FI116317B

FI116317B - Cooling element and process for producing a cooling element

Info

Publication number: FI116317B
Application number: FI20030882A
Authority: FI
Inventors: Pertti Maekinen
Original assignee: Outokumpu Oy
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-10-31
Also published as: CL2004001385A1; CN1806056A; FI20030882A; KR20060039858A; DE112004000914T5; FI20030882A0; PE20050002A1; WO2004111275A1; AR044654A1; CN100357455C

Description

116317116317

JÄÄHDYTYSELEMENTTI JA MENETELMÄ JÄÄHDYTYSELEMENTIN VALMISTAMISEKSIHEATING ELEMENT AND METHOD FOR MAKING THE HEATING ELEMENT

Keksinnön kohteena on itsenäisissä patenttivaatimuksissa määritelty jäähdy-tyselementti ja menetelmä jääähdytyselementin valmistamiseksi.The invention relates to a cooling element as defined in the independent claims and to a method for making a cooling element.

5 Teollisuuden, erityisesti metallien valmistuksessa käytettävien reaktorien, kuten liekkisulatusuunien, masuunien ja sähköuunien yhteydessä käytetään massiivisia jäähdytyselementtejä, jotka on yleensä valmistettu kuparista. Tyypillisesti jäähdy-tyselementit ovat vesijäähdytteisiä ja siten varustettu jäähdytysvesikanavistolla. Usein jäähdytyselementeillä suojataan pyrometallurgisissa prosesseissa reakto-10 reiden 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. autogeeninen vuoraus, joka muodostuu kuonasta ja muis-15 ta sulafaaseista erkautuvista aineista.Industrial reactors, such as flame smelting furnaces, blast furnaces and electric furnaces, are used in industry, in particular for massive cooling elements, usually made of copper. Typically, the cooling elements are water-cooled and thus provided with a cooling water channel. Frequently, the cooling elements in the pyrometallurgical processes protect the masonry of the reactors so that the heat transmitted to the masonry surface by cooling is transferred to the water, thereby substantially reducing the wear on the liner compared to the non-cooled reactor. The reduction in wear is caused by the so-called "coolant" solidification of the refractory lining surface. autogenous lining consisting of slag and other molten phase separating substances.

Käyttöolosuhteet reaktorissa ovat äärimmäiset, jolloin jäähdytyselementit joutuvat • · ·',! mm. voimakkaiden uunin atmosfäärin ja sulakontaktien aiheuttamien korroosio- ja ; : eroosiorasitusten alaiseksi. Myös kaasuvirtaukset reaktorissa voivat olla haitallisia :: reaktorin seinän vuorauksille. Jäähdytyselementin tehokkaan toimivuuden kannal- , . (» '} 2 0 ta on tärkeää esimerkiksi se, että tulenkestävien tiilien ja jäähdytyselementin väli- • * nen liitos on hyvä, jolloin saavutetaan tehokkaasti lämpöä siirtävä kontakti.The operating conditions in the reactor are extreme and the heat sink is forced to · · · ',! mm. corrosion caused by strong furnace atmosphere and molten contacts; : subject to erosion stress. Also, gas flows in the reactor can be detrimental to: the reactor wall linings. For efficient operation of the heatsink. (»'} 2 0 it is important, for example, to have a good connection between the refractory bricks and the heat sink, whereby an effective heat transfer contact is achieved.

: Tämän keksinnön tarkoitus on tuoda esiin uudenlainen jäähdytyselementti. Erityi- : sesti keksinnön tarkoitus on tuoda esiin kestävä jäähdytyselementti, joka jäähdy- 2 5 tyksen lisäksi myös tukee reaktorin seinämän vuorauksia ja parantaa reaktorin , ; kaasuvirtausta.It is an object of the present invention to provide a novel cooling element. In particular, it is an object of the invention to provide a durable cooling element which, in addition to cooling, also supports the reactor wall linings and improves the reactor; the gas flow.

' ; Fl patentista 109233 tunnetaan jäähdytyselementti erityisesti uuneja varten, jonka ‘: “: elementin pintaan on järjestetty diffuusioliitoksella korroosiota kestävä pintakerros, 30 joka on terästä.'; Fl patent 109233 discloses a cooling element, particularly for furnaces, which has a: ":" diffusion joint provided with a corrosion resistant surface layer of steel.

2 1163172 116317

Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä itsenäisten patenttivaatimusten tunnus-merkkiosissa on esitetty. Keksinnön eräille muille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä muissa patenttivaatimuksissa on esitetty.The invention is characterized by what is stated in the characterizing parts of the independent claims. Other embodiments of the invention are characterized by what is stated in the other claims.

5 Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan huomattavia etuja. Yhdistämällä jäähdytyselementin jäähdytettyyn runko-osaan uloke, parannetaan rakenteen avulla oleellisesti reaktorin, kuten masuunin sisäistä kaasuvirtausta sekä lisäksi jäähdytyselementti samalla tukee ja jäähdyttää reaktorin seinämän vuorausta. Sijoittamalla jäähdytyselementti olennaisesti reaktorin seinämän vuorauksen alapuoli, o lelle, kannattelevat runko-osa ja uloke seinämän vuorausta. Kun jäähdytysele-menttiin järjestetään uloke ainoastaan runko-osan yläreunaan, eikä koko runko-osan korkeudelle, jää reaktoriin enemmän tilaa hyödynnettäväksi reaktorin leveys-suunnassa eli periaatteessa reaktorin halkaisija suurenee. Edullisesti saavutetaan tarvittava jäähdyttävä vaikutus jäähdytyselementille. Uloke kääntää muotonsa an-15 siosta reaktorissa vallitsevaa kaasuvirtauksen suuntaa edullisesti poispäin seinämän vuorauksesta, jolloin sen kuluttavat vaikutukset vuoraukseen vähenevät. Kun ulokkeen ja runko-osan yhteenlaskettu paksuus on yhtä paljon kuin yläpuolella * < · ' jj olevan vuorauksen paksuus, tukee jäähdytyselementti yläpuolella olevaa vuoraus- : ·'· ta paremmin. Muodostamalla ulokkeen ja runko-osan välille metallurginen sidos, 2 0 saavutetaan hyvä lämmönsiirto eri osien välille. Metallurginen sidos muodostetaan ;keksinnön mukaisesti diffuusioliitoksella, jonka avulla ulokkeen ja runko-osan välil- * * * le saavutetaan erittäin kestävä ja pitkäaikainen liitos, mikä kestää hyvin pyrometal- » I , I · lurgisen reaktorin vaativia prosessiolosuhteita. Lisäksi ulokkeen ja runko-osan vä-. . listä liitosta voidaan vahvistaa hitsaamalla uloke reunastaan runko-osaan. Keksin- »»il ;>-V 25 nön mukainen tapa on nopea, helppo ja kustannuksiltaan edullinen tapa yhdistääThe solution according to the invention achieves considerable advantages. By connecting the projection to the cooled body of the cooling element, the structure substantially improves the internal gas flow of the reactor, such as a blast furnace, and additionally supports and cools the lining of the reactor wall. By positioning the cooling element substantially below the reactor wall lining, the frame member and projection support the wall lining. By providing a projection on the cooling element only at the top of the body and not at the height of the whole body, more space remains in the reactor to be utilized in the reactor width direction, i.e., in principle, the reactor diameter is increased. Preferably, the required cooling effect on the cooling element is achieved. Advantageously, the projection reverses the direction of the gas flow in the reactor away from the wall lining, thereby reducing its abrasive effects on the lining. When the combined thickness of the cantilever and frame is equal to the thickness of the liner above * <· 'jj, the heat sink is better supported by the heatsink. By forming a metallurgical bond between the projection and the body, a good heat transfer between the different parts is achieved. According to the invention, a metallurgical bond is formed by a diffusion bond, which provides a very durable and long-lasting connection between the cantilever and the body, which is very resistant to the demanding process conditions of the pyrometallic reactor. In addition, the protrusion and the body portion . this joint can be reinforced by welding the projection at its edge to the body. The inventive method is a fast, easy and inexpensive way to combine

* · f f I* · F f I

;; i.·’ toisiinsa kuparia tai kupariseosta olevat elementit, verrattuna esimerkiksi siihen, * i jos uloke olisi muodostettu takomalla runko-osaan.;; i. · 'elements of copper or copper alloy to one another, compared with, for example, * i if the projection were formed by forging the body.

* , I*, I

- f » -: j Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin kuviin.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

30 Kuva 1 Keksinnön mukainen jäähdytyselementti 3 11631730 Figure 1 Cooling element according to the invention 3 116317

Kuva 2 Keksinnön mukainen jäähdytyselementtiFigure 2 The cooling element according to the invention

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty keksinnön mukainen jäähdytyselementti 1 metallien valmistuksessa käytettävän pyrometallurgisen reaktorin, kuten masuunin, rakenteessa käytettäväksi, joka jäähdytyselementti käsittää kuparia tai kupariseosta 5 olevan runko-osan 2, jossa on kanavisto 3 jäähdytysväliainekiertoa varten. Kuviossa 1 ja 2 esitetty jäähdytyselementti 1 on masuunissa käytettävä elementti. Kuva 2 on esitetty kuvasta 1 suunnasta A katsottuna. Keksinnön mukaisesti runko-osaan 2 on yhdistetty kuparia tai kupariseosta oleva olennaisesti reaktorin seinämän 4 vuorauksen 5 alapuolelle järjestetty uloke 6 niin, että runko-osan 2 ja ulok-10 keen 6 väliseen liitoskohtaan 7 on muodostettu metallurginen sidos. Uloke 6 on keksinnön mukaisesti muodostettu jäähdytyselementin 1 jäähdytetyn runko-osan 2 yhteyteen niin, että uloke 6 ohjaa kaasuvirtausta reaktorissa, sekä tukee ja jäähdyttää reaktorin seinämän 4 vuorausta 5. Keksinnön mukainen kuparia tai kupariseosta oleva runko-osa 2 on muodostettu esimerkiksi valamalla laatta-aihio, jota 15 valssataan tarvittaessa. Laatta-aihioon on esimerkiksi poraamalla tai muulla tunnetulla tavalla muodostettu kanavisto 3 jäähdytysväliainekiertoa varten. Kanavis-toon 3 on yhdistetty kanava 12 jäähdytysväliaineen tuomiseksi kanavistoon. Uloke » · ‘ . ί 6 on valmistettu muodostamalla kuparia tai kupariseosta oleva kappale esimerkik- % si valamalla tai valssaamalla.Figures 1 and 2 show a cooling element 1 according to the invention for use in the construction of a pyrometallurgical reactor, such as a blast furnace, used in metal production, which cooling element comprises a copper or copper alloy body 5 with channel 3 for cooling medium circulation. The cooling element 1 shown in Figures 1 and 2 is an element used in a blast furnace. Figure 2 is a view in direction A from Figure 1. According to the invention, a copper or copper alloy is provided with a projection 6 arranged substantially below the lining 5 of the reactor wall 4 so that a metallurgical bond is formed at the junction 7 between the body 2 and the projection 6. The projection 6 is formed in accordance with the invention in connection with the cooled body 2 of the cooling element 1 so that the projection 6 controls the gas flow in the reactor and supports and cools the lining 5 of the reactor wall 4. The copper or copper , rolled 15 if necessary. The tile blank has, for example, a duct system 3 formed for drilling or other known means for circulating a coolant medium. A duct 12 is connected to duct channel 3 for introducing coolant into the duct system. The projection »· '. ί 6 is made by forming a piece of copper or copper alloy by casting or rolling, for example.

, i i * ;* 20 Metallurginen sidos runko-osan ja ulokkeen välille muodostetaan erään keksinnön , 'ί: sovellusmuodon mukaan diffuusioliitoksella. Tällöin sidoksen muodostuminen ta- pahtuu sula- tai kiintoainediffuusion ja niitä seuraavien faasimuutosreaktioiden * · tuloksena puristettaessa runko-osaa 2 ja uloketta 6 toisiaan vasten ja lämmitettä- * * M·; essä liitosaluetta 7 ainakin yhdessä vaiheessa. Runko-osan 2 ja ulokkeen 6 väli- t ’ ‘ ί , ; ϊ *. ,* 25 selle liitosalueelle 7 tuodaan juoteainetta, joka sisältää ainakin hopeaa, kuparia tai : ' . tinaa. Erään keksinnön sovellusmuodon mukaan runko-osan 2 ja ulokkeen 6 väliin : asetettava juoteaine on olennaisesti ohut hopeakalvo. Hopeakalvo voi olla myös * . » tinapinnoitettu. Tyypillisesti sidoksen muodostuminen vaatii noin 600-800 asteen : - * lämpötilan ja liitoskohdan paksuus on kymmeniä mikrometrejä., i i *; * 20 According to an embodiment of the invention, the metallurgical bond between the body and the projection is formed by a diffusion bond. In this case, bond formation occurs as a result of melt or solid diffusion and subsequent phase change reactions * · as the body 2 and projection 6 are pressed against each other and heated to * * M ·; at least in one step. The distance between the body part 2 and the projection 6 is; ϊ *. , * 25 soldering material containing at least silver, copper or: 'is introduced into the joining zone 7. tin. According to one embodiment of the invention, between the body part 2 and the projection 6: the solder to be applied is a substantially thin silver film. The silver film can also be *. »Tin plated. Typically, the bonding requires about 600-800 degrees: - * the temperature and the joint thickness is tens of micrometers.

30 116317 430 116317 4

Keksinnön mukaisesti uloke 6 on alareunastaan 8 edullisesti viistomainen niin, että uloke on paksumpi runko-osan 2 puolella. Näin ollen reaktorin kaasuvirtauk-set kulkevat kuvassa esitetyn nuolen suuntaisesti eli edullisesti poispäin reaktorin seinämän vuorauksista. Uloke on järjestetty runko-osan 2 yläreunaan eli siihen 5 reunaan, joka on ylempänä reaktorissa. Uloke ulottuu olennaisesti koko runko-osan yläreunan leveydelle 9 ja vain osalle runko-osan korkeudesta. Keksinnön mukainen uloke 6 on syvyydeltään 10 edullisesti 130-180 millimetriä. Ulokkeen 6 ja runko-osan 2 yhteenlaskettu paksuus 11 on ainakin yhtä paljon kuin yläpuolella olevan seinämän vuorauksen 5 paksuus. Tällöin jäähdytyselementti 1 tukee edul-10 lisesti sen yläpuolella olevaa seinämän vuorausta 5. Ulokkeessa 6 voi olla myös jäähdytysväliainekierto, jolloin lisätään jäähdytyselementin jäähdyttävää vaikutusta. Esimerkin mukaan uloke 6 on reaktorissa runkoelementin sillä puolella, joka on kosketuksissa sulan kanssa. Uloke voisi olla keksinnön mukaan myös runkoelementin sillä puolella, joka on kosketuksissa seinämän kanssa.According to the invention, the projection 6 is preferably bevelled at its lower edge 8 so that the projection is thicker on the side of the body 2. Thus, the reactor kaasuvirtauk-set run in the direction of the arrow shown in the picture, or preferably away from the reactor wall linings. The projection is arranged at the upper edge of the body part 2, i.e. at the edge 5 which is higher up in the reactor. The protrusion extends substantially over the entire width 9 of the upper edge of the body and only a portion of the height of the body. The projection 6 according to the invention has a depth of 10 preferably 130 to 180 millimeters. The combined thickness 11 of the projection 6 and the body portion 2 is at least as great as the thickness of the wall liner 5 above. In this case, the cooling element 1 preferably supports the wall liner 5 above it. The projection 6 may also have a cooling medium circulation, thereby increasing the cooling effect of the cooling element. According to the example, the projection 6 is in the reactor on the side of the body element which is in contact with the molten material. According to the invention, the projection could also be on the side of the frame element which is in contact with the wall.

1515

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten »·, : puitteissa.It will be apparent to one skilled in the art that various embodiments of the invention are not limited to the above examples, but may vary within the scope of the appended claims.

; 20 * i · ί s » - * j * * i ! ’ ♦ t · » > » i; 20 * i · ί s »- * j * * i! '♦ t · »>» i

Claims

A cooling element (1) for use in the construction of a pyrometallurgical reactor for the production of metals, such as a blast furnace, the cooling element comprising a copper or copper alloy body (2) having a channel (3) for cooling medium circulation, characterized in that: a copper or copper alloy projection (6) arranged substantially below the lining (5) of the reactor wall (4) is connected to the body (2) so that a metallurgical bond is formed at the junction (7) between the body and the projection.

Cooling element according to Claim 1, characterized in that the projection (6) is preferably bevelled at its lower edge (8) so that the projection is thicker on the side of the body (2). 15

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the projection is arranged at the upper edge of the body (2). V; Cooling element according to claims 1-3, characterized in that the second projection (6) extends substantially over the entire width (9) of the upper edge of the frame part (2) and only a part of the height of the frame part.

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the projection has a depth (10) of preferably 130 to 180 millimeters. 25 * * * t

Cooling element according to any one of the preceding claims, characterized in that the combined thickness (11) of the projection (6) and the body (2): is at least equal to that of the lining (5) * I above the wall. thickness. ; 30

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the projection (6) has a cooling medium circulation. 116317

Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the projection (6) is on the side of the body element which is in contact with the molten material. 5

Cooling element according to claims 1-7, characterized in that the projection (6) is on the side of the frame element which is in contact with the wall (4). A method for manufacturing a cooling element for the construction of a metal pyrometallurgical reactor, such as a blast furnace, comprising a copper or copper alloy body (2) having a duct system (3) for cooling medium circulation, characterized in that the body (2) ) joining a projection (6) of copper or copper alloy arranged substantially below the lining (5) of the reactor wall (4) to form a metallurgical bond at the junction (7) between the body and the projection.

Method according to Claim 10, characterized in that the body part (2) and the projection (6) are connected to one another by a diffusion connection. The method according to claim 10 or 11, characterized in that »; a soldering material is provided between the body member (2) and the projection (6) and the joint area is heated in at least one step. j 25 ..:; The method according to claim 12, characterized in that the soldering iron '. contains at least silver, copper or tin.

The method according to claims 10-13, characterized in that the beverage; 3 0 silver foil is used as the substance. 7, 116317