專利名稱：無焦沖天爐水冷爐柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鑄造生產(chǎn)中所用的鑄鐵熔化爐的一種水冷件，更具體地說，涉及無焦沖天爐爐膛內(nèi)支撐金屬與非金屬爐料的水冷爐柵。
背景技術(shù)：
無焦沖天爐是一種新型的鑄鐵熔化爐，包括燃氣沖天爐、燃油沖天爐等，是一種具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)越性的鑄鐵新型熔煉豎爐。無焦沖天爐水冷爐柵，將爐膛分隔為上下兩個部分，爐柵以上為固態(tài)爐料，爐柵以下為一定容積的燃燒空間。燃氣或者燃油產(chǎn)生的高溫爐氣穿過爐柵向上運動，加熱金屬爐料、使固態(tài)金屬熔化為液態(tài)，金屬液在重力作用下穿過爐柵落到爐底。水冷爐柵長期經(jīng)受高溫爐氣、高溫鐵液和渣液的侵蝕，同時承受著固態(tài)爐料產(chǎn)生的彎曲和沖擊應(yīng)力，服役環(huán)境特別惡劣。無焦沖天爐目前現(xiàn)有的水冷爐柵，為一組水平排列焊接于爐體的金屬圓管，循環(huán)冷卻水經(jīng)過管內(nèi)，吸收爐柵積聚的熱量，實現(xiàn)對爐柵的冷卻與保護。無焦沖天爐現(xiàn)有的水冷爐柵的結(jié)構(gòu)，來源于金屬連續(xù)熱處理爐爐底所用的水冷爐排。無焦沖天爐水冷爐柵，長期工作于高溫和高應(yīng)力狀態(tài)，其服役環(huán)境的惡劣性遠超過了金屬熱處理爐的爐底。無焦沖天爐水冷爐柵在滿足高溫環(huán)境中的復(fù)雜應(yīng)力要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)該具有抗鐵液熔蝕的特性，同時應(yīng)盡量降低對無焦沖天爐的冷卻效應(yīng)，而且必須性能可靠、服役壽命長，拆換方便。無焦沖天爐現(xiàn)有的水冷爐柵存在著五方面的局限性，其一，水冷爐柵直接焊接在爐體之上，存在著難以拆換的局限性。其二，水冷爐柵中的冷卻水流道截面為圓形，在循環(huán)冷卻水流量一定的條件下，冷卻水流速低、流道中容易產(chǎn)生水垢，可靠性低、壽命短；如果希望提高冷卻強度，則需要大幅度增加冷卻水的流量，導(dǎo)致冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)動力消耗大幅度增加。其三，水冷爐柵為空心鋼管，其抗彎曲變形的能力較低，容易發(fā)生彎曲變形；同時由于其上表面與爐料直接接觸，在爐料壓力和爐內(nèi)高溫的綜合作用下，其上表面容易發(fā)生塌陷變形。其四，水冷爐柵的外表面材料為導(dǎo)熱性很強的金屬材料，對爐內(nèi)存在強烈的冷卻作用，不利于提高無焦沖天爐的熔煉溫度。其五，爐柵外表面的金屬材料容易被高溫鐵液熔蝕、或者與鐵液產(chǎn)生粘連。
發(fā)明內(nèi)容為了克服無焦沖天爐現(xiàn)有水冷爐柵存在的局限性，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:本實用新型提出的水冷爐柵，其基本結(jié)構(gòu)由金屬材料組成，包括外套管、芯棒、流道隔板、端部聯(lián)結(jié)法蘭等，其基本金屬結(jié)構(gòu)的外表面敷設(shè)有一定厚度的耐火材料層，耐火材料層中可以包裹用于加強耐火材料的金屬筋。本實用新型提出的水冷爐柵其外套管為圓形截面，位于爐柵最外層。芯棒位于外套管中，其截面形狀為實心圓或空心管。外套管與芯棒之間設(shè)置一定形狀的流道隔板，將外套管與芯棒之間的冷卻水流道空間分隔為數(shù)個水力學(xué)半徑更小的流道；流道隔板的形狀可以是直線形，也可以是螺旋線形。聯(lián)結(jié)法蘭位于爐柵的一端或兩端，通過螺栓實現(xiàn)爐柵與爐體的聯(lián)結(jié)，使爐柵具備容易拆換的優(yōu)越性。爐柵表面敷設(shè)的一定厚度的耐火材料，在外套管和高溫鐵液之間形成隔離層，防止高溫鐵液直接作用于外套管，有一定的隔熱作用，可以減弱水冷爐柵對爐內(nèi)的冷卻效應(yīng)。本實用新型與現(xiàn)有的水冷爐柵相比，除了外表面敷設(shè)耐火材料、端部設(shè)置聯(lián)接法蘭外，更重要的是提出了水冷爐柵新型的冷卻水流道結(jié)構(gòu):外套管中設(shè)置的芯棒，首先將外套管內(nèi)的圓截面流道改變?yōu)榄h(huán)形或偏心環(huán)形流道，縮小了冷卻水的過流斷面積；同時通過在外套管與芯棒之間設(shè)置的流道隔板，進一步縮小了冷卻水的過流斷面積。按照流體力學(xué)和傳熱學(xué)的理論，提高冷卻水的流速，有利于提高熱交換效率、降低流道結(jié)垢傾向，因此本實用新型可克服現(xiàn)有水冷爐柵的內(nèi)部結(jié)垢問題，可大幅度提高水冷爐柵的壽命，提高其可靠性。本實用新型與現(xiàn)有的水冷爐柵相比，由于流道隔板對外套管產(chǎn)生的支持作用，可以防止外套管迎著重力、背離地面的上表面產(chǎn)生塌陷、變形，同時可以讓芯棒分擔(dān)外套管所受到的部分爐料壓力，爐柵的抗彎曲能力可以得到提高。本實用新型的有益效果為:通過對現(xiàn)有水冷爐柵的結(jié)構(gòu)改進，爐柵的抗彎曲變形能力、抗表面塌陷能力、冷卻水流道的抗結(jié)垢能力得到了提高，同時減弱了水冷爐柵對爐內(nèi)的冷卻效應(yīng)、防止了高溫鐵液對爐柵表面的熔蝕，克服了現(xiàn)有爐柵的一系列局限性。
以下結(jié)合附圖和三個具體實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖2是
圖1的A向視圖，表示了爐柵聯(lián)接法蘭的結(jié)構(gòu)。圖3是
圖1的B-B截面剖視圖。圖4為
圖1所示實施例的流道展平圖，其中的箭頭表示了冷卻水在流道中的流動路徑。圖5是本實用新型另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖6是圖5的C-C截面向視圖。圖7是本實用新型第三個實施例的結(jié)構(gòu)圖，表示了芯棒偏心設(shè)置的水冷爐柵的結(jié)構(gòu)。圖8是圖7的D-D剖視圖，其中，芯棒偏離外套管幾何中心的偏心距為e。在
圖1到圖8中，1.冷卻水進口，2.聯(lián)接法蘭，3.外套管，4.芯棒，5.圓鋼筋，6.耐火材料層，7.冷卻水出口，8.流道隔板。
具體實施方式
本實用新型涉及的水冷爐柵由冷卻水進口(I)、聯(lián)接法蘭(2)、外套管(3)、芯棒⑷、圓鋼筋(5)、耐火材料層(6)、冷卻水出口(7)、流道隔板⑶等幾部分組成。本實用新型有多種具體實施方式
，現(xiàn)舉例說明如下。[0024]實施例1
圖1所示的水冷爐柵為本實用新型的一個實施例。該實施例的一端設(shè)有與爐體聯(lián)接的聯(lián)接法蘭(2)，圖2表示了該水冷爐柵聯(lián)接法蘭(2)上螺栓孔的分布狀況。該實施例中的數(shù)個圓鋼筋(5)的軸線為直線形，平行于水冷爐柵的軸線，均勻分布于耐火材料層(6)中，通過螺紋和螺母與水冷爐柵聯(lián)接為一體。平行于水冷爐柵軸線布置的數(shù)個圓鋼筋(5)，提高了耐火材料層(6)在爐料沖擊作用下的抗散落能力，提高了水冷爐柵的剛度和抗彎曲能力。圖3表示了該實施例中外套管(3)、芯棒⑷、圓鋼筋(5)、耐火材料層(6)、流道隔板(8)幾者之間的聯(lián)接與配合關(guān)系。其中，芯棒(4)的與外套管(3)的軸線相互重合，流道隔板(8)與外套管(3)的內(nèi)表面緊密相接。流道隔板(8)對外套管(3)的支持作用，提高了水冷爐柵的抗塌陷與抗變形能力，同時可以將外套管(3)所受到的爐料壓力部分傳遞給芯棒(4)，提高了水冷爐柵的強度和剛度性能。在該實施例中，芯棒⑷上的三個道流道隔板⑶為直線形，將外套管⑶與芯棒
(4)之間的環(huán)形空間分隔成為三個水力學(xué)半徑更小的、與水冷爐柵軸線相平行的流道。圖4為該實施例的流道展平圖，說明了流道隔板(8)的結(jié)構(gòu)細節(jié)，詳細描述了冷卻水在流道隔板(8)的強制作用下，從冷卻水進口(I)流動到冷卻水出口(7)的運動路線。從冷卻水進口(I)進入爐柵的冷卻水，在流道隔板(8)的作用下，首先沿第一流道向前流動；當其到達第一流道的終點時，改變流動方向、沿第二流道折返向后流動；當其到達第二流道終點時，再折返向前流動到達冷卻水出口(7)。本實施例中的流道隔板(8)，成倍提高了冷卻水的流速，降低了冷卻水流道中生成水垢的可能性，提高了水冷爐柵的可靠性。在該實施例中，芯棒(4)為實心金屬材料，流道隔板⑶的數(shù)量為奇數(shù)三，冷卻水流道平行于水冷爐柵的軸線，冷卻水出口(7)與冷卻水進口(I)分別位于爐柵的兩端。進入爐柵的冷卻水在流道隔板(8)的作用下，經(jīng)過兩次折返到達冷卻水出口。如果流道隔板
(8)的數(shù)量為偶數(shù)，則冷卻水出口(7)與冷卻水進口(I)在爐柵的同一端。如果芯棒(4)偏離外套管(3)的幾何中心，如果芯棒(4)是金屬管，如果流道隔板(8)的數(shù)量大于或小于3，如果流道隔板(8)形成的冷卻水流道與爐柵的軸線不平行、存在一定角度，均屬于本實用新型的保護范圍。實施例2圖5所示的水冷爐柵為本實用新型的另外一個實施例。該實施例的一端設(shè)有與爐體聯(lián)接的聯(lián)接法蘭(2)，圖6表示了該水冷爐柵聯(lián)接法蘭(2)上螺栓孔的分布狀況。該實施例中包裹在耐火材料層(6)中的多個圓鋼筋(5)的軸線呈“V”和“I”字形，焊接在外套管(3)表面，均勻分布在耐火材料層(6)中。圓鋼筋(5)提高了耐火材料層(6)在爐料沖擊作用下的抗散落能力。在本實施例中，芯棒(4)為空心管，其中心為冷卻水通道，冷卻水出口(7)與冷卻水進口(I)在水冷爐柵的同一端。芯棒(4)與外套管(3)的軸線相互重合，流道隔板(8)為單頭螺旋，外套管(3)與芯棒(4)之間的冷卻水流道為螺旋形。冷卻水由冷卻水進口(I)進入爐柵，首先在螺旋形流道隔板(8)的強制作用下，以螺旋軌跡向前運動；當其向前到達螺旋形流道的終點時，通過芯棒(4)上設(shè)置的連通孔道進入芯棒(4)中心的圓形流道、折返向后運動， 到達冷卻水出口(7)。[0034]該實施例中的流道隔板(8)為單頭螺旋面，如果減小其螺旋升角、縮小其導(dǎo)程，則可減小螺旋流道的過流斷面積，提高冷卻水的流速。如果本實施例中的芯棒(4)為實心金屬材料，由于芯棒(4)中心不存在冷卻水通道，則冷卻水出口(7)與冷卻水進口⑴需要分別設(shè)置在水冷爐柵的兩端。如果本實施例中的流道隔板⑶為多頭螺旋且適當增加其螺旋升角，則可以在流道水力學(xué)直徑不變的基礎(chǔ)上，增加流道隔板(8)對外套管(3)的支持作用，提高外套管(3)的抗變形能力。如果本實施例中的芯棒⑷是實心金屬材料、如果流道隔板⑶為多頭螺旋、如果圓鋼筋(5)的軸線為其他形狀，均屬于本實用新型的保護范圍。實施例3圖7所示的水冷爐柵為本實用新型的第三個實施例。該實施例展示了偏心型水冷爐柵的結(jié)構(gòu)，圖8表示了芯棒(4)的軸線平行偏離于外套管(3)軸線的狀態(tài)。該實施例中的數(shù)個圓鋼筋(5)的軸線為直線形，平行于水冷爐柵的軸線，均勻分布于耐火材料層出)中，通過過盈配合與水冷爐柵聯(lián)接為一體。該實施例中流道隔板⑶的形狀為螺旋形，與實施例2相同。芯棒(4)為實心金屬材料，冷卻水出口(7)與冷卻水進口(I)分別位于水冷爐柵的兩端。芯棒(4)軸線相對于外套管(3)的軸線迎著重力的方向、背離地面移動了一定距離。由于該實施例中芯棒(4)與外套管(3)的軸線不相重合，螺旋形流道的過流斷面積每經(jīng)過360°周期性變化一次。冷卻水流道在芯棒(4)水平方向的兩側(cè)尺寸大小相同，在背離地面的一線上尺寸最小、朝向地面的一線最大。當一定量的冷卻水沿螺旋流道流經(jīng)外套管(3)背離地面的一線時，由于此一線處流道斷面積最小、流速最大，因此可對外套管
(3)背離地面的一線產(chǎn)生更強烈的冷卻作用。外套管(3)背離地面的一線迎著重力方向，受到的爐料壓力和沖擊力最大，也最容易受到鐵液和渣液的侵蝕，屬于水冷爐柵的最薄弱部分。偏心型水冷爐柵，提高了流經(jīng)外套管(3)背離地面一線上冷卻水的流速，對于提高水冷爐柵的壽命和可靠性具有意義。該實施例其外部有明顯的安裝方位標記，務(wù)必保證爐柵中冷卻水流道最小的一線背離地面、向著重力方向。本實用新型有多種實施方式，以上實施例僅僅是為了說明本實用新型的內(nèi)容而列舉的幾種具體結(jié)構(gòu)， 涉及本實用新型的其他具體結(jié)構(gòu)也屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求1.無焦沖天爐水冷爐柵，可將爐膛分隔為上下兩部分，在高溫鐵液、渣液侵蝕和復(fù)雜的應(yīng)力條件下長期可靠支撐爐膛上部的爐料，由冷卻水進口(1)、聯(lián)接法蘭(2)、外套管(3)、芯棒(4)、圓鋼筋(5)、耐火材料層￠)、冷卻水出口(7)、流道隔板(8)等幾部分組成，其特征為:外套管(3)的表面敷設(shè)有一定厚度的耐火材料層￠)，耐火材料層￠)中包裹著多個圓鋼筋(5)，外套管(3)環(huán)繞在芯棒(4)外部，芯棒(4)位于外套管(3)的幾何中心或略偏離其幾何中心，流道隔板(8)將外套管(3)與芯棒(4)之間的冷卻水空間分隔為數(shù)個流道，進入爐柵的冷卻水順序流過流道隔板(8)限定的數(shù)個流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無焦沖天爐水冷爐柵，其特征為:流道隔板(8)的數(shù)量為一個或者多個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的無焦沖天爐水冷爐柵，其特征為:流道隔板(8)的形狀為直線形或者螺旋形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無焦沖天爐水冷爐柵，其特征為:芯棒(4)的軸線與外套管(3)的軸線相重合，或者背離地面、迎著重力方向偏離外套管(3)的軸線一定距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無焦沖天爐水冷爐柵，其特征為:芯棒(4)為實心圓形金屬材料或者空心圓管形金屬材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無焦沖天爐水冷爐柵，其特征為:圓鋼筋(5)的軸線為直線形，或者為“V”字形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求6所述的無焦沖天爐水冷爐柵，其特征為:耐火材料層(6)中均勻分布的多個圓鋼筋(5)通過螺紋和螺母、過盈配合或者焊接方式與水冷爐柵結(jié)合在一起。
專利摘要無焦沖天爐水冷爐柵。該爐柵由冷卻水進口(1)、聯(lián)接法蘭(2)、外套管(3)、芯棒(4)、圓鋼筋(5)、耐火材料層(6)、冷卻水出口(7)、流道隔板(8)等幾部分組成。其特征為外套管(3)的表面敷設(shè)有一定厚度的耐火材料層(6)，耐火材料層(6)中包裹著多個圓鋼筋(5)，外套管(3)環(huán)繞在芯棒(4)外部，芯棒(4)位于外套管(3)的幾何中心或略偏離其幾何中心，流道隔板(8)將外套管(3)與芯棒(4)之間的冷卻水空間分隔為數(shù)個流道，進入爐柵的冷卻水順序流過流道隔板(8)限定的數(shù)個流道。水冷爐柵可將無焦沖天爐的爐膛分隔為上下兩部分，在高溫鐵液、渣液侵蝕和復(fù)雜的應(yīng)力條件下長期支撐爐膛上部的爐料。
文檔編號F27B1/24GK203011124SQ20122058114
公開日2013年6月19日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者張耀文, 張明 申請人:張耀文