CN220166215U - 轧制铜钢复合冷却壁 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种轧制铜钢复合冷却壁，包括：轧制的铜钢复合冷却壁主体，其包括热面的铜层和冷面的钢层；位于所述轧制的铜钢复合冷却壁主体上的水道槽，所述水道槽的槽底为金属铜，所述水道槽的槽壁一部分为金属铜而一部分为金属钢；水道盖，其覆盖在所述水道槽上；以及进水口和出水口，其都焊接在所述水道盖上；其中，冷却水从所述进水口进入所述水道槽，从所述出水口流出所述水道槽。本申请可实现通过轧制工艺连续化、自动化地生产铜钢复合板材，提升铜钢复合冷却壁的生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及高炉冷却设备技术领域，具体涉及一种用于高炉的冷却装置，特别涉及一种轧制铜钢复合冷却壁。
背景技术
高炉一般都是以钢板做炉壳，并在壳内砌耐火砖内衬，为便于将高炉内的传递的热量顺畅的导出，在炉壳和耐火砖内衬之间需要设置冷却壁来传导热量。冷却壁常常应用于高炉炉腹、炉腰和炉身下部等部位，而在高炉的这些部位中炉内环境最为复杂恶劣，容易对冷却壁造成磨损和变形，导致冷却壁损坏。
现有的金属复合材料的复合方法有爆炸复合法，浇铸复合法等。爆炸复合法利用炸药作能源，在炸药的高速引爆和冲击作用下将不同金属大面积焊接在一起。浇铸复合法是将基体金属进行表面预处理并预热到一定温度，然后将其浸入装满复层金属液的铸模型腔中，或是将基体金属放入铸模型腔中，然后向铸模型腔浇铸复层金属液，液态金属凝固冷却后形成复合材料。但是，上述方法制备复合材料的速度受限，无法连续化和自动化生产，因此，成本仍然较高。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种轧制铜钢复合冷却壁，包括：轧制的铜钢复合冷却壁主体，其包括热面的铜层和冷面的钢层；位于所述轧制的铜钢复合冷却壁主体上的水道槽，所述水道槽的槽底为金属铜，所述水道槽的槽壁一部分为金属铜而一部分为金属钢；水道盖，其覆盖在所述水道槽上；以及进水口和出水口，其都焊接在所述水道盖上；其中，冷却水从所述进水口进入所述水道槽，从所述出水口流出所述水道槽。
可选地，根据本申请的实施例，所述轧制的铜钢复合冷却壁主体中铜层的厚度为大约40-80mm，钢层的厚度为大约10-30mm，轧制铜钢扩散区的厚度为大约1.5μm-20μm。
可选地，根据本申请的实施例，所述轧制的铜钢复合冷却壁主体中铜层的厚度为大约40-60mm，钢层的厚度为大约10-20mm，所述铜层与所述钢层之间的轧制铜钢扩散区的厚度为大约5-15μm。
可选地，根据本申请的实施例，所述铜层之上包括金属铜的燕尾槽，所述燕尾槽的高度为大约25-50μm。
可选地，根据本申请的实施例，在所述燕尾槽的槽顶包括轧制铜钢复合的不锈钢层。
可选地，根据本申请的实施例，所述不锈钢层的厚度为3-15mm，所述不锈钢层与所述铜层之间的轧制铜钢扩散区的厚度为大约1.5-20μm。
可选地，根据本申请的实施例，进一步包括多个金属钢的冷却条，所述冷却条设置在所述铜层中或所述铜层上，所述冷却条包括穿透所述铜层的多个金属钢的固定杆，所述冷却条通过所述固定杆与所述钢层固定。
可选地，根据本申请的实施例，多个所述冷却条沿竖直方向设置在所述铜层中或所述铜层上，至少一个或多个所述冷却条沿水平方向设置在所述铜层中或所述铜层上。
可选地，根据本申请的实施例，多个所述冷却条相互连接形成网状。
可选地，根据本申请的实施例，进一步包括多个安装在所述铜层热面的耐火砖，其中至少部分耐火砖固定在所述冷却条上。
通过本申请实施例，利用轧制的铜钢复合板实现铜钢复合冷却壁。热轧复合法生产铜钢复合板能够实现连续化、自动化地生产，其成本在大规模生产后低于通过爆炸复合或者浇铸复合得到的铜钢复合板。由此，本实用新型的铜钢复合冷却壁的成本能够低于现有的铜钢复合冷却壁。并且，轧制复合不受环境因素影响，能够保证制作工期。
附图说明
下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
图1为根据本申请一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的示意图；
图2为根据本申请一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的爆炸图；
图3为根据本申请一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的侧视图；
图4为图3中A处铜钢扩散区的局部放大图；
图5是根据本发明的一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的主视图；
图6为图5中A处局部剖视图；
图7为根据本申请另一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的主视图；
图8为根据本申请又一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的主视图；
图9为根据本申请耐火砖以及耐火砖固定在冷却条上的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
以下通过具体的例子，对本申请实施例可采取的具体结构进行详细地描述。本领域技术人员应当理解，以下描述仅仅是为了方便对本申请技术方案的理解，并不应当用来限制本申请的保护范围。
图1为根据本申请一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的示意图，图2为根据本申请一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的爆炸图。如图1结合图2所示，轧制铜钢复合冷却壁100包括：经过热轧成型的铜钢复合主体，其包括铜层110和钢层120以及二者之间的扩散区(图1中未示出)。其中，热面的铜层110靠近于高炉内部，用于将高炉内传递的热量导出，冷面的钢层120用于增加冷却壁的强度，有利于提高冷却壁的使用寿命。
水道槽103位于所述轧制的铜钢复合冷却壁主体100上，水道槽103的槽底为金属铜，所述水道槽103的槽壁一部分为金属铜而一部分为金属钢。加工过程中，开设水道槽103时要穿过钢层120到达铜层110的内部，这样的目的是让冷却水接触铜层，利用铜的高导热性能更快地换走炉体上的热量，提高换热效率。水道槽103上还设有水道盖。水道盖覆盖在所述水道槽103上并与冷面的钢层120焊接，形成封闭水道。水道槽与水道盖相结合使冷却水沿封闭的水道流动，不会产生漏水。并且由于是在钢层120背面开槽，操作不受限制，不会出现因水流不规则流动导致的流通不畅等问题。
钢层120上还包括进水口101和出水口102，并分别与水道槽103的两端相通，可以用于容纳冷却水流通。在一些实施例中，进水口和出水口与水道的截面相适应，防止管道截面变化对冷却水的流速产生影响。在一些实施例中，进水口101和出水口102可以为异形进出水口，所述异形进出水口与水道槽连接部分的椭圆长轴直径大于其连接水管部分的直径。异形进出水口能够提高进出水口通水速率的上限，加强冷却壁的换热效率。
在本实施例中，使用了热轧制技术获得铜钢复合板，以用于后续的冷却壁制造。热轧复合可以降低轧制力，降低临界变形率，通过控制各层组元金属的加热温度，对复合阶段基体材料与覆体材料的协同变形有利。具体工艺包括如下步骤：将成卷的的铜板和钢板轧料开卷后进行表面处理，以达洁净、活化的状态；然后在预热区将铜板和钢板加热到一定温度后，在轧制区中采用第一道次大变形量结合多次小变形量，进行多道次的热轧制；然后在热处理区进行热处理，再经过矫直、切割，得到热轧的铜钢复合板。有关热轧铜钢复合板的相关技术可以参考陶华《热轧法生产铜钢复合板》，《上海金属：有色分册》1990年版。在该文章中，同样采用第一道次大变形量，并结合小变形量多道次的热轧复合工艺，成功制备出20mm*1600mm*40000mm的铜钢复合板。
在本实用新型的一些实施例中，铜钢复合主体中铜层的厚度可以是40mm-80mm；钢层的厚度为大约10-30mm。如图3结合图4所示，铜层与钢层之间包括轧制铜钢扩散区的厚度为大约1.5-20μm。在一个优选的实施例中，轧制的铜钢复合冷却壁主体中铜层的厚度为大约为40-60mm；钢层的厚度为大约为10-20mm；轧制铜钢扩散区的厚度为大约5-15μm。参考图3和图4，在本申请的一个具体铜钢复合板实例中，铜层的厚度d1是50mm，钢层的厚度d2为10mm，而测得的轧制铜钢扩散区的厚度Δd为大约10μm。
本申请中，利用轧制的铜钢复合板制造铜钢复合冷却壁。由于热轧复合法生产铜钢复合板能够实现连续化、自动化地生产，其成本在大规模生产后低于通过爆炸复合或者浇铸复合得到的铜钢复合板。由此，本实用新型的铜钢复合冷却壁的成本能够低于现有的铜钢复合冷却壁。并且，轧制复合不受环境因素影响，能够保证制作工期。
根据本申请的一个实施例，可选地，铜层110的上部还包括燕尾槽111，更加靠近高炉内部的一侧。燕尾槽111也是金属铜加工而成，如图3所示，其高度为d3大约25-50mm，。多条燕尾槽相互间隔一定距离，平行设置在铜层110靠近高炉内部一侧的表面上。燕尾槽111的槽顶是相邻两条燕尾槽之间的区域。
炉内环境最为复杂恶劣，容易对铜层110造成磨损和变形，导致冷却壁损坏。目前一般是在冷却壁的热面设置一层耐火材料内衬(例如耐火砖)，用来保护冷却壁。
如图2所示，根据本申请的实施例，可选地，燕尾槽111的槽顶还包括一层不锈钢层130。在一些实施例中，所述不锈钢层130的厚度为3-15mm。不锈钢层也是通过轧制与铜层复合。不锈钢层130与铜层110之间的轧制铜钢扩散区的厚度为大约1.5-20μm。
槽顶具有一定宽度，从而便于不锈钢层130与换热层110之间的连接，有利于加强二者之间的连接强度，提高冷却壁整体结构的稳定性。不锈钢层130可以有效地防止冷却壁的磨损和变形，起到耐磨的作用，有利于提高冷却壁抵抗炉内高温以及抵抗腐蚀的能力，提高冷却壁的使用寿命。
不锈钢层130也是通过轧制复合的工艺手段复合在铜板之上，通常在轧制完成的钢-铜-钢三层复合板后再开设燕尾槽，从而燕尾槽与耐磨层交错的设置在换热层的表面上，也可以说，燕尾槽贯穿不锈钢层130将其分割为多个部分。在一些实施例中，通过热轧工艺能够一次轧制即获得不锈钢-铜-钢的铜钢复合冷却壁主体，而且能够进行大规模生产，有利于进一步降低冷却壁的成本。
图5是根据本发明的一个实施例的轧制铜钢复合冷却壁的主视图，如图所示，轧制铜钢复合冷却壁，进一步包括多个金属钢的冷却条150。冷却条150设置在铜层110中或铜层110上。冷却条150包括穿透所述铜层110的多个金属钢的固定杆，并且通过所述固定杆与钢层120固定。在一些实施例中，固定杆可以是冷却条的延长部分进行弯折形成夹持的结构以夹持在钢层120上。
图6为图5中A处局部剖视图，冷却条内部可以设有冷却水道160，该水道160可以与进水口101和出水口102相连接，冷却水的流通可以不影响换热效率，起到导出炉体内热量和保护铜层的作用。
由于冷却壁在使用过程中会逐渐有渣皮挂在冷却壁上，随着重量的不断增大，冷却壁在纵向上受到的拉力也越来越大。利用冷却条150进行加固可以有效减少冷却壁在竖直方向上的变形。
根据本申请的实施例，可选地，多个冷却条沿竖直方向设置在所述铜层中或所述铜层上，至少一个或多个冷却条151沿水平方向设置在所述铜层中或所述铜层上。纵向上冷却壁受力更多，在一些实施例中，大多数冷却条设置在纵向上，如图5所示，以防止耐火砖和挂渣的重量引起的变形。少量冷却条151横向，防止水平方向上的变形，如图7所示。在一些实施例中，多个所述冷却条相互连接形成网状，如图8所示，纵向冷却条150和横向冷却条151交织成网状，增强冷却壁的抗形变能力。
根据本申请的实施例，可选地，轧制铜钢复合冷却壁进一步包括多个安装在所述铜层热面的耐火砖710，其中至少部分耐火砖固定在所述冷却条上。图9为根据本申请耐火砖固定在冷却条上的示意图，如图所示，耐火砖固定在两条横向冷却条上，可有效减少铜层受到的重量，增加本冷却壁的强度。
上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。
Claims (10)
1.一种轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，包括：
轧制的铜钢复合冷却壁主体，其包括热面的铜层和冷面的钢层；
位于所述轧制的铜钢复合冷却壁主体上的水道槽，所述水道槽的槽底为金属铜，所述水道槽的槽壁一部分为金属铜而一部分为金属钢；
水道盖，其覆盖在所述水道槽上；以及
进水口和出水口，其都焊接在所述水道盖上；其中，冷却水从所述进水口进入所述水道槽，从所述出水口流出所述水道槽。
2.根据权利要求1所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述轧制的铜钢复合冷却壁主体中铜层的厚度为大约40-80mm，钢层的厚度为大约10-30mm，轧制铜钢扩散区的厚度为大约1.5μm-20μm。
3.根据权利要求1所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述轧制的铜钢复合冷却壁主体中铜层的厚度为大约40-60mm，钢层的厚度为大约10-20mm，所述铜层与所述钢层之间的轧制铜钢扩散区的厚度为大约5-15μm。
4.根据权利要求1所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述铜层之上包括金属铜的燕尾槽，所述燕尾槽的高度为大约25-50mm。
5.根据权利要求4所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，在所述燕尾槽的槽顶包括轧制铜钢复合的不锈钢层。
6.根据权利要求5所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，所述不锈钢层的厚度为3-15mm，所述不锈钢层与所述铜层之间的轧制铜钢扩散区的厚度为大约1.5-20μm。
7.根据权利要求1所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，进一步包括多个金属钢的冷却条，所述冷却条设置在所述铜层中或所述铜层上，所述冷却条包括穿透所述铜层的多个金属钢的固定杆，所述冷却条通过所述固定杆与所述钢层固定。
8.根据权利要求7所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，多个所述冷却条沿竖直方向设置在所述铜层中或所述铜层上，至少一个或多个所述冷却条沿水平方向设置在所述铜层中或所述铜层上。
9.根据权利要求7所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，多个所述冷却条相互连接形成网状。
10.根据权利要求7所述的轧制铜钢复合冷却壁，其特征在于，进一步包括多个安装在所述铜层热面的耐火砖，其中至少部分耐火砖固定在所述冷却条上。
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