CN211947180U - 一种钛渣冶炼炉用冷却壁 - Google Patents

Abstract

一种钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征在于包括冷却壁本体，冷却壁本体中设有至少一个冷却水通道，每个冷却水通道分别对应一个进水管和一个出水管，进水管和出水管均处在冷却壁本体的冷面上，进水管、出水管分别与对应的冷却水通道的进水端、出水端连通，冷却壁本体的热面上设有至少一个凹槽。本实用新型的冷却壁应用于钛渣冶炼炉，耐火材料设置在冷却壁的热面上，冷却壁和耐火材料共同作为炉衬保护，在钛渣冶炼炉运行的过程中，通过冷却循环水能够快速把冷却壁及冷却壁热面上的耐火砖上的热量带走，加快耐火砖外侧生成渣皮形成保护层，有效提高耐火砖的使用寿命，减少停留检修频率，有利于钛渣冶炼炉长时间正常运行，提高生产效率。

Description

一种钛渣冶炼炉用冷却壁

技术领域

本实用新型涉及钛渣冶炼炉的炉体冷却设备，具体涉及一种钛渣冶炼炉用冷却壁。

背景技术

钛渣冶炼炉的炉体寿命问题是目前影响钛渣生产的主要因素之一，特别由于钛渣需要在1600-1800℃的高温下完成冶炼，因此对钛渣冶炼炉炉体的结构设计和安全维护都必须非常严格。

在现有钛渣冶炼炉炉体结构中，常规的敞开间歇式钛渣冶炼炉是由耐火砖直接堆砌而成，通过炉次的间隙停炉断电重新捣料来保护耐火砖，减少耐火砖被高温熔融钛渣侵蚀的风险，这种炉体的生产效率比较低，工作环境比较恶劣，而且在耐火砖磨损到一定程度之后，需要及时更换耐火砖，以免发生耐火砖被过度侵蚀而出现穿炉事故。

在普通密闭连续式钛渣冶炼炉中，由于不停炉，耐火砖会长时间处在高温环境之中，更容易受到高温钛渣侵蚀。为延长耐火砖的使用寿命，通常会在耐火砖的内侧设置光面铸铁冷却壁来降低耐火砖温度，以便在耐火砖外侧生成钛渣皮而形成保护层。但由于铸铁的导热性能有限，且光面铸铁冷却壁与耐火砖之间容易产生间隙，影响导热效果，使得耐火砖表面难以形成渣皮进行保护，这样，耐火砖会慢慢被侵蚀，特别是在耐火砖被磨损消耗完之后，光面铸铁冷却壁的整个热面会暴露出来，经受熔融钛渣液的侵蚀，容易烧损报废，导致停炉停产，影响生产。简单地说，光面铸铁冷却壁容易与耐火砖产生间隙，且由于铸铁的导热性能较差，难以快速促进渣皮的形成，影响耐火砖和铸铁冷却壁的使用寿命。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种钛渣冶炼炉用冷却壁，这种钛渣冶炼炉用冷却壁应用于钛渣冶炼炉，熔炼时通过冷却循环水能够快速把冷却壁及冷却壁热面上的耐火砖上的热量带走，加快耐火砖外侧生成渣皮形成保护层，有效提高耐火砖的使用寿命，有利于钛渣冶炼炉长时间正常运行，提高生产效率。采用的技术方案如下：

一种钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征在于包括冷却壁本体，冷却壁本体中设有至少一个冷却水通道，每个冷却水通道分别对应一个进水管和一个出水管，进水管和出水管均处在冷却壁本体的冷面上，进水管、出水管分别与对应的冷却水通道的进水端、出水端连通，冷却壁本体的热面上设有至少一个凹槽。

上述冷却壁本体的热面，是指工作时冷却壁本体朝向钛渣冶炼炉炉腔的一面；冷却壁本体的冷面，是指工作时冷却壁本体背向钛渣冶炼炉炉腔的一面。冷却壁本体的热面上可设置耐火材料，例如喷涂耐火材料层或者镶嵌耐火砖（耐火砖镶至凹槽中，可消除冷却壁与耐火砖之间的间隙）。钛渣冶炼炉工作时，经进水管向冷却水通道中通入冷却水，冷却水流经冷却水通道时能够快速带走冷却壁本体及耐火材料上的热量，使冷却壁本体和耐火材料得以充分降温，之后冷却水从出水管流出，这样，通过冷却循环水快速把耐火砖上的热量带走，加快耐火砖外侧生成渣皮形成保护层。

优选方案中，上述冷却壁本体的热面上设有多个凹槽，凹槽为横向延伸的条形槽，各凹槽自上至下依次排列。条形槽既可以起到固定耐火材料的作用，又可增加冷却壁本体与耐火材料的换热面积，有利于降低耐火材料的工作温度。优选上述条形槽为燕尾槽。

优选方案中，上述冷却壁本体的冷面上设有多个用于安装热电偶的热电偶孔。各热电偶孔通常设于冷却壁本体冷面上不同的位置，安装上热电偶后可检测冷却壁本体各处的温度，以监控冷却壁是否正常运行。

优选方案中，上述冷却壁本体的冷面上设有多个螺孔。螺孔中可安装螺栓，用于将冷却壁本体安装在钛渣冶炼炉的炉壳上并锁紧。

优选方案中，上述冷却壁本体的冷面上设有定位销孔，定位销孔用于限定冷却壁在钛渣冶炼炉中的位置。将冷却壁本体安装在钛渣冶炼炉的炉壳上时，可在炉壳上设置定位销，定位销插入定位销孔中。

通常，上述冷却壁本体的热面、冷面均为弧面。也可以冷却壁本体的热面、冷面均为平面。

本实用新型的冷却壁可为埋管铸造式铜冷却壁、锻造钻孔式铜冷却壁或者铜钢复合冷却壁。

第一种优选方案中，上述冷却壁本体为铜冷却壁本体，铜冷却壁本体采用铜或铜合金铸造而成，冷却水通道由包埋在铜冷却壁本体中的铜管构成，铜管两端伸出至铜冷却壁本体冷面的部分分别构成进水管、出水管。铸造前在模具内预先放置弯曲好的铜管（根据设计的冷却水通道数量，将相应数量的铜管放置在所需位置），浇铸后铜冷却壁本体将铜管包埋（仅留出铜管两端处在铜冷却壁本体外面）；一个铜管在铜冷却壁本体内形成一条冷却水通道，铜管的两端伸出铜冷却壁本体冷面的部分作为进水管、出水管。

用于铸造铜冷却壁本体的材料可以是铜或铜合金，优先选用无氧铜。

上述铜管可以是圆管或扁管。

第二种优选方案中，上述冷却壁本体为铜冷却壁本体，铜冷却壁本体由整体锻压铜板或整体轧制铜板构成，冷却水通道由经机械加工形成在铜板内部的孔道连接而成。采用整体锻压的铜板作为铜冷却壁本体，经过机械加工（如钻孔）在其上面形成孔道（必要时在孔道中安装水道堵头），这些孔道相互连通形成冷却水通道（根据设计的冷却水通道数量和布局，可连通形成一个或多个冷却水通道）；需要时再经弯板使铜冷却壁本体具有所需的弧度，然后安装上进水管、出水管（可通过焊接将进水管、出水管固定在铜冷却壁本体的冷面上），形成铜冷却壁。采用整体锻压铜板或整体轧制铜板构成铜冷却壁本体，具有晶粒细化、致密度高、机械性能好等优点，铜冷却壁本体的导热性能更好。

上述整体锻压铜板或整体轧制铜板的材料可以是铜或铜合金，优先选用无氧铜。

更优选方案中，上述孔道的截面形状为圆形，或者是由多个依次相交的圆形成的复合形状。复合形状孔道与单圆孔道相比，在不减少截面积的情况下，可以增加传热面积，增强冷却能力，而在冷却能力相同的情况下，可以减小孔径，相应地可以减薄本体，降低成本。

第三种优选方案中，上述冷却壁本体为铜钢复合冷却壁本体，铜钢复合冷却壁本体包括钢板和铜板，铜板处在钢板内侧，铜板的外侧面与钢板的内侧面紧密接合，铜板的内侧面构成铜钢复合冷却壁本体的热面，钢板的外侧面构成铜钢复合冷却壁本体的冷面；冷却水通道由经机械加工形成在铜钢复合冷却壁本体内部的孔道连接而成。由平铜板和平钢板经过焊接或浇铸等工艺制作而成的铜钢复合板作为铜钢复合冷却壁本体，经过机械加工（如钻孔）在其上面形成孔道（必要时在孔道中安装水道堵头），这些孔道依次连通形成冷却水通道；需要时再经弯板使铜钢复合冷却壁本体具有所需的弧度，然后安装上进水管、出水管（可通过焊接将进水管、出水管固定在铜钢复合冷却壁本体的冷面上），形成铜钢复合冷却壁。孔道通常同时穿过铜板和钢板，即冷却水通道的内壁一部分在铜板的外侧面上，冷却水通道的内壁另一部分在钢板的内侧面上，从而使铜板和钢板均能够与冷却水直接接触，增强冷却效果。

优选上述铜板和钢板均为轧制板或锻压板。上述铜板的材料可以是铜或铜合金，优先选用无氧铜。上述钢板的材料可以是碳钢、锅炉钢或不锈钢。

更优选方案中，上述孔道的截面形状为圆形，或者是由多个依次相交的圆形成的复合形状。复合形状孔道与单圆孔道相比，在不减少截面积的情况下，可以增加传热面积，增强冷却能力，而在冷却能力相同的情况下，可以减小孔径，相应地可以减薄本体，降低成本。由于采用铜钢复合板材，在相同厚度的前提下与铜冷却壁相比，铜钢复合冷却壁可以减少铜重量，节省成本，另外冷面采用钢板可以提高冷却壁的强度，一定程度上延缓变形，延长冷却壁使用寿命。

作为上述第三种优选方案的进一步改进，上述铜钢复合冷却壁本体的热面上设有第二钢板，第二钢板覆盖铜钢复合冷却壁本体的热面除凹槽开口之外的部位。这样，形成中间铜板、内外都是钢板的复合结构，冷却壁的热面更加耐磨，冷却壁使用寿命更长。

本实用新型的冷却壁应用于钛渣冶炼炉，耐火材料设置在冷却壁的热面上，冷却壁和耐火材料共同作为炉衬保护，在钛渣冶炼炉运行的过程中，通过冷却循环水能够快速把冷却壁及冷却壁热面上的耐火砖上的热量带走，加快耐火砖外侧生成渣皮形成保护层，有效提高耐火砖的使用寿命，减少停留检修频率，有利于钛渣冶炼炉长时间正常运行，提高生产效率。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例1的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本实用新型优选实施例2的结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是图4的俯视图；

图7是本实用新型优选实施例3的结构示意图；

图8是图7的左视图；

图9是图7的俯视图。

具体实施方式

实施例1

如图1-图3所示，这种钛渣冶炼炉用冷却壁包括冷却壁本体1，冷却壁本体1中设有至少一个冷却水通道2（本实施例设有一个冷却水通道），每个冷却水通道2分别对应一个进水管3和一个出水管4，进水管3和出水管4均处在冷却壁本体1的冷面11上，进水管3、出水管4分别与对应的冷却水通道2的进水端、出水端连通，冷却壁本体1的热面12上设有至少一个凹槽。冷却壁本体1的热面12，是指工作时冷却壁本体1朝向钛渣冶炼炉炉腔的一面；冷却壁本体1的冷面11，是指工作时冷却壁本体1背向钛渣冶炼炉炉腔的一面。

本实施例中，冷却壁本体1的热面12上设有多个凹槽5，凹槽5为横向延伸的条形槽（本实施例中为燕尾槽），各凹槽5自上至下依次排列。耐火材料可镶嵌到各凹槽5中，凹槽5既可以起到固定耐火材料的作用，又可增加冷却壁本体与耐火材料的换热面积。

本实施例中，冷却壁本体1的冷面11上设有多个用于安装热电偶的热电偶孔6。各热电偶孔6设于冷却壁本体冷面上不同的位置，安装上热电偶后可检测冷却壁本体各处的温度，以监控冷却壁是否正常运行。

本实施例中，冷却壁本体1的冷面11上设有多个螺孔7。螺孔7中可安装螺栓，用于将冷却壁本体安装在钛渣冶炼炉的炉壳上并锁紧。

本实施例中，冷却壁本体1的冷面11上设有定位销孔8，定位销孔8用于限定冷却壁在钛渣冶炼炉中的位置。将冷却壁本体安装在钛渣冶炼炉的炉壳上时，可在炉壳上设置定位销，定位销插入定位销孔中。

本实施例中，冷却壁本体1的热面12、冷面11均为弧面。

本实施例的冷却壁为埋管铸造式铜冷却壁。本实施例中，冷却壁本体1为铜冷却壁本体，铜冷却壁本体采用铜或铜合金铸造而成，冷却水通道2由包埋在铜冷却壁本体中的铜管21构成，铜管21两端伸出至铜冷却壁本体冷面的部分分别构成进水管3、出水管4。铸造前在模具内预先放置弯曲好的铜管（根据设计的冷却水通道数量，将相应数量的铜管放置在所需位置），浇铸后铜冷却壁本体将铜管包埋（仅留出铜管两端处在铜冷却壁本体外面）；一个铜管在铜冷却壁本体1内形成一条冷却水通道2，铜管的两端伸出铜冷却壁本体冷面的部分作为进水管3、出水管4。用于铸造铜冷却壁本体的材料可以是铜或铜合金，优先选用无氧铜。铜管可以是圆管或扁管。

本实施例的冷却壁应用于钛渣冶炼炉时，在冷却壁本体1的热面12上安装耐火材料（如氧化铬铝浇注料或砖），耐火材料镶至凹槽5中，冷却壁和耐火材料共同作为炉衬保护。钛渣冶炼炉工作时，经进水管3持续向冷却水通道2中通入冷却水，冷却水流经冷却水通道2时带走冷却壁本体1及耐火材料上的热量，使冷却壁本体1和耐火材料得以充分降温，之后冷却水从出水管4流出。

以下为本实施例的埋管铸造式铜冷却壁应用于钛渣冶炼炉时，与现有技术的性能对比：

1、假定炉内工况温度为1800℃，在设定相同参数的情况下，现针对钛渣炉炉衬用耐火材料和铜冷却壁镶耐火材料两种结构进行热模拟分析对比：

假如炉衬仅用耐火材料保护，在1800℃的高温条件下，耐火材料自身的温度热面高温区域在1663℃左右，如此高的温度对耐火材料的烧损侵蚀的速度非常快，耐火材料的使用寿命会比较短，生产成本非常高。

假如炉衬仅用光面铸铁冷却壁加耐火材料保护，在1800℃的高温条件下，光面铸铁冷却壁热面高温区域为666.7℃左右，基本没办法给耐火砖进行冷却降温，而耐火材料自身的温度热面高温区域在1389℃左右，如此高的温度对耐火材料的烧损侵蚀的速度非常快，耐火材料的使用寿命会比较短，生产成本非常高。

假如炉衬用镶耐火材料的埋管铸造式铜冷却壁保护，在1800℃的高温条件下，埋管铸造式铜冷却壁的热面温度仅为113℃左右，埋管铸造式铜冷却壁的使用比较安全；耐火材料自身的温度热面高温区域在1260℃以内，对比仅用耐火材料或者光面铸铁冷却壁加耐火材料的情况，热面高温区域1660℃和1389℃，埋管铸造式铜冷却壁将耐火材料的温度降低了400℃和130℃左右，大大提高了耐火材料的使用寿命，即埋管铸造式铜冷却壁保护了耐火材料的使用性能。

2、假如钛渣炉经过长时间持续运行导致镶在铸铁水冷壁和铜水冷壁里的耐火材料被完全侵蚀的情况下，在同等工况条件下对无耐火材料的铜水冷壁进行热模拟：

当耐火材料被完全侵蚀的情况下，在1800℃的高温条件下，光面铸铁冷却壁的冷面主区域温度675℃左右，热面高温区域为1058℃左右，在该温度下，已接近铸铁的熔点，铸铁冷却壁会很快被冲刷烧损掉，无法保障钛渣炉的正常运行。

即使耐火材料被完全侵蚀的情况下，在1800℃的高温条件下，埋管铸造式铜冷却壁的冷面温度214℃左右，热面高温主区域仅为290℃左右，仍然在埋管铸造式铜冷却壁的安全使用温度以内，而且热面也容易形成钛渣皮形成保护层，可以保证钛渣炉的正常运行。

实施例2

本实施例的冷却壁为锻造钻孔式铜冷却壁。如图4-图6所示，本实施例中，冷却壁本体1为铜冷却壁本体，铜冷却壁本体由整体锻压铜板（或整体轧制铜板）构成，冷却水通道2由经机械加工形成在铜板内部的孔道22连接而成。采用整体锻压的铜板作为铜冷却壁本体，经过机械加工（如钻孔）在其上面形成孔道22（必要时在孔道22中安装水道堵头23），这些孔道22相互连通形成冷却水通道2（根据设计的冷却水通道数量和布局，可连通形成一个或多个冷却水通道）；再经弯板使铜冷却壁本体1具有所需的弧度，然后安装上进水管3、出水管4（可通过焊接将进水管、出水管固定在铜冷却壁本体的冷面上），形成铜冷却壁。

上述整体锻压铜板（或整体轧制铜板）的材料可以是铜或铜合金，优先选用无氧铜。

孔道22的截面形状为圆形，或者是由多个依次相交的圆形成的复合形状（例如由两个相交的圆形成的复合形状）。

本实施例的凹槽5、热电偶孔6、螺孔7、定位销孔8等其余结构与实施例1相同。

实施例3

本实施例的冷却壁为铜钢复合冷却壁。如图7-图9所示，本实施例中，冷却壁本体1为铜钢复合冷却壁本体，铜钢复合冷却壁本体包括钢板14和铜板13，铜板13处在钢板14内侧，铜板13的外侧面与钢板14的内侧面紧密接合，铜板13的内侧面构成铜钢复合冷却壁本体的热面，钢板14的外侧面构成铜钢复合冷却壁本体的冷面；冷却水通道2由经机械加工形成在铜钢复合冷却壁本体内部的孔道22连接而成。由平铜板和平钢板经过焊接或浇铸等工艺制作而成的铜钢复合板作为铜钢复合冷却壁本体，经过机械加工（如钻孔）在其上面形成孔道22（必要时在孔道中安装水道堵头23），这些孔道依次连通形成冷却水通道2；再经弯板使铜钢复合冷却壁本体具有所需的弧度，然后安装上进水管3、出水管4（可通过焊接将进水管、出水管固定在铜钢复合冷却壁本体的冷面上），形成铜钢复合冷却壁。孔道22同时穿过铜板13和钢板14，即冷却水通道2的内壁一部分在铜板13的外侧面上，冷却水通道2的内壁另一部分在钢板14的内侧面上，从而使铜板和钢板均能够与冷却水直接接触，增强冷却效果。

铜板13和钢板14均为轧制板或锻压板。铜板13的材料可以是铜或铜合金，优先选用无氧铜。钢板14的材料可以是碳钢、锅炉钢或不锈钢。

本实施例中孔道的设置与实施例2相同。本实施例的凹槽5、热电偶孔6、螺孔7、定位销孔8等其余结构与实施例1相同。

作为上述实施例3的进一步改进，铜钢复合冷却壁本体的热面上可设有第二钢板，第二钢板覆盖铜钢复合冷却壁本体的热面除凹槽开口之外的部位。这样，形成中间铜板、内外都是钢板的复合结构，冷却壁的热面更加耐磨，使冷却壁使用寿命更长。

其他实施方式中，冷却壁本体的热面、冷面也可以均为平面。

Claims (6)

1.一种钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征在于包括冷却壁本体，冷却壁本体中设有至少一个冷却水通道，每个冷却水通道分别对应一个进水管和一个出水管，进水管和出水管均处在冷却壁本体的冷面上，进水管、出水管分别与对应的冷却水通道的进水端、出水端连通，冷却壁本体的热面上设有至少一个凹槽；

所述冷却壁本体为铜冷却壁本体或铜钢复合冷却壁本体；

所述铜冷却壁本体由整体锻压铜板或整体轧制铜板构成，冷却水通道由经机械加工形成在铜板内部的孔道连接而成；

所述铜钢复合冷却壁本体包括钢板和铜板，铜板处在钢板内侧，铜板的外侧面与钢板的内侧面紧密接合，铜板的内侧面构成铜钢复合冷却壁本体的热面，钢板的外侧面构成铜钢复合冷却壁本体的冷面；冷却水通道由经机械加工形成在铜钢复合冷却壁本体内部的孔道连接而成；所述铜板和钢板均为轧制板或锻压板。

2.根据权利要求1所述的钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征是：所述冷却壁本体的热面上设有多个凹槽，凹槽为横向延伸的条形槽，各凹槽自上至下依次排列。

3.根据权利要求2所述的钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征是：所述条形槽为燕尾槽。

4.根据权利要求1所述的钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征是：所述冷却壁本体的冷面上设有多个用于安装热电偶的热电偶孔；冷却壁本体的冷面上设有多个螺孔；冷却壁本体的冷面上设有定位销孔。

5.根据权利要求1所述的钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征是：所述整体锻压铜板或整体轧制铜板的材料是铜或铜合金；所述孔道的截面形状为圆形，或者是由多个依次相交的圆形成的复合形状。

6.根据权利要求1所述的钛渣冶炼炉用冷却壁，其特征是：所述铜板的材料是铜或铜合金；钢板的材料是碳钢、锅炉钢或不锈钢；孔道的截面形状为圆形，或者是由多个依次相交的圆形成的复合形状；所述铜钢复合冷却壁本体的热面上设有第二钢板，第二钢板覆盖铜钢复合冷却壁本体的热面除凹槽开口之外的部位。

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