FI108751B - A method of producing a sliding casting heat sink and a heat sink produced by the method - Google Patents
A method of producing a sliding casting heat sink and a heat sink produced by the method Download PDFInfo
- Publication number
- FI108751B FI108751B FI982771A FI982771A FI108751B FI 108751 B FI108751 B FI 108751B FI 982771 A FI982771 A FI 982771A FI 982771 A FI982771 A FI 982771A FI 108751 B FI108751 B FI 108751B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- flow channel
- cooling
- cooling element
- casting
- section
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
- B22D11/051—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds into moulds having oscillating walls
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geometry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Metal Extraction Processes (AREA)
- Blast Furnaces (AREA)
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
Description
1 1087511 108751
MENETELMÄ LIUKUVALULLA MUODOSTETUN JÄÄHDYTYSELE-MENTIN VALMISTAMISEKSI SEKÄ MENETELMÄLLÄ VALMISTETTU JÄÄHDYTYSELEMENTTIMETHOD FOR THE MANUFACTURE OF A SLIDING COLD COOLING ELEMENT AND A COOLING ELEMENT MADE BY THE METHOD
55
Keksintö kohdistuu menetelmään valmistaa pyrometallurgisen reaktorin jäähdytyselementti, joka on varustettu ainakin yhdellä virtauskanavalla, ja elementin valmistaminen tapahtuu jatkuvavaluna eli liukuvaluna. Elementin lämmönsiirtokyvyn parantamiseksi virtauskanavan seinämäpinta-alaa 10 lisätään pyöreään tai ovaaliin poikkileikkaukseen nähden virtauskanavan halkaisijaa ja pituutta lisäämättä. Keksintö kohdistuu myös menetelmällä valmistettuun elementtiin.The invention relates to a method for manufacturing a cooling element of a pyrometallurgical reactor provided with at least one flow channel, and the element is manufactured by continuous casting, i.e. by sliding casting. To improve the heat transfer capacity of the element, the wall surface area 10 of the flow channel is increased relative to a circular or oval cross section without increasing the diameter and length of the flow channel. The invention also relates to an element made by the method.
Vesijäähdytteisillä jäähdytyselementeillä suojataan pyrometallurgisissa 15 prosesseissa reaktorien muurauksia siten, että jäähdytyksen vaikutuksesta muurauksen pintaan tuleva lämpö siirtyy jäähdytyselementin kautta veteen, jolloin vuorauksen kuluminen pienenee olennaisesti verrattuna reaktoriin, jota ei ole jäähdytetty. Kulumisen pienenemisen aiheuttaa jäähdytyksen aikaansaama, tulenkestävän vuorauksen pintaan kiinteytyvä ns. autogee-^ 20 ninen vuoraus, joka muodostuu kuonasta ja muista sulafaaseista • \. erkautuvista aineista.The water-cooled cooling elements in the pyrometallurgical processes protect the masonry of the reactors so that the heat supplied to the masonry surface by cooling is transferred to the water, whereby the wear on the lining is substantially reduced compared to the non-cooled reactor. The reduction in wear is caused by the so-called cooling effect of the refractory lining, which results in cooling. autogenous lining consisting of slag and other molten phases • \. from dispersing agents.
Perinteisesti jäähdytyselementtejä valmistetaan kahdella tavalla: Ensinnäkin : i : elementit voidaan valmistaa hiekkavalulla, missä hiekkaan kaavattuun 25 muottiin asetetaan lämpöä hyvin johtavasta materiaalista kuten kuparista • * tehty jäähdytysputkisto, jota putkiston ympärille tapahtuvan valun aikana : jäähdytetään joko ilmalla tai vedellä. Putkiston ympärille valettava elementti on myös hyvin lämpöä johtavaa materiaalia, edullisesti kuparia. Tällaista valmistustapaa on kuvattu esimerkiksi GB patentissa 1386645. Menetelmän 30 ongelmana on virtauskanavana toimivan putkiston epätasainen kiinni-tyminen ympäröivään valumateriaaliin, sillä osa putkista voi olla kokonaan 2 108751 irti ympärille valetusta elementistä ja osa putkesta voi olla kokonaan sulanut ja siten vahingoittunut. Jos jäähdytysputken ja ympärille valetun muun elementin välille ei muodostu metallista sidosta, lämmönsiirto ei ole tehokasta. Jos taas putkisto sulaa kokonaan, se estää jäähdytysveden 5 kulun. Valumateriaalin valuominaisuuksia voidaan parantaa esimerkiksi seostamalla kupariin fosforia, joka parantaa metallisen sidoksen muodostumista putkiston ja valumateriaalin välille, mutta tällöin valetun kuparin lämmönsiirto-ominaisuudet (lämmönjohtavuus) heikkenevät olennaisesti jo pienillä lisäainemäärillä. Menetelmä etuina voidaan mainita verraten 10 halpa valmistuskustannus ja riippumattomuus dimensioista.Conventionally, cooling elements are fabricated in two ways: First: i: The elements can be made by sand casting, where a cooling conduit made of a heat-conductive material such as copper is placed in a sand-molded mold to be cooled either by air or water. The element to be cast around the piping is also a highly heat-conductive material, preferably copper. Such a manufacturing method is described, for example, in GB Patent 1386645. The problem of the method 30 is the uneven adherence of the flow channel piping to the surrounding casting material, since some of the pipes may be completely detached from the cast element and some of the pipe may be completely melted and thereby damaged. If there is no metal bond between the cooling pipe and the other element cast around, the heat transfer is not effective. On the other hand, if the piping melts completely, it prevents the cooling water 5 from passing. The casting properties of the casting material can be improved, for example, by doping copper with phosphorus, which improves the formation of a metal bond between the piping and the casting material, but then the heat transfer properties (thermal conductivity) of the cast copper are substantially reduced. Advantages of the method can be mentioned comparatively inexpensive manufacturing cost and dimensional independence.
On myös käytetty valmistusmenetelmää, jossa jäähdytyselementin muottiin asetetaan virtauskanavan muotoinen lasiputkisto, joka valun jälkeen rikotaan, jolloin elementin sisälle muodostuu virtauskanava.A manufacturing method has also been used in which a flow duct-shaped glass tubing is inserted into the mold of a heat sink, which is broken after casting, whereby a flow duct is formed inside the element.
15 US-patentissa 4 382585 kuvataan toista, paljon käytettyä jäähdytys- elementtien valmistustapaa, jonka mukaisesti elementti valmistetaan esimerkiksi valssatusta kuparilaatasta koneistamalla siihen tarvittavat . kanavat. Näin valmistetun elementin etuina on tiivis, luja rakenne ja hyvä ♦ ♦ 20 lämmönsiirto elementistä jäähdytysväliaineeseen kuten veteen. Haittoina > · · voidaan mainita dimensionaaliset rajoitukset (koko) ja kallis hinta.US Patent 4,382585 discloses another, much used method of manufacturing cooling elements, for example, which is manufactured from rolled copper plate by machining them. channels. The element thus produced has the advantages of a dense, strong structure and good heat transfer from the element to the cooling medium such as water. Disadvantages> · · include dimensional constraints (size) and cost.
► »* • « ·► »* •« ·
Ennestään tunnetaan myös tapa valmistaa pyrometallurgisen reaktorin jäähdytyselementti valamalla reikäprofiilia jatkuvavaluna eli liukuvaluna 25 tuuman läpi. Elementti valmistetaan hyvin lämpöä johtavasta metallista kuten kuparista. Menetelmän etuina on tiivis valurakenne, hyvä pinnan laatu v : ja valetusta virtauskanavasta on hyvä lämmönsiirto elementistä jäähdytys- väliaineeseen, sillä lämmönsiirtoa vaikeuttavaa ilmiötä ei esiinny, vaan :··: jäähdytyselementtiin reaktorista tuleva lämpö siirtyy ilman ylimääräisiä : 30 lämmönsiirtovastuksia suoraan virtauskanavan pinnalle ja siitä edelleen ; ·,· kanavan jäähdytysveteen. Jäähdytyskanavan poikkileikkaus on yleensä 3 108751 ! pyöreä tai ovaali ja tuurna on pinnaltaan sileä. Tällainen jäähdytyskanava on mainittu mm. US patentissa 5,772,955.It is also known in the art to fabricate a cooling element of a pyrometallurgical reactor by casting a hole profile in a continuous casting, i.e. sliding cast, through 25 inches. The element is made of a highly conductive metal such as copper. The advantages of the process are a dense casting structure, good surface quality v and a good heat transfer from the molded flow channel from the element to the coolant as there is no phenomenon impeding the heat transfer, but: ··: ; ·, · Channel cooling water. The cross section of the cooling duct is usually 3 108751! round or oval with a smooth surface. Such a cooling channel is mentioned e.g. U.S. Patent No. 5,772,955.
Jäähdytyselementin lämmönsiirtokyvyn parantamiseksi on kuitenkin S edullista lisätä elementin lämmönsiirtopinta-alaa. Kuten alla olevasta selvityksestä käy ilmi, esillä olevan keksinnön mukaan tämä tapahtuu siten, että virtauskanavan seinämäpinta-alaa lisätään ilman, että virtauskanavan halkaisijaa suurennetaan tai pituutta lisätään. Jäähdytyselementin virtaus-kanavan seinämäpinta-alaa suurennetaan muodostamalla kanavan seinä-10 mään valun aikana urat tai työstämällä urat tai kierteet virtauskanaviin valun jälkeen siten, että kanavan poikkileikkaus säilyy olennaisesti pyöreänä tai ovaalina. Tästä seurauksena on samalla lämpömäärällä tarvittava pienempi lämpötilaero veden ja virtauskanavan seinämän välillä ja edelleen alhaisempi jäähdytyselementin lämpötila. Keksintö kohdistuu myös menetel-15 mällä valmistetuun jäähdytyselementtiin. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit i käyvät esille oheisista vaatimuksista.However, in order to improve the heat transfer capacity of the cooling element, it is advantageous to increase the heat transfer surface area of the element. As will be apparent from the description below, according to the present invention, this is done by increasing the wall area of the flow channel without increasing the diameter of the flow channel or increasing the length. The wall area of the flow channel of the cooling element is increased by forming grooves in the channel wall during casting or by machining grooves or threads in the flow channels after casting so that the channel cross-section remains substantially circular or oval. As a result, for the same amount of heat, a smaller temperature difference between the water and the wall of the flow passage is required and an even lower temperature of the cooling element. The invention also relates to a cooling element made by a method. The essential features of the invention will be apparent from the appended claims.
Jäähdytyselementin kyky vastaanottaa lämpöä voidaan esittää seuraavan it>t. kaavan avulla: • · 20 Q = αχΑχΔΤ, missä Q = siirtyvä lämpömäärä [W] a - lämmönsiirtokerroin virtauskanavan seinämän ja veden välillä [W/Km2] : V: A = lämmönsiirtopinta-ala [m2] ΔΤ = lämpötilaero virtauskanavan seinämän ja veden välillä [K] 25 v. · Lämmönsiirtokerroin a voidaan teoreettisesti määrittää kaavastaThe ability of the heat sink to receive heat can be represented by the following. using the formula: • · 20 Q = αχΑχΔΤ where Q = heat transfer rate [W] a - heat transfer coefficient between the flow channel wall and water [W / Km2]: V: A = heat transfer area [m2] ΔΤ = temperature difference between the flow channel wall and water [K] 25 v. · The heat transfer coefficient a can be theoretically determined from the formula
'· ' * Nu -aD/A'·' * Nu -aD / A
'.' j λ = veden lämmönjohtavuus [W/mK] » : ‘': D = hydraulinen halkaisija [m] :\\ 30 :· Toisaalta Nu = 0.023 x ReA0.8Pr*0.4, 4 108751 missä'.' j λ = thermal conductivity of water [W / mK] »: '': D = hydraulic diameter [m]: \\ 30: · On the other hand Nu = 0.023 x ReA0.8Pr * 0.4, 4 108751 where
Re = wD ρΐη w = nopeus [m/s] ! D = kanavan hydraulinen halkaisija [m] 5 p = veden tiheys [kg/m3] η = dynaaminen viskositeetti Pr = Prandtlin luku [ ]Re = wD ρΐη w = velocity [m / s]! D = Hydraulic channel diameter [m] 5 p = Water density [kg / m3] η = Dynamic viscosity Pr = Prandtl number []
Edellä olevan mukaan jäähdytyselementissä on siis mahdollista vaikuttaa 10 siirtyvään lämpömäärään vaikuttamalla lämpötilaeroon, lämmönsiirtokertoi-meen tai lämmönsiirtopinta-alaan.Thus, according to the above, it is possible to influence the amount of heat transferred in the cooling element by influencing the temperature difference, the heat transfer coefficient or the heat transfer area.
Seinämän ja putken välistä lämpötilaeroa rajoittaa se, että vesi kiehuu lämpötilassa 100 °C, jolloin lämmönsiirto-ominaisuudet normaalipaineessa 15 toimittaessa muuttuvat olennaisesti huonommiksi kiehumisen vuoksi.The temperature difference between the wall and the pipe is limited by the fact that the water boils at 100 ° C, whereby the heat transfer properties under normal pressure 15 are substantially reduced by boiling.
Käytännössä on siis edullisinta toimia mahdollisimman alhaisella virtauskanavan seinämän lämpötilalla.In practice, therefore, it is most advantageous to operate at the lowest possible flow wall temperature.
Lämmönsiirtokertoimeen voidaan vaikuttaa lähinnä virtausnopeutta .. 20 muuttamalla eli vaikuttamalla Reynoldsin lukuun. Tätä rajoittaa kuitenkin ··. virtausnopeuden kasvaessa lisääntyvä putkiston painehäviö, jonka : suuretessa jäähdytysveden pumppauskustannukset sekä pumpun investoin- :*··. tikustannukset kasvavat merkittävästi tietyn rajan ylittyessä.The heat transfer coefficient can be mainly influenced by the flow rate .. 20 by changing or influencing the Reynolds number. However, this is limited by ··. as the flow rate increases, the pressure loss in the pipeline increases with: the cost of cooling water pumping and the investment in the pump: * ··. the cost of a particular item increases significantly beyond a certain threshold.
25 Lämmönsiirtopinta-alaan voidaan konventionaalisissa ratkaisuissa vaikuttaa :V: lisäämällä joko jäähdytyskanavan halkaisijaa ja/tai pituutta. Jäähdytyskana- v : van halkaisijaa ei kuitenkaan voi rajattomasti lisätä niin, että se vielä olisi taloudellisesti kannattavaa, sillä kanavan halkaisijan kasvaessa kasvaa • · :··· tietyn virtausnopeuden saavuttamiseksi tarvittava vesimäärä ja edelleen : 30 pumppaukseen tarvittava energia. Toisaalta kanavan halkaisijaa rajoittaa : jäähdytyselementin fyysinen koko, joka investointikustannusten 5 108751 pienentämiseksi pyritään tekemään mahdollisimman pieneksi ja kevyeksi. Pituuden rajoituksena on myös itse jäähdytyselementin fyysinen koko eli tietylle alueelle mahtuva jäähdytyskanavamäärä.25 In conventional solutions, the heat transfer surface can be affected by: V: increasing the diameter and / or length of the cooling duct. However, the diameter of the cooling duct cannot be increased indefinitely so that it is still economically viable, as the duct diameter increases the amount of water required to achieve a certain flow rate and further: 30 pumping energy. On the other hand, the diameter of the duct is limited by: the physical size of the heat sink, which, in order to reduce investment costs, is made as small and light as possible. The length is also limited by the physical size of the heat sink itself, i.e. the number of cooling ducts that fit into a specific area.
5 Kun esillä olevan keksinnön mukaisessa jäähdytyselementissä halutaan lämmönsiirtopintaa lisätä, se tapahtuu siten, että liukuvalamalla valmistetun jäähdytyselementin virtauskanavan seinämän muotoa muuttamalla saadaan aikaan samalla virtauspoikkipinnalla (samalla vesimäärällä saadaan aikaan sama nopeus) suurempi lämmönsiirtopinta-ala virtauskanavan pituus- 10 yksikköä kohti laskettuna. Tämä pinta-alan kasvu saadaan aikaan esimerkiksi seuraavilla tavoilla: - Liukuvavalettuun jäähdytyselementtiin muodostetaan jo valun aikana ainakin yksi poikkileikkaukseltaan olennaisesti pyöreä virtauskanava, johon ! valun jälkeen työstetään kierteet.When it is desired to increase the heat transfer surface of the heat sink in accordance with the present invention, this is done by deforming the flow channel wall of the sliding die cooler to provide a greater heat transfer area per unit length of the flow duct for the same flow cross section (same amount of water). This increase in surface area is achieved, for example, by the following means: - At least one flow channel having a substantially circular cross-section is formed in the sliding casting element already during casting, in which! after casting, threads are machined.
15 - Valettuun jäähdytyselementtiin muodostetaan jo liukuvalun aikana ainakin yksi poikkileikkaukseltaan olennaisesti pyöreä virtauskanava, johon työstetään valun jälkeen rihlamaiset urat. Urat saadaan aikaan edullisesti käyttämällä ns. paisuvaa tuurnaa, joka vedetään virtauskanavan läpi. Uritus voidaan tehdä esimerkiksi reikään, joka on toisesta päästään umpinainen, • · ·« · 20 jolloin tuumaa vedetään ulospäin. Molemmista päistään avoimeen kanavaan » · * !. reikä tehdään joko työntämällä tai vetämällä tätä varten suunniteltu työkalu • «# . kanavaan.15 - At least one flow channel having a substantially circular cross-section is formed in the molded cooling element already during the molding process, after which the grooved grooves are machined. The grooves are preferably made using the so-called. an expanding mandrel that is drawn through the flow passage. For example, the groove can be made in a hole that is closed at one end, • · · «· 20, whereby an inch is drawn outwards. From both ends to the open channel »· * !. the hole is made either by pushing or pulling a tool designed for this • «#. channel.
· · • · * .·.·! - Edullisimmillaan pinta-alan lisäys saadaan aikaan muodostamalla jäähdytyselementtiin jo valun aikana yksi tai useampi uritettu, edullisesti 25 suoraurainen virtauskanava käyttäen tätä varten suunniteltua, uritettua valutuurnaa. Rihlauksesta huolimatta virtauskanavan muoto on poikkileik-:T: kaukseltaan edelleen olennaisesti pyöreä tai ovaali. Tätä menetelmää . ·. : käytettäessä vältytään valun jälkeiseltä mekaaniselta työstövaiheelta.· · • · *. ·. ·! Most preferably, the increase in area is achieved by forming one or more grooved, preferably 25, straight groove flow channels in the cooling element during casting, using a grooved cast groove designed for this purpose. Despite spacing, the shape of the flow channel is still substantially circular or oval in cross section. This method. ·. : When used, the post-cast mechanical machining step is avoided.
* · · · · 30 Kaikissa edelläkuvatuissa menetelmissä on selvää, että mikäli virtaus- Λ : kanavassa on valusuuntaan nähden poikittaisia kanavan osia, ne osat j 6 108751 tehdään mekaanisesti työstämällä, esimerkiksi poraamalla, ja kanavaan kuulumattomat reiät tulpataan.* · · · · 30 In all of the above methods, it is clear that if the Λ: channel has transverse portions of the channel, those portions j are made by machining, for example by drilling, and non-channel holes are plugged.
Keksinnön mukaisen, lämmönsiirtopinta-alan lisäämismenetelmän edulli-5 suutta verrattiin tekniikan tason mukaiseen menetelmään oheisen esimerkin avulla. Esimerkin yhteydessä on keksinnön selvittämiseksi vielä kuvat, joissa kuva 1 esittää periaatepiirrosta kokeissa käytetystä jäähdytyselementistä, kuvassa 2 on koejäähdytyselementtien poikki le ikkausprofi i I it, 10 kuvat 3a - 3d esittävät lämpötilaa elementin sisällä eri mittauspisteissä upotussulan lämpötilan funktiona, kuva 4 esittää mittaustuloksista laskettua lämmönsiirtokerrointa upotussulan funktiona ja kuva 5 esittää normeeratuille jäähdytyselementeille lasketut jäähdytysveden 15 ja virtauskanavan seinämän lämpötilaerot eri jäähdytystehoilla.The preferred method of increasing the heat transfer surface area of the invention was compared with the prior art method by the following example. Further, in order to illustrate the invention, Figures 1 shows a schematic sketch of the cooling element used in the experiments, 5 and Figure 5 show the temperature differences of the cooling water 15 and the flow channel wall calculated for the standardized cooling elements at different cooling capacities.
Esimerkki Jäähdytyselementtejä, joiden lämmönsiirtopinta-alaa oli lisätty, testattiin käytännön kokeissa, joissa edellä mainitut neljä elementtiä A, B, C ja D 20 upotettiin pohjapinnaltaan noin yhden senttimetrin syvälle sulaan lyijyyn. J.# Jäähdytyselementin A virtauskanava oli perinteinen sileäpintainen kanava, I · · ,·, i ja tätä elementtiä käytettiin vertailumittausten tekemiseen. Kokeissa mitattiin » · · • · tarkasti jäähdytysveden määrä ja lämpötilat sekä ennen veden syöttämistä • · jäähdytyselementtiin että sen jälkeen. Lisäksi mitattiin tarkasti lyijysulan 25 lämpötilaa, ja lämpötiloja itse jäähdytyselementin sisällä seitsemässä eri :Y: mittauspisteessä.EXAMPLE Cooling elements with increased heat transfer surface area were tested in practical experiments in which the above four elements A, B, C and D 20 were immersed in molten lead about one centimeter deep. J. # The flow channel of the cooling element A was a traditional smooth surface channel, I · ·, ·, i, and this element was used for comparative measurements. The tests measured »· · • · the amount and temperature of the cooling water both before and after the water was fed into the cooling element. In addition, the temperature of the lead melt 25 and the temperatures inside the heat sink itself at seven different: Y: measuring points were accurately measured.
• · • I » > · ·• · • I »> · ·
Kuvasta 1 nähdään kokeissa käytetty jäähdytyselementti 1, jonka sisällä on *:·: virtauskanava 2. Jäähdytyselementin mitat olivat seuraavat: jäähdytysele- : 30 mentin korkeus 300 mm, leveys 400 mm ja paksuus 75 mm. Jäähdytysputki 1 * · • · : eli virtauskanava oli sijoitettu elementin sisään kuvan 1 mukaisesti siten, 7 108751 että putken kuvassa vaakasuoran osan keskikohta oli etäisyydellä 87 mm elementin pohjasta ja kummankin pystysuoran osan etäisyys 50 mm laatan reunasta. Vaakasuora putken osa saadaan aikaan poraamalla, ja vaakasuoran reiän alkupää tulpataan (ei kuvassa tarkemmin). Kuvasta 1 5 ilmenee myös lämpötilamittauspisteiden T1-T7 sijainti. Kuvassa 2 on esitetty jäähdytyskanavien pinnanmuoto ja taulukossa 1 koejäähdytyselementtien virtauskanavien mitat ja yhtä metriä kohden lasketut lämmönsiirtopinta-alat sekä suhteelliset lämmönsiirtopinta-alat.Figure 1 shows the cooling element 1 used in the experiments, with *: ·: a flow passage 2. The dimensions of the cooling element were as follows: cooling element: 300 mm high, 400 mm wide and 75 mm thick. Cooling Tube 1 * · • ·: i.e., the flow duct was positioned inside the element as shown in Figure 1, with the center of the horizontal portion at a distance of 87 mm from the bottom of the element and 50 mm from the edge of the slab. The horizontal portion of the tube is obtained by drilling, and the beginning of the horizontal hole is plugged (not shown in detail). Figure 1 5 also shows the location of the temperature measuring points T1 to T7. Figure 2 shows the surface shape of the cooling ducts and Table 1 shows the dimensions of the flow ducts of the test cooling elements and the heat transfer areas calculated per meter as well as the relative heat transfer areas.
10 Taulukko 1Table 1
Halkaisija Virtauspoikki- Lämmönsiirto- Suhteellinen pinta-ala pinta / lm lämmönsiirto- __mm__mm2__m2/ lm__pinta-ala_ A 21,0 346 0,066 1,00 B 23,0 415 0,095 1,44 C 23,0 484 0,127 1,92 _D_L20J_|_485_ 0,144_ 2,18_Diameter Flow Cross-Heat Transfer- Relative Area Surface / lm Heat Transfer- __mm__mm2__m2 / lm__surface_ A 21.0 346 0.066 1.00 B 23.0 415 0.095 1.44 C 23.0 484 0.127 1.92 _D_L20J_ | _485_ 0.144 _ 2.18_
Kuvista 3a - 3d havaitaan, että jäähdytyselementtien B, C ja D lämpötilat olivat kaikilla jäähdytysveden virtausnopeuksilla alhaisemmat kuin referens-15 simittauksiin käytetyn jäähdytyselementin A. Koska kuitenkin valmistustekni-sistä syistä jouduttiin em. koekappaleiden virtauspoikkipinnat valmistamaan > · : ’·· eri mittaisiksi, ei lämmönsiirron tehokkuutta voida suoraan verrata kuvien 3a : - 3d tuloksista. Tämän vuoksi kokeiden tulokset normeerattiin seuraavasti: '; |; * 20 Stationaariselle lämmönsiirrolle kahden pisteen välillä voidaan kirjoittaa: Q = SxAx(Ti-T2), missä (V> Q = pisteiden välillä siirtyvä lämpömäärä [W] > » · , : ·. S = muotokerroin (riippuu geometriasta) [m] • · f .· , λ = väliaineen lämmönjohtavuus [W/mK] • · · ‘ | 25 Ti = pisteen 1 lämpötila [K] T2 = pisteen 2 lämpötila [K] » » · 1 I » t · i i » I I t • · 8 108751 Käyttäen edellä esitettyä kaavaa koetuloksiin, saadaan seuraavat suureet: Q = mitattu jäähdytysveteen siirtynyt lämpöteho λ = kuparin lämmönjohtavuus [W/mK]Figures 3a-3d show that the temperatures of the cooling elements B, C and D were lower at all cooling water flow rates than the cooling element A used for reference-15 simulations. However, due to manufacturing reasons, the specimen flow cross-sections did not have to be manufactured. the heat transfer efficiency can be directly compared with the results of Figures 3a: - 3d. Therefore, the results of the experiments were normalized as follows: '; |; * 20 For stationary heat transfer between two points, we can write: Q = SxAx (Ti-T2), where (V> Q = amount of heat transferred between points [W]> »·,: ·. S = shape factor (depends on geometry) [m] • · F. ·, Λ = thermal conductivity of the medium [W / mK] • · · '| 25 Ti = point 1 temperature [K] T2 = point 2 temperature [K] »» 1 I »t · ii» II t • · 8 108751 Using the above formula for the test results, the following quantities are obtained: Q = measured thermal input to cooling water λ = thermal conductivity of copper [W / mK]
Ti = elementin pohjan koetuloksista laskettu lämpötila [K] 5 T2 = vesikanavan seinämän koetuloksista laskettu lämpötila [K] S = muotokerroin; puoliäärettömään upotetulle äärelliselle sylinterille (pituus L, halkaisija D) muotokerroin voidaan määrittää kaavan S = 2rcL/ln(4z/D) mukaan, kun Z>1,5D, z = upotussyvyys sylinterin keskilinjasta mitattuna [m].Ti = temperature of the bottom of the element calculated from the test results [K] 5 T2 = temperature of the water channel wall from the test results [K] S = shape factor; for a semi-infinite embedded finite cylinder (length L, diameter D), the shape factor can be determined according to the formula S = 2rcL / ln (4z / D) when Z> 1.5D, z = embedment depth measured from the center line of the cylinder [m].
1010
Edellä esitetyllä tavalla määritetyt lämmönsiirtokertoimet on esitetty kuvassa 4. Monimuuttuja-analyysin mukaan saatiin erittäin hyvä korrelaatio lämmön-I siirtokertoimen ja veden virtausnopeuden sekä veteen siirtyvän lämpömää- j rän välille. Regressioyhtälön lämmönsiirtokertoimet kullekin koejäähdytys- 15 elementille on esitetty taulukossa 2.The heat transfer coefficients determined as above are shown in Figure 4. According to the multivariate analysis, a very good correlation was found between the heat-I transfer coefficient and the water flow rate and the heat transfer rate to water. The heat transfer coefficients of the regression equation for each test cooling element are shown in Table 2.
Tällöin a [W/m2K] = c + a x v [m/s] + b x Q [kW],Then a [W / m2K] = c + a x v [m / s] + b x Q [kW],
Taulukko 2 • | c la Ib 1 r2 ~ A 4078,6 1478,1 110,1 0,99 !*·.. B 3865,8 1287,2 91,6 0,99 I·. C 2448,9 1402,1 151,2 0,99 |_D_ 2056,5_ 2612,6_ 179,7_ 0,96_ \’·ί 20 v.: Jotta tulokset ovat vertailukelpoisia, normeerattiin virtauskanavien poikki- > I · v * pinta-ala siten, kutakin veden virtausmäärää vastaa sama virtausnopeus.Table 2 c la Ib 1 r2 ~ A 4078.6 1478.1 110.1 0.99! * · .. B 3865.8 1287.2 91.6 0.99 I ·. C 2448.9 1402.1 151.2 0.99 | _D_ 2056,5_ 2612.6_ 179.7_ 0.96_ \ 20 years: For flow comparisons, the flow paths were standardized> I · v * so that each flow rate of water is equal to the same flow rate.
Näin virtausmäärän ja -nopeuden mukaan normeeratut virtauskanavien » · * mitat ja lämmönsiirtopinta-alat on esitetty taulukossa 3. Käyttäen näitä t t » 25 taulukossa 3 esitettujä dimensioita tapauksille A’, B’, C’ ja D’ sekä yllä ’· *·' esitetyllä tavalla määritettyjä lämmönsiirtokertoimia laskettiin virtausmäärän suhteen normeeratuille tapauksille seinämän ja veden lämpötilan ero veden virtausnopeuden funktiona 5, 10, 20 ja 30 kW lämpömäärille kaavasta • · » ♦ · • ♦ * * · 9 108751 AT=QI(axA)The dimensions and heat transfer areas of the flow channels normalized by flow rate and velocity are shown in Table 3. Using these dimensions of tt »25 in Table 3 for cases A ', B', C 'and D' and the above '· * ·' The heat transfer coefficients determined in this way were calculated for the flow rate normalized cases as a function of wall and water temperature as a function of water flow rate for 5, 10, 20 and 30 kW heat quantities from the formula: 108881 AT = QI (axA)
Taulukko 3Table 3
Halkaisija Virtauspoikki- Lämmönsiirto- Suhteellinen pinta-ala pinta/lm lämmönsiirto- __mm__mm2__m2/ lm__pinta-ala_ A1 21,0 346 0,066 1,00 B1 21,0 346 0,087 1,32 C1 19,2 346 0,120 1,82 D1_ 15,7_[_346_ 0,129_ 1,95_ 5Diameter Flow Cross - Heat Transfer - Relative Area Surface / lm Heat Transfer - __mm__mm2__m2 / lm__surface_ A1 21.0 346 0.066 1.00 B1 21.0 346 0.087 1.32 C1 19.2 346 0.120 1.82 D1_ 15.7_ [_346_ 0.129_ 1.95_5
Tulokset on esitetty kuvassa 5. Kuvasta nähdään, että kaikilla tämän keksinnön mukaan valmistetuilla jäähdytyselementeillä saadaan aikaan tietyn lämpömäärän siirtyminen pienemmällä veden ja jäähdytyskanavan seinämän lämpötilaerolla , mikä kuvaa menetelmän tehokkuutta. Esimerkiksi 10 jäähdytysteholla 30 kW ja veden virtausnopeudella 3 m/s on seinämän ja veden välinen lämpötilaero eri tapauksissa:The results are shown in Figure 5. The figure shows that all cooling elements made in accordance with the present invention achieve a certain amount of heat transfer with a smaller temperature difference between the water and the cooling channel wall, which illustrates the efficiency of the method. For example, with a cooling power of 10 kW and a water flow rate of 3 m / s, the temperature difference between the wall and the water is different in the following cases:
Taulukko 4 ΔΤ[ K] suhteellinen ΔΤ [%] _ _ _ ·:·1: B’ 33 85 C’ 22 58 *' [d;_|_24_|_61_ ;’1·· i5 •‘.'•i Kun verrataan saatuja tuloksia ja toisaalta lämmönsiirtopintoja, havaitaan, • » • v että saman lämpömäärän siirtämiseen tarvittava lämpötilaero seinämän ja • I 1 ’1 ’ veden välillä on kääntäen verrannollinen suhteelliseen lämmönsiirtopinta- alaan. Tämä tarkoittaa, että keksinnössä esitetyllä pinta-alan muutoksella ;[;1 20 voidaan olennaisesti vaikuttaa lämmönsiirron tehokkuuteen.Table 4 ΔΤ [K] relative ΔΤ [%] _ _ _ ·: · 1: B '33 85 C' 22 58 * '[d; _ | _24_ | _61_;' 1 ·· i5 • '.' • i When comparing the results obtained with the heat transfer surfaces, it is found that the temperature difference between the wall and • I 1 '1' water required to transfer the same amount of heat is inversely proportional to the relative heat transfer surface. This means that the change in surface area disclosed in the invention can substantially influence the efficiency of heat transfer.
I · · • · » · · » · · · » · f • » » • ·I · · • »» · · »· ·» »f •» »• ·
Claims (13)
Priority Applications (19)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI982771A FI108751B (en) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | A method of producing a sliding casting heat sink and a heat sink produced by the method |
| IDP991166D ID24579A (en) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | METHODS TO MAKE ELEMENTS OF SOIL COOLING AND COOLING ELEMENTS MADE WITH THESE METHODS |
| CA002356138A CA2356138C (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| EP99961080A EP1153254B1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| PT99961080T PT1153254E (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | COOLING ELEMENT OF A PYROMETALURGIC REACTOR AND ITS PRODUCTION |
| PL99349155A PL193460B1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| YUP-448/01A RS49726B (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| EA200100690A EA002584B1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| JP2000589886A JP2002533649A (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Cooling elements for dry and gold reactors and their manufacture |
| KR1020017007839A KR100640706B1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| CNB998149551A CN100449242C (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| AU17818/00A AU768282B2 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| DE69919745T DE69919745T2 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | PYROMETALLURGICAL REACTOR COOLING ELEMENT AND ITS MANUFACTURE |
| PCT/FI1999/001029 WO2000037870A1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| AT99961080T ATE274683T1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | PYROMETALLURGIC REACTOR COOLING ELEMENT AND PRODUCTION THEREOF |
| BR9916469-8A BR9916469A (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture |
| ARP990106633A AR021961A1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-21 | METHOD FOR MANUFACTURING A REFRIGERANT PLATE FOR A PIROMETALURGICAL REACTOR AND SUCH PLATE WITH INCREASED SURFACE AREA. |
| PE1999001308A PE20001446A1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-22 | METHOD FOR THE MANUFACTURING OF A COOLING ELEMENT FOR MOLDING IN SLIP AND AN ELEMENT MANUFACTURED BY THIS METHOD |
| ZA200104860A ZA200104860B (en) | 1998-12-22 | 2001-06-14 | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI982771A FI108751B (en) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | A method of producing a sliding casting heat sink and a heat sink produced by the method |
| FI982771 | 1998-12-22 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI982771A0 FI982771A0 (en) | 1998-12-22 |
| FI982771A FI982771A (en) | 2000-06-23 |
| FI108751B true FI108751B (en) | 2002-03-15 |
Family
ID=8553169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI982771A FI108751B (en) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | A method of producing a sliding casting heat sink and a heat sink produced by the method |
Country Status (19)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1153254B1 (en) |
| JP (1) | JP2002533649A (en) |
| KR (1) | KR100640706B1 (en) |
| CN (1) | CN100449242C (en) |
| AR (1) | AR021961A1 (en) |
| AT (1) | ATE274683T1 (en) |
| AU (1) | AU768282B2 (en) |
| BR (1) | BR9916469A (en) |
| CA (1) | CA2356138C (en) |
| DE (1) | DE69919745T2 (en) |
| EA (1) | EA002584B1 (en) |
| FI (1) | FI108751B (en) |
| ID (1) | ID24579A (en) |
| PE (1) | PE20001446A1 (en) |
| PL (1) | PL193460B1 (en) |
| PT (1) | PT1153254E (en) |
| RS (1) | RS49726B (en) |
| WO (1) | WO2000037870A1 (en) |
| ZA (1) | ZA200104860B (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1548133A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-29 | Paul Wurth S.A. | Method of manufacturing a cooling plate and a cooling plate manufactured with this method |
| EP2427578B1 (en) | 2009-05-06 | 2015-04-08 | Luvata Espoo Oy | Method for producing a cooling element for pyrometallurgical reactor and the cooling element |
| CN101634520B (en) * | 2009-05-31 | 2011-03-30 | 江苏联兴成套设备制造有限公司 | Casting method of cast steel cooling plate |
| FI124223B (en) | 2010-06-29 | 2014-05-15 | Outotec Oyj | SUSPENSION DEFROSTING OVEN AND CONCENTRATOR |
| CN102489955A (en) * | 2011-12-06 | 2012-06-13 | 阳谷祥光铜业有限公司 | Method for manufacturing cooling element and cooling element |
| JP5983951B2 (en) * | 2013-10-07 | 2016-09-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Blast furnace stave design method |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB191416474A (en) * | 1914-07-10 | 1915-10-11 | Carl Schilling | An Improved Process for Rectifying Spirit in Periodically Working Apparatus. |
| JPS5310530B1 (en) * | 1971-04-09 | 1978-04-14 | ||
| JPS60121045A (en) * | 1983-12-05 | 1985-06-28 | Kuroki Kogyosho:Kk | Heat exchanger and its production |
| US4995252A (en) * | 1989-03-06 | 1991-02-26 | Carrier Corporation | Method and apparatus for internally enhancing heat exchanger tubing |
| JPH0471742A (en) * | 1990-07-10 | 1992-03-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Manufacture of tube having complicated section hole |
| FI98380C (en) * | 1994-02-17 | 1997-06-10 | Outokumpu Eng Contract | Method and apparatus for suspension melting |
| JPH10166036A (en) * | 1996-12-11 | 1998-06-23 | Hitachi Cable Ltd | Manufacture of tube having groove on internal surface, and its device |
| PL185392B1 (en) * | 1997-01-08 | 2003-05-30 | Outokumpu Poricopper Oy | Method of making a colling plate for big iron and steel smelting furnaces |
| DE19732537C1 (en) * | 1997-07-23 | 1999-03-04 | Mannesmann Ag | Waste heat boiler |
-
1998
- 1998-12-22 FI FI982771A patent/FI108751B/en active
- 1998-12-22 ID IDP991166D patent/ID24579A/en unknown
-
1999
- 1999-12-14 WO PCT/FI1999/001029 patent/WO2000037870A1/en active IP Right Grant
- 1999-12-14 CN CNB998149551A patent/CN100449242C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-14 EA EA200100690A patent/EA002584B1/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-14 BR BR9916469-8A patent/BR9916469A/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-14 AU AU17818/00A patent/AU768282B2/en not_active Ceased
- 1999-12-14 PT PT99961080T patent/PT1153254E/en unknown
- 1999-12-14 EP EP99961080A patent/EP1153254B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-14 DE DE69919745T patent/DE69919745T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-14 RS YUP-448/01A patent/RS49726B/en unknown
- 1999-12-14 AT AT99961080T patent/ATE274683T1/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-14 JP JP2000589886A patent/JP2002533649A/en not_active Abandoned
- 1999-12-14 KR KR1020017007839A patent/KR100640706B1/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-14 CA CA002356138A patent/CA2356138C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-14 PL PL99349155A patent/PL193460B1/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-21 AR ARP990106633A patent/AR021961A1/en active IP Right Grant
- 1999-12-22 PE PE1999001308A patent/PE20001446A1/en not_active Application Discontinuation
-
2001
- 2001-06-14 ZA ZA200104860A patent/ZA200104860B/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PE20001446A1 (en) | 2000-12-28 |
| KR20010099863A (en) | 2001-11-09 |
| AU768282B2 (en) | 2003-12-04 |
| AR021961A1 (en) | 2002-09-04 |
| CN100449242C (en) | 2009-01-07 |
| RS49726B (en) | 2008-04-04 |
| PL349155A1 (en) | 2002-07-01 |
| FI982771A0 (en) | 1998-12-22 |
| CA2356138C (en) | 2007-08-14 |
| ATE274683T1 (en) | 2004-09-15 |
| EP1153254A1 (en) | 2001-11-14 |
| CN1331791A (en) | 2002-01-16 |
| PL193460B1 (en) | 2007-02-28 |
| ZA200104860B (en) | 2001-12-14 |
| EA200100690A1 (en) | 2001-12-24 |
| PT1153254E (en) | 2004-11-30 |
| ID24579A (en) | 2000-07-27 |
| YU44801A (en) | 2003-12-31 |
| AU1781800A (en) | 2000-07-12 |
| DE69919745T2 (en) | 2005-01-20 |
| FI982771A (en) | 2000-06-23 |
| DE69919745D1 (en) | 2004-09-30 |
| JP2002533649A (en) | 2002-10-08 |
| BR9916469A (en) | 2001-09-25 |
| KR100640706B1 (en) | 2006-10-31 |
| EA002584B1 (en) | 2002-06-27 |
| EP1153254B1 (en) | 2004-08-25 |
| CA2356138A1 (en) | 2000-06-29 |
| WO2000037870A1 (en) | 2000-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI108751B (en) | A method of producing a sliding casting heat sink and a heat sink produced by the method | |
| FI121429B (en) | Heat sink and method for making the heat sink | |
| JP5256376B2 (en) | Method of manufacturing cooling element for dry metallurgical reactor and cooling element | |
| CN204800905U (en) | Mold cooling system | |
| FI107789B (en) | Casting mold for producing a cooling element and forming cooling element in the mold | |
| RU2487946C2 (en) | Method of making cooling element for pyrometallurgical reactor and cooling element | |
| JPH11267794A (en) | Casting mold cooled by liquid | |
| FI108752B (en) | Process for producing a cooling element and cooling element produced by the process | |
| KR100607855B1 (en) | Ingot mould for the continuous casting of steel into billet and cogged ingot formats | |
| CN201760575U (en) | Cooling water seam of shaped blank continuous casting crystallizer | |
| CN201130064Y (en) | Novel temperature measuring apparatus | |
| MXPA01006448A (en) | Pyrometallurgical reactor cooling element and its manufacture | |
| CN2729080Y (en) | Fine copper cooling wall | |
| Kwaśniewski et al. | External Surface Quality of the Graphite Crystallizer as a Factor Influencing the Temperature of the Continuous Casting Process of ETP Grade Copper. Materials 2021, 14, 6309 | |
| Sun et al. | An Experimental Study on the Cooling Effect of Die Casting Die Insert Cooling Devices | |
| Qamar et al. | Experimental Study on Heat Transfer Performance of Mpcm Slurry Flow in Microchannels |