PL197177B1 - Element chłodzący i sposób wytwarzania elementu chłodzącego - Google Patents

Abstract

1. Element ch lodz acy, zawieraj acy czesc oslo- now a, wyposa zon a w uk lad kana lów do cyrkulacji wody ch lodz acej oraz w ok ladzin e ukszta ltowan a z ceramicznych elementów, na co najmniej cz esci powierzchni cz esci os lonowej, znamienny tym, ze elementy (2) ok ladziny ceramicznej s a przymocowa- ne do cz esci os lonowej (1), g lównie wykonanej z miedzi, za pomoc a stopu lutowniczego w sposób daj acy dobry termiczny kontakt pomi edzy elementem ceramicznym a cz esci a os lonow a. 5. Sposób wytwarzania elementu ch lodz acego, zawieraj acego czesc os lonow a i elementy ok ladziny ceramicznej usytuowane na powierzchni cz esci os lonowej, znamienny tym, ze elementy ok ladziny ceramicznej (2) laczy si e z elementem czesci os lo- nowej (1), g lównie wykonanej z miedzi, poprzez u zy- cie stopu lutowniczego w zlaczu pomi edzy elemen- tami ok ladziny i cz esci a os lonow a, gdzie co najmniej powierzchnia z lacza jest podgrzewana co najmniej do temperatury topnienia stopu lutowniczego, przez co tworzy si e po laczenie o dobrym termicznym kon- takcie pomi edzy elementem czesci os lonowej (1) a elementem ok ladziny ceramicznej (2). PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197177 (21) Numer zgłoszenia: 358206 ⁽22) D^at^{a zg}ł^oszeni^a: 21.03.2001 ^(51)lntcl·

B23K 1/19 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: F27D1/12 (2006.01)

21.03.2001, PCT/FI01/00280 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

27.09.2001, WO01/71267 PCT Gazette nr 39/01 (54) Elemnn tchłodzący i sposób wyftaarannia elemnntuchłodząeego

(30) Pierwszeństwo: 21.03.2000,FI,20000065.8	(73) Uprawniony z patentu: OUTOKUMPU OYJ,Espoo,FI
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 09.08.2004 BUP 16/04	(72) Twórca(y) wynalazku: Risto Saarinen,Espoo,FI Yrjo Leppanen,Pori,FI
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik: RacCubik Irena, PATPOL Sp. z o.o.

(57) 1i Element chłodzący, zawierający część osłonową, wyposażoną w układ kanałów do cyrkulacji wody chłodzącej oraz w okładzinę ukształtowaną z ceramicznych elementów, na co najmniej części powierzchni części osłonowej, znamienny tym, że elementy (2) okładziny ceramicznej są przymocowane do części osłonowej (1), głównie wykonanej z miedzi, za pomocą stopu lutowniczego w sposób dający dobry termiczny kontakt pomiędzy elementem ceramicznym a częścią osłonową.

5i Sposób wytwarzania elementu chłodzącego, zawierającego część osłonową i elementy okładziny ceramicznej usytuowane na powierzchni części osłonowej, znamienny tym, że elementy okładziny ceramicznej (2) łączy się z elementem części osłonowej (1), głównie wykonanej z miedzi, poprzez użycie stopu lutowniczego w złączu pomiędzy elementami okładziny i częścią osłonową, gdzie co najmniej powierzchnia złącza jest podgrzewana co najmniej do temperatury topnienia stopu lutowniczego, przez co tworzy się połączenie o dobrym termicznym kontakcie pomiędzy elementem części osłonowej (1) a elementem okładziny ceramicznej (2).

PL 197 177 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest element chłodzący i sposób wytwarzania elementu chłodzącego.

W przemysłowych piecach do wytapiania, takich jak zapłonowy piec do wytapiania, wielki piec i piec elektryczny stosowanych do produkcji metali, lub w związku z innymi reaktorami metalurgicznymi, używane są elementy chłodzące, które typowo wykonane są głównie z miedzi. Na powierzchni elementu chłodzącego często jest układana okładzina ceramiczna, wykonana na przykład z ognioodpornych cegieł. Elementy chłodzące są typowo chłodzone wodą i są zaopatrzone w system kanałów chłodzenia wodą, przez co ciepło jest przekazywane od ognioodpornych cegieł przez osłonę elementu chłodzącego do wody chłodzącej. Elementy chłodzące są używane w ekstremalnych warunkach pracy, gdzie są poddawane silnej korozji i erozji spowodowanej atmosferą w piecu do wytapiania lub kontaktem z roztopionymi materiałami. Dla skutecznego działania elementu chłodzącego ważnym jest żeby połączenie pomiędzy ognioodpornymi cegłami a elementem chłodzącym było dobre, w tym przypadku jest osiągane skuteczne przenikanie ciepła.

Opis patentowy US 4752218 nawiązuje do wykładziny pieca do wytopu metalu poprzez zastosowanie materiału kompozytu ceramicznego, który jest połączony z metalową powierzchnią. Ceramiczny materiał kompozytowy składa się z sieci włókien metalowych, które są osadzone w materiale ceramicznym na stronie wykładziny będącej w kontakcie w piecu z płynnym metalem. Przeciwna strona ceramicznego materiału kompozytowego jest połączona z metalową płytą poprzez lutowanie twarde lub zwykłe, i na tej stronie sieć włókien metalowych stanowi 60-95% całkowitej powierzchni (kolumna 2, wiersze 18-22, 33-38). Złącze pomiędzy ceramicznym materiałem kompozytowym i płytą metalową jest głównie złączem metal-metal a nie złączem pomiędzy metalem i elementem ceramicznym.

Opis JP 3080162A nawiązuje do metody łączenia ceramicznego elementu z metalem. Złącze posiada odporność na cykl termiczny oraz jest odporne na korozję na Na, co jest wykorzystane jako nośnik ciepła w wymiennikach ciepła. Dla zwiększenia łączonej powierzchni pomiędzy ceramiką i metalem, element ceramiczny wyposażono w rowki a element metalowy w odpowiadające ramiona. Stop lutowniczy jest zastosowany pomiędzy kontaktującymi się powierzchniami, a kompozycja jest rozgrzewana pod ciśnieniem pomiędzy 0.5-2.0 kg/mm².

Wadą wytwarzania znanych elementów chłodzących jest skomplikowany sposób wytwarzania ich przez przyłączenie ceramicznych/ognioodpornych okładzin i trudności w osiągnięciu dobrego kontaktu pomiędzy okładziną ceramiczną i elementem. Powoduje to, że właściwości elementu nie mogą być w pełni wykorzystane. Powoduje to również przyspieszone zużycie się okładziny.

Element chłodzący, zawierający część osłonową, wyposażoną w układ kanałów do cyrkulacji wody chłodzącej oraz w okładzinę ukształtowaną z ceramicznych elementów, na co najmniej części powierzchni części osłonowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że elementy okładziny ceramicznej są przymocowane do części osłonowej, głównie wykonanej z miedzi, za pomocą stopu lutowniczego w sposób dający dobry termiczny kontakt pomiędzy elementem ceramicznym a częścią osłonową.

Powierzchnia części osłonowej elementu chłodzącego jest wyposażona w rowki, do których elementy okładziny ceramicznej są dopasowane.

Elementy okładziny ceramicznej są utrzymywane w rowkach, mających kształt umożliwiający utrzymanie ich jako zablokowanych, kiedy element jest w pozycji otwartej skierowanej w dół.

Odległość pomiędzy przeciwnymi ścianami rowków części osłonowej zmniejsza się w kierunku od spodu rowków do powierzchni części osłonowej.

Sposób wytwarzania elementu chłodzącego, zawierającego część osłonową i elementy okładziny ceramicznej usytuowane na powierzchni części osłonowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że elementy okładziny ceramicznej łączy się z elementem części osłonowej, głównie wykonanej z miedzi, poprzez użycie stopu lutowniczego w złączu pomiędzy elementami okładziny i częścią osłonową, gdzie co najmniej powierzchnia złącza jest podgrzewana co najmniej do temperatury topnienia stopu lutowniczego, przez co tworzy się połączenie o dobrym termicznym kontakcie pomiędzy elementem części osłonowej a elementem okładziny ceramicznej.

Elementy okładziny ceramicznej stanowią cegły ognioodporne.

Stop lutowniczy nanosi się oddzielnie na powierzchnię złącza, na przykład jako proszek lub folię.

Stop lutowniczy nanosi się na powierzchnię złącza razem z elementami, które mają być połączone razem.

PL 197 177 B1

Sposób wytwarzania elementu chłodzącego według wynalazku umożliwia uniknięcie niedogodności sposobu znanego ze stanu techniki. Element chłodzący, odznacza się dobrym kontaktem pomiędzy okładziną ceramiczną a częścią osłonową.

Wynalazek ma wiele szczególnych zalet. Zgodnie ze sposobem według wynalazku uzyskuje się nadzwyczajnie dobry kontakt pomiędzy ceramicznymi elementami okładzinowymi i osłoną elementu chłodzącego. Utrzymuje to temperaturę na elemencie chłodzącym od strony pieca i jego części ceramicznych, takich jak cegły ognioodporne, wystarczająco nisko, tak, że na powierzchni elementu jest utworzona tak zwana autogenna okładzina, zawierająca między innymi tlenkowe i/lub sulfidowe roztopione składniki. Obecnie zużywanie się cegieł, między innymi, zostało zasadniczo spowolnione, a okres żywotności elementu chłodzącego wzrósł. Sposób według wynalazku jest także korzystny w odniesieniu do technologii wytwarzania.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia element chłodzący, według wynalazku, w przekroju poprzecznym.

Element chłodzący według wynalazku zawiera część osłonową 1, wyposażoną w układ kanałów 4 do cyrkulacji wody chłodzącej oraz w okładzinę ukształtowaną z ceramicznych elementów 2 stosowaną, do co najmniej części powierzchni części osłonowej. Elementy 2 okładziny ceramicznej są przymocowane do części osłonowej 1 za pomocą stopu lutowniczego/lutowia twardego w sposób dający dobry termiczny kontakt pomiędzy elementem ceramicznym a częścią osłonową. Część osłonowa 1 elementu chłodzącego zazwyczaj jest wykonana na przykład z miedzi. Część osłonowa 1 elementu chłodzącego jest korzystnie wykonana na przykład przez odlewanie. Część osłonowa jest zaopatrzona w układ kanałów 4 do cyrkulacji wody chłodzącej. Typowo układ kanałów 4 jest wykonany przez obróbkę na przykład wiercenie lub w połączeniu z odlewem. Co najmniej jedna powierzchnia części osłonowej 1 jest zaopatrzona w rowki 3, w których są usytuowane elementy 2 okładziny ceramicznej, typowo ognioodporne cegły. Pomiędzy częścią osłonową 1 elementu chłodzącego a elementami ceramicznymi 2 jest wykonane złącze umożliwiające dobry termiczny kontakt poprzez stop lutowniczy/lutowie twarde. Elementy ceramiczne 2 usytuowane są w rowkach mających kształt umożliwiający utrzymanie ich jako zablokowanych, kiedy element jest w pozycji otwartej skierowanej w dół. Rowki 3 mogą na przykład zwężać się od ich spodu w kierunku powierzchni elementu, w tym przypadku szerokość W1 rowka na jego spodzie jest większa niż szerokość W2 rowka na poziomie powierzchni. W typowym przykładzie szerokość W2 rowka na poziomie powierzchni części osłonowej jest 2-10 mm mniejsza niż szerokość W1 rowka na jego spodzie. Tolerancja wymiarowa pomiędzy rowkami 3 i elementami 2 okładziny ceramicznej jest tak ustalona, że ceramiczne elementy 2 mogą być włożone do rowków 3 na jego końcu, od strony części osłonowej elementu. Pomiędzy ceramicznym elementem 2 i częścią osłonową 1, co najmniej na powierzchni łączącej stosowana jest pośrednia warstwa stopu lutowniczego/lutowia twardego, której temperatura topnienia jest niższa niż temperatura topnienia części, które mają być połączone. Stop lutowniczy/lutowie twarde, może być naniesiony na złącze na przykład w postaci folii lub proszku. Stop lutowniczy/lutowie twarde, może także być bez trudu zawarty, na co najmniej jednej części, która ma być połączona. Na przykład elementy okładziny ceramicznej mogą zawierać warstwę stopu lutowniczego/lutowia twardego na powierzchni złącza, w tym przypadku elementy te są zanurzane w roztopionym stopie lutowniczym/lutowiu twardym zanim są instalowane w rowkach części osłonowej. W tym przypadku warstwa stopu lutowniczego/lutowia twardego jest absorbowana na powierzchni elementu okładziny ceramicznej. Stop lutowniczy/lutowie twarde może być na przykład stopem bazującym na miedzi, którego temperatura topnienie jest rzędu 400-700°C.

Kiedy elementy 2 okładziny ceramicznej, na przykład ognioodporne cegły, i stop lutowniczy/lutowie twarde, są umieszczone w rowku, powierzchnia połączenia, co najmniej części, które mają być połączone razem, jest podgrzewana do temperatury, w której stop lutowniczy/lutowie twarde topi się i powoduje dobry termiczny kontakt pomiędzy cegłami i częścią osłonową. Możliwe jest także naniesienie większej ilości stopu lutowniczego/lutowia twardego na powierzchnię złącza podczas procesu podgrzewania. Podgrzewanie może być przeprowadzane w tym samym etapie, co wykonanie złącza blokującego kanału chłodzącego.

Elementy chłodzące według wynalazku mogą być zastosowane w wielu różnych rozwiązaniach. Przykładowo elementem chłodzącym według wynalazku jest strop dolnego pieca w zapłonowym piecu do wytapiania. W tym rozwiązaniu kształt rowków wykonanych w elemencie chłodzącym zapobiega przed wypadnięciem elementów okładziny ceramicznej z rowków, pomimo tego, że element jest instalowany w ten sposób, że bok okładziny jest skierowany w dół. Rowki nie muszą zwężać się bardzo,

PL 197 177 B1 ponieważ temperatura elementów od strony pieca jest wyższa niż temperatura po stronie, która jest skierowana z dala od pieca, w tym przypadku rozszerzalność termiczna powoduje naprężenie ciśnieniowe na powierzchni, która jest usytuowana od strony pieca. Typowymi wymiarami elementu chłodzącego według wynalazku są: szerokość 0,25-1 m, długość 1-2 m, grubość części osłonowej 100-200 mm, której grubość części rowkowanej stanowi prawie połowę.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Element chłodzący, zawierającyczęść osłonową, wyposażoną w układkanałów do cyrkulacji wody chłodzącej oraz w okładzinę ukształtowaną z ceramicznych elementów, na co najmniej części powierzchni części osłonowej, znamienny tym, że elementy (2) okładziny ceramicznej są przymocowane do części osłonowej (1), głównie wykonanej z miedzi, za pomocą stopu lutowniczego w sposób dający dobry termiczny kontakt pomiędzy elementem ceramicznym a częścią osłonową.
2. 2. Eleme^ według zassrz. 1, znamiennytym, ze powieTzchnia części osłonower (11 elemento chłodzącego jest wyposażona w rowki (3), do których elementy (2) okładziny ceramicznej są dopasowane.
3. 3. Elemenn według 1 albo 2, tym, że elemerny (2) okkadziny ceramicznej s<ą utrzymywane w rowkach (3), mających kształt umożliwiający utrzymanie ich jako zablokowanych, kiedy element jest w pozycji otwartej skierowanej w dół.
4. 4. Element według zastrz. 3, znamienny tym, że odległość (Wi, W₂) pomiędzy pri^^cćwn^mi ścianami rowków (3) części osłonowej zmniejsza się w kierunku od spodu rowków do powierzchni części osłonowej.
5. 5. Sposób wybaczania element chłodzącego, zawierającego c^^^cć ostonową i eleme^y okkadziny ceramicznej usytuowane na powierzchni części osłonowej, znamienny tym, że elementy okładziny ceramicznej (2) łączy się z elementem części osłonowej (1), głównie wykonanej z miedzi, poprzez użycie stopu lutowniczego w złączu pomiędzy elementami okładziny i częścią osłonową, gdzie, co najmniej powierzchnia złącza jest podgrzewana co najmniej do temperatury topnienia stopu lutowniczego, przez co tworzy się połączenie o dobrym termicznym kontakcie pomiędzy elementem części osłonowej (1) a elementem okładziny ceramicznej (2).
6. 6. Sposób według zassrz. 5, tym. że eleme^y okkadziny ceramicznej (2) stanowią cegły ognioodporne.
7. 7. Sposób wedługzaisrz. 5 albo 6, znamienny tym. że stopi utowniczy nanosi się oddzżelnie na powierzchnię złącza, na przykład jako proszek lub folię.
8. 8. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że stop lutowniczy nanosi się na powierzchnię złącza razem z elementami, które mają być połączone razem.