CN114929903B - 用于冶金炉的冷却板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于冶金炉的冷却板(1)，包括：冷却板本体(10)，其具有面向冶金炉内侧的正面(11)、相对的背面(12)和在冷却板本体(10)之内的至少一个冷却剂通道(17)，该冷却剂通道(17)与在背面(12)上的背后开口(13)连通；和连接管(20)，其连接到冷却板本体(10)使得连接管(20)的管通道(21)与冷却剂通道(17)连通，所述连接管(20)适于将冷却剂流体输送到冷却剂通道或输送来自冷却剂通道(17)的冷却剂流体。冷却板本体(10)包括接纳孔(14)，其沿着成孔方向(B)从背后开口(13)延伸到冷却剂通道(17)中；冷却剂通道(17)在成孔方向(B)上以盖体部分(11.3)的盖体厚度(C)与背面(12)间隔开并且在成孔方向(B)上延续一宽度(W)。为了提供用于在冶金炉冷却***中防止泄漏的措施，本发明提出，连接管(20)的端部部分(23)在成孔方向(B)上延伸到接纳孔(14)中超过盖体厚度(C)，并且沿冷却剂通道(17)宽度(W)的至少一部分以形状配合方式接纳于接纳孔(14)中，该形状配合防止垂直于成孔方向(B)相对于冷却板本体(10)的移动。

Description

用于冶金炉的冷却板

技术领域

本发明涉及一种用于冶金炉的冷却板以及一种用以制造该冷却板的方法。

背景技术

冷却板，也称为冷却壁(cooling stave)，其用在冶金炉中，例如在高炉中，作为炉冷却***的一部分。它们被布置在炉的外壳体的内侧上，并且其面向炉内腔的表面可衬有耐火材料。冷却板具有内部冷却剂通道，这些通道连接到冷却***的其他部分，例如由提供冷却剂(如水)的连接管连接。连接管被引导穿过炉的钢外壳中的孔眼。根据一种设计，冷却壁以及连接管由铜(或铜合金)制成。

目前，铜管与铜冷却壁本体之间的连接是以下述方式进行的，即在铜冷却壁本体上预加工焊缝准备结构和小沉孔。沉孔用于为连接管提供定位和平坦的支撑面。焊接准备以下述方式进行，即可以在冷却管件和铜冷却壁本体之间产生HV焊缝(single bevelgroove weld，单面坡口焊)。然而，该焊接接头却是薄弱点。由于运行期间的磨损和热应力，铜冷却壁本体发生变形，例如成为弯曲或“香蕉”形状。由于该变形，冷却管件的位置和角度相对于高炉的外壳体发生改变。

为了吸收一定部分的这种变形并且气密地封闭高炉壳体的孔洞，已知的是，在外壳体和冷却管件之间焊接所谓的补偿器(compensator)，例如，如在EP 1 466 989中公开的那样。该补偿器绕连接管形成一种圈领，其只能吸收一定程度的变形。如果超过该变形程度，补偿器便形成了连接管的固定点。在炉运行期间，冷却壁本体经常还要进一步变形，这导致在连接管上的负载。该负载从固定点传递到冷却壁本体和连接管之间的连接部，并且因此传递到焊缝中。这样继而可能导致焊接中出现裂纹，从而导致泄漏并且因此导致水进入炉中。

发明内容

技术问题：

因此，本发明的目的是，提供用以防止冶金炉冷却***中发生泄漏的措施。该目的通过如下所述的冷却板以及通过如下所述的方法得以实现。

具体而言，本发明提供一种用于冶金炉的冷却板，包括

-冷却板本体，所述冷却板本体具有面向所述冶金炉的内侧的正面、相对的背面和在所述冷却板本体之内的至少一个冷却剂通道，所述冷却剂通道与在所述背面上的背后开口连通；和

-连接管，所述连接管连接到所述冷却板本体使得所述连接管的管通道与所述冷却剂通道连通，所述连接管适于将冷却剂流体输送到所述冷却剂通道或输送来自所述冷却剂通道的冷却剂流体；

其中，所述冷却板本体包括接纳孔，所述接纳孔沿着成孔方向从所述背后开口延伸到所述冷却剂通道中；其中，至少邻近所述接纳孔在所述接纳孔的第一侧上，所述冷却剂通道在所述成孔方向上以盖体部分的盖体厚度与所述背面间隔开并且在所述成孔方向上延续一宽度；所述连接管的端部部分在所述成孔方向上延伸到所述接纳孔中超过所述盖体厚度，并且所述端部部分沿所述冷却剂通道的整个所述宽度以形状配合方式接纳于所述接纳孔中，该形状配合防止垂直于所述成孔方向相对于所述冷却板本体的移动；其中，所述连接管的管壁包括至少一个侧向开口，所述管通道穿过所述侧向开口与所述冷却剂通道连通，且所述管通道在所述端部部分中是直的。

相应地，本发明提供一种用以制造用于冶金炉的冷却板的方法，所述方法包括：

-提供冷却板本体，其具有正面和相对的背面；

-提供连接管，其具有管通道，所述管通道在所述连接管的端部部分中是直的；

-在所述冷却板本体中提供接纳孔，所述接纳孔沿着成孔方向从所述背面上的背后开口朝向所述正面延伸；并且

-将所述连接管的所述端部部分穿过所述背后开口***，使得所述端部部分以形状配合方式接纳于所述接纳孔中，从而将所述连接管连接到所述冷却板本体，

其中，在所述冷却板本体之内提供至少一个冷却剂通道，使得至少邻近所述接纳孔在所述接纳孔的第一侧上，所述冷却剂通道在所述成孔方向上以盖体部分的盖体厚度与所述背面间隔开并且在所述成孔方向上延续一宽度；所述冷却剂通道与所述背后开口连通并且所述接纳孔从所述背后开口延伸到所述冷却剂通道中，并且当所述端部部分接纳于所述接纳孔中时，所述端部部分在所述成孔方向上延伸到所述接纳孔中超过所述盖体厚度并且沿所述冷却剂通道的整个所述宽度以形状配合方式被接纳，该形状配合防止垂直于所述成孔方向相对于所述冷却板本体的移动；其中，所述连接管的管壁包括至少一个侧向开口，所述管通道穿过所述侧向开口与所述冷却剂通道连通。

发明概述：

本发明提供用于冶金炉的冷却板。该炉可是竖炉，特别是高炉。应理解的是，当冷却板安装到冶金炉时，其有助于炉的外壳体的冷却。

冷却板包括冷却板本体，其带有用于面向冶金炉的内侧的正面、相对的背面和在冷却板本体之内的至少一个冷却剂通道，该冷却剂通道与在背面上的背后开口连通。冷却板，其也可称为冷却嵌板或冷却壁，通常旨在用于安装在冶金炉的外壳体之内侧。在组装状态下，冷却板可与外壳体平行或同心地布置。冷却板本体可由单个金属件制成，例如通过铸造。尽管本发明不限于此，但冷却板本体优选地由包含铜的金属制成，即其是由铜或铜合金制成的。冷却板本体具有用于面向冶金炉的内侧的正面，即在组装状态下，该正面定向为朝向炉的内侧。为了增加正面表面的表面积，正面表面可包括多个凸肋，其中两个连续相继的凸肋由一凹槽间隔开。冷却板本体还包括与正面相对布置的背面，即该背面面向冶金炉的外侧。当冷却板安装在炉的外壳体之内时，背面面向外壳体。通常，冶金炉的冷却***包括多个冷却板，其或多或少地保护整个外壳体免于过热。可选地，冷却板的至少一个表面可提供有耐火衬里以保护表面免于过热和/或机械磨损。至少一个冷却剂通道设置在冷却板本体之内。冷却剂通道是冷却板本体之内的细长形空腔，并且通常是直的。特别是，冷却剂通道可具有圆形或长椭圆形/长方形横截面。应理解的是，冷却剂通道设计为容纳和引导冷却剂，例如水。

冷却板还包括连接管，该连接管连接到冷却板使得连接管的管通道与冷却剂通道连通，所述连接管适于将冷却剂流体输送到所述冷却剂通道或输送来自所述冷却剂通道的冷却剂流体。连接管通常由单个金属件制成并具有预定的长度。连接管的长度可以不同，并且总体上选择为足以从冷却板本体的后侧延伸穿过外壳体，从而突伸出高炉的外侧以用于连接到冷却***。与冷却板本体类似，连接管优选地由包含铜的金属制成，即其是由铜或铜合金制成的。尽管本发明不限于此，连接管优选地具有圆形横截面。连接管具有管通道或内导管，其通常也具有圆形横截面。就外侧来说，管通道由连接管的管壁界定。连接管连接至冷却板本体，使得管通道与冷却剂通道连通。在此和下文中，“连通”指的是允许冷却剂交换的设置方式。换言之，冷却剂通道和管通道相连接，使得冷却剂可从冷却剂通道流往管通道并且反之亦然，即连接管适于将冷却剂(即冷却剂流体)输送到冷却剂通道或输送来自冷却剂通道的冷却剂。

冷却板还包括接纳孔，该接纳孔沿着成孔方向从背后开口延伸到冷却剂通道中；其中，至少邻近接纳孔在接纳孔的第一侧上，冷却剂通道在成孔方向上以盖体部分的盖体厚度与背面间隔开并且在成孔方向上延续一宽度。术语“接纳孔”不应解释为其必须通过打孔或钻孔形成，尽管这是形成该接纳孔的优选方式。接纳孔在成孔方向上延伸，该方向也可对应于接纳孔的对称轴。接纳孔从背后开口延伸到冷却剂通道中，这包含了其延伸甚至超过冷却剂通道的可能性。接纳孔的形状总体上不受限制，但其优选地具有圆形横截面。就此而言，冷却剂通道的宽度是其沿成孔方向测量的尺寸。通常，成孔方向垂直于冷却剂通道的轴线，使得对于圆形横截面，冷却剂通道的宽度对应于其直径。同样相对成孔方向来说，冷却剂通道与背面以盖体部分的盖体厚度间隔开。换言之，冷却剂通道通过冷却板本体的盖体部分与背面分隔开，并且盖体部分具有(在成孔方向上的)一定厚度，该厚度称为盖体厚度。通常，冷却剂通道平行于背面，使得盖体厚度在冷却剂通道的整个长度上是恒定的，冷却剂通道的宽度亦是如此。如果所述盖体厚度和/或所述宽度不是恒定的，则这些术语具体指的是邻近接纳孔并且在接纳孔的第一侧上的盖体厚度和冷却剂通道宽度。如下文将解释的，在一些实施例中，在接纳孔的第二侧(与第一侧相对)上可不存在盖体部分。在其他实施例中，盖体部分存在于接纳孔的两侧，其中盖体厚度在两侧上通常均相同。

连接管的端部部分在成孔方向上延伸到接纳孔中超过盖体厚度并且沿冷却剂通道的宽度的至少一部分以形状配合方式(form-fittingly)接纳于接纳孔中，该形状配合有利地防止垂直于成孔方向相对于冷却板本体的移动，其中管通道在所述端部部分中是直的。形状配合当然是指垂直于成孔方向的至少一个方向，优选地是指垂直于钻成孔方向的任何方向。接纳孔的内尺寸和端部部分的外尺寸相适应，使得端部部分不能垂直于成孔方向移动(或仅仅在可忽略的程度上移动)。通常，接纳孔的横截面大致对应于连接管的横截面。例如，如果连接管具有圆形横截面，则接纳孔亦是如此。

更具体地，端部部分延伸到接纳孔中超过盖体厚度并且在成孔方向上沿冷却剂通道的宽度的至少一部分以形状配合方式被接纳。应理解的是，接纳孔延伸穿过盖体部分并且沿冷却剂通道的宽度的至少一部分延伸。由于形状配合连接不仅仅是存在于局部点位，而是沿冷却剂通道的宽度的至少一部分存在，该连接不仅可承受或传递垂直于成孔方向的力，而且还可承受或传递关于与成孔方向垂直的轴线的扭矩。此外，在连接管的端部部分和冷却剂板之间的任何力传递都不是局部点位发生的，而是沿一定的长度或面积区。因此，局部压力和应力得以大大降低。与现有技术相比，力传递不集中在单个、一维的焊缝上。因此，即使在冷却板运行期间冷却板本体(和/或连接管)显著变形，也能保持在连接管与冷却板本体之间的连接。由于连接管深深地***到接纳孔中(即穿过盖体部分，超过将冷却剂通道与背面分隔开的盖体厚度)并且形状配合连接至少部分地建立在冷却剂通道的区域中(即沿其宽度)，因此可建立牢固的连接而无需延展冷却板本体，例如通过在背面处提供圈领等。相反，背面可具有简单、平坦的形状，这有助于制造工艺并且降低了生产成本。还有益的是，管通道在端部部分中是直的，即其不具有会使端部部分的生产复杂化并且还可能使端部部分***到接纳孔中更加复杂的弯曲等。至少在一些实施例中，管通道沿其整个长度是直的。此外，管通道通常具有沿其轴向方向的端侧开口，其对应于端头开口的管。

尽管这样的形状配合可充分保证连接管和冷却板本体之间足够稳定的连接，但仍优选的是，端部部分压配合到接纳孔中。换言之，连接管的外尺寸选择为稍微大于接纳孔的内尺寸。例如，如果接纳孔和连接管二者均具有圆形横截面，则连接管的外半径选择为稍微大于(例如，以十分之几毫米或几个毫米大于)接纳孔的内半径。因此，连接管和/或冷却板本体在围绕接纳孔处必须要变形，以便***连接管的端部部分。这种压配合不仅增加了机械连接的稳定性，而且其还可增加连接部针对冷却剂的紧密性(密封性)。

应理解的是，端部部分沿一定长度接纳于接纳孔中，通过增加该长度，可提高冷却板本体与连接管之间的连接的可靠性。根据优选实施例，端部部分沿冷却剂通道的宽度的至少50％以形状配合方式接纳于接纳孔中。也可以说，在该实施例中，接纳孔和端部部分至少延伸穿过冷却剂通道的一半。更优选地，端部部分可沿冷却剂通道的整个宽度以形状配合方式接纳于接纳孔中。

特别是，接纳孔和端部部分可在成孔方向上延伸超过冷却剂通道。也可以说其延伸穿过冷却剂通道，或者其延伸超过盖体厚度和冷却剂通道宽度。接纳孔可包括平端部表面，连接管的端部部分抵靠该平端部表面。

虽然在连接管与冷却板本体之间的连接的机械稳定性主要经由所述形状配合建立，尤其是在当连接管压配合到接纳孔中时，至多还是期望对连接进行补充，特别是以便保证针对冷却剂的流体紧密性(流体密封性)。因此优选地，连接管通过靠近背后开口的焊接部连接到冷却板本体。所述焊接部可以特别是包括围绕背后开口的闭合环形焊缝。一方面，焊接部加强了冷却板本体与连接管之间的机械连接。但通常所述焊接部最重要的功能是提供对流体紧密的密封。应注意的是，任何机械应力大多由形状配合连接所吸收，因此相对于现有技术，焊接部上的应力大大降低。用以在连接管与冷却板本体(或相应接纳孔)之间交界处提高密封和连接强度的其他选择是胶粘或螺纹接合。

优选地，冷却板本体包括绕背后开口周向设置的沉孔，其中，焊接部设置在沉孔之内。沉孔通常具有环形形状。其外直径可以在朝向正面的方向上渐减，从而在连接管的管壁与冷却板本体之间形成沉孔的V形横截面。再次优选的是，所述焊接部包括闭合的环形焊缝。特别是，其可以是HV焊缝(单面坡口焊)。

依据连接管***到冷却板本体中的深浅程度，可能的是，其管壁在整个端部部分中是圆形的。然而，如果连接管较深地***到冷却板本体中，其管壁可能会阻塞冷却剂通道的横截面的一大部分，这通常是不期望的。为了避免这种情况，优选的是，连接管的管壁包括至少一个侧向开口，管通道穿过该侧向开口与冷却剂通道连通。所述侧向开口可是端部部分边缘附近的凹口。特别是，侧向开口可是横穿管壁的通孔。

为了实现对冷却剂流动尽可能最小的干扰，优选的是，所述至少一个侧向开口的横截面对应于冷却剂通道的横截面，并且所述至少一个侧向开口与冷却剂通道对准。换言之，相应的侧向开口可被认为是冷却剂通道的延续，因为其具有相同的横截面并且与冷却剂通道对齐。如果侧向开口的横截面比冷却剂通道的横截面略小(例如小10％)，这会对冷却剂流动有微小影响，而仍可带来令人满意的性能。此外，侧向开口的横截面也可大于冷却剂通道的横截面。侧向开口的形状可适配于冷却剂通道的横截面的形状。例如，管通道可具有圆形横截面，但侧向开口可具有长椭圆形/长方形横截面，对应于冷却剂通道的长椭圆形/长方形横截面。

如果连接管正好设置在冷却剂通道的端部处，单个侧向开口通常就足够了。然而，特别是如果冷却剂通道继续超过连接管的位置，那么优选的是，管壁包括布置在管通道的两相对侧上的两个侧向开口。

冷却剂通道通常通过钻孔工艺过程或者经由直接铸造(direct casting，顶铸)提供，即其是钻孔或铸造到冷却板本体中的。类似地，所述至少一个侧向开口通常钻孔形成到管壁中。在优选实施例中，这些钻孔工艺过程可以组合，在此，所述冷却剂通道和所述至少一个侧向开口由单个钻孔孔洞形成。换言之，单个钻孔孔洞或钻孔通道形成在冷却板本体中并且还横穿管壁。这意味着，在形成冷却剂通道之前，或至少在其完全形成之前，就将连接管***到接纳孔中。然后通过钻孔工艺过程形成冷却剂通道或至少形成接纳孔附近的那部分，该钻孔工艺过程还形成所述至少一个侧向开口。应理解的是，该实施例确保了所述至少一个侧向开口具有与冷却剂通道相同的横截面并且与冷却剂通道对准。

根据一种实施例，冷却剂通道包括与冷却板本体的外侧连通的端部开口，其中，管壁在所述至少一个侧向开口和所述端部开口之间密封地封闭冷却剂通道。如上所述，冷却剂通道通常是通过在冷却板本体中钻孔产生的。钻孔操作在冷却剂通道的一个端部处产生一端部开口，即在该处钻孔已经被引入到冷却板本体中。端部开口也可得自铸造工艺过程。根据现有技术，这样的端部开口通常由专用堵塞封闭，该堵塞需要根据端部开口的尺寸大小来制作、***并固定(通常通过焊接)在端部开口之内。在该实施例中，不需要这样的堵塞，因为管壁相对于端部开口密封地封闭了冷却剂通道。所述至少一个侧向开口与所述端部开口相对地设置，以使得管通道和冷却剂通道之间能够流体连通。应理解的是，消除对专用堵塞的需求大大降低了冷却板的生产成本。

在另一实施例中，连接管的端部部分具有垂直于成孔方向的第一外尺寸，该第一外尺寸大于设置在接纳孔之外的连接管外部部分的第二外尺寸。例如，所述(第一/第二)外尺寸或外部尺寸可以是相应部分的直径。无论哪种方式，其都是垂直于成孔方向的尺寸。更具体地，其可是垂直于成孔方向并且垂直于冷却剂通道的方向(或者其中心轴线，如下文所述)的尺寸。在该实施例中，端部部分相对于设置在接纳孔之外(即冷却板本体之外)的外部部分加厚和/或加宽。特别是，如果冷却剂通道的一个尺寸大于管通道的尺寸，则可采用该实施例。在这样的情况下，侧向开口的尺寸优选地适配于冷却剂通道的尺寸。例如，冷却剂通道可以是长椭圆形/长方形的，其一个维度尺寸大于圆形管通道的直径。在此情况下，加宽的端部部分可包括具有对应尺寸的类似的长椭圆形/长方形侧向开口。

在实施例中，连接管可具有这样的端部部分，相比于连接管的其余部分，该端部部分具有加大的直径(和更厚的壁)，从而加强了连接部并且有助于密封。

优选地，冷却板本体整体上呈板坯形状，并且包括在冷却板本体的纵长方向上延伸的多个冷却剂通道，其中，为每一冷却剂通道在其相对的末端处提供两个接纳孔，连接管通过其端部部分以形状配合方式接纳于相应的接纳孔中。在这样的实施例中，连接管对应于冷却通道的入口和出口。冷却板本体的板坯形状可由单个铸造操作产生。冷却剂通道可在铸造操作中提供，或者其可在之后钻孔形成。

如上文解释的，盖体部分至少在接纳孔的第一侧上将冷却剂通道与背面分隔开。在一些实施例中，在接纳孔的另一侧上缺少盖体部分。根据这样的实施例，与所述至少一个侧向开口相对，在接纳孔的第二侧上，冷却剂通道朝向背面开放并且连接管至少部分地远离背面焊接至冷却板本体。所述第二侧通常设置为关于接纳孔与所述第一侧相对置。盖体部分在该处缺失，并且在形成了冷却剂通道之后(例如，在钻孔形成接纳孔之前或之后，但优选在***连接管之前)就已经可以去除盖体部分。由于冷却剂通道在该第二侧上朝向背面开放，因此端部段的相当大一部分是从外侧可接近的。这用于非但(仅仅)在背面附近而是至少部分远离背面施加焊接部，例如在冷却剂通道之内。

通常，冷却剂通道以及管通道是对称的并且分别具有相应的中心轴线。通常，当冷却剂通道的第一中心轴线和管通道的第二中心轴线相交时，可优化在冷却剂通道和管通道之间的冷却剂流动。因此，第一和第二中心轴线设置在一个几何平面中。换言之，冷却剂通道和管通道固然是成角度布置，例如成直角，但是它们并不相对于彼此偏置。如果两个通道偏置而使得其相应的中心轴线不相交，尽管如此，特别是若偏置不太大的话，则冷却剂流动会仍然较好。

在一些情况下，连接管不仅仅与单个冷却剂通道建立连接。例如，在称为“双孔”的冷却嵌板中，冷却剂通道是成对的，彼此邻近地钻孔形成，并且在每个端部处与同一连接管连通。

在一个这样的实施例中，冷却板本体包括两个冷却剂通道，其中，至少邻近接纳孔在接纳孔的第一侧上，至少一个冷却剂通道在成孔方向上以盖体部分的盖体厚度与背面间隔开并且在成孔方向上延续所述宽度，接纳孔自背后开口延伸到两个冷却剂通道中，并且连接管的管通道与两个冷却剂通道均连通。通常，两通道以相同的盖体厚度与背面间隔开并且延续相同的宽度。该两个通道通常彼此靠近设置，带有在其之间的分隔壁，并且延伸走向平行。连接管提供与两个冷却剂通道的连接。清楚的是，管通道的尺寸(例如直径)通常显著大于每一单个冷却剂通道的尺寸(例如直径)。例如，管通道的横截面可大致对应于两冷却剂通道的横截面的组合。实践中，冷却嵌板包括多个冷却剂通道对，每对冷却剂通道在每个端部处与一个连接管连通。

本发明还提供了用以制造用于冶金炉的冷却板的工艺方法。此方法包括提供带有正面和相对的背面的冷却板本体，并提供具有管通道的连接管，该管通道在连接管的端部部分中是直的。在方法的另一步骤中，在冷却板本体中提供接纳孔，该接纳孔从背面上的背后开口朝向正面延伸。特别是，接纳孔可通过在冷却板本体中钻孔来提供。应注意的是，接纳孔可在提供连接管之前或之后予以提供。在又另一步骤中，将连接管的端部部分穿过背后开口***，使得端部部分以形状配合方式接纳于接纳孔中，从而将连接管连接到冷却板。特别是，连接管可压配合到接纳孔中。

在方法的另一步骤中，在冷却板本体内提供至少一个冷却剂通道，使得至少邻近接纳孔在接纳孔的第一侧上，冷却剂通道在成孔方向上以盖体部分的盖体厚度与背面间隔开并且在成孔方向上延续一宽度，冷却剂通道与背后开口连通并且接纳孔从背后开口延伸到冷却剂通道中；并且当端部部分接纳于接纳孔中时，端部部分在成孔方向上延伸到接纳孔中超过盖体厚度并且沿冷却剂通道的宽度的至少一部分以形状配合方式被接纳，该形状配合防止垂直于成孔方向相对于冷却板本体的移动。优选地，冷却剂通道通过钻孔来形成。应注意的是，提供冷却剂通道可在连接管***到接纳孔中之前或之后进行。

本发明方法的优选实施例对应于本发明冷却板的那些优选实施例，并且大多在此不再赘述。

根据一个实施例，在冷却剂通道已经形成(例如钻孔)之后，将端部部分***到冷却剂通道中。然而，优选地，在端部部分***到接纳孔中之后，在冷却板本体中钻孔形成冷却剂通道。

优选地，在连接管的管壁中随同冷却剂通道以单个钻孔操作一起钻孔形成至少一个侧向开口。换言之，在唯一一次钻孔操作中，形成延伸穿过冷却板本体(作为所述冷却剂通道)并且穿过管壁(作为所述至少一个侧向开口)的单个钻孔孔洞。

根据方法的优选实施例，连接管的管壁包括至少一个侧向开口，并且在端部部分***到接纳孔中之前，在冷却板本体中钻孔形成冷却剂通道，使得管通道穿过所述至少一个侧向开口与冷却剂通道连通，并且管壁在所述至少一个侧向开口和所述冷却剂通道的与冷却板本体外侧连通的端部开口之间密封地封闭冷却剂通道。上文已经针对冷却板说明了所述端部开口。在该实施例中，在连接管***到接纳孔中之前提供带有端部开口的冷却通道。当连接管已经***时，其管壁相对于端部开口封闭冷却通道，因此消除了对专用堵塞的需求。

在方法的优选实施例中，连接管被焊接至冷却板本体。如果在端部部分***到接纳孔中之后钻孔形成冷却剂通道，则焊接可在钻孔形成冷却剂通道之前或之后进行。上文已经就本发明冷却板讨论了焊接部的优选类型。优选地，在进行焊接之前，绕接纳孔形成一沉孔，并且焊接部设置在沉孔之内。

根据一个实施例，与至少一个侧向开口相对，盖体部分在接纳孔的第二侧上的去除区域中被去除，然后在接纳孔的第二侧上将连接管焊接至冷却板本体，该焊接至少部分地远离背面进行。在此情况下，盖体部分在接纳孔的第一侧上保持完整，但在与所述至少一个侧向开口相对(并且通常也与所述第一侧相对)的第二侧上，盖体部分被去除，例如通过机械加工去除。盖体部分已经被去除的区域在本文中称为去除区域。在此，冷却剂通道在该第二侧上朝向背面开放，因此即使在连接管已经***到接纳孔中之后，端部段的相当大一部分是从外侧可接近的。因此，焊接过程不仅可在背面附近进行，还可在远离背面处进行，例如在冷却剂通道之内进行。可以理解，这样的焊接部增强了连接管与冷却板本体之间连接的稳定性。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式描述本发明的优选实施例，其中：

图1是图示根据本发明的带有冷却板本体与连接管组件的冷却板的第一实施例的剖视图；

图2是图1的细节A的透视剖视图，图示了连接管与冷却板本体的组件；

图3是对应于图2的冷却板本体的剖视图；

图4是图2中连接管的侧视图；

图5是沿图4中的方向IV的侧视图；

图6是图示用以制造图1中冷却板的方法的第一阶段的剖视图；

图7是图示用以制造冷却板的方法的第二阶段的剖视图；

图8是图示用以制造冷却板的方法的第三阶段的剖视图；

图9是图示用以制造冷却板的方法的第四阶段的剖视图；

图10是本发明的冷却板的第二实施例的剖视图；

图11是沿图10中的线XI-XI的剖视图；

图12是沿图11中的线XII-XII的剖视图；

图13是图10中冷却板的切开的视图；

图14是图10中冷却板的透视图；

图15是本发明的冷却板的第三实施例的切开的视图；以及

图16是图15中冷却板的剖视图。

具体实施方式

图1以在厚度方向上的纵向截面视图示出了本冷却板1的实施例。该冷却板具有金属的冷却板本体10，其通常由板坯(slab，厚板)形成，例如铸造或锻造的金属体，金属特别是铜或铜合金。

冷却板本体10具有总体上以11指示的正面，也称为热面，其朝向炉内腔；以及具有相对的背面12，也称为冷面，其在使用中面向炉壳体的内表面。

如本领域已知的，冷却板本体10的正面11可以有利地具有结构化表面，特别是带有交替的凸肋11.1和凹槽11.2。当冷却板1安装在炉中时，各凹槽11.2和片状凸肋11.1通常水平布置，以便为耐火砖衬里(未示出)提供锚固结构。

附图标记17表示在本体中纵向延伸的冷却剂通道。典型地，冷却板本体10包括在本体中钻孔形成的多个冷却剂通道17，这些冷却剂通道17的延伸走向彼此平行并且沿本体的宽度分布。冷却剂通道17从一个纵向端部到另一纵向端部穿过成形的冷却板本体10钻孔形成，由此便产生了与冷却板本体10的外侧连通的端部开口18。冷却剂通道17的一个端部是盲端(图9中的顶端)，而在钻孔端部处的端部开口18由一堵塞19封闭。在该实施例中，冷却剂通道17是直的并且具有圆形横截面。其关于第一中心轴线A1对称。冷却剂通道17的钻孔成形还将在下文进一步讨论。

对于每一冷却剂通道17，通常通过钻孔在背面中提供顶部通入孔洞和底部通入孔洞。在下文中，这些通入孔洞称为接纳孔14。金属连接管20配合安装在各接纳孔14中，从而允许冷却剂通道和高炉冷却***之间的流体连通。典型地，冷却剂流体经由接纳孔14中的一个和相应配置的连接管20进入冷却剂通道17，并通过接纳孔14中的另一个离开冷却剂通道17。

现参考图2，其示出了图1的细节A。如可看出的，接纳孔14沿着成孔方向B从背面12上的背后开口13延伸到冷却剂通道17中。它甚至延伸稍微超过冷却剂通道并且终止于平端部表面16中。接纳孔14具有可大于冷却剂通道17横截面的圆形横截面。围绕背后开口13周向地形成有沉孔15。冷却剂通道17在接纳孔14的第一侧26和第二侧27上与背面12通过冷却板本体10的盖体部分10.1间隔开。在成孔方向B上，盖体部分10.1具有限定间隔的盖体厚度C。

冷却板1还包括连接管20，该连接管也具有圆形横截面并且包括包围管通道21的管壁22。连接管20可由与冷却板本体10相同的材料制成。连接管20的端部部分23已通过压配合***到接纳孔14中，使得其抵接端部表面16。通过将端部部分23压配合到接纳孔14中，其沿冷却剂通道17的整个宽度W以形状配合方式接纳于接纳孔14中，其中，W是冷却剂通道17在成孔方向B上的尺寸。由于在这种情况下，成孔方向B垂直于第一中心轴线A1，故而宽度W对应于冷却剂通道17的直径。在连接管20中其关于第二中心轴线A2对称，该第二中心轴线A2与第一中心轴线A1成直角相交。

在冷却板本体10和连接管20之间的形状配合连接通过压配合得以加强，该形状配合连接保证了在冷却板1运行期间作用于这两个元件之间的任何力和扭矩都可传递而不会导致过大压力或应力。主要出于密封目的，该连接由施加在沉孔15中的焊缝30进行补充。在所示实施例中，焊缝30对应于HV焊接(单面坡口焊)。为了提供在冷却剂通道17和管通道21之间的优化冷却剂流动，管壁22包括两个侧向开口24(还在图4和图5中可见，其单独示出了连接管20)，该两个侧向开口24布置在管通道21的两相对侧上，并且分别面向接纳孔14的第一侧26和第二侧27。每一侧向开口24均具有与冷却剂通道17相同的横截面并且与冷却剂通道17对准。

图6至9图示了用以制造冷却板1的方法。图6图示了该方法的第一阶段，其中，冷却板本体10提供有接纳孔14和沉孔15。这些(孔/沉孔)可通过在冷却板本体10的铜材料中钻削或机加工制造。尚未钻孔形成冷却剂通道17。图7图示了另一步骤，其中，连接管20通过压配合穿过背后开口13***到接纳孔14中。对于压配合工艺过程，管壁22的外直径必须比接纳孔14的内直径稍大(例如，大几个毫米或十分之几毫米)。沉孔15绕背后开口13形成环状的V形槽。在该方法的下一阶段，如图8中所示，通过单个钻孔工艺过程，钻孔形成冷却剂通道17和侧向开口24。这样自动确保了侧向开口24具有与冷却剂通道17相同的横截面并且与之对准。在图9中图示的方法的最后阶段，施加环形焊缝30，以提供在连接管20和冷却板本体10之间的对流体紧密的密封。

图10至14示出了本发明的冷却板1的第二实施例，其与第一实施例相似，因而相关内容不再赘述。一个区别是在于冷却剂通道17在此具有长椭圆形状/长方形形状，因此宽度W明显小于管通道21的直径(见图10)，而冷却剂通道17的垂直于宽度W的尺寸明显较大(见图12)。因此，连接管20的侧向开口24朝向冷却剂通道17变宽。另外，为了在冷却剂通道17之内提供与其尺寸对应的密封，连接管20的端部部分23具有第一直径D1，该第一直径D1大于设置在接纳孔14之外的外部部分25的第二直径D2。该增加的厚度进一步加强了连接。

在该实施例中，密封功能特别重要，因为冷却剂通道17具有朝向冷却板本体外侧开放的端部开口18。在第一实施例中，这样的端部开口18以专用堵塞19封闭，该专用堵塞需要制造、***并且在冷却板本体10之内固定，这便导致不期望的生产成本。然而，在本实施例中，管壁22在侧向开口24和端部开口18之间密封地封闭冷却剂通道17。因此，阻止冷却剂从管通道21或冷却剂通道17流到端部开口18。此外，如由图10中虚线所表示的，盖体部分10.1已经在接纳孔14的第二侧27上的去除区域10.2中被去除，例如通过机加工。因此，端部部分23可从外侧接近。除了在第一侧26上邻近背后开口31的焊缝31之外，还有另一焊缝32施加在第二侧27上，其远离背面12朝向正面11延伸。通过在去除区域10.2中去除盖体部分10.1，有助于或者使得能够施加该焊缝32。与之前的实施例相比，可注意到的是，连接管20仅具有一个侧向开口24，该侧向开口转向第一侧26，即用以接纳来自通道17的冷却剂流。

图15和16示出了本发明冷却板1的第三实施例，其与第二实施例基本相同。然而，在此情况中，冷却剂通道是作为相邻的配对而钻孔形成的。如图中可见的，冷却板本体10包括两个平行的冷却剂通道17，这两个冷却剂通道之间于是由分隔壁10.3形成间隔。管通道21穿过单单一个侧向开口24与两冷却剂通道17连通。或者作为另选方案，可以设有两个侧向开口24，每一冷却剂通道17一个侧向开口。接纳孔14从背后开口13延伸到两冷却剂通道17中，并且超过这两个冷却剂通道直至平端部表面16。

尽管在本实施例中冷却剂通道17是通过钻孔形成的，但作为另选方案，其也可通过铸造获得。类似地，背后开口13和接纳孔14可以通过与冷却板本体10一起铸造形成。在材料方面，尽管铜(和铜合金)广泛应用于冷却板本体10，但也可使用其他合适的材料，例如铸铁。

附图标记说明：

1 冷却板

10 冷却板本体

10.1 盖体部分

10.2 去除区域

10.3 分隔壁

11 正面

11.1 凸肋

11.2 凹槽

12 背面

13 背后开口

14 接纳孔

15 沉孔

16 端部表面

17 冷却剂通道

18 端部开口

19 堵塞

20 连接管

21 管通道

22 管壁

23 端部部分

24 侧向开口

25 外部部分

26、27 侧

30、31、32 焊缝

A1、A2 中心轴线

B 成孔方向

C 盖体厚度

D1、D2 直径

W 宽度

Claims (19)

1.一种用于冶金炉的冷却板(1)，包括

-冷却板本体(10)，所述冷却板本体具有面向所述冶金炉的内侧的正面(11)、相对的背面(12)和在所述冷却板本体(10)之内的至少一个冷却剂通道(17)，所述冷却剂通道(17)与在所述背面(12)上的背后开口(13)连通；和

-连接管(20)，所述连接管连接到所述冷却板本体(10)使得所述连接管(20)的管通道(21)与所述冷却剂通道(17)连通，所述连接管(20)适于将冷却剂流体输送到所述冷却剂通道或输送来自所述冷却剂通道(17)的冷却剂流体；

其中，所述冷却板本体(10)包括接纳孔(14)，所述接纳孔沿着成孔方向(B)从所述背后开口(13)延伸到所述冷却剂通道(17)中；其中，至少邻近所述接纳孔(14)在所述接纳孔的第一侧(26)上，所述冷却剂通道(17)在所述成孔方向(B)上以盖体部分(10.1)的盖体厚度(C)与所述背面(12)间隔开并且在所述成孔方向(B)上延续一宽度(W)；其特征在于，所述连接管(20)的端部部分(23)在所述成孔方向(B)上延伸到所述接纳孔(14)中超过所述盖体厚度(C)，并且所述端部部分沿所述冷却剂通道(17)的整个所述宽度(W)以形状配合方式接纳于所述接纳孔(14)中，该形状配合防止垂直于所述成孔方向(B)相对于所述冷却板本体(10)的移动；其中，所述连接管(20)的管壁(22)包括至少一个侧向开口(24)，所述管通道(21)穿过所述侧向开口(24)与所述冷却剂通道(17)连通，且所述管通道(21)在所述端部部分(23)中是直的。

2.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述端部部分(23)压配合到所述接纳孔(14)中。

3.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述接纳孔(14)和所述端部部分(23)在所述成孔方向(B)上延伸超过所述冷却剂通道(17)。

4.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述连接管(20)由靠近所述背后开口(13)的焊接部(30、31、32)连接到所述冷却板本体(10)。

5.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述至少一个侧向开口(24)的横截面对应于所述冷却剂通道(17)的横截面，并且所述至少一个侧向开口(24)与所述冷却剂通道(17)对准。

6.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述管壁(22)包括布置在所述管通道(21)的两相对侧上的两个侧向开口(24)。

7.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述冷却剂通道(17)和所述至少一个侧向开口(24)由单个钻孔孔洞形成。

8.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述冷却剂通道(17)包括与所述冷却板本体(10)的外侧连通的端部开口(18)；其中，所述管壁(22)在所述至少一个侧向开口(24)和所述端部开口(18)之间密封地封闭所述冷却剂通道(17)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述连接管(20)的所述端部部分(23)具有垂直于所述成孔方向(B)的第一外尺寸(D1)，所述第一外尺寸大于设置在所述接纳孔(14)之外的所述连接管(20)外部部分(25)的第二外尺寸(D2)。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述冷却板本体(10)整体上呈板坯形状，并且包括在所述冷却板本体(10)的纵长方向上延伸的多个冷却剂通道(17)，为每一冷却剂通道(17)在该冷却剂通道的相对的末端处提供两个所述接纳孔(14)中，连接管(20)通过其端部部分(23)以形状配合方式接纳于相应的接纳孔(14)中。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却板，其特征在于，与所述至少一个侧向开口(24)相对，在所述接纳孔(14)的第二侧(27)上，所述冷却剂通道(17)朝向所述背面(12)开放并且所述连接管(20)至少部分地远离所述背面(12)焊接至所述冷却板本体(10)。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述冷却剂通道(17)的第一中心轴线(A1)和所述管通道(21)的第二中心轴线(A2)相交。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述冷却板本体(10)包括两个冷却剂通道(17)，其中，至少邻近所述接纳孔(14)在所述接纳孔的第一侧(26)上，至少一个冷却剂通道(17)在所述成孔方向(B)上以盖体部分(10.1)的盖体厚度(C)与所述背面(12)间隔开并且在所述成孔方向(B)上延续所述宽度(W)，所述接纳孔(14)自所述背后开口(13)延伸到两个冷却剂通道(17)中，并且所述连接管(20)的所述管通道(21)与两个冷却剂通道(17)均连通。

14.一种用以制造用于冶金炉的冷却板(1)的方法，所述方法包括：

-提供冷却板本体(10)，其具有正面(11)和相对的背面(12)；

-提供连接管(20)，其具有管通道(21)，所述管通道在所述连接管(20)的端部部分(23)中是直的；

-在所述冷却板本体(10)中提供接纳孔(14)，所述接纳孔沿着成孔方向(B)从所述背面(12)上的背后开口(13)朝向所述正面(11)延伸；并且

-将所述连接管(20)的所述端部部分(23)穿过所述背后开口(13)***，使得所述端部部分以形状配合方式接纳于所述接纳孔(14)中，从而将所述连接管(20)连接到所述冷却板本体(10)，

其中，在所述冷却板本体(10)之内提供至少一个冷却剂通道(17)，使得至少邻近所述接纳孔(14)在所述接纳孔的第一侧(26)上，所述冷却剂通道(17)在所述成孔方向(B)上以盖体部分(10.1)的盖体厚度(C)与所述背面(12)间隔开并且在所述成孔方向(B)上延续一宽度(W)；所述冷却剂通道(17)与所述背后开口(13)连通并且所述接纳孔(14)从所述背后开口(13)延伸到所述冷却剂通道(17)中，并且当所述端部部分(23)接纳于所述接纳孔(14)中时，所述端部部分在所述成孔方向(B)上延伸到所述接纳孔(14)中超过所述盖体厚度(C)并且沿所述冷却剂通道(17)的整个所述宽度(W)以形状配合方式被接纳，该形状配合防止垂直于所述成孔方向(B)相对于所述冷却板本体(10)的移动；其中，所述连接管(20)的管壁(22)包括至少一个侧向开口(24)，所述管通道(21)穿过所述侧向开口(24)与所述冷却剂通道(17)连通。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述端部部分(23)***到所述接纳孔(14)中之后，在所述冷却板本体(10)中钻孔形成所述冷却剂通道(17)。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述连接管(20)的管壁(22)中随同所述冷却剂通道(17)以单个钻孔操作一起钻孔形成所述至少一个侧向开口(24)。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述端部部分(23)***到所述接纳孔中之前，在所述冷却板本体(10)中钻孔形成所述冷却剂通道(17)，使得所述管通道(21)穿过所述至少一个侧向开口(24)与所述冷却剂通道(17)连通，并且所述管壁(22)在所述至少一个侧向开口(24)和所述冷却剂通道(17)的与所述冷却板本体(10)外侧连通的端部开口(18)之间密封地封闭所述冷却剂通道(17)。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述连接管(20)被焊接至所述冷却板本体(10)。

19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，与所述至少一个侧向开口(24)相对，所述盖体部分(10.1)在所述接纳孔(14)的第二侧(27)上的去除区域(10.2)中被去除，然后在所述接纳孔(14)的所述第二侧(27)上将所述连接管(20)焊接至所述冷却板本体(10)，所述焊接至少部分地远离所述背面(12)进行。