向切口40比凹槽32窄得多。这样获得的肋条段34₁、34₂、34₃、34₄应该具有小于500mm的长度，优选具有150mm至350mm之间的长度。这些横向切口40的目的在于避免片状肋条34和实体底板36出现重大的热膨胀差，该热膨胀差将造成冷却板10的面板状本体12的重大变形。换句话说，这些横向切口形成防止片状肋条中出现重大热应力的障碍，从而有效地防止冷却板的重大热变形。

由于横向切口40比凹槽32窄得多，所以这些横向切口不会显著减弱热面14对耐火砖衬里或喷浆或炉结层的锚定功能。比较以相同比例示出的图4和图5，实际上可以注意到图5中所示的横向切口40的宽度w3仅为图4中所示的凹槽32的宽度w1的大约16％。优选地宽度w3在5mm至11mm之间的范围内。小于2mm的宽度w3也可以但不推荐，因为总是存在这么窄的横向切口将完全闭合或阻塞的风险，从而可能变得无效。大于20mm的宽度w3也可以但不推荐，因为这会大幅度减弱热面14对耐火砖衬里或喷浆或炉结层的锚定功能，并且不必要地减小了热面14的热交换表面。此外，使用圆锯或磨割轮可以很容易地将具有5mm至11mm之间范围内的宽度w3的横向切口切入到片状肋条34内。将横向切口40的宽度限制为小于20mm的另一原因是这么窄的横向切口40可以很容易保护不被喷浆材料(例如，为被覆盖的粘合带)穿透和/或在对冷却板的热面进行喷浆之前填充以可压缩材料。

仍旧参照图5，要注意到片状肋条34中的横向切口40的另一重要特征。首先，将注意到，横向切口40具有圆柱形底表面42，该圆柱形底表面具有的半径等于横向切口宽度w3的一半，其中该宽度w3应该优选地在4mm至11mm的范围内。该圆柱形底表面42确保在横向切口40的底部没有重大的应力集中。这种应力集中实际上将导致在片状肋条34的根部形成裂纹。其次，横向切口的深度d应该在片状肋条34的高度h的80％至100％之间。在图5所示的实施例中，横向切口40的深度d仅仅略小于片状肋条34，这确保了最佳结果(h-d例如在1-3mm之间)。应该注意到深度d不应该大于片状肋条34的高度h，因为这将减弱实体底板36，并且还将造成冷却板10的额外热变形。第三，当凹槽32在其入口的宽度窄于在其底部的宽度时，横向切口的宽度应该或者在其底部比在其入口窄或者在横向切口的整个深度上相同。

在图1中，横向切口40沿三条平行的竖直线48对齐。这些线48中的每一条对应于圆锯或磨割轮的连续且直的切割线。这种竖直对齐的缺点在于，对齐的横向切口40从冷却板10的下部短边22到上部短边24形成一种小的竖直漏斗。通过该竖直漏斗，充满灰尘的气体可能上升并造成局部磨损。为了避免这种竖直漏斗，可以使横向切口在连续的片状肋条34中交错(未示出)。但是，切割这种交错的横向切口要消耗更多的时间，因为不可能从一个边到另一边简单地制成连续的切割线。

图6的冷却板10′中示出了交错横向切口的替换方式。在该冷却板10′中，横向切口40′沿几条平行线50对齐，这些平行线相对于冷却板的竖直轴线倾斜。重要的是，沿这些平行的倾斜线50切割这些倾斜的横向切口40′不比沿平行的竖直线48切割图1的横向切口40更复杂。但是，图6的倾斜的横向切口40′造成比图1的横向切口40不明显的漏斗效应。

图7示出了冷却板10″，其中不是在热面14的整个表面上设置有凹槽32。在热面14上存在没有凹槽32的几个区域，例如参见标号54、56。在这些区域54、56中，实体底板36被用于位于冷面16一侧上的固定装置、连接管或温度探测器的孔削弱。基于同样的原因，还可以避免在这些区域54、56中设置横向切口40。但是，这种区域54、56的最大尺寸应该不大于肋条段34₁、34₂、34₃、34₄的推荐长度，即，小于500mm，且优选地小于350mm。

更现代的冷却板具有的宽度W比其高度H小得多。通常，比率H/W在2至3之间。对于此处作为本实用新型的实例示出的冷却板10、10′、10″也是这种情况。但是，将认识到，如果将本实用新型应用于比率H/W小于2甚至比率H/W小于1的冷却板，本实用新型甚至特别有利。如果冷却板具有更适合于圆柱形炉壁的内部曲率的圆柱形曲率，这种情况将特别真实。

参考标号说明：

10        冷却板

12        面板状本体

14        热面

16        冷面

18、20    12的长边

22、24    12短边

26        下连接管

28        上连接管

30        冷却通道

32        凹槽

34        片状肋条

36        实体底板

38        32的底表面

39        34的侧壁

40、40′  32中的横向切口

42        40的圆柱形底表面

48        图1中的竖直线

50      图6中的倾斜线

52      34的中心线

54、56  热面中没有凹槽32的区域。

Claims (16)

1.一种用于冶金炉的竖直壁的冷却板，所述冷却板具有面对所述炉的内部的热面(14)，所述热面被凹槽(32)细分成片状肋条(34)，用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于所述热面(14)；

其特征在于，所述片状肋条(34)被横向切口(40，40′)细分成更小的肋条段，其中这些横向切口(40，40′)比所述凹槽(32)窄得多。

2.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40，40′)的宽度(w3)小于所述凹槽(32)的宽度(w1)的50％，优选地小于所述凹槽(32)的宽度(w1)的25％。

3.根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40，40′)的宽度(w3)在2mm至20mm之间，优选地在5mm至11mm之间。

4.根据权利要求3所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32)的宽度(w1)为至少40mm。

5.根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32)的宽度(w1)等于或大于所述片状肋条(34)的宽度(w2)。

6.根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述肋条段具有小于500mm的长度，优选具有150mm至350mm之间的长度。

7.根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40，40′)的深度(d)在所述片状肋条(34)的高度(h)的80％至100％之间。

8.根据权利要求7所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40，40′)具有圆柱形底表面(42)，所述圆柱形底表面具有的半径等于所述横向切口(40，40′)的宽度(w3)的一半。

9.根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32)的宽度在其入口处比其底部处窄，并且所述横向切口(40，40′)的宽度或者在其底部处比在其入口处窄或者在所述横向切口(40，40′)的整个高度(h)上相同。

10.根据权利要求9所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32)具有鸠尾形横截面。

11.根据权利要求9所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40，40′)具有两个平行的侧壁和一个圆柱形底表面(42)，所述圆柱形底表面具有的半径等于所述横向切口(40，40′)的宽度(w3)的一半。

12.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，横向切口(40′)相对于所对应的片状肋条(34)的中心线(52)倾斜。

13.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，倾斜的横向切口(40′)沿从所述冷却板(10′)的一个边(18，22)向另一边(20，24)延伸的倾斜线(50)设置。

14.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，至少部分所述横向切口(40)竖直地交错。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的冷却板，包括由铸造工艺形成的面板状本体(12)，其特征在于所述凹槽(32)和所述片状肋条(34)在铸造过程期间形成，并且所述横向切口(40)被切入到所述片状肋条(34)内。

16.根据权利要求1至14中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述冷却板由以下材料中的至少一种制成：铜、铜合金或钢。

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