TWI831812B - 用於豎爐的冷卻盒 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於冶金爐之冷卻盒（10，110），該冷卻盒（10，110）包含一狹長的中空本體（12，112），其自前端（14）延伸至一相對的後端（16），該後端（16）在使用中連接至該冶金爐之一壁；該本體（12，112）包含具有冷卻線路（32，132）之內部腔室（18，118），該冷卻線路（32，132）經建構以在其中在至少一入口（34，134）與至少一出口（36，136）之間收納冷卻劑流體流；該冷卻盒（10，110）進一步包含至少一分割板（40，43，170，172，186，188，190），其經由一形狀匹配連接（form-fit connection）而被安裝於該內部腔室（18、118）中以形成該冷卻線路（32，132）。

Description

用於豎爐的冷卻盒

本發明係關於一種用於冷卻豎爐之內部板的冷卻器。本發明特定言之係關於一種冷卻盒及一種用於製造用於冷卻豎爐之內壁之冷卻盒的方法。

熟知的是為鼓風爐壁提供冷卻器以便耗散爐壁中之熱且藉此增大鍋之使用壽命。冷卻器通常安裝於爐壁之襯裡中，從而需要大量數目個鄰接冷卻器。此處令吾人關注之冷卻器之類型為所謂冷卻盒。

冷卻盒通常由銅、鋼或合金製成。該冷卻盒具有粗略地為平坦平行六面體之形狀的形狀，且其具備一或多個冷卻線路；亦即，如例如水之冷卻劑流體循環通過的路徑。

冷卻盒通常焊接至鼓風爐殼層以確保氣密性密封，且不僅用來冷卻爐壁而且用來緊固並支撐耐火砌磚，該耐火砌磚進一步界定爐壁之內部襯裡。

連接至爐壁之冷卻盒的側通常包含開口或連接器以便將外部冷卻劑饋入及回收管道插入至冷卻線路之入口及出口。實際上，水經由入口被引入至冷卻盒中，沿著冷卻路徑行進從而自爐吸收熱，且藉由出口離開冷卻盒。內部冷卻線路通常為冷卻盒之設計的主要功能元件。

由於爐壁之內部襯裡腐蝕，因此冷卻盒變得暴露至爐內部之惡劣操作條件。冷卻盒之腐蝕及損害發生，且維護操作必須經執行以替換經損害冷卻盒。

歸因於安裝於爐壁上之大量冷卻盒及其替代物，冷卻盒之製造成本為新的冷卻盒之開發中的關鍵約束條件。

典型冷卻盒例如揭示於美國專利第US 4,029,053號中。該冷卻盒包含具有平坦狹長形狀之中空本體。本體具有經建構以面向爐內部之前端及具有用於將冷卻盒固定至爐壁之凸緣的後端。在本體內部，冷卻盒包含具有產生線路迴路之分割壁的內部冷卻流體線路。

此類冷卻盒之常見製造製程使用使用特定言之運用沙模的鑄造技術。此方法允許複雜形狀之冷卻線路建置於冷卻盒內部，但其主要缺陷為沙鑄步驟要求包括模具之製備的長的製造製程，及用於鑽出針對沙之排出孔及接著封閉將不具有其他進一步用途之孔的最終其他操作。

冷卻盒之另一實例展示於文獻德國專利第DE 40 35 894號中。在此文獻中，冷卻盒包含由彎曲成預定形狀之板提前形成的內部冷卻線路。冷卻線路接著置放於頂壁與底壁之間。冷卻線路與頂壁及底壁之間的連接使用爆裂焊接技術實現。

在後一製造方法中，冷卻線路於分離製造步驟中建置，且接著整合於冷卻盒本體中。冷卻線路之形狀可易於實現。然而，此方法亦涉及爆裂焊接之複雜及昂貴步驟。

本發明之目標

因此需要提供一種改良之冷卻盒及一種用於此類冷卻盒之改良之製造方法，其中上述缺點被避免。

本發明之一般描述

本發明提議一種用於一冶金爐之冷卻盒，該冷卻盒包含自一前端 延伸至一相對後端的一狹長的中空本體。該後端在使用中連接至該爐之一壁。

該本體包含界定內部腔室之外部壁，其中該等外部壁包含一頂壁、一相對較佳平行之底壁，及連接該本體之該頂壁及該底壁之邊緣的周邊壁。該本體進一步包含具有一冷卻線路之一內部腔室，該冷卻線路經建構以在其中在至少一個入口與至少一個出口之間收納一冷卻劑流體流。在高爐中，典型冷卻流體為水，但在冷卻盒可使用任何合適流體。

該冷卻盒進一步包含至少一個分割板，該至少一個分割板經由一形狀匹配連接而被安裝於該內部腔室中以形成該冷卻線路。

根據本發明，頂壁及底壁分別包含面向彼此之至少一個槽以收納分割板。該等槽可機械加工於內部腔室中以便提供用於分割板之定位元件。該分割板較佳地自頂壁延伸至底壁。

本發明由冷卻盒之一新設計構成。冷卻盒中之冷卻線路可藉由移除材料以產生內部腔室且將分割板插入腔室中來獲得。該冷卻線路使用所添加分割板與本體之間的形狀匹配連接來建置，從而不需要焊接操作。因此，冷卻盒可整個經由自單塊材料機械加工來獲得。該冷卻盒設計因此關於其製造成本及時間為更高效的。

有利地，冷卻盒之後端包含一後壁，該後壁具有由一金屬蓋板密封之一開口。後壁中之開口可用以將分割板插入於冷卻盒之內部腔室中。該蓋板可經由任何合適構件，如例如螺釘連接至後壁。並非需要對本體執行強制之焊接操作來確保冷卻盒之內部腔室的密封。

較佳地，蓋板具有分別與內部腔室之入口及出口連通的至少一個入口埠及至少一個出口埠。蓋板與本體之冷卻線路充分整合，從而提供冷卻線路至外部水供應系統之饋入及回收管道的容易連接。

為了改良冷卻盒之強健性，分割板有利地由蓋板緊固於內部腔室 內部。罩蓋較佳地抵抗對接之反作用力或在內部腔室內部之經建構以收納分割板之槽中施加壓力負載於分割板上，藉此避免分割板在內部腔室中的可能移動。

有利地，分割板進一步包含對應於頂壁及底壁之槽的舌狀物，以便使分割板嚙合於頂壁及底壁中。

分割板之尺寸及形狀可提供用於界定冷卻線路之大量多種可能性。在具體實例中，分割板包含孔隙以使冷卻劑流體通過分割板。

在較佳具體實例中，分割板可為直式板；或包含U形元件。根據所要冷卻線路，可提供其他形狀。如下文進一步描述，為了經由後壁之開口將U形元件插入內部腔室中，頂壁及底壁較佳地具有階梯式表面，該階梯式表面具有形成用於U形元件之對接階梯的遠端面及近端面。此組態可同樣用於插入其他形狀之分割板。包含U形元件之分割板接著同時遵循頂壁及底壁之遠端面上的對接階梯而插入。

冷卻盒之有利具體實例進一步包含後壁與蓋板之間的襯墊。襯墊改良蓋板與本體之後壁之間的密封連接。

較佳地，蓋板運用螺釘固定至後壁，從而不需要焊接或特定技能，同時為具成本效益且時間上為高效的。

在另一態樣中，本發明關注一種用於製造一冷卻盒之方法，該方法包含以下步驟：提供一狹長的中空本體，該中空本體自一前端延伸至一相對後端，該後端在使用中連接至該爐之一壁；該本體具有外部壁，該等外部壁包含一頂壁、一相對底壁，及連接該本體之該頂壁及該底壁之該等邊緣的周邊壁；一內部腔室形成於該等外部壁之間，該內部腔室經建構以在其中在至少一個入口與至少一個出口之間收納一冷卻劑流體流；其中本體之該後端包含接入內部腔室之一開口； 分別自該後端之該開口在該頂壁與該底壁中機械加工出至少一個面向彼此之槽；經由該本體之該後端之該開口將一分割板插入至該內部腔室中，藉此形成一冷卻線路。

因此，本發明之冷卻盒之製造方法並不涉及沙鑄之強制步驟。

有利地，該方法亦包含運用一蓋板密封地閉合該本體之該後端之一開口的步驟，該蓋板具有至少一個入口及至少一個出口以使一冷卻流體流進入及離開該內部腔室。該開口起到將該等分割板插入於該內部腔室中之作用且進一步需要密封。此步驟可藉由任何合適手段而不暗示焊接操作情況下執行。舉例而言，開口可藉由將蓋板擰緊至本體之後端或以其他方式將蓋板附接至後端來封閉。

10，110:冷卻盒

12，112:中空本體

14:前端

16:後端

18，118:內部腔室

20，120:頂壁

22，122:底壁

24:側壁

26:前壁

28，128:後壁

30，130:開口

32，132:冷卻線路

34，134:入口

36，136:出口

40:第一分割板

42:第二分割壁

43:第三分割板

44:舌狀物

46，146:槽

48:襯墊

50，150:蓋板

52:螺紋孔

54:圓錐鑽孔

56:螺釘

58:鏜孔

60:入口埠

62:出口埠

64:金屬軸環

168:U形元件/U形分割板

170:第一分割板

172:第五分割板

174:U形元件之連接腹板

176:第一孔隙

178:階梯式表面

180:近端面

182:遠端面

184:定位階梯

186:第四分割板

188:第三分割板

190:第二分割板

192:第二孔隙

自參看隨附圖式進行的對非限制性具體實例之以下詳細描述，本發明之另外細節及優點將為顯而易見，其中：圖1為根據本發明之冷卻盒之一個較佳具體實例的分解立體圖；圖2為圖1之冷卻盒的穿過圖1之平面2截取的立體圖；圖3為圖1之冷卻盒之中空本體的具有通過圖1之平面2之局部切割部分之立體圖；圖4為根據本發明之冷卻盒之另一較佳具體實例的分解立體圖；圖5為圖4之冷卻盒的通過圖4之平面5截取的立體圖；及圖6為圖4之冷卻盒之中空本體的具有通過圖4之平面5之局部截取部分的立體圖。

如圖1中所示，根據本發明之一個較佳具體實例之冷卻盒10包含一狹長的中空本體12。本體12具有自前端14縱向延伸至相對後端16的平行六面體形狀。當冷卻盒安裝於未展示之爐壁上時，前端面向爐內部且相對後端連接至爐之壁。

本體12較佳由銅製成，從而利用金屬之良好熱導率，但其亦可由如例如鋼之另一金屬或者鋼及銅之合金構成。

中空本體12包含經建構以在其中收納冷卻流體流之內部腔室18。內部腔室18由外部壁界定，該等外部壁包含矩形頂壁20、相對且大體平行之頂壁20的類似底壁22，及接合頂壁20及底壁22之邊緣的周邊壁。周邊壁此處包含兩個側壁24及一個前壁26，該前壁界定本體12之前端14。

頂壁20及底壁22以及周邊壁皆經密封接合以便在其中收納冷卻劑流體(較佳水)流。有利地，本體12之所有外部壁以單件式形式形成。

冷卻盒10之後端16包含具有寬廣開口30之後壁28。如圖1中所示，開口30向內部腔室完全開放，且後壁28由頂壁、底壁及兩個側壁24之邊緣形成。

如圖2中所示，內部腔室18包含冷卻線路32，其經建構以在鄰近於一個側壁24之後壁28的一個末端處側向安置之入口34與側向安置於後壁28之另一末端處之出口36之間收納冷卻劑流體流。

冷卻線路32由在頂壁20與底壁22之間於內部腔室18內部延伸的一系列三個分割壁形成。第一分割壁及第三分割壁為經由形狀匹配連接而被安裝於本體12之內部腔室18中的獨立金屬分割板40、43。第二分割壁42此處較佳與外部壁同時與冷卻盒10之本體12一體式地建置。

分割板40、43包含分別展示於圖2及圖3中之兩個舌狀物44，其尺寸分別對應於形成於頂壁20及底壁22中的槽46之尺寸。舌狀物44以形狀匹配連接嚙合於槽46中，藉此緊固分割板。

如下文詳細地描述，一系列分割壁經配置以產生彎曲部，該彎曲部將在冷卻劑流體到達出口36之前經由內部腔室18之所有容積自入口34導引冷卻劑流體。此處描述之具體實例展示冷卻線路之較佳實例，但所屬領域中具有通常知識者將理解，其他冷卻路徑可有可能在本發明之範圍內達成。

如圖2中所示，三個分割壁為直的，且具有實質上相同之長度。壁彼此平行且正交於冷卻盒10之後壁28而安置。分割壁之長度小於內部腔室之縱向長度以留下冷卻劑流體的通路。在內部腔室內，分割壁在入口34與出口36之間以交錯配置連續地置放，藉此界定三個U形迴路。分割壁亦較佳地正交於冷卻盒10之頂壁20及底壁22。

在冷卻盒自入口至出口連續之側向方向進行描述，由第一分割板40形成之第一分割壁就定位在入口34之後且自後壁28延伸，接著第二分割壁42自前壁26延伸，且由第三分割板43形成之第三分割壁就定位在出口之前且自後壁28延伸。

在經組裝之冷卻盒10中，後端16之開口30由襯墊48密封，該襯墊由金屬蓋板50抵靠後壁28按壓。

冷卻盒10之製造製程以提供中空本體12開始。本體12可自具有冷卻盒之總體平行六面體形狀的固態金屬坯料獲得，或其可為在其中具有預成型之內部腔室的澆築中空元件。在後一情形中，第二分割壁42可已形成於本體中。在本體來自完整元件之情形下，本體必須經機械加工以便界定內部腔室18。本體12經清空，且第二分割壁42係藉由留下必須量之材料產生。較佳地，中空本體包含後壁28及經鑽出以供稍後固定至蓋板50的螺紋孔52。所屬領域中具有通 常知識者將理解，機械加工本體可暗示涉及機床之任何合適步驟。

頂壁20及底壁22接著進一步經機械加工以產生用於收納分割板40、43的槽46。另外，在此步驟期間，圓錐鑽孔54亦在內部腔室18之入口34及出口36之位置處機械加工，以分別促進流體流進入冷卻線路32/自該冷卻線路排出。

在另一步驟中，分割板40、43插入於內部腔室18之槽46中以形成第一分割壁及第三分割壁。此等分割板40、43在獨立製造製程中製造且具備對應於內部腔室18之槽46的舌狀物44，以便達成形狀匹配連接。分割板40、43在槽46中滑動，直至與槽之末端對接。所屬領域中具有通常知識者將理解，舌狀物及槽可經設定尺寸以提供形狀匹配連接的足夠密封。

一旦分割板40、43插入至內部腔室之槽中，本體之後壁28之開口30便經由襯墊48由金屬蓋板50密封地閉合。蓋板50例如由如圖1中所展示之螺釘56連接至後壁28。螺釘56引入至鏜孔58中，從而與後壁28中之螺紋孔52匹配。為了確保連接之密封，襯墊48先前添加於後壁28與蓋板50之間。

蓋板50具有經提供以與內部腔室18之入口34連通之入口埠60及經提供以與內部腔室18之出口36連通的出口埠62。襯墊48亦在入口34及出口36前方設計有對應開口。

在經組裝冷卻盒10中，襯墊48經設定尺寸以便在分割板40、43與蓋板50之間延伸，以便確保分割板40、43與蓋板50之間的密封連接。蓋板50進一步經由襯墊48將壓力負載施加於分割板40、43之邊緣上，從而將分割板緊固於內部腔室18中。

本體12之後端由經提供以在冷卻盒10與爐壁之間形成連接件的寬廣金屬軸環64包圍，例如以將冷卻盒10焊接爐殼層。此連接此處並未論述，但可包含任何合適構件，諸如焊接接頭。

現將參看圖4至圖6描述冷卻盒之另一較佳具體實例。此具體實例主要在冷卻盒內部之冷卻線路之形狀上不同於先前具體實例。其相較於先前具體實例予以描述。下文未詳細描述之特徵應被認為類似於先前具體實例，且具有相同技術功能之特徵將具有遞增100之相同參考數字。

如圖4中所示之冷卻盒110包含具有內部腔室118之中空本體112，該內部腔室由頂壁120、底壁122及包含具有寬廣開口130之後壁128的周邊壁界定。

內部腔室118包含冷卻線路132，其經建構以在入口134與出口136之間收納冷卻劑流體流。在此具體實例中，內部腔室118之入口134及出口136在後壁128之一個末端處緊接於彼此地配置。

冷卻線路132包含由五個金屬分割板形成之五個分割壁，從而在頂壁120與底壁122之間於內部腔室118內部延伸。

製造根據此第二具體實例之冷卻盒110包含與先前具體實例之步驟相同的步驟，此第二具體實例具有如下文所描述之稍微不同操作。

第一分割板170及第五分割板172由U形元件168之支腳形成，該等U形元件經設定尺寸以平行於本體112之周邊壁向內延伸以產生鄰近於周邊壁之恆定寬度的路徑。U形分割板168包含連接腹板174，其垂直於其支腳且接合第一分割板170及第五分割板172的末端。第一分割板170安置於入口134與出口136之間。第五分割板172之自由端包含開口130附近之第一孔隙176，以便允許冷卻劑流體穿過第五分割板172。U形元件168之連接腹板174在本體112之前壁126附近形成通道，此通道平行於前壁126。

U形元件168與本體112之間的形狀匹配連接由頂壁120與底壁122中之階梯式表面獲得。階梯式表面178包含：近端面180，其更靠近於平行於頂壁120及底壁122的穿過內部腔室118之中心平面的平面；及遠端面182，其進 一步遠離內部腔室118之中心平面。近端面180為平坦的，且沿著本體112之周邊壁具有恆定寬度。遠端面182為另一平坦表面，其具有與U形元件168相同之尺寸且關於近端面180向內安置於內部腔室118中。定位階梯184產生於近端面180與遠端面182之間，從而形成針對U形元件168的對接。

較佳地，頂壁及底壁之定位階梯184為相同的，從而具有幾毫米之高度，如例如在3mm與5mm之間的高度。U形元件168可因此與兩個定位階梯184相抵地被完整個收納。

引入U形元件168之步驟涉及在頂壁120與底壁122之遠端面上方滑動U形元件168。U形元件168之第一分割板170及第五分割板172與定位階梯184之側相抵地滑動，直至連接腹板174以形狀匹配連接在前壁126附近緊靠定位階梯184。

如圖5及圖6中所展示，第二分割板190、第三分割板188及第四分割板186在第一分割板170與第五分割板172之間自後壁128延伸。此等第二分割板、第三分割板及第四分割板平行於第一分割板170及第五分割板172，且連續地安置於冷卻盒110之側向方向上。

第二分割板190、第三分割板188及第四分割板186在形成於頂壁120及底壁122之遠端面182中的直槽146中以形狀匹配連接嚙合於內部腔室118中，從而自後壁128之開口130延伸。作為對第一具體實例之替代例，第二分割板190、第三分割板188及第四分割板186此處並不具備對應舌狀物，而是與其邊緣嚙合而直接進入槽146中。將第二分割板190、第三分割板188及第四分割板186插入槽中類似於先前具體實例，限制條件為第二分割板190、第三分割板188及第四分割板186在U形元件板168之後插入。

最靠近於第五分割板172，第四分割板186具有小於U形元件168之第二支腳之長度的長度，從而留下針對冷卻流體流之通路。接著，第三分割 板188經設定尺寸以與U形元件168之連接腹板174及蓋板150兩者密封接觸。第三分割板188包含連接腹板174附近之第二孔隙192以便在其靠近後壁時允許冷卻劑流體流過。第二分割板190類似於第四分割板186，且在第三分割板188與出口136之間在冷卻線路132中產生最後迴路。

由圖5中之箭頭以符號表示之冷卻劑流體流經由入口進入，沿著第一分割板170、連接腹板174及第五分割板172流動。冷卻劑流體接著流動通過第一孔隙176至第五分割板172之另一側。自此處，冷卻劑流體沿著第四分割板186、第三分割板188及第二分割板190上下流動以最終到達出口136。

10:冷卻盒

12:中空本體

14:前端

16:後端

18:內部腔室

20:頂壁

22:底壁

24:側壁

26:前壁

28:後壁

30:開口

40:第一分割板

43:第三分割板

44:舌狀物

46:槽

48:襯墊

50:蓋板

52:螺紋孔

56:螺釘

58:鏜孔

60:入口埠

62:出口埠

64:金屬軸環

Claims (9)

1. 一種用於冶金爐之冷卻盒，該冷卻盒包含自前端縱向延伸至一相對的後端之狹長的中空本體，該後端在使用中連接至該冶金爐之一壁；該本體具有外部壁，該等外部壁包含一頂壁、一相對地底壁，及連接該本體之該頂壁及該底壁之邊緣的周邊壁；該本體進一步包含具有冷卻線路之內部腔室，該冷卻線路經建構以在其中在至少一入口與至少一出口之間收納冷卻劑流體流；該冷卻盒進一步包含至少一分割板，該至少一分割板經由一形狀匹配連接而被安裝於該內部腔室中以形成該冷卻線路，其中該至少一分割板自該頂壁延伸至該底壁；該頂壁及該底壁分別包含面向彼此之至少一槽以收納該至少一分割板，該至少一分割板包含沿著其縱向邊緣而對應於該頂壁及該底壁之槽的舌狀物，以便使該至少一分割板與該頂壁及該底壁嚙合；其中該冷卻盒之該後端包含具有開口之後壁，該開口係由金屬蓋板所密封，該後壁中之該開口係用以將該至少一分割板插入於該冷卻盒之該內部腔室中，且該蓋板係經由螺釘而被固定在該後壁上。
2. 如請求項1所述之冷卻盒，其中該蓋板具有至少一入口埠及至少一出口埠，該至少一入口埠及該至少一出口埠係分別與該內部腔室之該入口及該出口連通。
3. 如請求項1或2所述之冷卻盒，其中該至少一分割板係經由該蓋板而緊固於該內部腔室的內部。
4. 如請求項1或2之冷卻盒，其中該至少一分割板包含一孔隙以使該冷卻劑流體通過該至少一分割板。
5. 如請求項1或2之冷卻盒，其中該至少一分割板包含一U形元件。
6. 如請求項5所述之冷卻盒，其中該頂壁及該底壁具有階梯式表面，該階梯式表面具有形成用於該至少一分割板之對接階梯的遠端面及近端面。
7. 如請求項1或2所述之冷卻盒，其中該冷卻盒進一步包含該後壁與該蓋板之間的一襯墊。
8. 一種用於製造冷卻盒之方法，該方法包含提供一狹長的中空本體之步驟，該中空本體自一前端延伸至一相對的後端，該後端在使用中連接至爐之一壁；該本體具有外部壁，該等外部壁包含一頂壁、一相對的底壁，及連接該本體之該頂壁及該底壁之邊緣的周邊壁；一內部腔室形成於該等外部壁之間；該內部腔室經建構以在其中在至少一入口與至少一出口之間收納冷卻劑流體流；其中該冷卻盒的該後端包含一後壁與一開口，分別自該後端之該開口在該頂壁與該底壁中機械加上出至少一面向彼此之槽；經由該本體之該後端之該開口將分割板插入至該內部腔室中，藉此形成冷卻線路，其中該分割板包含沿著其縱向邊緣而對應於該頂壁及該底壁之該等槽的舌狀物，且其中藉由自後部面滑動該分割板以將該等舌狀物嚙合在該頂壁及該底壁之該等槽中，從而將該分割板插入於該內部腔室中；且運用一蓋板以密封地閉合該後端之該開口，其中該蓋板係經由螺釘而被固定在該冷卻盒的該後壁上。
9. 如請求項8所述之方法，其中該蓋板具有至少一入口及至少一出口以使冷卻流體流進入及離開該內部腔室。