DE112004000914T5

DE112004000914T5 - Cooling element and method for producing a cooling element

Info

Publication number: DE112004000914T5
Application number: DE112004000914T
Authority: DE
Inventors: Pertti MÄKINEN
Original assignee: Outokumpu Copper Products Oy
Current assignee: Luvata Oy
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2006-05-11
Also published as: PE20050002A1; FI20030882A0; CN100357455C; CL2004001385A1; AR044654A1; WO2004111275A1; CN1806056A; FI116317B; KR20060039858A; FI20030882A

Abstract

Kühlungselement (1) für die Verwendung in der Struktur eines pyrometallurgischen Reaktors, wie eines Ofens, der in Metallprozessen verwendet wird, wobei das Kühlungselement ein Gehäuse (2), das aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt und das mit einem Kanalsystem (3) für die Zirkulation des Kühlungsmittels versehen ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schulter (6), die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, mit dem Gehäuse (2) verbunden und im wesentlichen unterhalb der Auskleidung (5) der Reaktorwand (4) angeordnet ist, so dass eine metallurgische Verbindung an der Verbindung (7) zwischen dem Gehäuse und der Schulter geschaffen wird.cooling element (1) for the use in the structure of a pyrometallurgical reactor, such as a furnace used in metal processes, wherein the cooling element a housing (2) made of copper or a copper alloy, and the with a channel system (3) for the circulation of the coolant is provided, characterized in that a shoulder (6) made of copper or a copper alloy, with the housing (2) connected and substantially below the lining (5) the reactor wall (4) is arranged so that a metallurgical Connection at the connection (7) between the housing and the Shoulder is created.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlungselement, das in den unabhängigen Ansprüchen definiert ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung des Kühlungselements.The Invention relates to a cooling element, that in the independent claims is defined, and to a method for producing the cooling element.

In Verbindung mit industriellen Reaktoren, insbesondere Reaktoren, die bei der Herstellung von Metallen verwendet werden, wie beispielsweise Schwebeschmelzöfen, Hochöfen und Elektroöfen, werden massive Kühlungselemente verwendet, die im allgemeinen aus Kupfer hergestellt sind. Typischerweise sind die Kühlungselemente wassergekühlt und somit mit einem Kühlwasserkanalsystem versehen. Oft werden die Kühlungselemente für das Schützen der Reaktorauskleidungen der Reaktoren gegen pyrometallurgische Prozesse verwendet, wobei die Hitze, die auf die Auskleidungsoberfläche gestrahlt wird, durch das Kühlungselement auf das Wasser übertragen wird, und somit im Vergleich zu einem Reaktor, der nicht gekühlt wird, eine Abnutzung der Auskleidung wesentlich reduziert wird. Die Reduktion der Abnutzung wird durch eine sogenannte autogene Auskleidung, die auf der Oberfläche der feuerfesten Auskleidung durch das Kühlungsverfahren verfestigt ist, unterstützt, wobei die autogene Auskleidung aus Schlacke und anderem Material, das aus den geschmolzenen Phasen abgetrennt wird, besteht.In Connection to industrial reactors, in particular reactors, used in the manufacture of metals, such as, for example, foundry furnaces, blast furnaces, and Electric ovens, be massive cooling elements used, which are generally made of copper. typically, are the cooling elements watercooled and thus provided with a cooling water duct system. Often the cooling elements become for the protection of the Reactor reactor linings against pyrometallurgical processes used, with the heat being blasted on the lining surface is through the cooling element transferred to the water and thus compared to a reactor which is not cooled, wear of the lining is substantially reduced. The reduction The wear is caused by a so-called autogenous lining, which on the surface the refractory lining solidified by the cooling process is, supports, the autogenous lining of slag and other material, the is separated from the molten phases exists.

Die Arbeitsbedingungen im Reaktor sind extrem, wenn die Kühlungselemente intensiven Korrosions- und Erosionsbelastungen, die durch die Ofenatmosphäre und durch Kontakte mit dem geschmolzenen Material verursacht werden, unterworfen werden. Auch Gaszirkulationen im Reaktor können für die Auskleidungen auf der Reaktorwand schädlich sein. Für einen effizienten Betrieb des Kühlungselements ist es unter anderem wichtig, dass die Verbindung zwischen den feuerfesten Ziegeln und dem Kühlungselement gut ist, so dass ein wirksamer Wärmeübertragungskontakt erhalten wird.The Working conditions in the reactor are extreme when the cooling elements intensive corrosion and erosion stresses caused by the furnace atmosphere and by Contacts with the molten material caused to be subjected become. Also gas circulations in the reactor can be used for the linings on the Reactor wall harmful be. For an efficient operation of the cooling element It is important, among other things, that the connection between the refractory Bricks and the cooling element is good, allowing an effective heat transfer contact is obtained.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Kühlungselement einzuführen. Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein dauerhaftes Kühlungselement einzuführen, das neben dem Kühlen auch die Auskleidungen auf der Reaktorwand stützt und die Gaszirkulation im Reaktor verbessert.The The object of the present invention is a new cooling element introduce. Especially the object of the invention is to provide a durable cooling element to introduce that next to the cooling The linings on the reactor wall also support the gas circulation improved in the reactor.

Die FI 109233 gibt ein Kühlungselement insbesondere für solche Öfen an, wo eine korrosionsfeste Oberflächenschicht auf der Elementoberfläche durch eine Diffusionsverbindung ausgebildet wird, wobei die korrosionsfeste Oberfläche aus Stahl hergestellt ist.The FI 109233 gives a cooling element especially for such ovens where a corrosion-resistant surface layer on the element surface through a diffusion bond is formed, wherein the corrosion resistant surface made of steel.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch das, was in den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Ansprüche angegeben ist. Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch das gekennzeichnet, was im Rest der Ansprüche angegeben ist.The Invention is characterized by what is in the characterizing Sharing the independent claims is specified. Other preferred embodiments of the invention are characterized by what is stated in the remainder of the claims is.

Bemerkenswerte Vorteile werden durch die Anordnung gemäß der Erfindung erzielt. Wenn eine Schulter mit dem gekühlten Gehäuse des Kühlungselements verbunden wird, so wird die interne Gaszirkulation im Reaktor, wie einem Ofen, durch diese Struktur wesentlich verbessert; zusätzlich stützt das Kühlungselement zur selben Zeit die Auskleidung der Reaktorwand ab und kühlt sie. Wenn das Kühlungselement im wesentlichen unterhalb der Auskleidung der Reaktorwand angeordnet ist, stützen das Gehäuse und die Schulter die Wandauskleidung. Wenn eine Schulter im Kühlungselement nur am oberen Rand des Gehäuses und nicht entlang der gesamten Höhe des Gehäuses angeordnet ist, so wird im Reaktor mehr Raum gelassen, der in seiner Breitenrichtung verwendet werden kann, das heißt, es wird im Prinzip der Reaktordurchmesser erweitert. Vorteilhafterweise wird dort der notwendige Kühlungseffekt für das Kühlungselement erreicht. Durch seine Form wendet die Schulter die Richtung der Gaszirkulation vorzugsweise weg von der Wandauskleidung, was bedeutet, dass ihre korrodierenden Wirkungen in der Auskleidung reduziert werden. Wenn die gesamte Dicke der Schulter und des Gehäuses gleich der Dicke der Auskleidung, die oberhalb vorgesehen ist, ist, stützt das Kühlungselement die Auskleidung auf bessere Weise. Durch das Ausbilden einer metallurgischen Verbindung zwischen der Schulter und dem Gehäuse, wird eine gute Wärmeleitung zwischen den verschiedenen Elementen erreicht. Gemäß der Erfindung ist die metallurgische Verbindung als eine Diffusionsverbindung ausgebildet, durch die eine extrem verschleißfeste und lang haltende Verbindung zwischen der Schulter und dem Gehäuse geschaffen wird, wobei diese Verbindung den herausfordernden Prozessbedingungen im pyrometallurgischen Reaktor gut widersteht. Zusätzlich kann die Verbindung zwischen der Schulter und dem Gehäuse durch ein Verschweißen der Schulter an ihrer Kante mit dem Gehäuse verstärkt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist ein schneller, einfacher und preisgünstiger Weg, um Elemente, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind, zu verbinden, wenn man dies beispielsweise mit einer Situation vergleicht, bei der die Schulter im Gehäuse durch Schmieden hergestellt wird.notable Advantages are achieved by the arrangement according to the invention. If a shoulder with the chilled casing of the cooling element is connected, so the internal gas circulation in the reactor, such as an oven, significantly improved by this structure; In addition, the cooling element supports at the same time the lining of the reactor wall and cools it. When the cooling element arranged substantially below the lining of the reactor wall is support the housing and the shoulder the wall lining. If a shoulder in the cooling element only at the top of the case and not along the entire height of the housing is arranged so is left in the reactor more space in his Width direction can be used, that is, it is in principle the Reactor diameter extended. Advantageously, there is the necessary cooling effect for the cooling element reached. Through its shape, the shoulder turns the direction of the Gas circulation preferably away from the wall lining, which means that their corrosive effects in the lining are reduced. If the total thickness of the shoulder and the housing is equal to the thickness of the lining, provided above, the cooling element supports the lining in a better way. By forming a metallurgical bond between the shoulder and the case, will be a good heat conduction achieved between the different elements. According to the invention the metallurgical compound is a diffusion compound formed by an extremely wear-resistant and long-lasting connection being created between the shoulder and the case, being this compound meets the challenging process conditions in pyrometallurgical Reactor resists well. additionally can through the connection between the shoulder and the case a welding the shoulder can be reinforced at its edge with the housing. The method according to the invention is a faster, easier, and cheaper way to get items that made of copper or a copper alloy, to connect, For example, if you compare this to a situation the shoulder in the case produced by forging.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die angefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.The The invention will be described below with reference to the attached drawings described in more detail.

1 zeigt ein Kühlungselement gemäß der Erfindung. 1 shows a cooling element according to the invention.

2 zeigt ein Kühlungselement gemäß der Erfindung. 2 shows a cooling element according to the invention.

Die 1 und 2 zeigen ein Kühlungselement 1 gemäß der Erfindung, das in der Struktur eines pyrometallurgischen Reaktors, wie eines Ofens, der in Metallprozessen verwendet wird, zu verwenden ist, wobei das Kühlungselement ein Gehäuse 2 umfasst, das aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, das mit einem Kanalsystem 3 für die Zirkulation des Kühlungsmittels versehen ist. Das Kühlungselement 1, das in den 1 und 2 dargestellt ist, ist ein Element, das in einem Ofen verwendet wird. 2 zeigt eine Ausführungsform der 1 in Richtung von A. Gemäß der Erfindung ist eine Schulter 6, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, mit dem Gehäuse 2 verbunden und im wesentlichen unterhalb der Auskleidung 5 der Reaktorwand 4 angebracht, so dass die metallurgische Verbindung in der Verbindung 7 zwischen dem Gehäuse 2 und der Schulter 6 geschaffen wird. Gemäß der Erfindung ist die Schulter 6 in Verbindung mit dem gekühlten Gehäuse 2 des Kühlungselements 1 so ausgebildet, dass die Schulter 6 die Gaszirkulation im Reaktor führt, als auch die Auskleidung 5 der Reaktorwand 4 stützt und kühlt. Das Gehäuse 2 gemäß der Erfindung, das aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, wird beispielsweise durch das Gießen eines plattenförmigen Walzblocks, der, sofern es notwendig ist, gewalzt wird, ausgebildet. Ein Kanalsystem 3 für die Zirkulation des Kühlungsmittels ist auf dem Walzblock beispielsweise durch Bohren oder andere bekannte Maßnahmen angeordnet. Das Kanalsystem 3 ist mit einem Kanal 12 zur Zuführung des Kühlungsmittels zum Kanalsystem verbunden. Die Schulter 6 wird durch das Formen eines Objekts aus Kupfer oder einer Kupferlegierung beispielsweise durch Gießen oder Walzen hergestellt.The 1 and 2 show a cooling element 1 according to the invention, to be used in the structure of a pyrometallurgical reactor, such as a furnace used in metal processes, the cooling element being a housing 2 which is made of copper or a copper alloy with a channel system 3 provided for the circulation of the coolant. The cooling element 1 that in the 1 and 2 is an element used in an oven. 2 shows an embodiment of the 1 in the direction of A. According to the invention, a shoulder 6 made of copper or a copper alloy, with the housing 2 connected and substantially below the lining 5 the reactor wall 4 attached so that the metallurgical compound in the compound 7 between the case 2 and the shoulder 6 is created. According to the invention, the shoulder is 6 in conjunction with the cooled housing 2 of the cooling element 1 designed so that the shoulder 6 the gas circulation in the reactor leads, as well as the lining 5 the reactor wall 4 supports and cools. The housing 2 According to the invention, which is made of copper or a copper alloy, for example, by the casting of a plate-shaped rolling block, which, if necessary, is rolled, is formed. A channel system 3 for the circulation of the coolant is arranged on the rolling block, for example by drilling or other known measures. The channel system 3 is with a channel 12 connected to the supply of the coolant to the duct system. The shoulder 6 is made by molding an object of copper or a copper alloy, for example, by casting or rolling.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die metallurgische Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Schulter als eine Diffusionsverbindung ausgebildet. In diesem Fall findet die Ausbildung der Verbindung als ein Ergebnis einer Diffusion einer geschmolzenen und festen Substanz und nachfolgender Phasenänderungsreaktionen statt, wenn das Gehäuse 2 und die Schulter 6 aneinander gepresst werden, und das Verbindungsgebiet 7 in mindestens einem Schritt erhitzt wird. Im Verbindungsgebiet 7 zwischen dem Gehäuse 2 und der Schulter 6 wird ein Lötmittel, das mindestens Silber, Kupfer oder Zinn enthält, zugeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Lötmittel, das zwischen dem Gehäuse 2 und der Schulter 6 angeordnet ist, im wesentlichen ein dünner Silberfilm. Der Silberfilm kann auch zinnbeschichtet sein. Typischerweise erfordert das Schaffen der Verbindung eine Temperatur von ungefähr 600 bis 800 Grad, und die Dicke der Verbindung liegt in der Größenordnung von mehreren Zehn Mikrometern.According to one embodiment of the invention, the metallurgical connection between the housing and the shoulder is formed as a diffusion bond. In this case, the formation of the compound takes place as a result of diffusion of a molten and solid substance and subsequent phase change reactions when the housing 2 and the shoulder 6 pressed together, and the connection area 7 is heated in at least one step. In the connection area 7 between the case 2 and the shoulder 6 a solder containing at least silver, copper or tin is supplied. According to a preferred embodiment of the invention, the solder is between the housing 2 and the shoulder 6 is arranged, essentially a thin silver film. The silver film may also be tin coated. Typically, the creation of the compound requires a temperature of about 600 to 800 degrees, and the thickness of the compound is on the order of tens of microns.

Gemäß der Erfindung ist die Schulter 6 an der unteren Kante 8 vorteilhafterweise abgeschrägt, so dass die Schulter auf der Seite des Gehäuses 2 dicker ist. Somit wandern die Reaktorgaszirkulationen in der Richtung des Pfeils, der in der Zeichnung angegeben ist, das heißt vorteilhafterweise weg von den Auskleidungen der Reaktorwand. Die Schulter ist am oberen Rand des Gehäuses 2, das heißt an der Kante, die im Reaktor oben angeordnet ist, angeordnet. Die Schulter erstreckt sich im wesentlichen entlang der gesamten Breite der Oberkante 9 des Gehäuses und nur entlang eines Teils der Höhe des Gehäuses. Die Tiefe 10 der Schulter 6 beträgt gemäß der Erfindung vorteilhafterweise 130 – 180 Millimeter. Die gesamte Dicke 11 der Schulter 6 und des Gehäuses 2 ist mindestens so groß wie die Dicke der Auskleidung 5 der oberen Wand. Nun stützt das Kühlelement 1 vorzugsweise die Wandauskleidung 5, die oberhalb von ihm angeordnet ist. Die Schulter 6 kann auch mit einer Kühlmittelzirkulation versehen sein, was bedeutet, dass die Kühlwirkung des Kühlungselements erhöht wird. Gemäß dem Beispiel ist die Schulter 6 im Reaktor auf der Seite des Gehäuseelements angeordnet, die sich in Kontakt mit der Schmelze befindet.According to the invention, the shoulder is 6 at the bottom edge 8th advantageously bevelled, leaving the shoulder on the side of the housing 2 thicker. Thus, the reactor gas circulations migrate in the direction of the arrow indicated in the drawing, that is, advantageously away from the liners of the reactor wall. The shoulder is at the top of the case 2 , that is, at the edge, which is arranged in the reactor above, arranged. The shoulder extends substantially along the entire width of the upper edge 9 of the housing and only along part of the height of the housing. The depth 10 the shoulder 6 is advantageously 130 - 180 millimeters according to the invention. The entire thickness 11 the shoulder 6 and the housing 2 is at least as large as the thickness of the lining 5 the upper wall. Now supports the cooling element 1 preferably the wall lining 5 which is located above it. The shoulder 6 may also be provided with a coolant circulation, which means that the cooling effect of the cooling element is increased. According to the example, the shoulder is 6 arranged in the reactor on the side of the housing member which is in contact with the melt.

Eine erfindungsgemäße Schulter könne auch auf der Seite des Gehäuseelements, die sich in Kontakt mit der Wand befindet, angeordnet sein.A shoulder according to the invention could also on the side of the housing element, which is in contact with the wall, be arranged.

Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die oben dargestellten Beispiele beschränkt sind sondern innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche variieren können.For one It is obvious to those skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited to the examples presented above but may vary within the scope of the appended claims.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlungselement (1), das in der Struktur eines pyrometallischen Reaktors, wie eines Ofens, der in Metallprozessen verwendet wird, verwendet werden soll, wobei das Kühlungselement ein Gehäuse (2), das aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, umfasst, und mit einem Kanalsystem (3) für die Kühlmittelzirkulation versehen ist, so dass sich im Gehäuse (2) eine Schulter (6), die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt und im wesentlichen unterhalb der Auskleidung (5) der Reaktorwand (4) angeordnet ist, befindet, so dass eine metallurgische Verbindung an der Verbindung (7) zwischen dem Gehäuse und der Schulter geschaffen wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren für das Herstellen eines Kühlungselements, das in der Struktur eines pyrometallurgischen Reaktors, wie eines Ofens, der in Metallprozessen verwendet wird, verwendet werden soll.The invention relates to a cooling element ( 1 ) which is to be used in the structure of a pyrometallic reactor, such as a furnace used in metal processes, the cooling element being a housing ( 2 ) made of copper or a copper alloy, and having a channel system ( 3 ) is provided for the coolant circulation, so that in the housing ( 2 ) one shoulder ( 6 ) made of copper or a copper alloy and substantially below the lining ( 5 ) of the reactor wall ( 4 ) is arranged, so that a metallurgical connection to the compound ( 7 ) is created between the housing and the shoulder. The invention also relates to a method for producing a cooling element to be used in the structure of a pyrometallurgical reactor, such as a furnace used in metal processes.

Claims

Cooling element ( 1 ) for use in the structure of a pyrometallurgical reactor, such as a furnace used in metal processes, the cooling element comprising a housing ( 2 ) made of copper or a copper alloy and equipped with a channel system ( 3 ) is provided for the circulation of the coolant, characterized in that a shoulder ( 6 ), which is made of copper or a copper alloy, with the housing ( 2 ) and substantially below the lining ( 5 ) of the reactor wall ( 4 ) is arranged so that a metallurgical compound at the compound ( 7 ) is created between the housing and the shoulder.

Cooling element according to claim 1, characterized in that the shoulder ( 6 ) preferably at its lower edge ( 8th ) is tapered so that the shoulder on the side of the housing ( 2 ) is thicker.

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the shoulder at the upper edge of the housing ( 2 ) is arranged.

Cooling element according to claim 1 - 3, characterized in that the shoulder ( 6 ) substantially along the entire width ( 9 ) of the upper edge of the housing ( 2 ) and extends only along part of the housing height.

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the depth ( 10 ) of the shoulder is advantageously 130-180 millimeters.

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the entire thickness ( 11 ) the shoulder ( 6 ) and the housing ( 2 ) at least as large as the thickness of the lining ( 5 ) the wall is above her.

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the shoulder ( 6 ) is provided with a coolant circulation.

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the shoulder ( 6 ) is disposed on the side of the case member which is in contact with the melt.

Cooling element according to claim 1-7, characterized in that the shoulder ( 6 ) is arranged on the side of the housing element, which is in contact with the wall ( 4 ) is located.

Method for producing a cooling element used in a pyrometallurgical reactor, such as a furnace used in metal processes, the cooling element comprising a housing ( 2 ) made of copper or a copper alloy and having a channel system ( 3 ) is provided for the coolant circulation, characterized in that with the housing ( 2 ) one shoulder ( 6 ) made of copper or a copper alloy, substantially below the lining ( 5 ) of the reactor wall ( 4 ), so that a metallurgical compound at the compound ( 7 ) is created between the housing and the shoulder.

Method according to claim 10, characterized in that the housing ( 2 ) and the shoulder ( 6 ) are interconnected by a diffusion bond.

Method according to claim 10 or 11, characterized in that between the housing ( 2 ) and the shoulder ( 6 ) a solder is supplied, and that the connection region is heated in at least one step.

Method according to claim 12, characterized in that that the solder contains at least silver, copper or tin.

Method according to Claims 10 to 13, characterized that the solder used a silver film is.