TWI772363B

TWI772363B - 用於冶金爐的冷卻板以及該冷卻板的用法

Info

Publication number: TWI772363B
Application number: TW107104171A
Authority: TW
Inventors: 尼可拉斯馬吉歐利
Original assignee: 盧森堡商保羅伍斯股份有限公司
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2022-08-01
Also published as: LU100073B1; UA124852C2; KR20190103447A; BR112019016343A2; EA036881B1; CN110382722A; TW201842192A; US11505840B2; JP2020505578A; BR112019016343B1; JP6723468B2; EA201991834A1; WO2018146021A1; EP3580361B1; EP3580361A1; ES2816553T3; US20200024676A1; KR102068017B1; CN110382722B

Abstract

一種用於冶金爐的冷卻板(10)，其包括具有正面(18)和相對的後面(20)的主體(12)，所述主體(12)具有在其中的至少一個冷卻通道(14)。所述冷卻通道(14)在後面(20)中具有開口，並且冷卻劑饋送管(28)被連接到冷卻面板(10)的後面(20)並且與冷卻通道(14)以流體相連通。在使用時，正面(18)係轉向爐的內部。根據本發明，至少一個緊急冷卻管(32，32')被配置在冷卻通道(14)內，該緊急冷卻管(32,32')所具有的橫截面小於冷卻通道(14)的橫截面。緊急冷卻管(32,32')具有端部區段(34，34')，該等端部區段(34，34')具有用於將緊急饋送管(38)連接至其的連接機構(36)。在緊急操作中，緊急冷卻管(32)係經由連接機構(36)以物理的方式連接到該緊急饋送管(38)；而在正常操作中，緊急冷卻管(32)的連接機構(36)在以物理的方式從緊急饋送管(38)斷開。本發明亦涉及這種冷卻板(10)的用法。

Description

用於冶金爐的冷卻板以及該冷卻板的用法

本發明大體上關於用於冶金爐的冷卻板，例如，鼓風爐，且特別是關於帶有用於操作損壞的冷卻板的機構的冷卻板。

也被稱為「爐壁板(staves)」之用於冶金爐的冷卻板在先前技術中已為人所熟知。它們用來覆蓋冶金爐，例如，高爐或電弧爐之外殼的內壁，用以在爐的內部與外部的爐殼之間提供排熱保護遮蔽件。它們通常進一步提供了用於耐火磚襯裡的錨固機構、耐火噴塗或在該爐內部之製程產生的吸積層。

最初，該等冷卻板已經是其中鑄造有冷卻通道的鑄鐵板。作為鑄鐵爐壁板的替代方案，銅板已經被開發出來。如今，大部分的冶金爐的冷卻板都由銅、銅合金或最近是以鋼製成。

耐火磚襯裡，耐火噴砂材料或製程產生的吸積層形成了配置在面板狀主體的熱面前方的保護層。這種保護層有助於保護冷卻板避免受到由位於爐內部的惡劣環境所造成的劣化。然而，實際上，爐子偶爾也會在沒有這個保護層的情況下操作，導致熱面的片狀肋片的腐蝕。

如在現有技術中已知的，儘管鼓風爐最初在插入爐壁板的溝槽中的爐壁板或鋼製葉片的前側上設置有耐火磚襯裡，但該襯裡會在活動期間磨損。特別是，已經觀察到的是，在波什(bosh)區段中，耐火材料襯裡可能會相當迅速地消失。

當冷卻板磨耗時，其主要是被磨損，循環通過冷卻通道的冷卻劑可能洩漏到爐中。這種洩漏當然是要被避免的。

當檢測到這種洩漏時，第一反應通常是停止將冷卻劑饋送到洩漏的冷卻通道，直到下一個規劃程序停止為止，在此期間，柔性軟管可以透過冷卻通道被饋入，例如，如描述於專利案JP2015187288A之中者。隨後，柔性軟管被連接到冷卻劑的饋送中，並且冷卻劑可以經由在該冷卻板之內的柔性軟管被饋入。因此，冶金爐可以進一步操作而不必更換損壞的冷卻板。

然而，一旦透過洩漏冷卻通道的冷卻劑的饋送被中斷，來自於爐子的材料可能進入冷卻通道，從而妨礙了柔性軟管的後續安裝。

嚴重磨損的冷卻板會導致通道周圍的銅的溫度升高，從而導致銅機械性能的損失。在某些情況下，這可能導致冷卻板的徹底破壞，這使得爐殼直接暴露於高熱負荷和磨損。

而且，將柔性軟管安裝到冷卻通道之中是相當複雜的。柔性軟管需要具有比冷卻通道更小的直徑，並且具有相當薄的壁厚以在冷卻通道的角度/角落中被操控。柔性軟管的這種薄壁厚度不能長時間耐受磨損。因此，柔性軟管僅允許在一段很短的時間內延長冷卻板的壽命。

本發明的目的是提供一種改良式冷卻板，其在冷卻通道受損的情況下提供快速且有效的冷卻。該目的係通過如申請專利範圍請求項1所述的冷卻板來達成。

本發明涉及一種用於冶金爐的冷卻板，其包括具有前表面和相對的後表面的主體，所述主體在其中具有至少一個冷卻通道。該冷卻通道在後面中具有開口，並且冷卻劑饋給管被連接到冷卻面板的後面並且與該冷卻通道以流體相連通。在使用時，正面被轉向爐的內部。根據本發明，至少一個緊急冷卻管係被配置在冷卻通道之內，該緊急冷卻管所具有的橫截面係小於該冷卻通道的橫截面。該緊急冷卻管具有端部區段，該端部區段具有用於將緊急饋送管連接到其上的連接機構。在緊急操作中，緊急冷卻管通過該連接機構以物理的方式被連接到緊急饋送管。在正常操作中，該緊急冷卻管的連接機構在以物理的方式從緊急饋送管斷開。

這種預先安裝有緊急冷卻管的冷卻面板允許在該冷卻面板變成損壞時從正常操作模式快速地切換到緊急操作模式。

如果檢測到洩漏，亦即，如果該冷卻板的主體被損壞，而使得冷卻劑朝向冷卻面板的正面洩露並因此洩漏到爐中的話，則冷卻劑通過冷卻劑饋送管的饋送會被中斷。緊急饋送管接著通過冷卻劑饋送管被饋入，並且被連接到已經存在於該冷卻通道中的緊急冷卻管。接著冷卻液係經由該緊急饋送管被饋送到緊急冷卻管並通過冷卻面板。不需要首先通過損壞的、可能被堵塞的冷卻通道來供應柔性軟管。切換通過冷卻通道的冷卻劑饋送與通過緊急冷卻管的冷卻劑饋送的接通之間的時間係被大為減少。而且，緊急冷卻管相對於柔性軟管的設計得到改良並且更加堅固。

緊急冷卻管係被設計成可以承受存在於爐內部的嚴酷的條件。為此，該緊急冷卻管可以由鋼或合金製成。較佳地，該緊急冷卻管可以進一步設置有抗腐蝕材料的塗層，例如，鎢。

由於緊急冷卻管的橫截面小於冷卻通道，緊急冷卻管在正常操作時不會移除介於冷卻劑與冷卻板的主體之間的直接連接。因此，該緊急冷卻管的存在不會降低冷卻板的冷卻效率。

該冷卻通道可以被鑽出、鍛造或鑄造在冷卻面板的主體之中。

該緊急冷卻管一般而言可以是圓形的橫截面。然而，應該注意的是，可以藉著管材擠製方法、機械加工，鑄造或3D列印來獲得的任何其他形狀。該冷卻通道可以是藉著機加工或鑄造所產生的任何形狀。它可以例如為圓形、長方形或通過重疊不同形狀而獲得的更複雜的形狀。

該緊急冷卻管的橫截面可以具有冷卻通道的橫截面的最多四分之三(3/4)、較佳的是最多一半(1/2)的橫截面。這種緊急冷卻管將足以在緊急操作期間保證有足夠的冷卻，然而，不會妨礙在正常操作期間之介於冷卻劑與冷卻面板的主體之間的直接熱傳導。

根據本發明的一項實施例，緊急冷卻管的端部區段包括彎曲部分。這樣的彎曲部分確保了該緊急冷卻管的管開口與冷卻劑饋送管對齊，從而在需要時提供用於連接緊急饋送管的容易取得。

較佳地，該冷卻通道由第一鑽孔和第二鑽孔形成，其中該第一鑽孔和該第二鑽孔重疊。第二鑽孔可以具有比第一鑽孔更小的直徑，並且可以佈置在面對冷卻板的後面的方向上，其中該第二鑽孔的配置和尺寸被設置成用來適應該緊急冷卻管。

根據本發明的另一項實施例，該端部區段是筆直的並且包含在該端部區段的側向部份中的連接機構。具有這種筆直的端部區段的緊急冷卻管可以被容易地安裝在冷卻通道中。端部區段的末端較佳的是被封蓋。

該冷卻通道可以由一些重疊的鑽孔形成。較佳地，該冷卻通道係由中央鑽孔和佈置在該中央鑽孔的任一側的二個輔助鑽孔形成。二個輔助鑽孔均與中央鑽孔重疊。中央鑽孔的配置和尺寸設置為適應緊急冷卻管。

該中央鑽孔的直徑基本上可以是對應於緊急冷卻管的外徑，藉此該緊急冷卻管可以藉著壓緊配合而緊貼地位於該中央鑽孔中。冷卻劑與冷卻板主體的直接接觸可以藉著冷卻劑流過冷卻通道由輔助鑽孔所形成的一部分來達成。

該中心鑽孔的直徑可以對應於輔助鑽孔的直徑。或者，輔助鑽孔的直徑也可以大於或小於中央鑽孔，這取決在冷卻板與冷卻板主體之間需要多少直接接觸而定。

根據本發明的一項實施例，該緊急冷卻管可以包括突伸到輔助鑽孔中的側翼。這種側翼可以藉著限制緊急冷卻管的旋轉來增加緊急冷卻管在中央鑽孔之內的錨定。

緊急冷卻管可以包括位於其端部區段之間的中央區段，其中該中央區段相對於端部區段具有減小的壁厚。這種減小的壁厚改進了緊急冷卻管中的冷卻劑與冷卻通道內的區域之間的熱傳導，但是不會減弱連接緊急饋送管所需的端部區域中的強度。

根據另一項實施例，至少二個緊急冷卻管被配置在冷卻通道之內。較佳地，所述至少二個緊急冷卻管被配置和建構成使得會合的端部區段具有共同的連接機構，用於將所述緊急饋送管連接到其上。這樣的配置允許例如將兩個緊急冷卻管配置在單一的冷卻通道中，但同時也提供了單一連接點，用於將冷卻液饋送到冷卻管，從而為了連接緊急饋送管而提供了方便的存取。

較佳地，該冷卻板包含用於連接到緊急冷卻管的緊急饋送管，該緊急饋送管被配置成同軸地或是以平行軸線通過該冷卻劑饋送管。

該連接機構可以是螺桿配合，卡口配合或任何其他用於將緊急饋送管連接到緊急冷卻管的適當方式。

本發明也涉及如上文所述的用於冶金爐的冷卻板的用法，其中該用法包括以下步驟：- 檢測冷卻劑從冷卻通道的洩漏；- 中斷冷卻劑通過冷卻通道的饋送； - 經由該冷卻劑饋送管饋送緊急饋送管；- 將緊急饋送管連接到緊急冷卻管；以及- 將冷卻劑經由該緊急饋送管饋送到該緊急冷卻管並且通過該冷卻板。

10:冷卻板

12:主體

14:冷卻通道

16:爐殼

18:正面

20:後面

22:肋部

24:凹槽

26:金屬插入件

28:冷卻劑饋送管

30:開口

32:緊急冷卻管

34:緊急冷卻管的端部區段

34’:緊急冷卻管的端部區段

35:彎曲部分

36:連接機構

38:緊急饋送管

40:第一鑽孔

42:第二鑽孔

44:中央鑽孔

46:輔助鑽孔

48:側翼

50:中央區段

參照附圖，本發明的進一步細節和優點可以從以下的詳細說明以及數個非限制性實施例而變得明顯，其中：圖1是在正常操作模式下使用之根據本發明第一項實施例的冷卻板的橫截面圖；圖2是用於緊急操作模式之圖1的冷卻板的橫截面圖；圖3是通過圖1的冷卻板的冷卻通道的橫截面圖；圖4是在緊急操作模式中使用之根據本發明第二項實施例的冷卻板的橫截面圖；圖5是圖4的冷卻板的冷卻通道的橫截面圖；圖6是使用於緊急操作模式中之根據本發明第三項實施例的冷卻板的橫截面圖；圖7是圖6的冷卻板的冷卻通道的橫截面面；以及圖8是根據本發明第四項實施例的緊急冷卻管裝置的立體圖。

圖1示意性地說明了冷卻板10的上方部分，該冷卻板10包含主體12，該主體12典型上是由例如銅、銅合金或鋼的鑄造體或鍛造體所製成的板坯。此外，該主體12具有至少一個嵌入於其中的傳統式冷卻通道14。典型的冷卻板 10包括至少四個冷卻通道14，以便於在爐的內部和外部的爐殼16(也稱為裝甲)之間提供排熱保護屏蔽件。圖1顯示出安裝在爐殼16上的冷卻板10。該主體12具有一個大體上以元件參考符號18標示的朝向爐內部的正面，其也被稱為熱面，以及在使用時面向爐殼16的內部表面的相對的後面20，其也被稱為冷面。

如在先前技術中已知的，主體12的正面18有利地具有結構化表面，特別是具有交替的肋部22和凹槽24。當冷卻板10安裝在爐中時，凹槽24和片狀肋部22大體上被水平地配置，用以提供用於耐火磚襯裡(未顯示於圖中)的錨固機構。

在高爐或類似者的操作期間，耐火磚內襯會由於下降的負荷材料而腐蝕，導致冷卻板不受保護並暴露於在高爐內側的惡劣環境中。

該主體12的正面18可以設置有用於保護冷卻板免受磨損的機構。如圖1所示，這種機構的一個實例可以是配置在凹槽24之中的金屬插入件26。

然而，當冷卻板10暴露於在高爐內側的惡劣環境時，冷卻板會發生磨損。如果在冷卻通道14和主體12的正面18之間產生開口，無論是通過裂紋或磨損，則來自於冷卻通道14的冷卻劑可能會洩漏到爐內。

在主體12的後面20處，該冷卻板10設置有冷卻劑饋送管28，該冷卻劑饋送管28一般而言係被焊接至冷卻板10，用以將冷卻劑饋送至冷卻通道14。該冷卻劑饋送管28穿過在該爐殼16之中的開口30，並且被連接到一冷卻劑饋送系統(未顯示於圖中)。

在冷卻板10的主體12之內的冷卻通道14可以藉著任何已知的方式獲得，例如，藉著鑄造或鑽孔。

根據本發明，緊急冷卻管32被預先安裝在冷卻通道14之內。這種緊急冷卻管32所具有的橫截面係小於冷卻通道14的橫截面，並且在其端部區域34處-圖1中僅可看到其中一者-包含彎曲部分35，該彎曲部分35在其末端處具有用於在需要時將緊急饋送管連接到該彎曲部分35的連接機構36。

圖2顯示出具有此種被連接到緊急冷卻管32的緊急饋送管38的圖1的冷卻通道14。該緊急饋送管38被配置在該冷卻劑饋送管28之內並且在該連接機構36處連接到緊急冷卻管32。如此的連接機構36可以是螺桿配合，卡口配合，按扣配合或是任何類似的適當機構。

在正常使用期間，該冷卻板係如圖1所示地被使用，亦即，在沒有緊急冷卻管32的情況下。冷卻劑係經由冷卻劑饋送管28被饋送到冷卻通道14，並且流過冷卻通道14從一端流到另一端。較佳地，冷卻劑與冷卻板10的主體12的材料是直接接觸的，以便於保證在主體12與冷卻劑之間有良好的熱傳導。如果緊急冷卻管32的端部34被保持打開的，則冷卻劑也會流過緊急冷卻管32。從圖1中可以看出，緊急冷卻管32較佳地是配置在冷卻通道14之內離冷卻板18的正面18最遠。換言之，該緊急冷卻管32被配置成抵靠冷卻通道14的壁部面向冷卻板10的後面20。因此，流過冷卻通道14的冷卻劑直接接觸主體12面對著冷卻板10的正面18的最大可能區域，從而確保主體12與冷卻劑之間的最佳可能的熱傳導。

圖3是冷卻板的橫截面的剖視圖，其顯示出冷卻通道14和緊急冷卻管32的橫截面。雖然冷卻通道14可以由單一的圓柱形鑽孔形成，但是圖1至3所示的實施例的冷卻通道14是由第一鑽孔40和較小的第二鑽孔42所形成，其中該第一鑽孔40和該第二鑽孔42是重疊的。該第二鑽孔42沿著後面20的方向配置，並且其尺寸設置為可以容納緊急冷卻管32，以使得緊急冷卻管32的大部分不會再位於第一鑽孔40內。藉此，形成冷卻通道14的主要部分的第一鑽孔40的有效橫截面可以由於緊急冷卻管32的存在而被減少地較少。

單純作為說明性實例，該第一鑽孔40可以具有在50和60mm之間的直徑，而該第二鑽孔42可以具有在25和35mm之間的直徑。該緊急冷卻管32可以具有大約20mm的直徑。

在操作時，冷卻劑係經由冷卻劑饋送管28被饋送到冷卻通道14。冷卻劑接著在經由在一端處的冷卻劑饋送管28離開冷卻板之前，經由冷卻通道14從一端到另一端橫過冷卻面板10的主體12。該冷卻劑也可以被饋送通過緊急冷卻管32。

如果檢測到洩漏，亦即，如果冷卻板的主體12被損壞，而使得冷卻劑朝向冷卻面板10的正面18洩漏並因此洩漏到爐內，則通過冷卻劑饋送管28的冷卻劑的饋送係被中斷。緊急饋送管38接著通過冷卻劑饋送管28被饋送並且被連接到已經存在於冷卻通道14之中的緊急冷卻管32。然後，冷卻劑經由緊急饋送管38被饋送到該緊急冷卻管32。

由於緊急冷卻管32被預先安裝在冷卻通道14之內的事實，所以不需要費力地嘗試經由損壞的冷卻通道14饋送柔性軟管。事實上，全部所需要的只是將緊急將管38適配於緊急冷卻管32，並且冷卻面板10的冷卻可以很快恢復。損壞的冷卻面板10的停機時間被大為縮短。

當損壞的冷卻面板10以被饋送通過緊急冷卻管32的冷卻劑操作時，該冷卻面板10被充分地冷卻以繼續正常工作。實際上，冷卻面板10的持續冷卻防止了對冷卻面板10的進一步損壞。更重要的是，冷卻面板10的繼續冷卻防止其被破壞，並因此也防止了爐殼被暴露於爐的惡劣環境。損壞的冷卻板10可以被操作，直到鼓風爐的下一個主要計劃停機時間為止，在此期間可以更換損壞的冷卻壁。

根據本發明的第二項實施例，如圖4所示，該緊急冷卻管32是具有封閉端的筆直管段。該緊急冷卻管32的端部區段34包括在側壁部分中的連接機構36，用於在需要時將緊急供送管38連接到其上。如上文所述，連接機構36可以是螺桿配合，卡口配合，卡扣配合或任何類似的適當手段。

從圖5中可以更清楚地看出，冷卻通道14在此實施例中由三個鑽孔所形成：中央鑽孔44和在中央鑽孔44任一側的兩個輔助鑽孔46，46'，其中該等鑽孔46，46'都與中央鑽孔44重疊。中央鑽孔44的尺寸被設計成在其中容納緊急冷卻管32。緊急冷卻管32的外徑基本上對應於中央鑽孔44的直徑，使得緊急冷卻管32可以緊密地配合於中央鑽孔44中。為了進一步避免緊急冷卻管32在中央鑽孔44之內的任何旋轉，該緊急冷卻管32進一步設有突出到輔助鑽孔46，46'之中的側翼48，48'。雖然該中央鑽孔44填充有緊急冷卻管32，但冷卻劑仍然被允許可以通過輔助鑽孔46，46'與主體12直接接觸。

僅作為說明性的實例，該中央鑽孔44可以具有35至45mm的直徑，而該等二個輔助鑽孔46，46'可以具有相同的直徑。該緊急冷卻管32也可以具有相同的外徑。

圖6顯示出本發明的第三項實施例，其與圖4的實施例相似。然而，緊急冷卻管32具有相對於端部區段34減小壁厚的中央部分50。這種減小的壁厚允許主體12與在緊急冷卻管32中循環的冷卻劑之間有更好的熱傳導。

圖7顯示了與圖5相同的替代性鑽孔配置。實際上，根據該實施例，該等輔助鑽孔46，46'具有比中央鑽孔44更小的直徑。

再次地，純粹當作說明性實例，該中央鑽孔44可具有約40mm的直徑，而該等二個輔助鑽孔46，46'可具有約30mm的直徑。緊急冷卻管32可以具有約40mm的外徑，例如中央鑽孔44。

儘管在上文的詳細描述和附圖中僅描述和顯示了圓形橫截面的鑽孔和緊急冷卻管，但顯然其他形狀也是可能的並且落入本發明的範圍內。鑽孔和/或緊急冷卻管可以例如被弄平或甚至是矩形的形狀。

而且，配置在一個冷卻通道14中的緊急冷卻管的數量不限於一個。圖8示出了二個緊急冷卻管32，32'的配置，其具有會合的端部區段34，34'，使得可以將單一的緊急供送管38連接到該端部區段34，34'。該等二個緊急冷卻管32，32'佈置成在其間設有間隙。當安裝在長方形橫截面的冷卻通道之中時，饋送到冷卻通道14的冷卻劑可以沿著介於二個緊急冷卻管32，32'之間的冷卻通道流動。儘管在前面的附圖中看不到，但圖8說明了緊急冷卻管具有上方和下方端部區域，其具有用於各自緊急饋送管道的各自的連接機構，一個用於將冷卻劑送入緊急冷卻管道，且另一個用於從其中排出冷卻劑。