TWI749175B

TWI749175B - 用於冶金爐之冷卻板

Info

Publication number: TWI749175B
Application number: TW107105792A
Authority: TW
Inventors: 金根黎; 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: 2017-02-22
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2021-12-11
Also published as: EA201991925A1; WO2018153920A1; PL3586076T3; US11225694B2; CN110325808A; EP3586076B1; JP2020508430A; UA124594C2; US20200024678A1; BR112019017349A2; KR20190120237A; EP3586076A1; JP7064502B2; KR102427481B1; EA036919B1; CN110325808B; LU100107B1; ES2877614T3; TW201831696A

Abstract

本發明係關於一種用於一冶金爐之一冷卻板(10)，其包含一主體(12)，該主體(12)具有一正面(14)及一對置的背面(16)、一頂面(18)及一對置的底面(20)以及兩個對置的側面(22、24)。該主體(12)在其中具有至少一個冷卻通道，該冷卻通道具有在該背面(16)中之開口；其中在使用中，該主體(12)之該正面(14)轉向一爐內部。根據本發明，該冷卻板(10)包含至少一個冷卻管道(32)，該至少一個冷卻管道(32)配置在形成於該正面(14)中之至少一個細長凹槽(30)中。該冷卻管道(32)具有一細長中間區段(34)且在其任一末端處具有一成角度分支(36、38)，該冷卻管道(32)形成該冷卻通道。該冷卻管道(32)係配置於該細長凹槽(30)中，使得該等成角度分支(36、38)突出穿過該主體(12)之該背面(16)中的該等開口。

Description

用於冶金爐之冷卻板

本發明大體上關於用於諸如高爐之冶金爐的冷卻板，且特定而言，係關於具有用於修復受損冷卻板之構件的冷卻板。

用於冶金爐之亦被稱作「冷卻壁(stave)」的冷卻板係此項技術中所熟知的。其用以覆蓋例如高爐或電弧爐的冶金爐之外部殼體的內壁以在爐內部與外部爐殼體之間提供排熱保護隔板。其一般進一步提供用於爐內部之耐火磚內襯、耐火噴漿或製程產生吸積層的錨定構件。

最初，冷卻板係鑄鐵面板，其具有澆鑄於其中之冷卻通道。作為鑄鐵冷卻壁之替代例，已開發出銅冷卻壁。如今，用於冶金爐之大多數冷卻板係由銅、銅合金製成或近年來由鋼製成。

耐火磚內襯、耐火噴漿材料或製程產生吸積層形成配置於板狀主體之熱面前方的保護層。此保護層可用於保護冷卻板以免受由爐內部出現之惡劣環境引起的惡化。然而，實務上，亦在無此保護層之情況下操作該爐，導致對熱面之層片式肋狀物的侵蝕。

如此項技術中所已知的，當高爐最初在插入於冷卻壁之溝槽中的冷卻壁或鋼刀片之前側上具備耐火磚內襯時，此內襯在用期磨損。特定而言，已觀察到，在爐腹區段中，耐火內襯可相對迅速地消失。

由於冷卻板主要因磨蝕而受到磨損，因此循環通過冷卻通道之冷卻劑可洩漏至爐中或高爐氣體可進入冷卻電路。當然要避免此類漏泄。

當偵測到此洩漏時，第一反應一般將係停止將冷卻劑饋入至漏泄冷卻通道，直至下一程式化停止，在此期間，可撓性軟管可經由冷卻通道饋入，諸如描述於JP2015187288A中。隨後，可撓性軟管連接至冷卻劑饋入件且冷卻劑可經由可撓性軟管在冷卻板內饋入。因此，可進一步操作冶金爐而不必替換受損冷卻板。

然而，一旦經由漏泄冷卻通道之冷卻劑饋入被中斷，來自爐之材料便可進入冷卻通道，藉此阻礙可撓性軟管之後續裝設。

嚴重磨損的冷卻板導致環繞通道之銅的溫度提高，此導致損失銅機械特性。在一些狀況下，此可導致完全破壞後期冷卻，其使爐殼體直接曝露於高熱負載及磨蝕。

又，將可撓性軟管裝設至冷卻通道中係相當複雜的。可撓性軟管需要具有比冷卻通道小的直徑且具有相當薄的壁厚度以在冷卻通道之角落/拐角中操縱。可撓性軟管之此薄的壁厚度在長時間內不能耐受磨蝕。因此，可撓性軟管僅允許在短時間段內延長冷卻板之壽命。

本發明之目的係提供一種改良之冷卻板，其在漏泄冷卻劑之狀況下提供快速且有效的修復。本發明之另一目的係提供一種可較快速且用減少之成本產生的冷卻板。此目標係藉由如技術方案1之冷卻板來達成。

本發明之一般描述

本發明係關於一種用於一冶金爐之一冷卻板，其包含一主體，該主體具有一正面及一對置的背面、一頂面及一對置的底面以及兩個對置的側面。該主體在其中具有至少一個冷卻通道，該冷卻通道具有在該背面中之開口。在使用中，該主體之該正面係轉向一爐內部。

根據本發明，該冷卻板包含至少一個冷卻管道，其具有一細長中間區段且在其任一末端處具有一成角度分支，該至少一個冷卻管道形成該冷卻通道。

該冷卻板進一步包含形成於該主體之該正面中的至少一個細長凹槽，該至少一個冷卻管道係配置於該至少一個細長凹槽中使得該等成角度分支穿過該主體之該背面中的該等開口突出。

藉由將一冷卻管道裝設在形成於該冷卻板之該正面中的一凹槽中，此冷卻管道可被快速裝設，此在待替換一受損冷卻管道時尤其受關注。實際上，可自該凹槽移除該受損冷卻管道，且可裝設一新的未受損冷卻管道使得該冷卻板可供進一步使用。

應注意，本發明之該冷卻管道亦可用以修復一傳統冷卻板(亦即，最初尚未設想到收納此冷卻管道之一冷卻板)之一受損冷卻通道。一般而言，若一傳統冷卻板受損，則一可撓性軟管可穿過該受損冷卻通道以便嘗試建立該冷卻通道內之一冷卻劑通路。然而，此可撓性軟管之裝設相當精細且耗時。替代裝設此可撓性軟管，建議在該冷卻板之該正面中形成一細長凹槽且接著將根據本發明之一冷卻管道裝設於該新形成的凹槽中。

該冷卻管道包含一中間區段且在其任一末端處包含一成角度分支的事實亦尤其受關注。實際上，形成及配置該冷卻管道之該等成角度分支以便在該冷卻管道配置於該冷卻板之該主體中時自該冷卻板之該背面中突出。此等突出的成角度分支充當在先前技術解決方案中將熔接至該冷卻板之該背面上的冷卻劑饋入管道。然而，此熔接相當耗時且因此使得該冷卻板之製造相當昂貴。藉由提供具有一體式饋入管道之一冷卻管道，不再需要此熔接，因此加速製造製程且節省成本。

又，製造傳統的冷卻板需要在主體內形成冷卻通道、隨後形成及塑形該板以及最後熔接饋入管道。藉由本發明，不需要在裝設該冷卻管道之後形成及塑形該冷卻板之該主體，因此再次節省製造時間及成本。

有利地，該冷卻管道具有一正面，在配置於該主體中時，該正面之一輪廓匹配該主體之該正面之輪廓。實際上，該主體之該正面可具有一結構化表面，該表面具有交替的肋狀物及溝槽。在此狀況下，該冷卻管道之該正面較佳具有一匹配結構化表面，該表面具有交替的肋狀物及溝槽。實際上，冷卻板一般在其正面上包含交替的肋狀物及溝槽。由於該冷卻管道配置於該冷卻板之該主體之該正面中的一凹槽中，因此該冷卻管道之具有一匹配結構化表面的一正面允許該冷卻板具有典型的一般肋狀物及溝槽結構。

該冷卻管道之該正面較佳與該冷卻管道一體地形成。此不僅保證一安全且穩固的結構，而且允許該冷卻管道之該正面與穿過該冷卻管道之該冷卻劑之間的一良好熱傳遞。

該冷卻管道及該正面可藉由擠壓、切削、澆鑄或3D印刷形成。特定而言，該3D印刷允許形成複雜形狀。

取決於該冷卻板之該主體中的該凹槽之形狀，該冷卻管道之該中間區段可具有圓形、長橢圓形或矩形橫截面。

有利地，該細長凹槽及該冷卻管道經形成以便提供一自鎖定配置，從而將該冷卻管道牢固地維持於該細長凹槽內且確保該冷卻板之該冷卻管道與該主體之間的適當傳導熱傳遞。

該細長凹槽可包含一突起，而該冷卻管道可包含用於將該突起收納於其中之一通道。當然，替代地，該冷卻管道可包含該突起，而該細長凹槽包含該通道。該突起及該通道可係局部的或在該冷卻管道之整個長度上延伸。為將該冷卻管道裝設於該細長凹槽中且將該突起嚙合於該凹槽中，可藉由足夠的力迫使該冷卻管道進入該細長凹槽中以迫使該突起進入該通道中。替代地，可對該冷卻板之該主體加熱使得其膨脹，藉此允許該突起配置於該通道中。隨著該冷卻板隨後冷卻，該冷卻板收縮且該突起安全地配置於該通道中。

該主體之該等肋狀物中之至少一者及該冷卻管道之該等肋狀物中之至少一者可具備協作穿孔，其中在該冷卻管道配置於該細長凹槽內時，該等穿孔對準。一螺栓可接著穿過該等穿孔配置。此螺栓允許將該冷卻管道緊固於該細長凹槽內。

較佳地，該螺栓包含帶螺紋的軸端，且提供螺母以用於與該等軸端協作。此等螺母之擰緊允許將該冷卻管道緊密地緊固於該細長凹槽內。此情形不僅防止該冷卻管道掉出該細長凹槽，但迫使該細長凹槽之側壁緊密地推動抵靠該冷卻管道，藉此亦改良該冷卻板之該冷卻管道與該主體之間的熱傳遞。

根據較佳實施方式，該至少一個細長凹槽係在基本上平行於該冷卻板之該主體之該等側面的一方向上形成於該正面中。若該主體之該正面具有一結構化輪廓，該結構化輪廓具有交替的肋狀物及溝槽，則此等肋狀物及溝槽一般係在垂直於該主體之該等側面的一方向上配置。因此，該冷卻管道之該正面應具有匹配該主體之該正面之輪廓的一輪廓，亦即，其應具有肋狀物及溝槽。

根據另一實施方式，該至少一個細長凹槽係在基本上垂直於該冷卻板之該主體之該等側面的一方向上形成於該正面中。在此狀況下，該細長凹槽將平行於該主體之該正面中的該等肋狀物及溝槽。因此，可顯著簡化該冷卻管道之該正面的塑形。較佳地，該細長凹槽可完全形成於該主體之該正面的該等肋狀物內。

10‧‧‧冷卻板

12‧‧‧主體

14‧‧‧正面

16‧‧‧背面

18‧‧‧頂面

20‧‧‧底面

22‧‧‧側面

24‧‧‧側面

26‧‧‧肋狀物

28‧‧‧溝槽

30‧‧‧細長凹槽

32‧‧‧冷卻管道

34‧‧‧中間區段

36‧‧‧有角度分支

38‧‧‧有角度分支

40‧‧‧正面

42‧‧‧切口區段

44‧‧‧肋狀物

46‧‧‧溝槽

48‧‧‧突起

50‧‧‧通道

52‧‧‧開口

54‧‧‧開口

56‧‧‧穿孔

58‧‧‧穿孔

60‧‧‧螺栓/軸

62‧‧‧螺母

本發明之其他細節及優點參看隨附圖式自若干非限制性實施方式之以下實施方式將變得顯而易見，其中：圖1係根據本發明之第一實施方式的冷卻板之透視圖；圖2係圖1之冷卻板的主體之透視圖；圖3係圖1之冷卻板的冷卻管道之透視圖；圖4係根據本發明之第二實施方式的冷卻板之透視圖；圖5係圖4之冷卻板的主體之透視圖；圖6係圖4之冷卻板的冷卻管道之透視圖；圖7係跨越圖4之冷卻板的橫截面圖；圖8係跨越根據其他實施方式之冷卻板的一系列橫截面；及圖9係根據本發明之另一實施方式的冷卻板之透視圖。

圖1示意性地展示根據本發明之第一實施方式的冷卻板10，其中冷卻板10包含典型地由平板(slab)形成之主體12，例如由銅、銅合金、鑄鐵、鋼或此等材料之混合組合的澆鑄或鍛造主體製成。主體12具有用於面向冶金爐之內部的正面14(常常被稱作熱面)及用於面向爐殼體之對置背面16(常常被稱作冷面)。冷卻板10之基本矩形主體12具有頂面18及對置的底面20以及兩個對置的側面22、24。至少一個冷卻通道配置於主體12內以經由其饋入冷卻劑。主體12在背面16中具有對應於冷卻通道之入口及出口末端的開口。

如此項技術中所已知的，主體12之正面14有利地具有結構化表面，特定而言該表面具有交替的肋狀物26及溝槽28。當冷卻板10安裝於爐中時，溝槽28及層片式肋狀物26一般係水平地配置以提供用於耐火磚內襯(圖中未示)之錨定構件。

冷卻板10在其正面14中包含細長凹槽30(較佳見於圖2中)。如圖2中所展示，此細長凹槽30可自頂面18延伸至底面20。

冷卻板10進一步包含冷卻管道32，如圖3中所展示。此冷卻管道32具有細長中間區段34且在其任一末端處具有成角度分支36、38。冷卻管道32經設定尺寸以便緊密地配合於主體12中之細長凹槽30內，而成角度分支36、38自主體12之背面16突出。冷卻管道34之中間區段34形成主體12內之冷卻通道，而成角度分支36、38形成冷卻劑饋入管道。

冷卻管道32進一步具有正面40，該正面具有結構化表面，該表面具有切口區段42以形成交替的肋狀物44及溝槽46。形成冷卻管道32之正面40的肋狀物44及溝槽46使得當冷卻管道32配置於主體12之細長凹槽30中時，其匹配主體12之正面14的肋狀物26及溝槽28。

冷卻管道32之形狀與形成於主體12之正面14中的細長凹槽30互補。

為將冷卻管道32維持於細長凹槽30中，細長凹槽30具備突起48，該突起與配置於冷卻管道32之側向部分中的通道50協作，因此提供自鎖定構造。

一旦冷卻管道32配置於細長凹槽30中，冷卻管道便可藉由突起48及通道50配置牢固地維持於適當位置中。由於冷卻管道32之形狀與細長凹槽30互補，因此冷卻管道32及主體12形成冷卻板10且冷卻板10之正面14與在冷卻管道32中循環之冷卻劑之間的熱傳遞得以維持。

典型的冷卻板10包含複數個冷卻通道以便在爐內部與外部爐殼體之間提供排熱保護隔板。在圖1至圖3中所展示之實施方式中，冷卻板10具備三個此類冷卻通道。換言之，主體12包含配置於其中之三個細長凹槽30及三個冷卻管道32。

在高爐或其類似者之操作期間，耐火磚內襯由於爐料下降而受到腐蝕，從而使冷卻板不受保護且曝露於高爐內部之惡劣環境。

主體12之正面14可具備用於保護冷卻板以免磨蝕之構件。此類構件之一個實例可係配置於溝槽28、46中之金屬插入件(圖中未示)。

然而，在冷卻板10曝露於高爐內部之惡劣環境時，冷卻板10及冷卻管道32之磨蝕發生。若冷卻管道32受損，則來自冷卻管道32之冷卻劑可洩漏至爐中。在此狀況下，移除且用新的未受損冷卻管道32替換受損冷卻管道32。

應注意，本發明之冷卻管道32亦可用以修復傳統冷卻板之受損冷卻通道。此傳統冷卻板之主體內的冷卻通道一般藉由諸如澆鑄或鑽孔之任何已知手段來獲得。藉由熔接將饋入管道附接至冷卻板之背面且經由冷卻通道饋入冷卻劑。冷卻劑與冷卻板之主體的材料直接接觸。若在操作中冷卻板受損使得在冷卻通道與冷卻板之正面之間形成磨蝕或破裂，則來自冷卻通道之冷卻劑可洩漏至爐中。為修復此冷卻板，可將細長凹槽切入冷卻板之正面中。可接著將根據本發明之冷卻管道32裝設於細長凹槽中且可再次使用冷卻板。

圖4、圖5及圖6示意性地展示根據本發明之第二實施方式的冷卻板10。由於此第二實施方式之許多特徵與第一實施方式之特徵相同，因此此處將不重複該等特徵。主要突出差異。如圖6中所見，冷卻管道32具有正面40，該正面顯著寬於其所連接至的中間區段34之橫截面。再次，主體12之正面14中的細長凹槽30經塑形以便與冷卻管道32之形狀互補，使得冷卻管道32緊密地配合於其中。圖5亦展示主體12之背面16中的開口52、54，成角度分支36、38穿過該等開口饋入。

為將冷卻管道32緊固於細長凹槽30中，主體12之肋狀物26中的一些及冷卻管道32之肋狀物44中的一些具備協作穿孔56、58。當冷卻管道32正確地配置於細長凹槽30內時，穿孔56、58對準且螺栓60穿過該等穿孔。圖7係跨越圖4之冷卻板10的橫截面圖，且展示配置於三個細長凹槽30中之三個冷卻管道32。圖7亦展示穿過主體12及冷卻管道32兩者之肋狀物26、44的軸60。在軸60之每一末端處，可配置螺母62以用於與螺栓60之帶螺紋末端協作。藉由擰緊螺母62，可使主體12與冷卻管道32之間的連接更堅固。此不僅確保冷卻管道32保持在適當位置，而且改良冷卻管道32與主體12之間的熱傳遞。

圖8展示冷卻板10之其他實施方式以說明其他設計。冷卻管道32之中間區段34可例如具有如A及C中所展示之圓形橫截面，或如B中所展示之長橢圓形橫截面。實際上，可設想到可藉由鍛造、澆鑄或3D印刷獲得之任何橫截面。

冷卻管道32之正面40可具有各種形狀及/或寬度。在A中，正面40之寬度使得相鄰冷卻管道32之正面彼此接觸，使得主體12之正面變廢。在B及C中，另一方面，冷卻管道32之正面40的寬度幾乎不超過中間區段34之橫截面。應注意，此等係可應用於上文所描述之第一實施方式及第二實施方式兩者的變化。

冷卻板10之主體12可由銅、鋼、鑄鐵或基於其之任何合金製成。類似地，冷卻管道32可由銅、鋼、鑄鐵或基於其之任何合金製成。

本發明之另一實施方式展示於圖9中，其中細長凹槽30係在平行於冷卻板10之主體12的正面14之肋狀物26及溝槽28的方向上配置。細長凹槽30可完全配置於肋狀物26內；較佳地，細長凹槽30在肋狀物26之整個長度上延伸，亦即，自一個側面22至另一側面24。形成冷卻管道32之正面40以便完全填充細長凹槽30，接著將冷卻管道32裝設於其中，使得冷卻管道32之正面40與肋狀物26齊平。