CN214496368U - 一种铜钢复合冷却壁 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高炉炉体冷却技术领域，公开了一种可提高冷却壁的整体结构强度和使用寿命的铜钢复合冷却壁。本实用新型的铜钢复合冷却壁包括：由铜制成的第一冷却壁、由钢制成的第二冷却壁以及固定连接两者的连接结构，第一冷却壁内沿竖直方向形成有若干个间隔且平行设置的冷却通道，第一冷却壁的朝向高炉内部的第一壁面形成为热面，另一侧的第二壁面与第二冷却壁的第三壁面形成贴附；第二冷却壁的第三壁面贴附连接在第二壁面上，第二冷却壁的用于与高炉连接固定的第四壁面形成为冷面；连接结构包括：沿竖直方向形成在第二壁面上的位于相邻的冷却通道之间的凹槽结构；和形状与凹槽结构相适配，并用于与凹槽结构形成插接配合凸条结构。

Description

一种铜钢复合冷却壁

技术领域

本实用新型属于炼铁高炉炉体冷却设备技术领域，具体涉及一种铜钢复合冷却壁。

背景技术

当前全球钢铁生产中，高炉是一种用于炼铁的重要设备，其包括：钢板制成的炉壁；炉壁的内周壁上贴合固定有高炉冷却设备，高炉冷却设备由多个冷却壁砌设形成，其工作原理是：通过冷却壁内流通冷却介质以将高炉内传递出的热量顺畅地导出，避免高温热流直接抵达炉壁。冷却壁作为高炉的传递热量的设备对高炉的使用寿命起着至关重要的作用。

由于金属铜优良的导热性能，铜冷却壁作为一种新型的高炉冷却设备，可以有效地减少高炉炉窑内因温度过高而导致冷却壁熔融烧损的情况发生，在现代国内外高炉中已被广泛应用于高炉炉身下部、炉腰及炉腹等需要强冷却区域。但在实际使用中发现铜冷却壁具有金属强度低的缺陷，即以铜为材料制成的铜冷却壁的整体强度比铸铁冷却壁和铸钢冷却壁低很多，尤其是，铜冷却壁上开设的用于与高炉炉壁固定的孔的位置处为性能薄弱点，该处易应力变形；而铜冷却壁的其他位置也会在长期使用中积累变形，影响铜冷却壁的使用寿命。

实用新型内容

为了提高冷却壁的整体结构强度和使用寿命，本实用新型提出了一种铜钢复合冷却壁。

根据本实用新型的铜钢复合冷却壁，包括：第一冷却壁、第二冷却壁以及连接结构，第一冷却壁内沿竖直方向形成有若干个冷却通道，各冷却通道间隔且平行设置，第一冷却壁包括朝向高炉内部的第一壁面和与第一壁面相对的第二壁面，第一壁面形成为铜钢复合冷却壁的热面；第二冷却壁贴附连接在第二壁面上，第二冷却壁包括与第二壁面形成贴附的第三壁面和与第三壁面相对的第四壁面，第四壁面用于与高炉的炉壁进行连接，且形成为铜钢复合冷却壁的冷面连接结构用于连接固定第一冷却壁和第二冷却壁；第一冷却壁的材料为铜，第二冷却壁的材料为钢，连接结构包括：沿竖直方向形成在第二壁面上的凹槽结构，凹槽结构位于相邻的冷却通道之间；和沿竖直方向形成在第三壁面上的凸条结构，凸条结构的形状与凹槽结构相适配，并用于与凹槽结构形成插接配合。

进一步地，第二壁面上沿竖直方向间隔且平行形成有多个凹槽结构，第三壁面上沿竖直方向间隔且平行形成有多个与各凹槽结构均形成插接配合的凸条结构，其中，各凹槽结构分别位于相邻的冷却通道之间。

进一步地，凹槽结构包括沿第一冷却壁的长度方向平行且相对的第一侧面和第二侧面，第一侧面、第二侧面与冷却通道之间的距离均大于等于30mm。

进一步地，第一冷却壁上还形成有若干沉孔，第二冷却壁上还形成有若干与沉孔径向尺寸相同的通孔，沉孔与通孔共同形成用于插入外部固定部件以连接第一冷却壁与第二冷却壁的连接孔，其中，第二壁面上形成有与沉孔同轴的圆形凹槽，第三壁面上与沉孔相对应的位置上形成有与圆形凹槽相适配的环状凸起，环状凸起用于与圆形凹槽形成插接配合。

进一步地，第一冷却壁和第二冷却壁均构造为板状本体，凹槽结构和圆形凹槽形成在第一冷却壁的板状本体上，凸条结构和环状凸起一体成型在第二冷却壁的板状本体上，其中，第二冷却壁的板状本体的厚度与第一冷却壁的板状本体的厚度的比值范围为1:2-2:1。

进一步地，第二冷却壁的板状本体的外形尺寸与第一冷却壁的板状本体的外形尺寸相同。

进一步地，第二冷却壁还包括与第二冷却壁的板状本体的周向的边缘垂直连接的包覆立壁，第二冷却壁的板状本体和包覆立壁共同形成包覆腔体，第一冷却壁贴合设置在包覆腔体内。

进一步地，第一冷却壁与第二冷却壁通过复合工艺固定连接。

进一步地，第一壁面上形成有若干用于与耐火材料连接的镶砖槽。

进一步地，若干个镶砖槽设置成沿第一冷却壁的高度方向间隔设置，镶砖槽设置成燕尾槽、直型槽、迷宫槽、榫卯槽、凹凸槽中的一种或多种。

与现有技术相比，本实用新型的铜钢复合冷却壁：

1)由于设置有与高炉的内部相对的第一冷却壁，且第一冷却壁采用具有良好导热性能的铜材料制成，可有效减少高炉内部因温度过高而导致冷却壁熔融烧损的情况发生；由于铜材料的金属强度较软，因此在长时间的使用中容易变形，与第一冷却壁贴附的第二冷却壁由于采用具有较高金属强度的铁材料制成，可对金属强度较软的第一冷却壁进行加固，在不增加甚至减小第一冷却壁厚度的前提下使得铜钢冷却壁兼具良好的导热性能和较高的金属强度，提高其使用寿命，并具有较高的经济性；

2)通过设置连接结构包括形成在第一冷却壁上的凹槽结构和形成在第二冷却壁上的与凹槽结构插接配合的凸条结构一方面可增大第一冷却壁与第二冷却壁的用于连接的接触面积，提高其连接强度；另一方面，凹槽结构与凸条结构之间插接形成形状配合的方式可使第一冷却壁与第二冷却壁连接更加稳固。

附图说明

图1为根据本实用新型第一实施例的铜钢复合冷却壁的主视图；

图2为图1所示的铜钢复合冷却壁的侧视图；

图3为图1所示的铜钢复合冷却壁的A-A处剖视图；

图4为图1所示的铜钢复合冷却壁的B-B处剖视图；

图5为图4所示的铜钢复合冷却壁的D处结构放大图；

图6为图1所示的铜钢复合冷却壁的C-C处剖视图；

图7为根据本实用新型第二实施例的铜钢复合冷却壁的后视图，其中未示出冷却通道；

图8为图7所示的铜钢复合冷却壁的侧视图，其中未示出冷却通道。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的铜钢复合冷却壁做进一步详细的描述。

图1-图8示出了根据本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100的结构，其中图1-图6示出了根据本实用新型第一实施例的铜钢复合冷却壁10的结构，图7-图8示出了根据本实用新型第二实施例的铜钢复合冷却壁100的结构。如图1-图8所示，本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100包括：第一冷却壁1、第二冷却壁2以及连接结构3(如图3所示)，第一冷却壁1内沿竖直方向H形成有若干个冷却通道13(如图3所示)，各冷却通道13间隔且平行设置，第一冷却壁1包括朝向高炉内部的第一壁面11和与第一壁面11相对的第二壁面12，第一壁面11形成为铜钢复合冷却壁100的热面；第二冷却壁2贴附连接在第二壁面12上，第二冷却壁2包括与第二壁面12形成贴附的第三壁面23和与第三壁面23相对的第四壁面24，第四壁面24用于与高炉的炉壁进行连接，且形成为铜钢复合冷却壁100的冷面；连接结构3用于连接固定第一冷却壁和1第二冷却壁2；其中，第一冷却壁1的材料为铜，第二冷却壁2的材料为钢，连接结构3包括：沿竖直方向H形成在第二壁面12上的凹槽结构31，凹槽结构31位于相邻的冷却通道13之间；和沿竖直方向H形成在第三壁面23上的凸条结构32，凸条结构32的形状与凹槽结构31相适配，并用于与凹槽结31构形成插接配合。

本实用新型实施例中提到的“冷却通道13”是指设置在第一冷却壁1内部的用于流通冷却介质的通道，结合图2、图3，冷却通道13可包括主通道131、进水管道132和出水管道133，其中，主管道131沿竖直方向H设置在第一冷却壁1的内部，进水管道132、出水管道133的一端分别连通主通道131的两端，另一端均从第二冷却壁2的冷面穿出，例如水等冷却介质可从进水管道132进入，依次经主通道131和出水管道133流出，在该冷却介质的流动过程中，冷却介质对第一冷却壁1和与第一冷却壁1贴附的第二冷却壁2进行降温。

本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100在使用时，第一冷却壁1与第二冷却壁2通过连接结构3插接配合以连接两者，从冷面穿出的进水管道132和出水管道133可通过波纹伸缩节或密封罩与高炉的炉壁密封固定连接，其中，第一冷却壁1的热面与高炉内部相对，高炉内部进行炼铁等工艺过程时产生高温环境，使得铜钢复合冷却壁100的温度升高。通过向冷却通道13内注入水等冷却介质，可对铜钢复合冷却壁100进行降温。这里所说的第一冷却壁1与第二冷却壁2之间除了通过连接结构3进行连接之外，还可通过复合工艺(下文中有详细说明)进行连接。

本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100由于设置有与高炉的内部相对的第一冷却壁1，且第一冷却壁1采用具有良好导热性能的铜材料制成，可有效减少高炉内部因温度过高而导致冷却壁熔融烧损的情况发生；由于铜材料的金属强度较软，因此在长时间的使用中容易变形，与第一冷却壁1贴附的第二冷却壁2由于采用具有较高金属强度的铁材料制成，可对金属强度较软的第一冷却壁1进行加固，在不增加甚至减小第一冷却壁1厚度的前提下使得铜钢冷却壁100兼具良好的导热性能和较高的金属强度，提高其使用寿命，并具有较高的经济性；通过设置连接结构3包括形成在第一冷却壁1上的凹槽结构31和形成在第二冷却壁2上的与凹槽结构31插接配合的凸条结构32一方面可增大第一冷却壁1与第二冷却壁2的用于连接的接触面积，提高其连接强度；另一方面，凹槽结构31与凸条结构32之间插接形成形状配合的方式可使第一冷却壁1与第二冷却壁2连接更加稳固。

结合图1、图3所示，根据本实用新型实施例的铜钢冷却壁100，第二壁面12上沿竖直方向H可间隔且平行形成有多个凹槽结构31，第三壁面23上沿竖直方向H可间隔且平行形成有多个与各凹槽结构31均形成插接配合的凸条结构32，其中，各凹槽结构31可分别位于相邻的冷却通道13之间。

由于冷却通道13设置为一个贯穿第一冷却壁1内部的通道，主通道131通过去除材料的方式形成，因此，第一冷却壁1的冷却通道13所在位置为第一冷却壁1的结构强度薄弱位置。通过上述设置，使得与凹槽结构31插接的凸条结构32也对应设置在相邻的冷却通道13之间，在同一冷却通道13的两侧分别形成凹槽结构31和位于对应凹槽结构31内的凸条结构32，凸条结构32对冷却通道13的两侧结构进行加固，减小冷却通道13对第一冷却壁1的强度削弱的影响。

如图3所示，凹槽结构31可包括沿第一冷却壁1的长度方向L平行且相对的第一侧面311和第二侧面312，第一侧面311、第二侧面312与冷却通道13之间的距离a、b均大于等于30mm。

上文已说明冷却通道13对第一冷却壁1的强度削弱产生的原因，在此不再赘述，通过上述设置，可使凹槽结构31的第一侧壁311与第二侧壁312分别与冷却通道13(主通道131)之间保持一定距离a、b，该距离a、b实质上可确保了冷却通道13所在位置的边缘的第一冷却壁1形成为具有一定厚度的实体结构，使得第一冷却壁1的结构强度满足使用要求，进而确保第一冷却壁1具有更长的使用寿命。

结合图4、图5所示，第一冷却壁上1还可形成有若干沉孔14，第二冷却壁2上还可形成有若干与沉孔14径向尺寸相同的通孔232，沉孔14与通孔232共同形成用于插入外部固定部件以连接第一冷却壁1与第二冷却壁2的连接孔，其中，第二壁面12上可形成有与沉孔14同轴的圆形凹槽121，第三壁面23上与沉孔14相对应的位置上可形成有与圆形凹槽121相适配的环状凸起231，环状凸起231用于与圆形凹槽121形成插接配合。

本实用新型实施例中提到的“外部固定部件”可设置成螺栓等。本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100可通过连接结构3和复合工艺连接并固定第一冷却壁1和第二冷却壁2，此时可以不用设置沉孔14、圆形凹槽121、环状凸起231以及通孔232；本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100还可通过连接结构3、复合工艺、以及外部固定部件连接并固定第一冷却壁1和第二冷却壁2，此时：1)可以设置上述的沉孔14、圆形凹槽121、环状凸起231以及通孔232；或者，2)可以只设置沉孔14和通孔232以形成用于穿入外部固定部件的连接孔。

本实用新型实施例中提到的“沉孔14”可设置在第一冷却壁1的各个部位且与冷却通道13不干涉。

本实用新型实施例中设置的连接孔可使外部的固定部件穿入以连接并固定第一冷却壁1和第二冷却壁2，第一冷却壁1和第二冷却壁2的连接更加稳固。需要说明的是，由于铜材料的金属强度较低，因此第一冷却壁1的沉孔14处在长时间的使用过程中容易变形，本实用新型实施例通过在第一冷却壁1上设置圆形凹槽121、在第二冷却壁2的与第一冷却壁1相对的第三壁面23上设置与圆形凹槽121插接配合的环状凸起231，使得环状凸起231对容易出现变形的沉孔14的边缘进行加固，避免沉孔14在长时间的使用中变形。应该理解的是，环状凸起231也由钢材料制成。

根据本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100，如图3所示，第一冷却壁1和第二冷却壁2均可构造为板状本体，凹槽结构31和圆形凹槽121形成在第一冷却壁1的板状本体上，凸条结构32和环状凸起231一体成型在第二冷却壁2的板状本体上，其中，第二冷却壁2的板状本体的厚度d与第一冷却壁1的板状本体的厚度c的比值范围为1:2-2:1。第一冷却壁1的板状本体的厚度c与铜钢复合冷却壁100的导热性能成正比，第二冷却壁2的板状本体的厚度d与铜钢复合冷却壁100的结构强度成正比。通过该设置，使得铜钢复合冷却壁100兼具良好的导热性能与较高的结构强度。

优选地，第二冷却壁2的板状本体的厚度d与第一冷却壁1的板状本体的厚度c的比值为1:1。

在如图1-图6所示的第一实施例中，第二冷却壁2的板状本体的外形尺寸与第一冷却壁1的板状本体的外形尺寸相同。通过该设置，使得第一冷却壁1与第二冷却壁2连接固定后的外轮廓一致，第一冷却壁1能够充分对铜钢复合冷却壁100的各个位置进行降温，第二冷却壁2能够充分地对第一冷却壁1的各个位置进行加固。

在如图7、图8所示的第二实施例中，第二冷却壁2还可包括与第二冷却壁2的板状本体的周向的边缘垂直连接的包覆立壁25，第二冷却壁2的板状本体和包覆立壁25共同形成包覆腔体251，第一冷却壁1可贴合设置在包覆腔体251内。通过在第二冷却壁2的板状本体的周向边缘形成包覆立壁25，使得第一冷却壁1的边缘能够被包覆立壁25支撑和加固，避免第一冷却壁1在长时间的使用后边缘产生变形。应该理解的是“包覆立壁25”也由钢材料制成。

本实用新型的第二实施例与第一实施例的区别在于第二实施例的第二冷却壁2的板状本体的周向边缘形成有包覆立壁25。第二实施例也可设置有上述的沉孔14、圆形凹槽121、环状凸起231以及通孔232。本实用新型的第二实施例也设置有与第一实施例结构相同的冷却通道，只是在图7、图8中未示出该冷却通道。

根据本实用新型实施例的铜钢复合冷却壁100，第一冷却壁1与第二冷却壁2可通过复合工艺固定连接。

本实用新型实施例中提到的“复合工艺”应理解为将由两种不同材质制成的结构进行固定连接时采用的工艺。“复合工艺”可具体设置成复合铸造、特种焊接、轧制等。

如图2、图7所示，第一壁面11上可形成有若干用于与耐火材料连接的镶砖槽111。通过该设置，使得第一壁面11上的镶砖槽111内可设置耐火材料，避免第一冷却壁1的热面熔融，提高铜钢复合冷却壁100的使用寿命。

优选地，若干个镶砖槽111可设置成沿第一冷却壁1的高度方向(与竖直方向H一致)间隔设置，镶砖槽111可设置成燕尾槽、直型槽、迷宫槽、榫卯槽、凹凸槽中的一种或多种。通过该设置，使得镶砖槽111与耐火材料的连接更加稳固。

如图1所示，本实用新型实施例(包括第一实施例和第二实施例)的铜钢复合冷却壁100上还可设置有用于插入热电偶以测量铜钢复合冷却壁100温度的热电偶孔41、用于定位铜钢复合冷却壁100位置的定位销孔43。本实用新型实施例的第一冷却壁1和第二冷却壁2均可设置成图3所示的平板结构，还可设置成弧形板结构。本实用新型实施例的“冷却通道13”的截面形状可设置成圆孔、方孔或椭圆孔中的一者或多者。

优选地，冷却通道13可设置成如图3所示的复合孔，即多个圆孔、方孔或椭圆孔部分重合形成的孔。

本实用新型实施例中提到的“铜材料”应该理解为包含金属铜的材料，可以设置成纯铜、铜合金等；“铁材料”应该理解为包含金属铁的材料，可以设置成铸铁、铸钢等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种铜钢复合冷却壁，其特征在于，包括：

第一冷却壁，所述第一冷却壁内沿竖直方向形成有若干个冷却通道，各所述冷却通道间隔且平行设置，所述第一冷却壁包括朝向高炉内部的第一壁面和与所述第一壁面相对的第二壁面，所述第一壁面形成为所述铜钢复合冷却壁的热面；

第二冷却壁，所述第二冷却壁贴附连接在所述第二壁面上，所述第二冷却壁包括与所述第二壁面形成贴附的第三壁面和与所述第三壁面相对的第四壁面，所述第四壁面用于与高炉的炉壁进行连接，且形成为所述铜钢复合冷却壁的冷面；以及

连接结构，所述连接结构用于连接固定所述第一冷却壁和所述第二冷却壁；

其中，所述第一冷却壁的材料为铜，所述第二冷却壁的材料为钢，所述连接结构包括：沿竖直方向形成在所述第二壁面上的凹槽结构，所述凹槽结构位于相邻的所述冷却通道之间；和沿竖直方向形成在所述第三壁面上的凸条结构，所述凸条结构的形状与所述凹槽结构相适配，并用于与所述凹槽结构形成插接配合。

2.根据权利要求1所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述第二壁面上沿竖直方向间隔且平行形成有多个所述凹槽结构，所述第三壁面上沿竖直方向间隔且平行形成有多个与各所述凹槽结构均形成插接配合的所述凸条结构，其中，各所述凹槽结构分别位于相邻的所述冷却通道之间。

3.根据权利要求2所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述凹槽结构包括沿所述第一冷却壁的长度方向平行且相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面、所述第二侧面与所述冷却通道之间的距离均大于等于30mm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述第一冷却壁上还形成有若干沉孔，所述第二冷却壁上还形成有若干与所述沉孔径向尺寸相同的通孔，所述沉孔与所述通孔共同形成用于插入外部固定部件以连接所述第一冷却壁与所述第二冷却壁的连接孔，其中，所述第二壁面上形成有与所述沉孔同轴的圆形凹槽，所述第三壁面上与所述沉孔相对应的位置上形成有与所述圆形凹槽相适配的环状凸起，所述环状凸起用于与所述圆形凹槽形成插接配合。

5.根据权利要求4所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述第一冷却壁和所述第二冷却壁均构造为板状本体，所述凹槽结构和所述圆形凹槽形成在所述第一冷却壁的所述板状本体上，所述凸条结构和所述环状凸起一体成型在所述第二冷却壁的所述板状本体上，其中，所述第二冷却壁的板状本体的厚度与所述第一冷却壁的板状本体的厚度的比值范围为1:2-2:1。

6.根据权利要求5所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述第二冷却壁的板状本体的外形尺寸与所述第一冷却壁的板状本体的外形尺寸相同。

7.根据权利要求5所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述第二冷却壁还包括与所述第二冷却壁的板状本体的周向的边缘垂直连接的包覆立壁，所述第二冷却壁的板状本体和所述包覆立壁共同形成包覆腔体，所述第一冷却壁贴合设置在所述包覆腔体内。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述第一冷却壁与所述第二冷却壁通过复合工艺固定连接。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述第一壁面上形成有若干用于与耐火材料连接的镶砖槽。

10.根据权利要求9所述的铜钢复合冷却壁，其特征在于，若干个所述镶砖槽设置成沿所述第一冷却壁的高度方向间隔设置，所述镶砖槽设置成燕尾槽、直型槽、迷宫槽、榫卯槽、凹凸槽中的一种或多种。

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