專利名稱：板式冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過附在例如鼓風(fēng)爐、電弧爐等冶金爐的爐壁上而對爐體進(jìn)行冷卻的板式冷卻器。
背景技術(shù)：
作為例如鼓風(fēng)爐、電弧爐等冶金爐的爐壁冷卻單元的板式冷卻器由于持續(xù)地使用而受到磨損或破裂。當(dāng)板式冷卻器受到這種磨損或破裂時，其冷卻能力降低，爐殼上的熱負(fù)載增加，增加的熱負(fù)載導(dǎo)致爐殼產(chǎn)生裂縫。
通常來說，板式冷卻器以下述方式構(gòu)成，如圖7所示，冷卻管2通過鑄造被埋置在板式冷卻器基體金屬(通常為球墨鑄鐵)中，所述基體金屬在爐子內(nèi)側(cè)的對側(cè)上形成板式冷卻器本體1，并且耐火磚9作為耐火材料被整體鑄到爐子內(nèi)側(cè)上。板式冷卻器被固定到爐殼7的內(nèi)表面上，并且耐火磚8隨其間的沖壓材料(stamp material)12一起被堆砌在板式冷卻器的爐內(nèi)側(cè)。
已經(jīng)提出了不同結(jié)構(gòu)的板式冷卻器，其中，如圖8所示，一行行地將耐火磚10支撐在基體金屬的肋11之間從而將耐火磚10鑄于爐子內(nèi)側(cè)上的板式冷卻器主體1中，而不是堆砌耐火磚。
鑄造在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)的耐火磚，其抵抗由于高溫氣流和爐子內(nèi)的材料下落而造成磨損的性能，和用以防止因從爐子內(nèi)部傳導(dǎo)熱量而造成熱效率降低的熱絕緣性能都必須非常好。因此，除爐壁外，基體金屬和/或爐子內(nèi)側(cè)的耐火磚也需要板式冷卻器借助在冷卻管中流動的冷卻水來進(jìn)行冷卻，以便保持它們的強(qiáng)度，以便即使當(dāng)由于爐內(nèi)的熱負(fù)載增加而使磨損加速時，也可以減小由于爐子中的材料下落造成的基體金屬和/或耐火磚磨損的磨損率。
然而，圖7中所示的板式冷卻器的將耐火磚堆砌在爐子內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，由于沒有用于支撐耐火磚的結(jié)構(gòu)部件且耐火磚僅僅是通過相互間的粘結(jié)劑的粘接強(qiáng)度進(jìn)行支撐的，因此是不穩(wěn)定的。因而，這種結(jié)構(gòu)的板式冷卻器在一個熱的磨損環(huán)境下，例如在鼓風(fēng)爐中的環(huán)境下，存在局部或整個表面的耐火磚可能掉落的問題，因此，耐火磚作為耐火結(jié)構(gòu)的使用壽命被急劇地降低。
另外，采用圖8所示的板式冷卻器的將耐火磚通過鑄造埋置在基體金屬中的結(jié)構(gòu)中，由于耐火磚僅靠基體金屬的肋支撐，并且以緩沖材料(陶瓷氈墊等)置于所述基體金屬的肋之間以防止磚塊在板式鑄造期間碎裂，所以支撐耐火磚的力很弱。因此，這種結(jié)構(gòu)的板式冷卻器存在由于爐子工作過程中熱膨脹/收縮造成的所述肋之間的間隙變化而使耐火磚掉落或碎裂的問題。
如果耐火磚在使用的早期階段掉落或斷裂而只留下基體金屬肋，則爐子內(nèi)表面會變得不規(guī)則，因而爐子中材料的下落變得不連續(xù)和不穩(wěn)定。
另外，為了使從爐子內(nèi)部而來的熱通量最小化，選擇具有良好絕熱性能的耐火磚。如果耐火磚在使用的早期階段掉落，即使是局部掉落，板式冷卻器也不能長期保持其絕熱性能，相反，由于在磚塊掉落之后留下的肋向爐子內(nèi)凸出，熱損失傾向于增加。
為了解決這一問題，日本來審查專利公開說明書No.H8-120313公開了一種板式冷卻器結(jié)構(gòu)，其中，具有圓形或多邊形截面形狀的柱狀磚塊被垂直于表面并且相互不接觸地布置在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)，以便各磚塊被基體金屬包住所有側(cè)面。日本未審查專利公開說明書No.H5-320727公開了另一種板式冷卻器結(jié)構(gòu)，其中，分別由一個插入到在磚塊的中心附近鉆通的錐形孔中的支撐錨定裝置定位的耐火磚，被布置成Z字形圖案并且通過鑄造整體埋入基體金屬中。
然而，當(dāng)耐火磚以被它們之間一定的間隙分開的方式布置時，各耐火磚必須被保持，以防止在鑄造時產(chǎn)生浮動，并且它們的定位非常困難，因此，板式冷卻器的鑄造需要相當(dāng)長的時間。
所述耐火磚還必須被例如陶瓷氈墊等緩沖材料包住，以防止在鑄造過程中由于熱沖擊而開裂，但用緩沖材料一塊一塊地包磚塊的工作的工作效率非常的低。
在上面描述的結(jié)構(gòu)中，由于被基體金屬包住，耐火磚掉落的可能性小，但是仍然存在由于板式冷卻器主體的熱變形而造成磚塊開裂或剝落的可能性。
除上面所述之外，日本未審查實(shí)用新型公開說明書No.H6-47347公開了兩種板式冷卻器結(jié)構(gòu)一種采用不銹鋼塊作為耐火材料，在板式冷卻器主體的爐子內(nèi)側(cè)上切出燕尾槽，將火泥施加到所述的槽中以便調(diào)整間隙，并且將具有楔形截面形狀的不銹鋼塊插入并固定到所述槽中；另一種涉及在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)上形成具有一個四邊形截面形狀的凹坑，將具有四邊形截面形狀的不銹鋼塊插入到所述凹坑中，并將各塊的爐子內(nèi)側(cè)表面焊接到板式冷卻器主體上。
然而，在兩種情況下，在鑄造之后不銹鋼塊都被插入并固定到板式冷卻器的槽或凹坑中，并且不銹鋼塊比磚塊重。因此，制造的工作效率非常低。
另外，由于具有楔形截面形狀的不銹鋼塊被插入到燕尾槽中，其間的砂漿用于調(diào)整間隙，所以對不銹鋼塊的支撐強(qiáng)度很低，因此不銹鋼塊可能會由于板式冷卻器的熱變形而掉落。
另一方面，具有四邊形截面形狀的不銹鋼塊僅僅通過在表面上的焊接進(jìn)行支撐，因此當(dāng)焊接部分由于不銹鋼和基體金屬的球墨鑄鐵的熱膨脹系數(shù)不同、或者由于它們被材料的下落所磨損而斷裂時，不銹鋼塊可能會象楔形截面形狀的不銹鋼塊一樣掉落。
另外，當(dāng)用軋制不銹鋼材料制造不銹鋼塊時，其制造成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述問題，并且更為經(jīng)濟(jì)地提供一種使用壽命長且能夠長時間保持熱絕緣性能和耐磨損性能的板式冷卻器。
因此，本發(fā)明的要點(diǎn)如下(1)一種用于冷卻爐體的板式冷卻器，其結(jié)構(gòu)為，用于冷卻基體金屬的冷卻管被鑄造在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)的對側(cè)上，其特征在于，在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)鑄造一個具有開口的耐熱鋼板或具有開口的耐熱鋼板疊層。
(2)如第(1)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，具有開口的耐熱鋼板是柵格或開槽耐熱鋼板。
(3)如第(1)或(2)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板或耐熱鋼板層疊結(jié)構(gòu)的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷卻器的厚度的2/3。
(4)如第(1)、(2)或(3)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，在耐熱鋼板的層疊結(jié)構(gòu)中，一個耐熱鋼板的開口位置與相鄰耐熱鋼板的開口位置不同。
(5)如第(1)、(2)、(3)或(4)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板的凈體積是它/它們的總體積、即耐熱鋼板的凈體積與開口空間的體積的總和的20％到60％。
(6)如第(1)、(2)、(3)、(4)或(5)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，具有開口的耐熱鋼板的最小寬度為大于或等于30mm且小于或等于70mm。
(7)如第(1)、(2)、(3)、(4)、(5)或(6)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板是奧氏體或鐵素體耐熱鋼板。
(8)一種用于冷卻爐體的板式冷卻器，其結(jié)構(gòu)為，用于冷卻基體金屬的冷卻管被鑄造在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)的對側(cè)上，其特征在于，使一個具有開口的柵格或開槽耐熱鋼板、或者具有開口的柵格或開槽耐熱鋼板疊層形成一個長方體，并將眾多長方體鑄在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)中。
(9)如第(8)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，長方體的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷卻器的厚度的2/3。
(10)如第(8)或(9)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，在所述長方體中，一個耐熱鋼板的開口的位置與相鄰耐熱鋼板的開口的位置不同。
(11)如第(8)、(9)或(10)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，長方體的凈體積是其總體積、即耐熱鋼板的凈體積與開口空間的體積的總和的20％到60％。
(12)如第(8)、(9)、(10)或(11)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，在長方體中，開口的最小寬度為大于或等于30mm且小于或等于70mm。
(13)如第(8)、(9)、(10)、(11)或(12)項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板為奧氏體或鐵素體耐熱鋼板。


圖1(a)是板式冷卻器的剖視圖，其中，具有開口的柵格耐熱鋼板被堆砌成層疊狀并以形成一個平坦的表面的形式布置于板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上。
圖1(b)是圖1(a)所示的板式冷卻器的正視圖。
圖2(a)是一個板式冷卻器的剖視圖，其中，具有開槽的耐熱鋼板被堆砌成層疊狀，以便一層耐熱鋼板的開槽與相鄰耐熱鋼板的開槽交叉，并且以形成一個平坦的表面的形式布置在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上。
圖2(b)是一個表示圖2(a)中所示的板式冷卻器中的耐熱鋼板的開槽如何相互交叉的視圖。
圖2(c)是圖2(a)中所示的板式冷卻器的正視圖。
圖3(a)是表示具有開口的耐熱鋼板的一個例子(例如網(wǎng)眼薄鋼板)的視圖。
圖3(b)是表示具有開口的開槽耐熱鋼板的一個例子的視圖，其中所述開槽是縱向形成的。
圖3(c)是表示具有開口的開槽耐熱鋼板的另一個例子的視圖，其中所述開槽是斜著形成的。
圖3(d)是表示具有開口的耐熱鋼板的另一個例子的視圖，其中所述開口為圓形。
圖4(a)是一個板式冷卻器的剖視圖，其中，由堆砌成層疊狀、具有開口的網(wǎng)格耐熱鋼板構(gòu)成的長方體，以使其長邊沿板式冷卻器高度方向的方式布置在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上，形成一個弧形表面。
圖4(b)是圖4(a)所示的板式冷卻器的正視圖。
圖5是圖1所示的板式冷卻器的側(cè)剖視圖。
圖6(a)是表示具有開口的柵格耐熱鋼板堆砌成的層疊結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖6(b)是用于說明圖6(a)所示的層疊結(jié)構(gòu)的中柵格網(wǎng)眼的相互位置關(guān)系的圖示。
圖7是一種現(xiàn)有的板式冷卻器的剖視圖。
圖8(a)是另一種現(xiàn)有板式冷卻器的正視圖。
圖8(b)是圖8(a)所示的現(xiàn)有板式冷卻器的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，在高溫和高磨損環(huán)境下具有優(yōu)異的耐磨損和抗破碎性能的耐熱鋼板，被鑄造在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上。
該耐熱鋼除了上面所述之外，還需要具有優(yōu)異的絕熱性能、高溫強(qiáng)度、高溫耐腐蝕性能和高溫穩(wěn)定性(耐變形性)等。
任何化學(xué)成分的耐熱鋼，只要滿足上述所需的特性即可用于本發(fā)明的目的，但是，實(shí)際上，最合適的耐熱鋼應(yīng)考慮板式冷卻器所處的溫度和其它環(huán)境條件以及鋼的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行選擇。
奧氏體耐熱鋼(例如18Cr-8Ni鋼、22Cr-12Ni鋼和25Cr-20Ni鋼等)滿足所需的條件，并且最適合于本發(fā)明。
采用具有開口的一個或多個如圖3所示的柵格狀、開槽式等耐熱鋼板。這是為了通過利用鑄造將板材整體埋入基體金屬來形成復(fù)合材料的目的。
進(jìn)而，本發(fā)明采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中，在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)上，一個具有開口的耐熱鋼板或多個堆砌成層疊結(jié)構(gòu)的具有開口的耐熱鋼板被鑄造到基體金屬中。
原則上，采用球墨鑄鐵作為基體金屬。
由于在制造過程中產(chǎn)生的在基體金屬和耐熱鋼板之間的不完全熔接，當(dāng)所述板材覆蓋整個表面時，將一個或多個耐熱鋼板埋入板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上的基體金屬(球墨鑄鐵)中并不容易。然而，在本發(fā)明中，由于鋼板具有開口，所以可以將用于覆蓋板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)上的整個表面的耐熱鋼板埋入基體金屬中。
為了確保板式冷卻器的均勻性及其功能，包括開口面積的耐熱鋼板面積為在爐子內(nèi)側(cè)上的板式冷卻器表面面積的60％至100％，更優(yōu)選地為80％至100％。當(dāng)包括開口面積的耐熱鋼板的面積為爐子內(nèi)側(cè)上板式冷卻器表面面積的60％或更少時，本發(fā)明的目的不能實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)而，在本發(fā)明中，由于采用具有開口的耐熱鋼板，與采用一個或多個耐熱平面鋼板的情況相比，可以更容易地使埋入材料(柵格耐熱鋼板)在基體金屬中的體積比在整個表面中保持均勻。
當(dāng)要埋入耐火磚時，在鑄造過程中需要采取措施，防止耐火磚由于它們的比重小于熔融基體金屬的比重而浮起，并且防止由于熱沖擊和熱應(yīng)力而造成破裂(準(zhǔn)備緩沖材料，例如用陶瓷氈墊包住)。然而，在本發(fā)明中，因為被埋入的是具有開口的耐熱鋼板，所以不需要采用防止浮起和破裂的手段。因此，采用上述手段的工作效率低的問題得以解決。
在本發(fā)明中，耐熱鋼板的厚度或鋼板疊層的厚度優(yōu)選為大于或等于3mm且小于或等于板式冷卻器的厚度的2/3。
以板式冷卻器的使用壽命為目標(biāo)考慮，耐熱鋼板可選擇上述范圍內(nèi)的任何厚度值。
當(dāng)耐熱鋼板的厚度低于3mm時，在埋入工作中鋼板被局部熔化，而不能保持適當(dāng)?shù)男螤睿虼藢⒑穸鹊南孪拊O(shè)定為3mm。
另一方面，上限被確定為板式冷卻器的厚度的2/3，以便確保足夠的空間用以將冷卻管埋入板式冷卻器，并確保將耐熱鋼板或堆砌成層疊結(jié)構(gòu)的耐熱鋼板埋入所需的足夠的熔融金屬壓力。
然而，當(dāng)兩個或更多具有開口的耐熱鋼板被埋置成層疊結(jié)構(gòu)時，在每兩層之間優(yōu)選地具有大約20mm或更小的間隔。
這種間隔對于確保在鑄造時熔融基體金屬到達(dá)耐熱鋼板的各個角部是必要的，以便在基體金屬和耐熱鋼板之間獲得結(jié)實(shí)的熔接。
如后面所述，當(dāng)堆砌兩個或更多具有開口的耐熱鋼板時，鋼板開口的位置與相鄰耐熱鋼板的開口錯開。然而，當(dāng)以僅在特定的點(diǎn)接觸的方式堆砌耐熱鋼板時，不需要在它們之間留有間隔。但是，如果即使開口的位置被錯開兩個耐熱鋼板之間仍存在面接觸的部位，仍必須留有最大20mm的間隔，以便確保熔融金屬貫入。
應(yīng)當(dāng)注意，超過20mm的間隔是不合適的，因為鑄造后板式冷卻器的均勻性受到損害。
當(dāng)在本發(fā)明中堆砌兩個或更多具有開口的耐熱鋼板時，希望鋼板開口的位置每塊板與每塊板不同，以便鋼板開口的位置與相鄰的耐熱鋼板的開口位置不同。
例如，當(dāng)堆砌柵格耐熱鋼板時，鋼板的柵格節(jié)點(diǎn)必須不與相鄰板材的柵格節(jié)點(diǎn)重疊，并且，當(dāng)堆砌開槽耐熱鋼板時，鋼板的開槽方向必須不同于相鄰板材的開槽方向。
這是為了確保在鑄造過程中熔融金屬良好貫入到耐熱鋼板的各個角部，并通過牢固地將基體金屬和耐熱鋼板粘接起來形成一個堅固的成一體的復(fù)合件。
當(dāng)兩個或更多柵格節(jié)點(diǎn)或開槽重疊在同一個位置上時，形成一個限制熔融金屬流動的垂直壁。因此，柵格節(jié)點(diǎn)或開槽必須相互錯開定位，以便確保熔融金屬良好的流動性。
因為當(dāng)耐熱鋼板按上述方式堆砌時熔融金屬可以不受限制的流動，所以可限制其溫度下降并在其還很熱的情況下迅速填充圍繞耐熱鋼板的空間的各個角部。
通過使柵格或開槽的位置相互錯開，還可以使耐熱鋼在基體金屬中的不均勻分布最小化，并且構(gòu)造一個復(fù)合材料更均勻的板式冷卻器。
在本發(fā)明中，還可以通過適當(dāng)選擇開口圖案來控制耐熱鋼和基體金屬(球墨鑄鐵)之間每單位體積的邊界面積，因此，可以容易地將基體金屬用以保持耐熱鋼板的支撐強(qiáng)度控制到所需的值。
在本發(fā)明中，為了整體地將具有開口的耐熱鋼板埋入基體金屬中以形成一個復(fù)合件，需要使耐熱鋼板的凈體積為其總體積、即耐熱鋼板凈體積和開口空間體積的總和的20％至60％。
當(dāng)耐熱鋼板的凈體積低于總體積的20％時，復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)不充分，當(dāng)其超過總體積的60％時，基體金屬用以保持鋼板的支撐強(qiáng)度降低，并且一段時間之后耐熱鋼板可能因此從基體金屬上掉落，板式冷卻器的使用壽命將被縮短。
為了使具有開口的耐熱鋼板牢固地一體化到基體金屬中以便形成一個復(fù)合體，還希望所形成的耐熱鋼板開口的最小寬度大于或等于30mm且小于或等于70mm。
當(dāng)最小寬度低于30mm時，不能確保熔融基體金屬的流動令人滿意，另一方面，當(dāng)其超過70mm時，在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)部分上不能獲得所需的材料性能。
無論鑄造或軋制材料都可用于耐熱鋼板，并且該鋼板可通過例如鑄造或切削加工等通用方法制造。市場上可獲得的網(wǎng)眼薄鋼板可以被用作網(wǎng)格耐熱鋼板。網(wǎng)眼薄鋼板是經(jīng)濟(jì)的，因為從市場上可獲得不同尺寸的開口寬度，并且通過選擇一個合適的類型并剪切成所需尺寸且堆砌成層疊結(jié)構(gòu)，可以容易地用作本發(fā)明的耐熱鋼板。
通過鑄造來制造具有開口的耐熱鋼板，在材料品質(zhì)和形狀方面提供了寬廣的自由度，使得可以提供所需的材料性能并且設(shè)計出適合于產(chǎn)品用途的形狀。
進(jìn)而，本發(fā)明為一個用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)中鑄造出長方體，各長方體由一個具有開口的耐熱鋼板或多個堆砌成層疊結(jié)構(gòu)的具有開口的耐熱鋼板構(gòu)成。
鼓風(fēng)爐是例如呈煙囪狀的爐子，因此安裝在其中的板式冷卻器通常被制造成與其所安裝到的爐子部分的內(nèi)徑的弧度相匹配。因為鼓風(fēng)爐的爐身和爐腹是錐形的，所以對于尤其是安裝到這些部位的任何一處的板式冷卻器，在沿板式冷卻器高度的不同部位上需要采用不同的曲率。因此，當(dāng)制造傳統(tǒng)的通過鑄造埋入耐火磚構(gòu)成的板式冷卻器時，需要根據(jù)爐子不同部分的不同曲率區(qū)別設(shè)計耐火磚的材料和它們的埋入結(jié)構(gòu)。
然而，在本發(fā)明中，通過在板式冷卻器的基體金屬中于其爐子內(nèi)側(cè)上鑄造長方體，例如使長方體的長邊沿板式冷卻器的高度方向，可以同時適應(yīng)鼓風(fēng)爐不同部位的不同曲率，所述各長方體是由一個具有開口的耐熱鋼板或多個堆砌成層疊結(jié)構(gòu)的具有開口的耐熱鋼板構(gòu)成的。
例如可以通過使長方體短邊的長度等于例如與鼓風(fēng)爐內(nèi)徑的大約1°相應(yīng)的弦長、并將長方體沿爐子圓周方向設(shè)置在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上的方式，形成板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面。應(yīng)當(dāng)注意，長方體的位置是通過改變形成于沿板式冷卻器高度方向的長方體之間的接縫的寬度加以控制的。
進(jìn)而，當(dāng)以上面所述的使其長邊在板式冷卻器的高度方向上對齊的方式將長方體鑄造到基體金屬中時，沿板式冷卻器的高度方向在長方體的長邊之間形成基體金屬的接縫。這抑制了板式冷卻器由鼓風(fēng)爐操作過程中的熱負(fù)載而產(chǎn)生的變形。
因此，根據(jù)本發(fā)明的板式冷卻器具有很高的抗熱變形能力，特別是抵抗在高度方向上彎曲的能力，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具有用于支撐在寬度方向上連續(xù)排列的耐火磚的肋的板式冷卻器(見圖8)，不具有足以抵抗熱變形、特別是抵抗在高度方向上的彎曲的強(qiáng)度。
與此相聯(lián)系，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)板式冷卻器的耐火磚上造成損害的主要形式是由于爐子中材料的下落所造成的磨損和由于熱負(fù)荷波動引起斷裂所造成的脫落。根據(jù)本發(fā)明人的一項對如圖8所示安裝在鼓風(fēng)爐的高熱負(fù)荷部分(下爐身部分)的、具有埋入的耐火磚的板式冷卻器的損壞情況的調(diào)查，在耐火磚的埋入部分中的磨損率為40至50mm/年，在耐火磚的鑄造部分中的磨損率為30至40mm/年，在球墨鑄鐵基體金屬中為10mm/年以下。
上述磨損被認(rèn)為主要是由于爐子中的材料下落造成的滑動磨損。通常還認(rèn)為較高硬度的鋼更耐磨損及耐滑動磨損。因此，本發(fā)明中采用的耐熱鋼板可以硬度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。
由于奧氏體耐熱鋼的硬度為球墨鑄鐵的2至3倍，所以耐熱鋼與球墨鑄鐵基體金屬復(fù)合成一個整體的板式冷卻器與僅有基體金屬一種成分的板式冷卻器相比具有優(yōu)良的耐磨性能。
上面所述的磚塊的磨損率，除滑動磨損外，被認(rèn)為還包括由于板式冷卻器主體的熱變形引起的磚塊的掉落和由于熱變形導(dǎo)致開裂而引起的剝落。在具有開口的奧氏體耐熱鋼板通過鑄造被埋入基體金屬(球墨鑄鐵)中的情況下，在具有埋入的耐火磚的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)的磚塊掉落和剝落現(xiàn)象不會再發(fā)生，這是因為耐熱鋼板與基體金屬(球墨鑄鐵)成一體地牢固形成一個復(fù)合體。
當(dāng)按照上面所述，將具有良好高溫強(qiáng)度和優(yōu)異韌性的奧氏體耐熱鋼板用作耐熱鋼、以便鑄造到板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)上時，可獲得比通過鑄造埋入耐火磚的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的板式冷卻器使用壽命更長的板式冷卻器，因為耐熱鋼在抗開裂方面也非常優(yōu)異。
鐵素體耐熱鋼(例如13Cr-低碳鋼和18Cr鋼等)也可被用于本發(fā)明，但由于其高溫穩(wěn)定性比奧氏體耐熱鋼差，所以它的最大使用溫度受到限制。因此，鐵素體耐熱鋼被用于在鼓風(fēng)爐爐內(nèi)溫度較低的爐喉部分中的板式冷卻器。
奧氏體耐熱鋼的熱膨脹系數(shù)大約是基體金屬的球墨鑄鐵的1.3倍。通過利用鑄造埋入一個或多個柵格耐熱鋼板，這一熱膨脹系數(shù)的較大差異被緩解，從而可獲得總體上均勻的復(fù)合材料。
奧氏體耐熱鋼的導(dǎo)熱性在金屬材料中相對較低，大約為球墨鑄鐵的1/2，但是大約為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的埋入的耐火磚的三倍。因此，當(dāng)奧氏體耐熱鋼被作為本發(fā)明使用的耐熱鋼時，不能期望獲得與埋入的耐火磚相同水平的耐熱性能。然而，如前面所述，考慮到特別是在板式冷卻器安裝到高熱負(fù)荷的部位中的情況下，板式冷卻器的實(shí)際使用壽命是由磚塊部分的磨損率確定的，所以本發(fā)明把重點(diǎn)放在通過使耐熱鋼與基體金屬整體形成復(fù)合材料來提高板式冷卻器的耐磨性能上。
下面將根據(jù)附圖更詳細(xì)地對本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖1(a)和(b)表示一個板式冷卻器，其中，具有開口的柵格耐熱鋼板3(圖中為四片鋼板)被堆砌成一層或多層，并且布置在一個其爐子內(nèi)側(cè)上具有一平面的板式冷卻器主體1上，使層疊結(jié)構(gòu)的柵格表面形成所述平面的一部分或多個部分。
由于在這種情況下板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)的表面是平的，考慮到工作方便，可以在將耐熱鋼板疊層分段后對其進(jìn)行布置，或者將層疊結(jié)構(gòu)布置成使其覆蓋板式冷卻器整個爐子內(nèi)側(cè)的表面。
圖2(a)、(b)、(c)表示一個板式冷卻器，其中具有開口的開槽耐熱鋼板3(圖中為四塊鋼板)被堆砌成層疊結(jié)構(gòu)，使相鄰鋼板的開槽相互交錯(參見圖2(b))，并且布置于在其爐子內(nèi)側(cè)上具有一平面的板式冷卻器主體1中，其布置方式為，使層疊結(jié)構(gòu)的柵格表面形成板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)上的平面的一部分。
圖3(a)至(d)表示用于本發(fā)明的具有開口的耐熱鋼板的具體形式。例如，圖3(a)表示一個網(wǎng)眼薄鋼板，圖3(b)表示一個具有縱向開槽的耐熱鋼板，圖3(c)表示具有傾斜開槽的耐熱鋼板，而圖3(d)表示具有圓形開口的耐熱鋼板。
圖4(a)和(b)表示一個板式冷卻器，其中，具有開口的柵格奧氏體耐熱鋼板3被堆砌成長方體，并且該長方體被布置在在爐子內(nèi)側(cè)具有一曲面的板式冷卻器主體1的爐子內(nèi)側(cè)表面中，布置方式為，長方體的長邊在板式冷卻器的高度方向上。
由于在這種情況下，板式冷卻器的爐內(nèi)側(cè)表面是彎曲的以便與鼓風(fēng)爐內(nèi)徑所確定的曲率相匹配，所以長方體的短邊被制成與例如與鼓風(fēng)爐內(nèi)徑的大約1°對應(yīng)的弦長相等，并且長方體沿爐子的圓周方向布置在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)上。
在爐子內(nèi)側(cè)上的曲面中，可以相互之間無間隙地布置長方體。然而，由于鼓風(fēng)爐爐身和爐腹的內(nèi)表面是錐形的，所以在安裝在爐子的這些部位上的板式冷卻器中，需要通過保持長方體之間的間隙來調(diào)節(jié)長方體的周向位置。
通過這種設(shè)置，沿板式冷卻器的高度方向在其彎曲的爐子內(nèi)側(cè)表面上形成基體金屬的接縫。這些接縫增大了板式冷卻器的高度方向上的抗撓剛度。
應(yīng)當(dāng)注意，優(yōu)選通過如圖4所示將長方體不連續(xù)地布置成交錯的形式來形成基體金屬的節(jié)點(diǎn)，以便防止節(jié)點(diǎn)的連續(xù)磨損。
圖5是板式冷卻器1厚度方向的側(cè)剖視圖，其中具有開口的柵格耐熱鋼板3(在圖中為五塊鋼板)被堆砌成一個疊層結(jié)構(gòu)，并且埋入在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)上的基體金屬中。
由于耐熱鋼板因其優(yōu)異的耐磨性能和抗開裂性能而比埋入的耐火磚磨損得慢，所以，確保使用壽命所需的厚度比在傳統(tǒng)的埋入的耐火磚的情況下小。與埋入200mm厚的耐火磚層的傳統(tǒng)情況相比，例如當(dāng)堆砌成層疊結(jié)構(gòu)的柵格耐熱鋼板被埋入時，大約100mm厚度足以獲得相同的使用壽命。
圖6(a)表示一個層疊結(jié)構(gòu)，其中，具有開口的柵格耐熱鋼板3被堆砌起來。
奧氏體不銹鋼、例如18Cr-8Ni鋼的網(wǎng)眼金屬板等市場上可以獲得的材料可用作耐熱鋼板3。
在市場上可獲得各種網(wǎng)眼尺寸的網(wǎng)眼金屬板?？紤]到熔融金屬圍繞層疊結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)眼的交叉口的流動，以中心到中心的較短網(wǎng)眼對角線計的理想網(wǎng)眼尺寸為30mm或更大，并且各板材的理想厚度為3mm或更大以便確保在鑄造時防止被熔化損壞。
當(dāng)將耐熱鋼板堆砌到所需的厚度時，如圖6(b)所示，必須避免相鄰板材的柵格節(jié)點(diǎn)4的重疊。
這一布置確保熔融基體金屬的順滑流動，從而，使基體金屬和耐熱鋼板形成整體復(fù)合件。
堆砌成所需厚度的耐熱鋼板3必須被線材5捆住或通過焊接6或其它方法固定在一起(參見圖6(a))。
如圖1(a)、(b)和4(a)、(b)所示，具有開口的柵格耐熱鋼板3的層疊結(jié)構(gòu)可被分開成所需尺寸的段以便易于工作。考慮到易于工作，當(dāng)手工操作時希望所述段的尺寸使得它們的單個重量為20kg或更小。
在制備用于鑄造本發(fā)明的板式冷卻器的模具的過程中，所述疊層結(jié)構(gòu)或切割所述層疊結(jié)構(gòu)形成的長方體可用撐子等固定在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)的位置上。
然而，與耐火磚不同，耐熱鋼板在鑄造過程中不會浮動，并因此足以成功地進(jìn)行鑄造工作以便將它們置于規(guī)定的位置上。
在板式冷卻器成形前，所述層疊結(jié)構(gòu)和長方體不需要任何特殊的預(yù)處理，例如噴丸、用緩沖材料(陶瓷氈墊等，這在傳統(tǒng)的埋置耐火磚的情況下是必不可少的)纏繞。然而，希望對它們進(jìn)行充分的預(yù)加熱和干燥，以便在鑄造過程中確保熔融金屬的良好的貫入性并防止氣泡缺陷的產(chǎn)生等。
本發(fā)明的板式冷卻器和采用埋入耐火磚的傳統(tǒng)板式冷卻器被安裝到一個實(shí)際工作的鼓風(fēng)爐中，并對它們的性能進(jìn)行比較。
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的板式冷卻器的絕熱性能由于耐火磚的開裂很早就惡化了(大約6個月)，而本發(fā)明的板式冷卻器在使用12個月后仍十分正常，基體金屬的溫度保持穩(wěn)定并且與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的板式冷卻器相比溫度更低。
通過不埋置耐火磚、而如上所述利用鑄造在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面中埋入一個具有開口的柵格耐熱鋼板或堆砌成層疊結(jié)構(gòu)的具開口的多個柵格耐熱鋼板，可獲得下述優(yōu)異的效果(1)由于耐熱鋼板比耐火磚或基體金屬(球墨鑄鐵)具有更好的抗磨損和抗開裂性能，所以板式冷卻器在爐子內(nèi)側(cè)表面上的磨損率減小。
(2)由于通過以耐熱鋼板的柵格節(jié)點(diǎn)或開槽不重疊的方式堆砌耐熱鋼板而獲得了均勻的復(fù)合體，所以可防止由板式冷卻器鑄鐵的熱變形引起的耐熱鋼板的掉落或局部損傷。
(3)由于效果(2)的作用，板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面在很長時期內(nèi)保持平滑并且保持爐子內(nèi)的材料平滑地落下，因此可確保鼓風(fēng)爐的穩(wěn)定工作。
(4)特別是當(dāng)各由一個具有開口的柵格耐熱鋼板或多個堆砌成層疊結(jié)構(gòu)的具有開口的柵格耐熱鋼板形成的長方體被以長方體的長邊在板式冷卻器的高度方向上排列的方式布置在板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上時，基體金屬形成垂直的節(jié)點(diǎn)，并且板式冷卻器的抗撓剛度增強(qiáng)，從而抑制其熱變形。因此可防止對冷卻管的損傷及爐內(nèi)的熱氣泄漏到爐身，并且鼓風(fēng)爐的使用壽命被延長。
(5)由于在本發(fā)明的板式冷卻器的鑄造過程中，與通過鑄造埋入耐火磚的傳統(tǒng)工作不同，在本發(fā)明的工作中不需要把要鑄到其中的部件固定到模具中并用緩沖材料將它們包住，所以制造板式冷卻器的工作效率總體上被提高，并且制造成本降低。
(6)通過使長方體的尺寸在板式冷卻器寬度方向上短，可以適應(yīng)爐子內(nèi)表面的不同曲率，并且不再需要耐火磚的傳統(tǒng)設(shè)計和制造，因此板式冷卻器的制造成本和制造時間被降低。
(7)由于根據(jù)本發(fā)明的板式冷卻器的低磨損率，板式冷卻器被制造得更薄，并且制造成本因此被降低。
采用在操作過程中保持其內(nèi)表面光滑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于保持例如鼓風(fēng)爐等冶金爐的穩(wěn)定操作是非常重要的。
而在具有鑄造于其中的耐火磚的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的板式冷卻器中，耐火磚迅速地磨損，并且由于耐火磚和基體金屬(球墨鑄鐵)的不同磨損率，基體金屬的肋向爐子內(nèi)部凸起，使得板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面不規(guī)則，而在由具有開口的柵格耐熱鋼板和基體金屬(球墨鑄鐵)的復(fù)合體均勻地構(gòu)成的板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面上，由于爐子內(nèi)側(cè)表面磨損均勻，在爐子工作過程中不會產(chǎn)生不規(guī)則性。
本發(fā)明可以在冶金爐的設(shè)計中，將爐壁設(shè)計成使其在爐子操作過程中在整個爐子內(nèi)表面上可以獲得均勻的磨損率。因此，本發(fā)明的重要貢獻(xiàn)是實(shí)現(xiàn)了冶金爐的連續(xù)穩(wěn)定操作。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻爐體的板式冷卻器，其結(jié)構(gòu)為，用于冷卻基體金屬的冷卻管被鑄造在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)的對側(cè)上，其特征在于，在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)鑄造一個具有開口的耐熱鋼板或具有開口的耐熱鋼板疊層。
2.如權(quán)利要求1所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，具有開口的耐熱鋼板是柵格或開槽耐熱鋼板。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板或耐熱鋼板層疊結(jié)構(gòu)的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷卻器的厚度的2/3。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，在耐熱鋼板的層疊結(jié)構(gòu)中，一個耐熱鋼板的開口位置與相鄰耐熱鋼板的開口位置不同。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板的凈體積是它/它們的總體積、即耐熱鋼板的凈體積與開口空間的體積的總和的20％到60％。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，具有開口的耐熱鋼板的最小寬度為大于或等于30mm且小于或等于70mm。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板是奧氏體或鐵素體耐熱鋼板。
8.一種用于冷卻爐體的板式冷卻器，其結(jié)構(gòu)為，用于冷卻基體金屬的冷卻管被鑄造在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)的對側(cè)上，其特征在于，使一個具有開口的柵格或開槽耐熱鋼板、或者具有開口的柵格或開槽耐熱鋼板疊層形成一個長方體，并將眾多長方體鑄在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)中。
9.如權(quán)利要求8所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，長方體的厚度大于或等于3mm且小于或等于板式冷卻器的厚度的2/3。
10.如權(quán)利要求8或9所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，在所述長方體中，一個耐熱鋼板的開口的位置與相鄰耐熱鋼板的開口的位置不同。
11.如權(quán)利要求8、9或10所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，長方體的凈體積是其總體積、即耐熱鋼板的凈體積與開口空間的體積的總和的20％到60％。
12.如權(quán)利要求8、9、10或11所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，在長方體中，開口的最小寬度為大于或等于30mm且小于或等于70mm。
13.如權(quán)利要求8、9、10、11或12項所述的用于冷卻爐體的板式冷卻器，其特征在于，耐熱鋼板為奧氏體或鐵素體耐熱鋼板。
全文摘要
用于冷卻冶金爐、例如鼓風(fēng)爐爐壁的板式冷卻器,具有下述結(jié)構(gòu),其中,用于冷卻基體金屬的冷卻管被鑄造在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)的相對側(cè)上,并且一個具有開口的耐熱鋼板或一個具有開口的耐熱鋼板層疊結(jié)構(gòu)被以預(yù)定的厚度鑄造在基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)表面中?？梢詫⑺鰧盈B結(jié)構(gòu)形成適當(dāng)?shù)拈L方體,并將多個長方體鑄造到基體金屬的爐子內(nèi)側(cè)。所述板式冷卻器的爐子內(nèi)側(cè)表面的磨損率小,并且其結(jié)構(gòu)可防止耐熱鋼板由于板式冷卻器本體的熱膨脹或局部磨損而掉落。
文檔編號F27D9/00GK1341202SQ00804190
公開日2002年3月20日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月26日
發(fā)明者平田光二, 岸上和嗣 申請人:新日本制鐵株式會社