RU2239530C2

RU2239530C2 - Method for making heat-removal caisson

Info

Publication number: RU2239530C2
Application number: RU2002134168/02A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Семенов (RU); В.Н. Семенов; В.А. Рынейский (RU); В.А. Рынейский; С.С. Головченко (RU); С.С. Головченко; С.И. Криворотенко (RU); С.И. Криворотенко
Original assignee: Семенов Виктор Никонорович; Рынейский Вадим Анатольевич; Головченко Сергей Сергеевич; Криворотенко Сергей Иванович
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-11-10

Abstract

FIELD: manufacture of heat removing caissons used in melting aggregates, namely in furnaces for burning solid waste for cooling their walls and crowns at condition of high temperature and aggressive media.

SUBSTANCE: method comprises steps of making parallel ducts on surface of copper plate for forming ribbed surface in such a way that ducts are open to recesses in opposite sides of copper plate; making on inner surface of steel plate grooves forming ribbed surface and having width corresponding to that of rib of copper plate; providing smooth opening of said grooves on plane of plate and forming at opposite sides smooth portions whose shape and arrangement are identical to those of recesses of copper plate; applying onto outer surface of copper plate layer of protective coating, for example of chrome-nickel coating; placing solder in grooves of steel plate; at assembling inserting ribs of copper plate to respective grooves of steel plate with gaps; soldering under load in pack having at least two plates.

EFFECT: increased useful life period of ready caissons operating at high temperatures.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии изготовления теплоотводящих кессонов, используемых в плавильных агрегатах, в частности в печах для сжигания твердых отходов, для охлаждения их стен и сводов в условиях высоких температур и агрессивных сред.The invention relates to a technology for the manufacture of heat-releasing caissons used in melting units, in particular in furnaces for burning solid waste, for cooling their walls and arches under conditions of high temperatures and aggressive environments.

Чаще всего для предотвращения прогорания стенок и сводов печей, предназначенных для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов, используются теплоотводящие кессоны, выполненные в виде толстых медных водоохлаждаемых пластин (патенты РФ 2062949, 2122155).Most often, to prevent the burning of the walls and arches of furnaces intended for burning solid domestic and industrial waste, heat-dissipating caissons made in the form of thick copper water-cooled plates are used (RF patents 2062949, 2122155).

Однако ресурс работы этих пластин недостаточно высок, поскольку при температурах в печах выше 1400°С они относительно быстро выходят из строя, тем самым снижается производительность печей.However, the service life of these plates is not high enough, since at temperatures in furnaces above 1400 ° C they fail relatively quickly, thereby reducing the productivity of furnaces.

Известен способ изготовления теплоотводящих кессонов, предназначенных для применения в печах для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов (патент РФ №2100728). Известный кессон выполнен в виде спаянных между собой медной и стальной пластин с прикрепленными к одной из них патрубками для входа и выхода хладагента. Способ включает в себя выполнение на внутренней поверхности медной пластины параллельных каналов и с противоположных сторон - углублений одинаковой ширины с выходом в них каналов, а на ее наружной поверхности - нанесение электролитическим методом защитного покрытия в виде сначала слоя никеля толщиной 5-Юмкм, а затем - хрома толщиной 30-40 мкм. Далее на плоской поверхности стальной пластины и на ребристой поверхности медной пластины размещают припой, собирают кессон с образованием между углублениями коллекторов входа и выхода хладагента и осуществляют пайку в защитной среде при температуре 1000±10°С.A known method of manufacturing a heat sink caissons intended for use in furnaces for burning solid household and industrial waste (RF patent No. 2100728). The well-known caisson is made in the form of copper and steel plates brazed together with pipes attached to one of them for entering and exiting refrigerant. The method includes the execution on the inner surface of the copper plate of parallel channels and on opposite sides - recesses of the same width with the exit of the channels in them, and on its outer surface - applying an electrolytic protective coating in the form of a first nickel layer with a thickness of 5 Jmkm, and then chromium 30-40 microns thick. Then, solder is placed on the flat surface of the steel plate and on the ribbed surface of the copper plate, a caisson is formed to form refrigerant inlet and outlet collectors between the recesses and soldered in a protective medium at a temperature of 1000 ± 10 ° С.

Выполнение кессона в виде спаянных медно-стальных пластин обеспечивает равномерное охлаждение медной пластины, а покрытие стальной пластины, обращенной к рабочей зоне печи, защищает кессон от прогара.The execution of the caisson in the form of soldered copper-steel plates provides uniform cooling of the copper plate, and the coating of the steel plate facing the working area of the furnace protects the caisson from burnout.

Однако при размещении припоя и сборке кессона на плоской поверхности стальной пластины в процессе пайки происходит растекание припоя, что может привести к образованию непропаев в паянном соединении, особенно в их периферийных участках, и выходу из строя кессона при его эксплуатации.However, when placing the solder and assembling the caisson on the flat surface of the steel plate during soldering, the solder spreads, which can lead to the formation of non-solderings in the soldered joint, especially in their peripheral areas, and the failure of the caisson during its operation.

Задача изобретения - разработка технологии изготовления теплоотводящего кессона, обладающего высоким ресурсом работы в плавильных агрегатах при температурах выше 1400-1500°С.The objective of the invention is the development of manufacturing technology of a heat-dissipating caisson with a high resource in melting units at temperatures above 1400-1500 ° C.

Согласно изобретению задача решена за счет того, что на внутренней поверхности медной пластины с противоположных сторон выполняют углубления, между ними нарезают параллельные каналы с выходами в них и образованием ребристой поверхности. На внутренней поверхности стальной пластины выполняют канавки с шириной каждой, соответствующей ширине ребер медной пластины, при этом выполнение канавок осуществляют с плавным выходом с обеих сторон на плоскость пластины с образованием на ней с противоположных сторон участков, идентичных по форме и расположению углублениям на медной пластине. На наружной поверхности медной пластины наносят слой защитного покрытия. В качестве этого покрытия используют преимущественно никель-хромовый слой, однако, могут быть использованы также и покрытия из чистого никеля, полученного ионно-плазменным напылением, или из никеля с нанесенным на него огнестойким эмалевым слоем. Далее размещают в канавках стальной пластины припой и при сборке кессона медную пластину вставляют ребрами в соответствующие канавки стальной пластины с образованием зазоров как между горизонтальными паяемыми поверхностями, так и между боковыми, а также коллекторов между углублениями на медной пластине и гладкими участками на стальной. Пайку пластины осуществляют в пакете, содержащем их не менее двух пар, причем процесс проводят под нагрузкой в защитной среде.According to the invention, the problem is solved due to the fact that on the inner surface of the copper plate, recesses are made from opposite sides, parallel channels are cut between them with exits into them and the formation of a ribbed surface. On the inner surface of the steel plate, grooves are made with a width of each corresponding to the width of the ribs of the copper plate, while the grooves are carried out with a smooth exit from both sides to the plane of the plate with the formation on it from opposite sides of sections identical in shape and arrangement to the recesses on the copper plate. A protective coating layer is applied to the outer surface of the copper plate. A predominantly nickel-chromium layer is used as this coating, however, coatings of pure nickel obtained by ion-plasma spraying, or of nickel with a flame-retardant enamel layer, can also be used. Next, solder is placed in the grooves of the steel plate and, when assembling the caisson, the copper plate is inserted with ribs into the corresponding grooves of the steel plate with the formation of gaps both between the horizontal soldered surfaces and between the side surfaces, as well as the collectors between the recesses on the copper plate and smooth sections on the steel. The soldering of the plate is carried out in a package containing at least two pairs, the process being carried out under load in a protective environment.

Технический результат - повышение прочности и герметичности кессона, обеспечивающее высокую надежность при эксплуатации и сокращение технологического цикла его изготовления.The technical result is an increase in the strength and tightness of the caisson, providing high reliability during operation and shortening the technological cycle of its manufacture.

Предложенный способ поясняется чертежами.The proposed method is illustrated by drawings.

На фигуре 1 изображен общий вид кессона, на фигуре 2 - боковая проекция с разрезом по А-А фигуры 1.Figure 1 shows a General view of the caisson, figure 2 is a side projection with a section along aa of figure 1.

Согласно изобретению способ изготовления теплоотводящего кессона осуществляют следующим образом.According to the invention, a method of manufacturing a heat sink box is as follows.

Предварительно изготавливают заготовки медной и стальной пластин 1, 2. На внутренней поверхности медной пластины 1 выполняют с противоположных сторон углубления, образующие при сборке коллекторы 3. Между углублениями с выходом в них нарезают параллельные каналы 4 заданной глубины с образованием ребристой поверхности с ребрами 5 заданной ширины. На внутренней поверхности стальной пластины 2 нарезают канавки 6 шириной, соответствующей ширине ребер 5, с плавным выходом к противоположным сторонам пластины 2 с образованием гладких участков, идентичных углублениям - коллекторам 3 на медной пластине 1. Канавки 6 выполняют, преимущественно используя оборудование для электроэрозионной обработки, включая электрод, аналогичный по форме и размерам конфигурации внутренней поверхности пластины 1, причем весь процесс осуществляют за один прием. На наружную поверхность медной пластины 1 наносят никель-хромовое защитное покрытие 7, при этом электролитическим методом наносят слой никеля толщиной 5-10 мкм, а затем - слой хрома толщиной 30-40 мкм. В качестве защитного покрытия могут быть применены чистый никель, полученный ионно-плазменным напылением, или никель с нанесенным на него слоем огнестойкой эмали. Далее в канавках 6 стальной пластины 2 размещают припой, преимущественно на марганцевой основе, и осуществляют сборку кессона. При этом медную пластину 1 вставляют ребрами 5 в соответствующие канавки 6 стальной пластины 2, в результате образуются зазоры как между горизонтальными паяемыми поверхностями, так и их боковыми, а также коллекторы 3 для распределения по каналам 4 кессона хладагента, поступающего в него через патрубок 8, а выходящего из него - через патрубок 9. Собранные пластины парами паяют в эластичном контейнере, помещенном в печь, работающую под давлением. В контейнере горизонтально размещают в пакете несколько пар пластин, затем его вакуумируют и производят пайку под давлением инертного газа, обеспечивающего создание заданной нагрузки на пластины. При нагреве припой расплавляется и заполняет зазоры не только по плоскостям, но и по боковым сторонам между ребрами и канавками, что позволило увеличить поверхность их контакта с припоем, не позволяя ему растекаться по всей плоскости стальной пластины 2. Это обстоятельство обеспечивает получение паяного соединения высокой прочности и герметичности, а значит, и высокую надежность кессона при его эксплуатации. Пайка пластин в пакете способствует сокращению технологического цикла изготовления кессона и его удешевлению.Prefabricated blanks of copper and steel plates 1, 2. On the inner surface of the copper plate 1, recesses are formed on opposite sides, forming collectors 3 during assembly. Parallel channels 4 of a given depth are cut between the recesses to form a ribbed surface with ribs 5 of a given width . On the inner surface of the steel plate 2, grooves 6 are cut with a width corresponding to the width of the ribs 5, with a smooth exit to the opposite sides of the plate 2 with the formation of smooth sections identical to the recesses - collectors 3 on the copper plate 1. Grooves 6 are made, mainly using equipment for electrical discharge machining, including an electrode similar in shape and size to the configuration of the inner surface of the plate 1, the entire process being carried out in one go. A nickel-chromium protective coating 7 is applied to the outer surface of the copper plate 1, while a nickel layer of 5-10 microns thick is applied by electrolysis, and then a layer of chromium 30-40 microns thick. As a protective coating, pure nickel obtained by ion-plasma spraying or nickel coated with a layer of fire-resistant enamel can be used. Next, in the grooves 6 of the steel plate 2, solder is placed, mainly on a manganese base, and the caisson is assembled. In this case, the copper plate 1 is inserted with ribs 5 into the corresponding grooves 6 of the steel plate 2, as a result of which gaps are formed both between the horizontal soldered surfaces and their side, as well as collectors 3 for distribution through the channels 4 of the caisson of refrigerant entering it through the pipe 8, and exiting it through pipe 9. The assembled plates are soldered in pairs in an elastic container placed in a pressure-operated furnace. Several pairs of plates are horizontally placed in the container in the package, then it is evacuated and brazed under inert gas pressure, which ensures the creation of a given load on the plates. When heated, the solder melts and fills the gaps not only along the planes, but also on the sides between the ribs and grooves, which made it possible to increase the surface of their contact with the solder, preventing it from spreading over the entire plane of the steel plate 2. This circumstance provides a high-strength solder joint and tightness, and hence the high reliability of the caisson during its operation. Soldering the plates in the package helps to reduce the manufacturing cycle of the caisson and reduce its cost.

Claims

1. A method of manufacturing a heat sink box containing copper and steel plates welded together, comprising making parallel channels on the inner surface of the copper plate with the formation of a ribbed surface and making recesses from said sides of the channels into which the said channels extend, applying a layer of protective coating to its outer surface, placement of solder, assembly of the box with the formation of collectors in the recesses of the copper plate for distribution along the channels of the refrigerant and soldering the box characterized in that grooves forming a ribbed surface are made on the inner surface of the steel plate with a width corresponding to the width of the rib of the copper plate, while the grooves are made with a smooth exit to the plane of the plate and the formation of smooth sections on opposite sides, identical in shape and arrangement to the recesses on copper plate, the solder is placed in the grooves of the steel plate, and when assembling the caisson, the copper plate is inserted in the ribs into the corresponding grooves of the steel plate with the formation of Zorov both soldered between horizontal surfaces and between side, the soldering is performed under a load in a packet containing at least two pairs of plates.

2. The method according to claim 1, characterized in that a nickel-chromium coating layer is applied to the outer surface of the copper plate.