CN1195875C - 制造用于冶金反应炉熔融区的复合冷却件的方法及用该方法制成的复合冷却件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造用于冶金反应炉熔融区的复合冷却件的方法，通过该方法，通过利用铜铸地使该部件的陶瓷衬部彼此相连并且与此同时地在该衬材后形成一块配设有冷却水槽的铜板而制成该冷却件。本发明还涉及通过该方法制成的复合冷却件。

Description

制造用于冶金反应炉熔融区的复合冷却件的方法 及用该方法制成的复合冷却件

本发明涉及制造用于冶金反应炉熔融区的复合冷却件的方法，由此，通过利用铜铸而使陶瓷衬部彼此相连并与此同时形成在衬板后配设有冷却水槽的铜板而制成了该冷却件，本发明也涉及通过该方法制成的复合冷却件。

通过水冷冷却件来保护火法冶金过程中的反应炉的耐火性，从而由于受到冷却，涌向耐火表面的热量通过冷却件被转移给水，这样一来，与不接受冷却的反应炉相比，衬板磨损明显减小。通过冷却效果造成了减小磨损，这导致了所谓自生耐火衬的产生，它固定在耐火衬表面上并且由渣和其它从熔融相中沉淀出来的物质构成。

过去，冷却件是按照以下三种方式制造的。首先，通过砂模铸造加工部件，其中在砂型模中安装了由导热性强的材料如铜构成的冷却管并且在铸造过程中绕着管地用空气或水进行冷却。绕管铸造的部件也由导热性强的材料且优选是铜构成。这种制造方法例如在专利GB1386645中描述了。这种方法的一个问题就是起冷却槽作用的管被不均匀地连接在其周围的铸造材料中。其中一些管其周围可能完全没有铸造部件，管的局部可以完全熔化并与部件熔合。如果在冷却管与其周围的铸造部件其余部分之间产生金属结合，则传热将是有效的。如果管完全熔化，这将防止冷却水流动。这个方法的优点是制造成本较低并且与尺寸无关。

上述类型的另一种冷却件制造方法是通过砂模铸造加工部件，其冷却管由除铜外的一些材料构成。围绕管地在砂床上铸造铜，随后通过过度加热铸铜而在铜与管之间获得了良好接触。但是，通常该管的导热性只是纯铜导热性的5％-10％。这减弱了尤其是在动态环境下的冷却件的冷却能力。

US4382585描述了另一种更常使用的冷却件制造方法，根据这种方法，冷却件例如由轧制或锻造铜板并在板中车出所需的槽而制成。如此制造的部件的优点是其密实坚固的结构、从冷却件到冷却介质如水的良好导热性。其缺点是尺寸有限且成本高。

用上述方法加工的冷却件的最大弱点就是，很难在装配阶段中在保护用陶瓷炉衬(耐火衬)和冷却件之间获得良好接触。这意味着，冷却件对陶瓷衬的保护效果在很大程度上依赖于装配成功，通常，不可能充分利用冷却件的冷却能力。

现在研究出了一种方法，通过这个方法，在冶金反应炉的陶瓷衬与后面的配备有冷却水管的铜板之间产生了固定的金属接触，从而共同形成复合冷却件。当陶瓷衬部如耐火砖通过在砖之间注入铜液并同时在陶瓷构成的表面后铸造铜板而彼此连接时，这种效果最佳。后部铜板装配有水冷槽，优选为双槽。本发明也涉及复合冷却件本身，它具有由陶瓷砖构成的表面部，在所述陶瓷砖之间注入了导热性强的铜，在这里，同时在表面部后铸造出一块配设有冷却水槽的铜板。在后续权利要求书中，实质特征将变得一清二楚。

实际上，冷却件是如此形成的，即围绕着烧制陶瓷砖铸造铜，从而在铸造时大量地形成了陶瓷砌砖并且产生了与铸铜的良好接触。由于铜的导热性强，所以铜接缝对砌砖的保护效果是有效的。为了不进行无用地传递热，尽可能地使砌砖之间的铜接缝窄，由于技术上的原因，它最好是0.5-2厘米厚。如果接缝较厚，则它们将从炉中把太多热量散发到冷却介质中，不用说，这增加了热损和运行成本。占陶瓷衬的冷却件表面部(进入反应炉内的部分)中的优选铜量最多为表面面积的30％，即连接材料数量不应该过多，因为添加连接材料不是为了增加总的热损，而是要保护砌砖。

适用于铸造的烧制砖被用作陶瓷衬材即砖材，因为它们通常具有良好的耐冶金熔液的性能。铜属于导电性强且最好是高于85％IACS的材料等级，因为这直接依赖于铜的导电和导热性。

当连接砖时，在陶瓷衬后面铸造出一块其中加工出冷却水槽的铜板。在由铜板构成的冷却件后部中，水槽如通过钻孔而如此被制成双管道槽形状，即首先钻孔出外管道，其管壁形状能够增加传热表面。一个较细的内管道被安放在外管道中，水通过这个内管道被送往冷却件并且经过异型外管道被输出。利用在管内表面上的异形结构如槽、凹槽、螺纹等，与光滑表面相比，可以两倍之多地增大管壁的传热表面。

如此在传热件中形成槽，即在槽之间存在最大为0.5-1.5倍的槽径的距离并且因此是冷却件的一个固定部分。如果槽靠的比较紧密，则得不到好处，因为没有有效地利用槽背面的传热表面并且这种结构的强度被减弱。另一方面，如果槽分隔较远，则无法最大化利用传热表面，因而减弱了冷却能力。

如上所述，内管道安放在传热件的各钻孔管道中，通过所述管道，冷却水被送入冷却件中。水从内管道中流入由外管道和内管道构成的环形流道并流出以进行循环。双管道结构有助于减小流动横截面面积，从而在水量一定的情况下，与只使用一个管道的情况相比，获得了更高的速度。高流速又对冷却件与水之间的传热性有着积极的影响。如果利用传统的光滑管使传热面达到最佳效果，则无法获得这样的传热面面积的增大，这是因为水量过高。

传热件通过使冷却件两侧成榫和槽状或者如此重叠它们而彼此牢固地连接在一起，即相邻冷却件中的裂缝形成了迷宫。

通过附图来进一步说明本发明的传热件。

图1示出从前侧看的传热件。

图2以截面侧视图表示传热件。

图3以截面侧视图表示本发明的另一个传热件。

图4是作为陶瓷表面中的铜量的函数地表示热损的曲线图。

如图1所示，传热件1的表面部，换句话说，延伸于反应炉内部的壁由陶瓷衬2构成。陶瓷衬又由如烧制砖3构成，它们通过作为砖之间的接缝材料4的铸铜而彼此相连，从而接缝材料与陶瓷表面面积之比最高为30/70。当相互连接砖而形成均匀的陶瓷衬时，在衬后铸造出铜板5，在所述铜板中加工出所需的冷却槽6。为了把冷却件相互连接起来，冷却件一端的边缘可以总是被加工得比较薄，由此一来，可以相互重叠地安放这些冷却件。另一个可选方式就是给冷却件配备榫和槽(榫槽接头)以便获得最紧密的接触，从而当装配这些部件时，形成了紧密接头部。

图2也画出了优选的用于冷却水管的双管结构，这样一来，如通过钻孔7加工冷却件本身，所述孔起到了外管作用并且根据需要制造该管的表面形状，以便获得大的流动横截面。一个较细的内管8被安放在外管道中，冷却水通过该内管道被送入冷却件。内管没有到达外管的底部，而是较短的，冷却水围绕着环绕内管而形成的环形空间流回到其经过出口9被排出的那一端。环形空间的横截面面积等于内管或者最好是略小一些，从而在外管中的流速增加了。当压力损失在传热区增加时，这也具有防止局部水沸腾的效果。

在某些情况下，按照除上述双管方式的一些方式来布置冷却件的冷却可能是有利的，例如通常通过钻孔和堵头而没有形成双管道地加工管道。在这种情况下，最好也保持30/70的铜/陶瓷比。

图3表示复合件的另一个替换加工方式。当在冶金反应炉中生产泡铜时，不希望使用于冷却件连接的铜直接接触到正在生产的铜，因为其熔点是基本上一样的。尽管进行冷却，但冷却件中的铜可能略微熔化或者泡铜可能在陶瓷衬顶面上形成固体层，这种情况很难控制。在这种情况下，如此进行铸造是有利的，即制造其中安装有砖的如耐火钢框架。框架高度为1厘米-3厘米左右并且它接触到陶瓷砖和要顶部铸的铜。因而，如图3所示地，框架10形成了在成品冷却件中的砖接缝的表面部。

如此加工框架即成品冷却件中的砖接缝的表面(它接触铜)是有利的，即要顶部铸的铜液将流入例如可能成翅片状的孔洞中。这增大了钢与铜之间的传热表面并且也紧密地把钢与铜连接在一起。

图4表示热损(作为旧炉衬的热流百分比的热流)在冷却件中的铜比例在传热件中变化时是如何通过反应炉壁变化的。当陶瓷衬比例增加并且总热损减小时，在炉衬完整无缺的情况下的热损大致成线性地减小，直到铜比例降低到10％以下，在这种情况下，斜率变得更陡。

通常，反应炉的壁衬因熔融材料渗透及温度的综合效果而磨损，这样一来，绝热性减弱并且热损增加。只从背面受到冷却(铜0％)的炉衬的温度升到如此之高，即熔融材料增加并且腐蚀能够一直进行，直到最后薄薄一层砖稳定地保留在平齐的铜件表面上。当在冷却件内有一些铜时，耐火材料的温度实质上较低并且熔融材料渗透减少。在这样的情况下，热损因炉衬中的铜比例提高到某个极限(20％-30％Cu)而减小，随后热损急剧减小，但是其在铜比例降低到临界级(约5％)以下时又升高。根据图4，在炉衬中应该最多有30％的铜，而最佳范围为5％-15％。

Claims (22)

1.一种制造用于冶金反应炉熔融区的复合冷却件的方法，其特征在于，通过利用铜铸而使该冷却件的陶瓷衬部彼此相连并且与此同时地在该衬部后形成一块配设有冷却水槽的铜板，从而制成该冷却件，其中，冷却件的陶瓷衬部被安放在钢制的框架内，随后利用铜铸来连接框架和陶瓷衬部，由此一来，框架构成了冷却件表面的接头，铜构成了内接头和衬部后的铜板。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，陶瓷衬部由耐火砖构成。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却水槽通过钻孔形成。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却水槽的内表面是被成型有轮廓的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却水槽配设有内管。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该冷却件的冷却水槽彼此分隔开0.5-1.5倍的槽径。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷却件表面部中的铜量最高为30％。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷却件表面部中的陶瓷砖之间的铜接缝为0.5厘米-2厘米厚。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却件所用的铜是其导电率至少为85％IACS的铜。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由耐火钢构成的框架的厚度为1厘米-3厘米。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，框架形成有平行于铸铜的翅片。

12.一种用于冶金反应炉的熔融区的复合冷却件，其特征在于，通过铜铸使冷却件的陶瓷衬部彼此连接并与在衬部后装配有冷却水管的铜板相连，其中，连接冷却件陶瓷衬部的连接材料由在冷却件表面部中的钢构成，在该连接钢材后，连接材料由铸铜构成，铸铜也在铸造中形成了一块在衬部后的铜板。

13.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，陶瓷衬部由耐火砖构成。

14.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，冷却件的冷却水槽彼此分开0.5-1.5倍的槽径。

15.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，冷却水槽是通过钻孔而形成的。

16.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，冷却水槽的内表面是被成型有轮廓的。

17.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，冷却水槽配备有内管。

18.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，冷却件表面部中的铜量最多为30％。

19.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，在冷却件表面部中的陶瓷砖之间的铜接缝为0.5厘米-2厘米厚。

20.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，冷却件所用的铜是其导电率至少为85％IACS的铜。

21.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，由耐火钢制成的接缝的表面部的厚度为1厘米-3厘米。

22.如权利要求12所述的冷却件，其特征在于，接触到铜的耐火钢表面被加工成翅片。

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