FI116317B

FI116317B - Jäähdytyselementti ja menetelmä jäähdytyselementin valmistamiseksi

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; FI20030882A0; DE112004000914T5; AR044654A1; KR20060039858A; WO2004111275A1; PE20050002A1; CN1806056A; CN100357455C; FI20030882A

Description

116317

JÄÄHDYTYSELEMENTTI JA MENETELMÄ JÄÄHDYTYSELEMENTIN VALMISTAMISEKSI

Keksinnön kohteena on itsenäisissä patenttivaatimuksissa määritelty jäähdy-tyselementti ja menetelmä jääähdytyselementin valmistamiseksi.

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.

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.

: 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.

' ; Fl patentista 109233 tunnetaan jäähdytyselementti erityisesti uuneja varten, jonka ‘: “: elementin pintaan on järjestetty diffuusioliitoksella korroosiota kestävä pintakerros, 30 joka on terästä.

2 116317

Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä itsenäisten patenttivaatimusten tunnus-merkkiosissa on esitetty. Keksinnön eräille muille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä muissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

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 yhdistää

* · f f I

;; i.·’ toisiinsa kuparia tai kupariseosta olevat elementit, verrattuna esimerkiksi siihen, * i jos uloke olisi muodostettu takomalla runko-osaan.

* , I

- f » -: j Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin kuviin.

30 Kuva 1 Keksinnön mukainen jäähdytyselementti 3 116317

Kuva 2 Keksinnön mukainen jäähdytyselementti

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.

, 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.

30 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.

15

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten »·, : puitteissa.

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

Claims

1. Jäähdytyselementti (1) metallien valmistuksessa käytettävän pyrometallur-gisen reaktorin, kuten masuunin, rakenteessa käytettäväksi, joka jäähdy- 5 tyselementti käsittää kuparia tai kupariseosta olevan runko-osan (2), jossa on kanavisto (3) jäähdytysväliainekiertoa varten, tunnettu siitä, että runko-osaan (2) on yhdistetty kuparia tai kupariseosta oleva olennaisesti reaktorin seinämän (4) vuorauksen (5) alapuolelle järjestetty uloke (6) niin, että runko-osan ja ulokkeen väliseen liitoskohtaan (7) on muodostettu metallurgi-10 nen sidos.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että uloke (6) on alareunastaan (8) edullisesti viistomainen niin, että uloke on paksumpi runko-osan (2) puolella. 15

3. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että uloke on järjestetty runko-osan (2) yläreunaan. V; 4. Patenttivaatimuksen 1-3 mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että 2. uloke (6) ulottuu olennaisesti koko runko-osan (2) yläreunan leveydelle (9), ,.: ja vain osalle runko-osan korkeudesta.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että uloke on syvyydeltään (10) edullisesti 130-180 millimetriä. 25 * * * t

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jäähdytyselementti, tun- > i I : nettu siitä, että ulokkeen (6) ja runko-osan (2) yhteenlaskettu paksuus (11) :, on ainakin yhtä paljon kuin yläpuolella olevan seinämän vuorauksen (5) * I paksuus. ; 30

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että ulokkeessa (6) on jäähdytysväliainekierto. 116317

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että uloke (6) on runkoelementin sillä puolella, joka on kosketuksissa sulan kanssa. 5

9. Patenttivaatimuksen 1-7 mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että uloke (6) on runkoelementin sillä puolella, joka on kosketuksissa seinämän (4) kanssa. ίο 10.Menetelmä metallien valmistuksessa käytettävän pyrometallurgisen reaktorin, kuten masuunin, rakenteessa käytettävän jäähdytyselementin valmistamiseksi, joka jäähdytyselementti käsittää kuparia tai kupariseosta olevan runko-osan (2), jossa on kanavisto (3) jäähdytysväliainekiertoa varten, tunnettu siitä, että runko-osaan (2) yhdistetään kuparia tai kupariseosta oleva 15 olennaisesti reaktorin seinämän (4) vuorauksen (5) alapuolelle järjestetty uloke (6) niin, että runko-osan ja ulokkeen väliseen liitoskohtaan (7) muodostetaan metallurginen sidos.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että runko- : 20 osa (2) ja uloke (6) yhdistetään toisiinsa diffuusioliitoksella. • 1 * *: ^.Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että » ; runko-osan (2) ja ulokkeen (6) väliin järjestetään juoteainetta ja liitosaluetta lämmitetään ainakin yhdessä vaiheessa. j 25 ..:; 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että juoteaine ' . sisältää ainakin hopeaa, kuparia tai tinaa.

14. Patenttivaatimuksen 10-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että juo- ; 3 0 teaineena käytetään hopeakalvoa. 7 116317