TW201536924A - 用於冶金爐的板式冷卻器及保護板式冷卻器的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於一冶金爐(特別是用於一鼓風爐)之板式冷卻器(10)，其包含一面板狀主體(12)，該面板狀主體具有面向該冶金爐之內部的一正面(14)、一對置背面(16)、一上部面、一對置下部面及兩個側面。至少一內部冷卻劑通道(36)經配置於該面板狀主體(12)內。該面板狀主體(12)具備在其正面(14)上之一凸緣(22)；該凸緣(22)在該等側面(10)之間延伸以配置於一水平面中。至少一保護元件(100)經提供用於覆蓋該凸緣(22)之一上部面(30)的至少一部分。該保護元件(100)包含一第一側部分(110)、一第二側部分(120)及一中心部分(130)；該第一側部分及該第二側部分(110、120)各自具有一加寬前區段(122)及一狹窄連接區段(124)。該面板狀主體(12)具備至少一通孔(31)，其經配置用於使該第一側部分及該第二側部分(110、120)以及該中心部分中之每一者穿過。本發明亦涉及一種用於保護此板式冷卻器(10)之一凸緣(22)的方法。
Description
本發明大體上係關於一種用於冶金爐之板式冷卻器。本發明亦係關於一種用於保護板式冷卻器之方法，且特別是，係關於用於保護此板式冷卻器之凸緣的方法。
用於冶金爐之板式冷卻器係此項技術中所熟知的。板式冷卻器用以覆蓋冶金爐(諸如，鼓風爐或電弧爐)之外殼之內壁，以提供：(1)在爐之內部與外爐殼之間的散熱保護屏；及(2)用於爐內部的耐火或金屬磚襯、耐火噴漿或製程產生之堆積層的錨定構件。最初，板式冷卻器為鑄鐵板，在其中澆鑄冷卻管。作為鑄鐵板之替代例，已開發了銅板。現今，用於冶金爐之高熱負載的多數板式冷卻器由銅、銅合金或鋼(新近)製成。
用於鼓風爐之銅板式冷卻器(例如)揭示於德國專利DE 2907511 C2中。該銅板式冷卻器包含面板狀主體，該面板狀主體具有由平行凹槽細分成層狀肋片之熱面(亦即，面向爐內部的面)。此等凹槽及肋片(其較佳地具有鳩尾形(或燕尾形)橫截面且在板式冷卻器安裝於爐殼上時經水平配置)之目標為將耐火或金屬磚襯、耐火噴漿材料或製程產生之堆積層錨定至板式冷卻器之熱面。鑽出的冷卻通道在背面(亦即，板式冷卻
器之冷面)附近垂直於水平凹槽及肋片而延伸穿過面板狀主體。
耐火或金屬磚襯、耐火噴漿材料或製程產生之堆積層形成在面板狀主體之熱面之前配置的保護內襯。此保護內襯用於保護板式冷卻器以免於由爐內部起支配作用的苛刻環境造成的惡化。實務上，保護內襯經受侵蝕，使得面板狀主體可曝露於爐之苛刻環境，此又導致板式冷卻器損壞。
可進一步由未還原材料抵靠保護內襯或板式冷卻器(尤其在冶金爐之圓柱形爐腰及爐腹層級(其分別為爐之錐形收斂部分)處)堆積而造成對保護內襯及板式冷卻器之磨蝕。
在US 3,881,860中，板式冷卻器具備在其正面上的突起，以便支撐保護內襯。冷卻通道經配置成穿過突起。US 3,881,860認識到保護內襯可侵蝕板式冷卻器(且尤其為其突起)且因此將其曝露於冶金爐中之苛刻條件的問題。嘗試藉由向突起提供改良之冷卻且因此防止突起損壞而避免冷卻流體洩漏至爐中的問題。然而，此解決方案不能充分地保護突起或板式冷卻器自身以免於被冶金爐中起支配作用的苛刻條件損壞。
本發明之一目標為提供一種用於一冶金爐之改良之板式冷卻器，其中該板式冷卻器不顯示前述缺點。此目標係藉由如技術方案1之板式冷卻器而達成。本發明之另一目標為提供一種用於保護板式冷卻器之方法。此目標係藉由如技術方案14之方法而達成。
本發明之一般描述
根據本發明之用於冶金爐(特別是，用於鼓風爐)之板式冷卻器包含一面板狀主體，該面板狀主體具有面向冶金爐內部之一正面、一對置背面、一上部面、一對置下部面及兩個側面。至少一內部冷卻劑通道配置於面板狀主體內。面板狀主體具備在其正面上之凸緣；該凸緣在側面之間延伸以配置於水平面中。根據本發明之態樣，至少一保護元件經提供用於覆蓋凸緣之上部面之至少一部分。
已注意到，設置於板式冷卻器之正面上的凸緣不僅用於支撐保護內襯，而且用於保護板式冷卻器自身。實情為，當保護內襯因下降的爐料而遭受侵蝕時，板式冷卻器處於曝露之危險且因此又可能被損壞。然而，凸緣形成在凸緣上方及下方之停滯區，在該停滯區中不侵蝕保護內襯。因此，為了保護板式冷卻器自身，防止凸緣被損壞較重要。使凸緣之上部面具備保護元件有助於維持凸緣，且因此維持停滯區，藉此保護板式冷卻器自身且延長其壽命。該至少一保護元件可體現於凸緣之上部面中、與凸緣之上部面接觸或在凸緣之上部面附近。
凸緣有利地與面板狀主體形成為一個片件，因此經由材料之連續性確保經由傳導將充足熱傳遞穿過面板狀主體。配置於面板狀主體內之冷卻通道可經配置以使得延伸至凸緣區域中，以便促進凸緣之冷卻。然而，不應排除提供借助於(例如)螺桿貼附至面板狀主體的凸緣。此等貼附凸緣可更易於互換，此應係所需的或必要的。
有利地，複數個保護元件經提供用於覆蓋凸緣之上部面，保護元件經配置以使得基本上覆蓋板式冷卻器之整個寬度。此等複數個保護元件易於安裝及替換且保護在板式冷卻器之整個寬度上的凸緣。
每一保護元件包含第一側部分、第二側部分及中心部分；該第一側部分及該第二側部分各自具有加寬前區段及狹窄連接區段。面板狀主體進一步具備至少一通孔，其經配置用於又使保護元件之第一側部分及第二側部分以及中心部分中之每一者穿過。相對較小的通孔可用以自背面穿過面板狀主體連續地饋送保護元件之構成部分。此相對較小的通孔不會顯著弱化板式冷卻器之結構且不會干擾穿過面板狀主體配置之冷卻通道。然而，穿過此等通孔安裝的保護元件在組裝之後比通孔寬，以使得能夠覆蓋凸緣之整個上部面，因此保護在板式冷卻器之整個寬度上的凸緣。亦應注意，保護元件較佳地配置成與凸緣之正面齊平。然而，保護元件亦可經配置，以使得建立稍微懸伸部分，亦即，保護元件相比凸緣可較遠地突出至爐中。此懸伸部分可為約10mm。
第一側部分及第二側部分之每一連接區段可具有在遠離前區段之方向上變窄的橫截面。替代地或另外，通孔可具有在背面方向上加寬之橫截面。此情形建立在面板狀主體與保護元件之間的通孔內之變窄縫隙。
經提供用於將保護元件連接至面板狀主體之固定構件較佳地包含：插入面板狀主體與保護元件之間的通孔中的楔形物，該楔形物較佳地由雙圓錐製成；及端板，其橋接楔形物且連接至保護元件。此楔形物可插入至變窄縫隙中。當端板將楔形物進一步推送至通孔中時，緊密連接形成於面板狀主體與保護元件之間，因此將保護元件緊密地固定至面板狀主體。螺栓或螺桿構件可經提供用於將端板連接至保護元件。儘管楔形物較佳地形成為一個片件，但亦可設想到提供複數個楔形元件。
面板狀主體之正面可包含交替的保持肋片及保持凹槽以用於保持耐火材料。此等凹槽及肋片適用於將耐火材料及製程產生之堆積層維持為與面板狀主體之正面相抵。此保護層保護面板狀主體免受由在冶金爐中起支配作用的磨蝕條件造成的過度磨損。
板式冷卻器較佳地由在包含銅、銅合金、鋼及鋼合金之群組中選擇的材料製成。
保護元件(或其部分)較佳地由在包含表面硬化之鋼、鋼合金、鑄鐵、銅合金或銅之群組中選擇的抗磨蝕材料製成。亦應注意，保護元件之構成部分(亦即，第一側部分、第二側部分及中心部分)不必由同一材料製成。實情為，可有利地(例如)使用由具有較高傳熱能力之材料製成的中心部分。
本發明進一步係關於一種包含如上所述之複數個板式冷卻器之冶金爐。
本發明亦涉及一種用於保具有面板狀主體之板式冷卻器之凸緣的方法，其中該方法包含提供具有保護元件之凸緣。較佳地，該方法包含穿過配置於板式冷卻器之面板狀主體中的通孔饋送第一側部分，該第一側部分包含加寬前區段及狹窄連接區段；橫向於該第一側部分之插入方向而滑動該第一側部分；穿過該通孔饋送第二側部分，該第二側部分包含加寬前區段及狹窄連接區段；橫向於該第二側部分之插入方向而滑動該第二側部分；穿過在該第一側部分與該第二側部分之間的該通孔饋送一中心部分；
朝向該中心部分滑動該第一側部分及該第二側部分；將楔形物饋送至在該面板狀主體與該保護元件之間建立的縫隙中；及將端板連接至該保護元件；該端板橋接該楔形物以使得形成在該面板狀主體與該保護元件之間的緊密形狀配合。
10‧‧‧板式冷卻器
12‧‧‧面板狀主體
14‧‧‧正面
16‧‧‧背面
17‧‧‧連接管
18‧‧‧凹槽
20‧‧‧層狀肋片
22‧‧‧凸緣
24‧‧‧凹槽
26‧‧‧爐殼
28‧‧‧連接構件
30‧‧‧上部面
31‧‧‧通孔
32‧‧‧開口
34‧‧‧固定構件
36‧‧‧冷卻通道
38‧‧‧箭頭
100‧‧‧保護元件
110‧‧‧第一側部分
112‧‧‧朝左加寬之前區段
114‧‧‧狹窄連接區段
120‧‧‧第二側部分
122‧‧‧朝右加寬之前區段
124‧‧‧狹窄連接區段
130‧‧‧中心部分
132‧‧‧螺紋孔
140‧‧‧楔形物
150‧‧‧端板
160‧‧‧螺栓或螺桿
170‧‧‧罩蓋
現在將藉由實例參看隨附圖式來描述本發明之較佳具體實例，其中：圖1為穿過根據本發明之板式冷卻器之一部分的示意性垂直橫截面；圖2為如自上方所見的穿過圖1之板式冷卻器的水平橫截面；圖3a至圖3f為在各種安裝順序中的圖1之保護元件之組裝的示意圖；及圖4為穿過圖1之保護元件的切面。
板式冷卻器用以覆蓋冶金爐(例如，鼓風爐或電弧爐)之外殼的內壁。此等板式冷卻器之目標為形成：(1)在爐之內部與外爐殼之間的散熱保護屏；及(2)用於爐內部的耐火或金屬磚襯、耐火噴漿或製程產生之堆積層的錨定構件。
現參看圖1，應注意，板式冷卻器10具有面板狀主體12，其(例如)由銅、銅合金或鋼之澆鑄或鍛造體製成。此面板狀主體12(圖1中僅展示其下部部分)具有：正面14，亦稱作熱面，其將面向爐之內部；及背面16，亦稱作冷面，其將面向爐殼之內表面。面板狀主體12通常具有四邊形之形式，其具有一對長的第一及第二邊緣及一對短的上部及下部邊
緣。多數現代板式冷卻器具有在600至1300mm範圍內之寬度及在1000至4200mm範圍內之高度。然而，應理解板式冷卻器之高度及寬度可尤其適於冶金爐之結構條件及由其製造程序引起的約束條件。面板狀主體12可為平面或彎曲的，以便配合冶金爐之曲率。
板式冷卻器10進一步包含在背面16上之連接管17以用於使冷卻流體(通常為水)循環穿過配置於面板狀主體12內之冷卻通道(圖1中未展示)。
將注意，正面14借助於凹槽18而細分成層狀肋片20。通常，橫向地劃定層狀肋片20之界限的凹槽18經機械加工至面板狀主體12中。然而，此等凹槽18亦可經研磨至面板狀主體12之正面14中。當板式冷卻器10安裝於爐中時，凹槽18及層狀肋片20大體上經水平地配置。其形成用於將耐火或金屬磚襯、耐火噴漿或製程產生之堆積層錨定至正面14的錨定構件。
根據本發明，板式冷卻器10具備配置於面板狀主體12之正面14上且自其突出的至少一凸緣22。如圖1中所示，此凸緣22可沿面板狀主體12之下部邊緣配置。然而，不應排除沿上部邊緣或甚至在面板狀主體12之中心區中配置此凸緣。凸緣22亦可具備用於形成錨定構件之類似於凹槽18的凹槽24。凸緣22有利地與面板狀主體12形成為一個片件，因此經由材料之連續性確保在面板狀主體12內之充分熱分佈。然而，不應排除提供借助於(例如)螺桿貼附至面板狀主體12的凸緣。此等貼附凸緣之一個優點將係其將為可互換的事實。圖1亦展示使用連接構件28將板條10連接至的爐殼26之一部分。
根據本發明，凸緣22之上部面30具備保護元件100。此保護元件100係由抗磨蝕材料(諸如，表面硬化之鋼、鋼合金、鑄鐵、銅合金或銅)製成，且保護凸緣22以免受流經爐之爐料的侵蝕/磨蝕。凸緣22建立在凸緣22上方及下方之停滯區。經由此停滯區，在凸緣22上方及下方的板式冷卻器10之區亦受保護以免受侵蝕。保護元件100因此不僅保護凸緣22免受侵蝕，而且保護在該凸緣上方及下方之區。整個板式冷卻器或甚至板式冷卻器總成因此得到較好地保護以免於磨損且可延長其壽命。
面板狀主體12具備通孔31，該通孔自背面16延伸至正面14以用於穿過其而饋送保護元件100。與通孔31對準之開口32亦設置於爐殼26中以用於穿過其而饋送保護元件100。此允許自爐外部安裝及移除保護元件100。保護元件100借助於自板式冷卻器10之背面16近接的固定構件34而緊固在適當位置。損壞之保護元件100可藉由穿過面板狀主體12及爐殼26鬆開固定構件34及收回保護元件100而以新的或整修之保護元件替換。接著可安裝新的或整修之保護元件100。
現參看圖2，如自上方檢視可見到穿過板式冷卻器10之橫截面。此板式冷卻器10具有面板狀主體12，其具有四個冷卻通道36及用於饋送冷卻流體穿過板式冷卻器10之相關聯連接管17。亦可見覆蓋凸緣之上部面30的四個保護元件100。基本上，保護元件100經配置，以使得基本上沿板式冷卻器之整個寬度大部分地覆蓋凸緣之整個上部面30。亦注意到保護元件100大致上具有具顯著大於通孔31之頭部的T形橫截面的事實，穿過通孔31饋送保護元件100。T形保護元件100之頭部形成覆蓋凸緣之上部面30的保護部分，而T形保護元件100之支腿形成位於通孔31內之
連接部分。
現將藉由參看圖3a至圖3f更仔細地解釋保護元件100及尤其構成保護元件100之各個部分，圖3a至圖3f展示保護元件100之安裝順序。
圖3a展示板式冷卻器10之一部分，該板式冷卻器具有配置穿過其面板狀主體12之通孔31。如可清楚地見到，通孔31經配置於兩個冷卻通道36之間。通孔31之橫截面在面板狀主體12之背面16之方向上加寬，不僅為了促進構成保護元件100之部分的插入，而且用於輔助如將在稍後見到的固定構件34。爐殼26具有與通孔31對準之開口32。保護元件100之第一構成部分為具有朝左加寬之前區段112及狹窄連接區段114的第一側部分110。將注意，第一側部分110比開口32或通孔31窄，使得可穿過開口32或通孔31而饋送第一側部分110。一旦第一側部分110之前區段112已穿過通孔31，第一側部分110便相對於由箭頭38表示之插入方向向左滑動直至第一側部分110處於圖3b中所示之位置中。
圖3b展示保護元件100之第二構成部分，其為具有朝右加寬之前區段122及狹窄連接區段124的第二側部分120。將注意，第二側部分120基本上為第一側部分110之鏡像。一旦第二側部分120之前區段122已穿過通孔31，第二側部分120便相對於由箭頭38表示之插入方向向右滑動直至第二側部分120處於圖3c中所示之位置中。
圖3c接著展示保護元件100之第三且最終構成部分：在第一側部分110與第二側部分120之間饋送中心部分130。一旦插入中心部分130，便朝向中心部分130滑動第一側部分110及第二側部分120以完成如
圖3d中所示之保護元件100。中心部分130在其後端中包含螺紋孔132，該螺紋孔用於在其中收納螺栓或螺桿。
如上文所提及，通孔31之橫截面在面板狀主體12之背面16之方向上加寬。此外，圖3d亦展示連接區段114、124在背面16之方向上變窄。變窄縫隙藉此形成於通孔31與保護元件100之連接部分之間。固定構件34包含插入至變窄縫隙中的楔形物140，以便建立在面板狀主體12與保護元件100之連接部分之間的緊密連接。此楔形物140可以一個單一片件製成且可具有雙圓錐之形狀。
在插入楔形物140之後，如圖3e中可見，橋接楔形物140之端板150借助於與螺紋孔132相互作用的螺栓或螺桿160而貼附至保護元件100之中心部分130。當螺桿160緊固時，藉由端板150在插入方向38上推動楔形物140，而在相反方向上拉動中心部分130。楔形物140經由其楔形形狀產生作用於通孔31之側壁與保護元件100之連接部分之間的緊側向力，因此將保護元件100穩固地固定至面板狀主體12。
在圖3f中，保護元件100經展示處於其完全安裝位置中。在安裝保護元件100之後，(例如)經由焊接將罩蓋170連接至爐殼26以便封閉其中之開口32。螺栓突緣亦可用以封閉開口32。
為了移除保護元件100，首先移除罩蓋170且接著移除螺桿160及端板150。隨後，移除楔形物140，之後以與上文描述之順序相反的次序移除保護元件100之部分。因為造成保護元件之變形或惡化，所以可能不能經由通孔31移除保護元件。若情況係如此，則保護元件100可經推送至爐中以在其中銷毀。一旦已移除保護元件100，便可安裝新的保護元件。
最後，圖4展示穿過保護元件100之切面。雖然凸緣22之上部面30可為平坦的，但如所展示，其亦可具有波狀表面，其中保護元件100具有互補形狀。此情形確保保護元件100經正確地對準且安裝於凸緣22上。
10‧‧‧板式冷卻器
12‧‧‧面板狀主體
14‧‧‧正面
16‧‧‧背面
17‧‧‧連接管
18‧‧‧凹槽
20‧‧‧層狀肋片
22‧‧‧凸緣
24‧‧‧凹槽
26‧‧‧爐殼
28‧‧‧連接構件
30‧‧‧上部面
31‧‧‧通孔
32‧‧‧開口
34‧‧‧固定構件
100‧‧‧保護元件
Claims (12)
- 一種用於一冶金爐，特別是用於一鼓風爐之板式冷卻器，其包含：一面板狀主體，其具有面向該冶金爐之內部的一正面、一對置背面、一上部面、一對置下部面及兩個側面；及至少一內部冷卻劑通道，其配置於該面板狀主體內；及一凸緣，其在該正面上；該凸緣在該等側面之間延伸以配置於一水平面中其特徵在於：至少一保護元件覆蓋該凸緣之一上部面之至少一部分，其中每一該保護元件包含一第一側部分、一第二側部分及一中心部分；該第一側部分及該第二側部分各自具有一加寬前區段及一狹窄連接區段，且其中該面板狀主體具備至少一通孔，該至少一通孔經配置用於又使該保護元件之該第一側部分及該第二側部分以及該中心部分中之每一者穿過。
- 如申請專利範圍第1項之板式冷卻器，其中複數個保護元件經提供用於覆蓋該凸緣之該上部面，該等保護元件經配置，以使得基本上覆蓋該板式冷卻器之整個寬度。
- 如前述申請專利範圍中任一項之板式冷卻器，其中該第一側部分及該第二側部分之每一連接區段具有在遠離該前區段之一方向上變窄的一橫截面。
- 如前述申請專利範圍中任一項之板式冷卻器，其中該通孔具有在該背 面之方向上加寬之一橫截面。
- 如前述申請專利範圍中任一項之板式冷卻器，其中固定構件經提供用於將該保護元件連接至該面板狀主體；該固定構件包含：一楔形物，其插入在該面板狀主體與該保護元件之間的該通孔中，一端板，其橋接該楔形物且連接至該保護元件。
- 如申請專利範圍第5項之板式冷卻器，其中該楔形物係由一雙圓錐製成。
- 如申請專利範圍第5項或第6項之板式冷卻器，其中該固定構件包含用於將該端板連接至該保護元件之螺栓或螺桿構件。
- 如前述申請專利範圍中任一項之板式冷卻器，其中該正面包含用於保持耐火材料之交替的保持肋片及保持凹槽。
- 如前述申請專利範圍中任一項之板式冷卻器，其中該面板狀主體係由在包含銅、銅合金、鋼及鋼合金之一群組中選擇的材料製成。
- 如前述申請專利範圍中任一項之板式冷卻器，其中該保護元件係由在包含表面硬化的鋼、鋼合金、鑄鐵、銅合金或銅之一群組中選擇的材料製成。
- 一種冶金爐，其包含如申請專利範圍第1項至第10項中任一項之複數個板式冷卻器。
- 一種用於保護具有一面板狀主體之一板式冷卻器之一凸緣的方法，其中該方法包含提供具有一保護元件之該凸緣，其中該方法包含：穿過配置於該板式冷卻器之該面板狀主體中的一通孔饋送一第一側部分，該第一側部分包含一加寬前區段及一狹窄連接區段； 橫向於該第一側部分之插入方向而滑動該第一側部分；穿過該通孔饋送一第二側部分，該第二側部分包含一加寬前區段及一狹窄連接區段；橫向於該第二側部分之插入方向而滑動該第二側部分；穿過在該第一側部分與該第二側部分之間的該通孔饋送一中心部分；朝向該中心部分滑動該第一側部分及該第二側部分；將一楔形物饋送至在該面板狀主體與該保護元件之間建立的縫隙中；將一端板連接至該保護元件；該端板橋接該楔形物以使得形成在該面板狀主體與該保護元件之間的一緊密形狀配合。
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