具有热交换功能的冶金组件的制作方法

本实用新型涉及冶金领域，尤其涉及一种具有热交换功能的冶金组件。

背景技术：

闪速炉在铜冶炼领域广泛使用，并且在实践中人们对闪速炉进行了一系列结构优化改造，并取得了显著成效。应用于闪速炉上的挡渣板和水套等组件其内部均设有热交换水流通道，这些具有热交换功能的冶金组件仍然存在一些缺陷，有待改进。具体来说，挡渣板在使用时常年经受40万吨比重是水的8倍，1300℃的高位能、高温熔浆的冲刷，应用条件苛刻，因此挡渣板的耐热疲劳性能要求较高。目前挡渣板一般采用砂型重力埋管铸造，这种方式制作的挡渣板无法获得致密的铸造组织，铸造缺陷如气孔也很难完全消除，这严重影响了挡渣板的性能和使用寿命，一般一块挡渣板的使用寿命只有2-3个月。如若采用轧制铜板坯来制作挡渣板，虽然解决了毛坯性能质量不过关的问题，但是需要在轧制铜板坯上钻比较深的孔以形成热交换水流通道。深孔虽然能加工，但是加工形成通道后将孔密封可靠地堵塞住。由于需要堵塞的孔数量较多，堵塞的密封性也通常较差，容易埋下泄漏的隐患，而且制作和维修成本也不低。

另外，应用于闪速炉的水套同样地存在寿命短、维修成本高的问题。一般水套采用纯铜重力埋管铸造，铸造组织粗大，无法完全克服裂纹、夹杂等缺陷，这影响水套的性能和寿命。水套的寿命大多数都是热疲劳失效导致。水套铸造时预埋的铜管和本体不能达到100％熔融，即铜管和本体金属不连续，从传导学分析这会损失百分制二十的热量。提供一种使用寿命长、抗热疲劳性能强、热传导损失小的挡渣板或水套等具有热交换功能的冶金组件非常有必要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种具有热交换功能的冶金组件，解决现有的挡渣板和水套等冶金组件寿命短、抗热疲劳性能差的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种具有热交换功能的冶金组件，包括轧制铜板、覆合板以及多个接头管。轧制铜板设有至少一个凹槽，每一凹槽在轧制铜板的边沿具有进口和出口以形成一个通道。覆合板爆炸焊接于轧制铜板，覆合板覆合于轧制铜板的凹槽，以使轧制铜板和所述覆合板形成可供流体流通的热交换通道，覆合板为钢材。多个接头管分别接合于凹槽的进口和出口以供流体进入或流出。

根据本实用新型一实施例，轧制铜板和覆合板的厚度比为4:1。

根据本实用新型一实施例，轧制铜板是牌号为t2的紫铜，而覆合板是310s不锈钢或q235b碳钢。

根据本实用新型一实施例，轧制铜板和覆合板弯曲形成弧形。

根据本实用新型一实施例，轧制铜板的侧面设有吊环螺钉。

根据本实用新型一实施例，所述具有热交换功能的冶金组件包括锁紧块，接头管和轧制铜板均与锁紧块连接，锁紧块爆炸焊接于轧制铜板的侧面以固定接头管。

根据本实用新型一实施例，轧制铜板的厚度大于或等于80mm，覆合板和轧制铜板覆合的长度大于或等于3500mm。

根据本实用新型一实施例，轧制铜板的凹槽是弯曲的以形成弯曲的热交换通道。

根据本实用新型一实施例，所述具有热交换功能的冶金组件为水套或者挡渣板。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

本实用新型提供的所述具有热交换功能的冶金组件采用轧制铜板和覆合板爆炸焊接而成，其中轧制铜板设有至少一个两端分别对应具有进口和出口的凹槽，这样轧制铜板和覆合板爆炸覆合之后形成可供流体流通的热交换通道，而无需通过钻深孔的方式形成热交换通道，降低加工难度。而且轧制铜板本身开设的凹槽即用作热交换通道，避免了传统的预埋管方式预埋管和本体不熔融的问题。另外，由于轧制铜板是经过轧制的，其组织致密，组织缺陷少，强度大，能够承受较大的热冲击，具有较高的抗热疲劳性能，使用寿命长。轧制铜板和覆合板之间采用爆炸焊接工艺连接，使得两者之间覆合紧密，保证流体不会泄漏。选用轧制铜板和钢材作为爆炸覆合的材料，这两种材料相比于铸造件组织更致密，无组织缺陷或组织缺陷较少，晶粒细化，抗热疲劳性能、导热性能良好。

本实用新型提供的所述具有热交换功能的冶金组件其接头管通过锁紧块固定，且锁紧块通过爆炸焊接工艺焊接于轧制铜板的侧面，这样密封性良好，可避免传统技术中采用堵塞深孔的方式会有泄漏的问题。

附图说明

图1是本实用新型提供的第一个实施例的所述具有热交换功能的冶金组件的侧视图，其中所述具有热交换功能的冶金组件是吹炼炉上升烟道水套；

图2是图1中的所述具有热交换功能的冶金组件的俯视图；

图3是图1中的所述具有热交换功能的冶金组件局部的横截面图，以展示轧制铜板和覆合板之间的接合方式；

图4是图1中的所述具有热交换功能的冶金组件在a位置的局部放大图，展示了锁紧块；

图5是本实用新型提供的第二个实施例的所述具有热交换功能的冶金组件的侧视图，其中所述具有热交换功能的冶金组件是挡渣板；

图6是图5中的所述具有热交换功能的冶金组件的俯视图；

图7是图5中的所述具有热交换功能的冶金组件局部的横截面图，以展示轧制铜板和覆合板之间的接合方式；

图8a是用于对图5中的所述具有热交换功能的冶金组件进行压弯成型的模具在第一种状态下的结构示意图；

图8b是用于对图5中的所述具有热交换功能的冶金组件进行压弯成型的模具在第二种状态下的结构示意图；

图9是本实用新型第三个实施例的所述具有热交换功能的冶金组件的侧视图，其中所述具有热交换功能的冶金组件是保护水套；

图10是图9中的所述具有热交换功能的冶金组件的俯视图；

图11是图9中的所述具有热交换功能的冶金组件局部的横截面图，以展示轧制铜板和覆合板之间的接合方式。

具体实施方式

以下描述只用于揭露本实用新型以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本实用新型精神和范围的其他方案。

如图1-4所示，本实用新型第一个实施例提供一种具有热交换功能的冶金组件，具体为吹炼炉上升烟道水套。所述具有热交换功能的冶金组件包括轧制铜板10、覆合板20以及多个接头管30。

轧制铜板10设有至少一个凹槽101，每一凹槽101在轧制铜板10的边沿具有进口102和出口103以形成通道。可选地，轧制铜板10是牌号为t2的紫铜。可选地，轧制铜板10的厚度h1大于或等于80mm。

如图2所示，于第一个实施例中，轧制铜板10的凹槽101数量为2个，每一凹槽101均具有一个进口102和一个出口103。同一个凹槽101的进口101和出口102分别对应地位于轧制铜板10相对的两侧边沿。两个凹槽101间隔分布于轧制铜板10，其中一个凹槽101为直线型的凹槽，从而形成一个直线型的热交换通道；而另一个凹槽101为弯曲的凹槽，从而形成一个弯曲的热交换通道。

覆合板20为钢材，也就是说，覆合板20是钢材质的板材。例如，覆合板20为310s不锈钢或q235b碳钢。覆合板20爆炸焊接于轧制铜板10，覆合板20覆合于轧制铜板10的凹槽101，以使轧制铜板10和覆合板20形成可供流体流通的热交换通道。爆炸焊接工艺实质是两种材料在冲击波的作用下相互渗透形成机械结合。优选无组织缺陷、组织致密、晶粒细化、抗热疲劳、导热性能好，能胜任1300度工作环境的铜板坯和不锈钢板材作为爆炸焊接的材料。覆合板20的一侧表面和轧制铜板10的一侧表面通过爆炸焊接的方式接合在一起，使得覆合板20密封住轧制铜板10的凹槽101的一侧，从而凹槽101即形成一个可供流体流通的热交换通道；也就是说，流体从进口102进入并通过凹槽101流通于轧制铜板10和覆合板20之间，流体最终从出口103流出。可选地，覆合板20和轧制铜板10覆合的长度大于或等于3500mm。

于第一个实施例中，轧制铜板10和覆合板20的厚度比(也称为覆合比)为4:1，其中轧制铜板10的厚度h1为80mm，而覆合板20的厚度h2为20mm。这种厚度比的轧制铜板坯和不锈钢是极佳的水套材料组合。厚度不低于80mm的铜材的强度完全能抗过厚度不低于20mm的不锈钢强度，可以避免钢材在高温中产生变形。

所有的接头管30分别接合于凹槽101的进口102和出口103以供流体进入或流出。例如，在第一个实施例中，凹槽101的数量为两个，因此接头管30的数量为四个，所述具有热交换功能的冶金组件形成两个热交换通道；其中两个接头管30分别对应接合于其中一个凹槽101的进口102和出口103，而另外两个接头管30分别对应地接合于另外一个凹槽101的进口102和出口103。接头管30的形状根据进口102或出口103的形状可以合理设计，例如，接头管30为圆管。可以理解的是，接头管30作为所述具有热交换功能的冶金组件和外部连接的管道，供流体进入或流出所述热交换通道。

本领域技术人员可以理解的是，于其他实施例中，轧制铜板10的凹槽101的数量可以根据需要设置为其他数值，从而相应地形成不同数量的热交换通道。例如只有一个凹槽101，从而形成一个热交换通道。而且凹槽101在轧制铜板10内分布的形状和长度也可以根据实际需求合理设置，例如凹槽101可以设置为一条直线型的凹槽，也可以设置为来回迂曲的弯曲凹槽。轧制铜板10内分布的凹槽101数量越多，凹槽101的长度越长，那么形成的可进行热交换的热交换通道其面积越大，热交换效率越高。

进一步地，如图4所示，所述具有热交换功能的冶金组件还包括锁紧块40，接头管30和轧制铜板10均与锁紧块40连接，锁紧块40爆炸焊接于轧制铜板10的侧面以固定接头管30。可选地，锁紧块40为钢板。锁紧块40采用爆炸焊接的方式焊接于轧制铜板10的侧面，相比于传统的堵塞深孔的方式，这种方式密封性良好，避免泄漏。

所述具有热交换功能的冶金组件用作吹炼炉上升烟道水套，在使用时，冷却水可以同时从两个进口102分别进入两个热交换通道内(也即进入两个凹槽101)，水流在热交换通道内流通的过程中通过轧制铜板10和吹炼炉内烟气进行热交换并吸收热量，吸热之后的水流分别从两个出口103流出。

而对于形状为弯曲弧形的保护水套而言，爆炸焊接之后也可以采用1600吨自由锻造水压机进行弯曲成型，同样地在弯曲成型之前对爆炸焊接在一起的轧制铜板10和覆合板20在500℃下进行退火。

如图5-7所示，本实用新型提供的第二个实施例的所述具有热交换功能的冶金组件为挡渣板。同样地，所述具有热交换功能的冶金组件包括轧制铜板10a、覆合板20a以及两个接头管30a。

轧制铜板10a是牌号为t2的紫铜，轧制铜板10a设有一个凹槽101a，且凹槽101a为迂回曲折的凹槽，以形成弯曲的热交换通道。凹槽101a在轧制铜板10a的同一侧边沿具有进口102a和出口103a以形成通道。

覆合板20a采用不锈钢并爆炸焊接于轧制铜板10a，覆合板20a覆合于轧制铜板10a的凹槽101a，以使轧制铜板10a和覆合板20a形成可供流体流通的热交换通道。可以理解的是，由于轧制铜板10a的凹槽101a为迂回曲折的凹槽，因此在轧制铜板10a和覆合板20a之间形成的热交换通道也是迂回曲折的，这样在使用时冷却水在所述具有热交换功能的冶金组件内的流通路径比较长，进行热交换的面积较大，热交换效率较高。

两个接头管30a分别对应地接合于凹槽101a的进口102a和103a。使用时，冷却水从进口102a进入所述具有热交换功能的冶金组件并从出口103a流出。

和第一个实施例不同的是，为了配合应用场景，所述具有热交换功能的冶金组件其轧制铜板10a和覆合板20a在爆炸焊接之后弯曲形成弧形，如图5所示。也就是说，轧制铜板10a和覆合板20a均呈弧形。而且轧制铜板10a的侧面设有吊环螺钉50a，吊环螺钉50a用作起吊载荷。吊环螺钉50a的数量为多个，多个吊环螺钉50a间隔分布于轧制铜板10a的侧面。

在实际应用中，采用压力机进行压弯成型。图8a和图8b展示了用于对爆炸焊接后的轧制铜板10a和覆合板20a进行压弯成型的模具结构示意图。所述压弯成型模具包括一个压头200和一个凹模300，其中压头200具有一个弧形的凸出面201，而凹模300具有一个弧形的内凹面301。基于图8a和图8b所示的方向，压头200位于凹模300的正上方，压头200的凸出面201和凹模300的内凹面301相对。压头200可操作地下压以靠近凹模300或者上升以远离凹模300。在进行压弯成型时，先将爆炸焊接在一起的轧制铜板10a和覆合板20a放置于凹模300上，此时轧制铜板10a和覆合板20a位于压头200和凹模300之间；然后通过操作使得压头200向着凹模300下压，从而将轧制铜板10a和覆合板20a压弯成弧形。

如图9-11所示，本实用新型第三个实施例提供的所述具有热交换功能的冶金组件为保护水套。同样地，所述具有热交换功能的冶金组件包括轧制铜板10b、覆合板20b以及两个接头管30b。

轧制铜板10b是牌号为t2的紫铜并设有一个凹槽101b，且凹槽101b为弯曲的凹槽以形成弯曲的热交换通道。凹槽101b在轧制铜板10b的同一侧边沿具有进口102b和出口103b以形成通道。轧制铜板10b的侧面设有两个吊环螺栓50b,并且吊环螺栓50b、进口102b以及出口103b均位于轧制铜板10b的同一侧。

覆合板20b采用不锈钢并爆炸焊接于轧制铜板10b，覆合板20b覆合于轧制铜板10b的凹槽101b，以使轧制铜板10b和覆合板20b形成可供流体流通的热交换通道。

两个接头管30b分别对应地接合于凹槽101b的进口102b和103b。使用时，冷却水从进口102b进入所述具有热交换功能的冶金组件并从出口103b流出。

本实用新型提供的所述具有热交换功能的冶金组件采用轧制铜板10(10a，10b)和覆合板20(20a，20b)爆炸焊接而成，其中轧制铜板10(10a，10b)设有至少一个两端分别对应具有进口102(102a，102b)和出口103(103a，103b)的凹槽101(101a，101b)，这样轧制铜板10(10a，10b)和覆合板20(20a，20b)爆炸焊接覆合之后形成可供流体流通的热交换通道，而无需通过钻深孔的方式形成热交换通道，降低加工难度。而且轧制铜板10(10a，10b)本身开设的凹槽101(101a，101b)即用作热交换通道，避免了传统的预埋管方式预埋管和本体不熔融的问题。另外，由于轧制铜板10(10a，10b)是经过轧制的，其组织致密，组织缺陷少，强度大，能够承受较大的热冲击，具有较高的抗热疲劳性能，使用寿命长。轧制铜板10(10a，10b)和覆合板20(20a，20b)之间采用爆炸焊接工艺，使得两者之间覆合紧密，保证流体不会泄漏。选用轧制铜板和钢材作为爆炸覆合的材料，这两种材料相比于铸造件组织更致密，无组织缺陷或组织缺陷较少，晶粒细化，抗热疲劳性能、导热性能良好。

值得一提的是，本实用新型采用轧制铜板(10(10a，10b))和钢材质的覆合板(20(20a，20b))进行爆炸焊接的方式接合，对于厚度超过80mm的纯铜板和耐热钢的爆炸覆合工艺目前还没有先例，纯铜板和耐热钢爆炸覆合的长度超过3500mm的也没有先例。因此本实用新型提供的诸如保护水套和挡渣板等具有热交换功能的冶金组件其使用寿命获得了突破性进展。例如，近三十年来，我国铜冶炼产能有了翻番的成长。铜水套不仅在闪速炉上应用，在侧吹炉，底吹炉等炉型上都得到广泛的应用。采用爆炸焊接方式接合的铜水套可降低使用厂家铜水套正常维修费用30％，减少了熔炼炉维修次数，尤其是对于工作状况严酷的铜溜槽的保护水套的抗疲劳损坏性能提升很明显。

本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例，并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本实用新型的实施方式可以有任何变形和修改。