CN203240877U - 出水口矿热炉铜水套 - Google Patents

Abstract

一种出水口矿热炉铜水套，涉及一种矿热炉的通水冷却设备。它包括套筒状铜水套本体，其特征在于：所述套筒状铜水套本体的侧壁上开有至少两条冷却水道。本实用新型对照现有技术的有益效果是，通过改进原有的结构，消除铸造缺陷和气隙热阻，因此有效地改善出水口矿热炉铜水套的整体性能，使用寿命得到大幅提高，保证了矿热炉的生产效率。　

Description

出水口矿热炉铜水套

技术领域

本实用新型涉及一种矿热炉的通水冷却设备，更具体地说涉及一种出水口矿热炉铜水套。 

背景技术

矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，主要用于生产铁合金、工业硅、电石、黄磷等产品，在该行业也俗称电炉。 

铜水套是用在矿热炉里的一种通水冷却设备，由多个形状一样的单体组成一个圆筒形、矩形或多边形，每块单体铜水套内部具有独立的通水冷却通道。 

矿热炉利用电弧的能量并利用炉料的电阻发热来熔炼金属，连续地作业，长期承受高温物料、熔融流体和高温粒子气流的冲刷和熔蚀。目前国内外电炉均在炉壁内采用多层不同形式数量的铜水套及耐火材料进行保护。 

传统的铜水套结构是由纯铜基体及预埋铜管铸造成型，但不可避免的存在本体材料缺陷、基体与水管未熔合等情况，从而影响其冷却效果和使用寿命。 

1、铸造的铜水套在铸造过程中无法根本消除的材料缺陷，例如内部有铸造组织疏松、气孔、夹渣和裂纹等。 

2、铸造本体的机械性能差，导热性能差。 

3、预埋铜管铸造成型的铜水套，由于纯铜基体与预埋水管未能完全熔合，内部容易出现不同程度的气隙热阻，导致整体组件的导热能力降低。 

4、在高温工作环境下，铜水套不可避免会出现受热变形，这些铸造缺陷随着变形的出现而扩大，严重影响到到铜水套使用的可靠性。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有铜水套内部存在结构缺陷，冷 却性能较差，使用寿命短的缺点，提供一种出水口矿热炉铜水套，这种出水口矿热炉铜水套能够有效地消除结构缺陷，改善冷却性能，延长使用寿命。采用的技术方案如下： 

一种出水口矿热炉铜水套，包括套筒状铜水套本体，其特征在于：所述套筒状铜水套本体的侧壁上开有至少两条冷却水道。  

较优的方案，所述各冷却水道的水道入口均安装或焊接有一根连通外接水源的进水管，各冷却水道的水道出口均安装或焊接有一根连通外界的出水管，各冷却水道分别形成相互独立的冷却水循环系统。 

更优的方案，所述各冷却水道的水道入口和水道出口均位于套筒状铜水套本体顶面的前端，所述各进水管、各出水管均朝向套筒状铜水套本体的前方延伸。 

一种方案，所述冷却水道的横截面为圆形。 

另一种较佳的方案，所述冷却水道的横截面为复合孔，所述复合孔由至少两个圆孔部分重叠而成。各圆孔的直径可以相同也可以不同。复合孔型的冷却水道与圆孔型的冷却水道相比，具有两大优点：一是提升换热能力，复合孔型冷却通道与圆孔型相比，换热能力大致提高14%，冷却效果更均匀；二是减薄铜板的厚度，有效地节约铜材的用量，降低制造成本。 

较优的方案，所述铜板为加工态的铜板。加工态的铜板指的是经过锻压等加工工艺处理过的铜板，机械性能高，导热能力强。 

更优的方案，所述铜板的材料为铜或铜合金。例如，铜板由整块无氧铜锭经过锻压而成，组织均匀致密，机械性能优良；并且无氧铜板的热导率大于380 W/（m·K），具有优越的导热性能。铜合金加入有微量元素例如银等，再进行轧制或锻造，其硬度、耐磨性、抗蠕变性能优于无氧铜，但制造成本高。 

优选的方案，所述铜板的材料为无氧铜。 

本实用新型对照现有技术的有益效果是，通过改进原有的结构，消除铸造缺陷和气隙热阻，因此有效地改善出水口矿热炉铜水套的整体性能，使用寿命得到大幅提高，保证了矿热炉的生产效率。 

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图； 

图2是图1的俯视图； 

图3是图1的左视图； 

图4是图1的A-A向剖视图； 

图5是本实用新型实施例1两条冷却水道的示意图； 

图6是本实用新型实施例1的使用状态示意图； 

图7是本实用新型实施例1中冷却水道的横向剖视图； 

图8是本实用新型实施例2中冷却水道的横向剖视图； 

图9是本实用新型实施例3中冷却水道的横向剖视图。 

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。 

实施例1 

如图1-7所示，本实施例中的出水口矿热炉铜水套，包括套筒状铜水套本体，所述套筒状铜水套本体为加工态的铜板1。铜板1中间的孔5用来安放出水口。 

加工态的铜板1指的是经过锻压等加工工艺处理过的铜板1，机械性能高，导热能力强。本实施例中采用压延铜板1。 

所述压延铜板1的材料为无氧铜。 

所述铜板1的侧壁上开有两条冷却水道2。  

所述各冷却水道2的水道入口均安装或焊接有一根连通外接水源的进水管3，各冷却水道的水道出口均安装或焊接有一根连通外界的出水管4，各冷却水道分别形成相互独立的冷却水循环系统。 

所述各冷却水道的水道入口和水道出口均位于套筒状铜水套本体顶面的前端，所述各进水管3、各出水管4均朝向套筒状铜水套本体的前方延伸。 

如图7所示，所述冷却水道2的横截面为圆形。 

下面是不同制造工艺的铜冷却壁本体材料性能对比： 

压延铜板的允许使用温度被确定为250℃[1]。在该温度下铜不会产生相变，同时还维持足于维持冷却壁正常工作的机械强度。而德国人对于高炉铸铜冷却器的使用上限温度界定为150℃[1]。（参考资料：[1] 钟庸 王筱留等编著：高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践， 冶金出版社  2007 ） 

铸造铜水套在高炉内热流强度的冲击下，由于其热阻较大，热面温度可能超过了它的允许使用温度值，因此，难免存在在特殊条件下烧损的隐患。 

采用连铸坯经过轧制或锻压加工的铜板作为铜冷却壁的本体材料，它在最大程度上克服和避免了铸造过程中无法消除的材料缺陷，其材料性能与铸造材料相比,具有含铜纯度高、导热性能好、晶粒细化、致密度密、机械性能好等优点。 

如图6所示，使用时，通常在平板式矿热炉铜水套7和立式矿热炉铜水套6留出的空间中，安放出水口矿热炉铜水套1。 

实施例2 

如图8所示，本实施例中的出水口矿热炉铜水套与实施例1的区别在于： 

所述冷却水道2＇的横截面为复合孔，所述复合孔由两个圆孔部分重叠而成。各圆孔的直径相同。 

复合孔型的冷却水道与圆孔型的冷却水道相比，具有两大优点：一是提升换热能力，复合孔型冷却通道与圆孔型相比，换热能力大致提高14%，冷却效果更均匀；二是减薄铜板的厚度，有效地节约铜材的用量，降低制造成本。 

所述铜板1＇的材料为含有0.15%重量百分比的银的铜合金。 

尽管锻压无氧铜的强度和热导率都比铸造纯铜高，但纯铜、无氧铜的应力松弛特性很明显。所谓应力松弛，就是当零件受到外力作用时，其内部会产生一大小相等方向相反的内应力，并随着时间的延长而降低，其形状也随着内应力的降低而逐渐发生变化（这种现象也称为蠕变）。应力下降的速度决定于材料的成分、状态、温度和时间。此现象的产生原因是由于金属发生了塑性（永久）变形，当变形量达到规定的极限后，零件就会发生断裂或损坏。尽管所受的应力低于其屈服强度，但由于其应力松弛特性，使其在高温的工作环境下长时间工作时强度达不到要求，以致使用寿命很短，在生产中频繁地更换部件，严重影响了矿热炉的作业率，提高了生产成本。 

如何解决这个棘手的问题呢？解决的办法是在无氧铜中添加少量的银，银的含量为0.15%。 

铜（Cu）是一种性能良好的有色金属，但应指出，铜的特性与其本身的纯度有极大关系，微量元素的存在对铜的性能的影响很大，例如微量元素银（Ag）。铜和银两者在液态时无限互溶，在固态时有限溶解并发生共晶反应，在共晶温度为780℃时银在铜中的溶解度为7.9%，但室温时的溶解度仅0.1%左右。 也就是说，银有限固溶于铜，固溶度随着温度变化而激烈的变化。当温度从合金结晶完成之后开始下降时，它在铜中的固溶度也开始降低，以金属化合物或单质形态从固相中析出。当它固溶于铜中，能够明显地提高其强度，具有固溶强化效应，含银量少时，铜的电导率、热导率下降不多，对塑性的影响也甚微，但能显著提高再结晶温度、抗蠕变性能和耐磨性能，可以显著降低其应力松弛。 

实施例3 

如图9所示，本实施例中的出水口矿热炉铜水套与实施例1的区别在于： 

所述冷却水道2＂的横截面为复合孔，所述复合孔由三个圆孔部分重叠而成。各圆孔的直径相同。 

同等面积条件下，复合孔型相对于圆孔型的换热面积（周长*单位长度）增加，提高换热能力；而厚度减少，使铜板能够制造得更薄，大幅降低制造成本。 

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等 可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。 

Claims (5)

1.一种出水口矿热炉铜水套，包括套筒状铜水套本体，其特征在于：所述套筒状铜水套本体的侧壁上开有至少两条冷却水道。

2.如权利要求1所述的出水口矿热炉铜水套，其特征在于：所述各冷却水道的水道入口均安装有一根连通外接水源的进水管，各冷却水道的水道出口均安装有一根连通外界的出水管，各冷却水道分别形成相互独立的冷却水循环系统。

3.如权利要求2所述的出水口矿热炉铜水套，其特征在于：所述各冷却水道的水道入口和水道出口均位于套筒状铜水套本体顶面的前端，所述各进水管、各出水管均朝向套筒状铜水套本体的前方延伸。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的出水口矿热炉铜水套，其特征在于：所述冷却水道的横截面为圆形。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的出水口矿热炉铜水套，其特征在于：所述冷却水道的横截面为复合孔，所述复合孔由至少两个圆孔部分重叠而成。

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