CN102197148A - 用于冶金炉的冷却板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于冶金炉的冷却板(10)，该冷却板包括本体(12)，该本体具有正面(14)、相对的背面(16)、四个侧边(18、18′、20、20′)以及从一个侧边(20)的区域延伸到相对侧边(20′)的区域的至少一个冷却剂通道(30)。弯曲连接管(26、28)连接每个用于冷却剂流体供给或返回的冷却剂通道(30)的至少一个末端。弯曲连接管(26、28)在本体(12)中的朝着背面(16)开口的相应凹部(32)内与相关冷却剂通道(30)的末端密封地连接，其中在所述凹部中，所述冷却剂通道通向朝着背面(16)倾斜的连接表面中；并且弯曲连接管(26、28)未侧向地延伸超过对应的侧边(20、20′)。

Description

用于冶金炉的冷却板及其制造方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于冶金炉的冷却板及其制造方法。

背景技术

用于冶金炉的冷却板(也被称作冷却壁(stave))在本领域中是众所周知的。这些冷却板被用来覆盖冶金炉(例如，鼓风炉或电弧炉)的外壳的内壁，以提供：(1)炉的内部与外炉壳之间的热排空保护屏；以及(2)用于耐火砖衬里、耐火喷浆或加工中在炉内产生的炉结层的锚定装置。最初，冷却板被铸造成其中铸有冷却管的铸铁板。作为铸铁冷却壁的可替代方案，已改良出铜冷却壁。现在，用于冶金炉的多数冷却板都是由铜、铜合金，或者更近来由钢制成的。

对于铜冷却壁冷却装置，已提出不同的制造方法。最初，尝试用模具进行铸造来制作铜冷却壁，内部冷却剂通道由铸型中的砂芯形成。然而，实践已证明该方法的效率较低，由于铸造的铜板体经常带有孔穴和气孔，这会对板体的寿命产生很大的负面影响。型砂难于从通道中去除，并且通道经常没有适当地形成。

从DE 2 907 511 C2中获知了一种由锻造或滚压的铜板材(slab)制成的冷却板。冷却剂通道是通过对滚压的铜板材进行深度钻孔而形成的盲孔。这些盲孔通过熔接进的塞子而被密封住。于是，从板体的后侧到盲孔钻出连接孔。之后，用于冷却剂供给或冷却剂返回的连接管端被***到这些连接孔中并熔接至冷却壁体。通过这些冷却板，避免了上述与铸造相关的缺点。尤其是，几乎避免了板体中的孔穴和气孔。然而，上述制造方法在劳力及材料两方面都是相对昂贵的。

WO 2004/090172公开了一种用于冶金炉的冷却炉壳，其中相邻的冷却板通过炉壳中的共有开口互连。因此，呈例如弯管形式的连接件连接至冷却板体的侧边，与内部冷却剂通道相连通。从而，连接件形成一种穿过冷却板体的端面的相应冷却剂通道的轴向延伸件。弯管从侧边侧向地伸出的事实便于弯管从相邻的冷却板通过炉壳中的开口互连。相邻冷却板的有弯管伸出的相对侧边可以以镜像方式朝向炉的内部倾斜，以使它们限定出一个保护连接件免于炉中的热辐射的楔形空间。冷却板在炉壳中的这种布置要求冷却板具有从侧面伸出的连接件的特殊设计，该布置较为特殊，未必总是人们所希望的。

技术问题

本发明的目的是提供一种制造用于冶金炉的冷却板的简单方法，其提供较宽适用性的可靠冷却板。该目的通过权利要求1所要求保护的方法实现。

发明内容

根据本发明的制造用于冶金炉的冷却板的方法包括：提供金属材料的板材本体，所述本体中具有至少一个冷却剂通道；加工所述本体，从而使得每个冷却剂通道的至少一个末端通向朝着所述背面开口的相应凹部内的连接表面中，所述连接表面朝向背面倾斜。在所述凹部中将一弯曲连接管与所述冷却剂通道的末端密封地连接，其中所述弯曲连接管未侧向地延伸超过侧边。

与例如DE 2 907 511 C2中所描述的现有方法相比，对于本方法来说，不再需要通过熔接进塞子来封住侧边中钻出的冷却剂通道的开口。弯曲的连接管在相应的凹部内与冷却剂通道直接相连。这些凹部还用来保护连接管连接至冷却板的区域。这同样与WO2004/090172中的冷却板不同，在WO 2004/090172中连接管从侧边侧向地伸出并超过侧边，并且整个侧边都倾斜以提供保护，然而是通过与相邻的冷却板协作来提供保护的。

此外，凹部中的倾斜连接表面可以减小弯曲的连接管的弯曲角度，从而便于制造连接管和接头。连接表面与本体的背面之间的角度可以在20°到70°之间，优选地在30°到50°之间，更优选地约45°。因此，连接管的弯曲角度可以在110°到160°之间。接头的连接端可以根据需要成形，以适于连接表面的角度以及其中的冷却剂通道开口的截面。

因此，本发明提供了一种制造冷却板的简单方法，考虑到将冷却板连接和安装在冶金炉内的传统方式，该冷却板具有从背面伸出的连接管。

还可注意到，由于没有塞子(用于封住钻孔)而提供了一种更可靠的冷却板。事实上，当冷却板暴露于相当大的机械应力和热应力时，尤其是在冷却板的边缘区域中，塞子被认为是一个弱点。如果塞子的熔接劣化，则冷却通道的流体密封性不再得以保证，冷却剂可能从冷却通道泄漏到炉中。

优选地，冷却剂通道通过钻孔而在本体中形成。在一个实施例中，通过在本体中从第一侧边朝着相对的第二侧边钻出至少一个钻孔而形成至少一个冷却剂通道。该钻孔可以是盲孔或通孔，通孔可使钻出的冷却通道的清洁简化。在这两种情况下，连接管均可以连接在钻孔的侧边(在该侧边处钻头进入本体)上和相对的侧边上，由于相应的凹部典型地沿冷却剂通道的轴向延续方向形成。因此，在一种变型中，冷却板包括多个平行的冷却剂通道，每个冷却剂通道均设有一对连接管(每个相对的侧边区域中一个)。

在另一实施例中，连接管仅布置在一个侧边上，从而冷却剂通道的入口和出口位于同一侧边上。因此，该方法包括以下步骤：为所述板材提供第一冷却通道，该第一冷却通道通过在板材中钻出第一盲孔而形成，其中该第一盲孔从第一边缘朝着相对的第二边缘而被钻出；以及为所述板材提供第二冷却通道，该第二冷却通道通过在板材中钻出第二盲孔而形成，其中该第二盲孔从第一边缘朝着第二边缘而被钻出。以这样的方式布置第一和第二冷却通道，即，使得它们的端部在第二边缘的区域中汇合，并在第一与第二冷却通道之间形成流体连通。例如，从第一边缘朝着相对于彼此成一定角度的第二边缘钻出第一和第二盲孔，从而第一和第二盲孔的端部在第二边缘的区域中汇合。从而，所得到的第一和第二冷却通道形成结合的“V”形冷却通道，其中冷却剂通过冷却通道中的一个流向第二边缘区域，并通过冷却通道中的另一个流回到第一边缘区域。

在另一变型中，所述方法可以包括为所述板材提供第一冷却通道的步骤，该第一冷却通道通过在板材中钻出第一盲孔而形成，其中该第一盲孔从第一边缘朝着相对的第二边缘而被钻出，其中第一盲孔的一个端部被布置于板材的第二边缘区域中。第一侧边区域中的冷却通道末端则通过上述凹部中的弯管相连，而在第二边缘区域中通过钻出连接孔来实连接至冷却剂通道现，该连接孔从板材的背面延伸至第一盲孔的端部。

对于弯曲的连接管的固定，每个连接管可以焊接或熔接于相应的连接表面中的对应冷却剂通道开口周围。为了易于连接，连接表面中可以设置有围绕通道开口的定心槽(centering sink)。

所述方法优选地包括以下附加步骤：在板状本体的正面中形成槽和间隔的片状肋，以锚定耐火砖衬里等。为了确保冷却板正面上的片状肋和槽结构的良好锚定作用以及冷却板的良好热形状稳定性，槽有利地形成为在槽入口处的宽度窄于在槽底部处的宽度。槽例如可以形成有鸽尾形的横截面。

优选地，冷却板由以下材料中的至少一种制成：铜、铜合金或钢。

可选地，其中具有冷却剂通道的冷却壁本体可以经受轧制步骤，以形成具有椭圆形横截面的冷却剂通道。

根据本发明的另一方面，提出了一种根据权利要求7所述的冷却板。该冷却板可以通过上述的方法制造，并且与已知的冷却壁相比，提供了所述的优点。冷却板的优选实施例在从属权利要求8至14中描述。

附图说明

现在将参照附图，以实例的方式描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是从背面看到的本冷却板的优选实施例的透视图；

图2是示出了在一个凹部内连接管连接至板材的横截面图；

图3是图1的冷却板的后视图；

图4是图1的冷却板的侧视图；

图5是本冷却板的另一实施例的后视图；以及

图6是本冷却板的又一实施例的后视图。

具体实施方式

冷却板被用来覆盖冶金炉(例如，鼓风炉或电弧炉)的外壳的内壁。这种冷却板的目的是形成：(1)炉的内部与外炉壳之间的热排空保护屏；以及(2)用于耐火砖衬里、耐火喷浆或加工中在炉内产生的炉结层的锚定装置。

附图中详细示出了本冷却板的优选实施例10。冷却板10典型地由板材形成，例如将铜、铜合金或钢的铸造体或锻造体制成板状本体12而形成。该板状本体12具有：正面14，也被称为热面，其将面对炉的内部；以及背面16，也被称为冷面，其将面对炉壁的内表面。通常，板状本体12的形状大体上为具有一对长侧边18、18′以及一对短侧边20、20′的四边形。多数新式冷却板的宽度在600到1300mm的范围内，且高度在1000到4200mm的范围内。然而，应该理解的是，可根据冶金炉的结构状况并根据它们的制造过程所导致的约束对冷却板的高度和宽度进行调整。

冷却板10还包括用于冷却流体(通常是水)的供给和返回的弯曲连接管26、28。这些连接管26、28从板状本体12的后侧连接到布置在板状本体12内的冷却通道30。如从图中应该理解的，这些冷却剂通道30穿过本体12且邻近背面16，并从一个短侧边20附近延伸到相对的一个短侧边20′(如混合线(点划线)30所示出的)。在本实施例中，每个冷却剂通道30在两个末端均设有适当的弯曲连接管26和28，冷却剂流体通过这些连接管供给到相应的冷却通道30中和/或冷却流体通过这些连接管离开冷却剂通道30。

应理解的是，每个通道的末端都通向朝着背面16开口的单独凹部32，且更具体地，在朝着背面16倾斜的连接表面34中。连接表面与背面之间的角度α可以在20°到70°之间，优选地在30°到50°之间，更优选地约45°。连接管26和28与通道30的末端密封地连通。典型地，管端可以熔接或焊接于连接表面34中的通道30开口的周围。

该倾斜的连接表面34是值得重视的，因为与90°弯曲(然而这也是一种可替代方案)相比，在本变型中，其减小了连接管26或28中的弯曲。可以看到，冷却剂通道30的横截面可以是圆形或椭圆形的。因此，连接管26、28的端部适于连接表面34中的通道开口的形状。

还应重视的是，在安装弯曲的连接管26、28的区域内，弯曲的连接管26、28没有侧向地延伸超过侧边缘。因此，凹部32的位置，更具体地说连接表面34的位置以及连接管26、28的尺寸和形状被选择成使得连接管26、28保持在冷却板正面的周界内。因此，弯管26和28被保护在冷却板背面处的它们相应的凹部内而没有露于炉内部。

另外，由于冷却板为每个冷却剂通道设置有各自的/相应的凹部32，两个相邻的凹部通过本体材料的隔离件分隔。因而，与包括完全倾斜的侧边的冷却壁相比，在侧边区域中保持有本体材料(例如铜)，所述侧边区域为磨损开始的冷却板区域。这些各自的凹部32还将保持诸如喷浆混凝土或鼓风炉填装材料的物质；这些物质在各自的凹部中的积累将保护弯曲管(在与冷却板的连接处)免受热和磨损的影响。

再参照图1和图2，可注意到，正面14被槽36细分成片状肋38。横向地限定出片状肋38的槽36可以铣削在板状本体12的正面14中。片状肋38平行于第一和第二边缘20、20′而从板状本体12的第一长边缘18延伸到相对的长边缘18′。这些肋垂直于板状本体12中的冷却通道30。当冷却板10安装在炉中时，槽36和片状肋38被水平地布置。这些槽和片状肋形成用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或加工中产生的炉结层锚定至正面14的锚定装置。

为了确保将耐火砖衬里、耐火喷浆或加工中形成的炉结层良好地锚定至正面14，应注意的是，槽36有利地具有鸽尾形(或燕尾形)的横截面，即，槽36的入口宽度比其底部处的宽度窄。片状肋38的平均宽度优选地小于槽36的平均宽度。槽36的平均宽度的典型值例如在40到100mm的范围内。片状肋38的平均宽度的典型值例如在20到40mm的范围内。片状肋38的高度(其对应于槽36的深度)通常为板状本体12的总厚度的20％到40％之间。

现在将描述制造本冷却板10的一种优选方法。通过连续铸造制成铜或铜合金的板材。此后，通过从一个短侧边朝着相对的一个短侧边进行机械深度钻孔而在所得到的板体中形成多个钻孔，从而形成冷却剂通道。可以注意到，这些孔可以是通孔或终止在相对侧边的区域中的钻孔。可选地，随后，可以使本体经历轧制步骤，从而形成具有椭圆形横截面的冷却剂通道。

接着，优选地，通过铣削形成正面14的结构，以形成槽36和间隔的片状肋38。

最后，处理/加工本体12，以使每个冷却剂通道的末端都通向一个相应的凹部32，通道开口本身与连接表面34齐平。这种凹部典型地可以通过从背面沿冷却剂通道的轴向延续方向铣削本体而形成。在本实施例中，凹部朝着相应的侧边20或20′开口。然而，一种可行的替代方案是，仅在背面铣削出凹部，而不使其延伸到侧边，但允许足够的空间来安装和连接连接管。

于是，连接管26和28在凹部内密封地连接至相应的冷却剂通道末端。这可以通过熔接或焊接来完成。如果需要，可以在连接表面中设置围绕通道开口的定心槽(未示出)。

图5示出了另一实施例，其中冷却板10′仅在一个侧边上包括连接管26′和28′。混合线30′所代表的冷却剂通道具有V形的结构。这些冷却剂通过可以通过从同一侧边20钻出两个盲孔以使这些盲孔在相对侧边20′的区域中汇合而得到。弯管26和28在相应的凹部32′内连接至冷却剂通道30′，如上所述，冷却剂通道30′通向倾斜的连接表面34′中。

图6中示出了又一实施例，其中冷却板10″包括多个横向的冷却剂通道30″，这些冷却剂通道在两个侧边的区域中设置有连接件。在该实施例中，冷却剂通道30″通过从第一侧边20钻出盲孔而形成。在第一侧边的区域(即，从该区域钻头进入本体)中，冷却剂通道通向相应凹部32″的倾斜连接表面34′中。在相对侧边20′的区域中，从背面16钻出连接孔40以便与冷却剂通道流体连通，并且直立的连接管(未示出)沿孔40的流动延续方向密封地固定至背面。

参考标号列表

10          冷却板

12          本体

14          正面

16          背面

18、18′    长侧边

20、20′          短侧边

26、28            连接管

30、30′、30″    冷却剂通道

32、32′、32″    凹部

34、34′、34″    连接表面

36                槽

38                片状肋

40                孔。

Claims (15)

1.一种制造用于冶金炉的冷却板的方法，所述方法包括：

提供金属材料的板材本体，所述本体具有正面、相对的背面以及四个侧边，其中所述本体中具有至少一个冷却剂通道；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

加工所述本体，从而使得每个冷却剂通道的至少一个末端通向朝着所述背面开口的相应凹部内的连接表面中，所述连接表面朝向背面倾斜；

在所述凹部中将一弯曲连接管与所述冷却剂通道的末端密封地连接，其中所述弯曲连接管未侧向地延伸超过所述侧边。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在所述本体中从第一侧边朝向相对的第二侧边钻出至少一个钻孔而在所述本体中形成所述至少一个冷却剂通道。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将每个连接管均焊接或熔接于相应连接表面中的对应冷却剂通道开口周围。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述倾斜的连接表面与所述背面之间的角度在20°到70°之间，优选地在30°到50°之间，更优选地约为45°。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述板材本体是锻造、铸造或轧制的板材。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述板材本体是具有至少一个镶铸冷却通道的连续铸造的金属板材。

7.一种用于冶金炉的冷却板，所述冷却板包括：

本体，所述本体具有正面、相对的背面、四个侧边以及从一个侧边的区域延伸到相对侧边的区域的至少一个冷却剂通道；

弯曲连接管，连接每个冷却剂通道的至少一个末端，以便冷却剂流体供给或返回；

其特征在于，所述弯曲连接管在所述本体中的朝着所述背面开口的相应凹部内与相关冷却剂通道的末端密封地连接，在所述凹部中，所述冷却剂通道通向朝着所述背面倾斜的连接表面中；以及

所述弯曲连接管未侧向地延伸超过对应的侧边。

8.根据权利要求7所述的冷却板，其特征在于，所述倾斜的连接表面相对于所述冷却板的背面形成一个角度，所述角度在20°到70°之间，优选地在30°到50°之间，更优选地约为45°。

9.根据权利要求7或8所述的冷却板，其特征在于，所述冷却剂通道的每个末端均通向相应的凹部，在该相应的凹部处，所述冷却剂通道的每个末端连接至相应的连接管。

10.根据权利要求7、8或9所述的冷却板，其特征在于，每个冷却剂通道均具有圆形或椭圆形的横截面。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述冷却板被构造成使得所述弯曲连接管位于同一侧边上。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的冷却板，其特征在于，在第一侧边的区域中，每个冷却剂通道通向相应凹部的连接表面内，在所述相应凹部的连接表面处，每个冷却剂通道连接至弯曲连接管；并且在相对侧边的区域中，通过从所述背面钻出的钻孔提供流体连通。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的冷却板，其特征在于，包括位于所述本体的正面上的片状肋。

14.根据权利要求7至13中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述连接管的弯曲角度在110°到160°之间。

15.一种包括外壳的冶金炉，所述外壳的内壁被根据权利要求7至14中任一项所述的冷却板覆盖。

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