专利名称：用于冶金炉的冷却板的制作方法
技术领域：
本实用新型通常涉及用于冶金炉的冷却板。更具体地说，本实 用新型涉及这才羊一种冷却^反，该冷却纟反在其热面上i殳置有用于耐火
石争4于里、耐火喷，泉或工艺产生的炉结层(process generated accretion layer)的4苗定装置。
背景技术：
这种用于冶金炉的冷却板(也称为窄板)在现有技术中是公知 的。它们被用来覆盖冶金炉(例如鼓风炉、电弧炉)的外壳体的内 壁，以提供(1 )介于炉内部与外部炉壳体之间的散热保护屏；以 及(2)用于炉内部的耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层 的锚定装置。最初，冷却板以其中铸有冷却管的方式铸有《失板。现 在，用于冶金炉的冷却板多数由铜、铜合金制成，或者最近由钢制 成。
例如在德国专利DE 2907511 C2中7>开了 一种用于鼓风炉的铜 冷却板。该冷却板包括面板状本体，该面板状本体具有热面(即， 面只于炉内部的面)，该热面净皮平4亍凹冲曹(grove)细分成片一犬肋条。 在将冷却板安装于炉壁上时，这些凹槽和肋条优选地具有鸡尾(或
燕尾)形横截面并且被水平地设置，这些凹槽和肋条的目的是将耐 火砖衬里、耐火喷浆材料或工艺产生的炉结层锚定于冷却板的热 面。钻孔的冷却通道在后面(即，冷却板的冷面)附近延伸穿过面 氺反状本体，垂直于水平凹槽和肋条。
实践显示，这种冷却板在冶金炉中经常受到热变形，这是由于
在冷却才反的整个厚度上温度分布不均匀所f丈。在类似、于DE 2907511 C2中所示的铜冷却板中，例如已经在片状肋条的前表面与冷却板 的冷面之间测量出大于100 。C的温度差。当然，可以通过减小凹槽 的深度(即，肋条的高度)来减小这种温度差，从而可以将冷却通 道设置得更靠近冷却板的热面。但是，减小凹槽的深度造成对于耐 火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层的可靠锚定作用减弱。
欧洲专利申请EP 1074806公开了一种用于电弧炉的冷却板， 其中热面未被水平凹槽分成片状水平肋条，但被具有鳩尾形横截面 凹槽的格状系统分成多个立筋(stud)。换句话说，鸿尾凹槽的格状 系统将热面细分成具有方形或菱形形式的小表面。据说，与热面净皮
开式铁心形式的结构不太易于热变形。但是，将认识到，根据EP 1074806所教的来制造冷却才反是相当费时和精细的才乘作，这只因为 必须用特定的铣削头将大量的鳩尾凹槽铣削成冷却板的热面，这显 著增加了冷却板的制造成本。而且，虽然EP 1074806中所7>开的对 开式铁心形式的结构可能足以将耐火喷浆还可能将工艺产生的炉面。
实用新型内容
本实用新型的目的在于4是供一种冷却才反，该冷却板与现有4支术 的具有肋条和凹才曹的冷却4反相比不易于热变形，并且尽管在其热面 上设置用于耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层的锚定装 置，但所有这些都不会显著增加冷却板的制造成本。
该目的通过权利要求1所要求保护的用于冶金炉壁的冷却板来实现。
才艮据本实用新型的冷却才反具有热面，该热面净皮凹槽细分成片状 肋条，用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于热 面。根据本实用新型的一个重要方面，这些片状肋条自身被横向切 口分细成更小的肋条段，其中这些横向切口比横向界定片状肋条的 凹槽窄得多。将认识到，由窄横向切口将片状肋条细分成小肋条段 导致片状肋条和实体底板的更小的热膨胀差。换句话说，片状肋条 中的窄才黄向切口形成防止片状肋条中出现重大热应力的障石寻，从而 有效地防止冷却板的重大热变形。此外，由于与横向界定片状肋条 的凹槽相比横向切口的宽度较窄，所以纟黄向切口不会负面地影响冷 却板的热面上的片状肋条和凹槽结构的4苗定功能。最后^f旦并非最不 重要的，将认识到例如使用圆锯或磨割轮可以很容易地将这种窄切 口切入到最终的冷却板本体的片状肋条内。从而，本实用新型不会 导致实际上的额外制造成本，^旦显著地l是高了冷却板的可靠性，尤 其是由铜、铜合金或钢制成的冷却板。
横向切口的宽度(w3 )应该小于凹槽的宽度(wl )的50 %, 优选地小于凹槽的宽度(wl )的25%。横向切口的优选宽度(w3) 例如在2 mm至20 mm之间，且更优选地在5 mm至11 mm之间。
功能，凹冲曹的宽度(wl)应该为至少40 mm,并且该宽度(wl ) 应该等于或大于片状肋条的宽度(w2)。
通过用横向切口细分片状肋条而获得的4交小的肋条,爻应该具 有小于500mm的长度，优选具有150 mm至350 mm之间的长度。
斗黄向切口的深度(d)应该在片状肋条的高度(h)的80 %至 100 %之间。优选地^f黄向切口的深度(d )应该比片状肋条的高度(h ) 小1至3 mm。
此外，如果横向切口具有半径等于宽度(w3 )的一半的圓柱形 底表面，则获得了最佳结果。
为了确保冷却板的热面上的片状肋条和凹槽结构的良好锚定 功能以及冷却板的优良热成型稳定性，凹槽的宽度应该在其入口处 比其底部处窄，并且4黄向切口的宽度应该或者在其底部处比在其入 口处窄或者在4黄向切口的整个高度(h)上相同。在^4居本实用新 型的冷却板的优选实施例中，凹槽具有鸿尾形横截面，并且横向切 口具有两个平4亍的侧壁和 一 个圓柱形底表面，该圆柱形底表面具有 的半径等于横向切口的宽度(w3)的一半。
横向切口可以垂直于对应片状肋条的纵向中心线或相对其倾 杀牛。为了防止或减少竖直漏斗效应，至少部分4黄向切口可以竖直i也 交错，或者可以沿从冷却板的一个边向另 一边延伸的倾斜线设置倾 4牛的一黄向切口。
该冷却板的优选实施例包括由铸造工艺形成的面斧反状本体，其
切口被切入到铸造面板状本体的片状肋条内。
现在将参照附图借助于实例来描述本实用新型的优选实施例， 附图中
图1是根据本实用新型的冷却板的第一实施例的热侧的正视
图2是图1中冷却板的侧视图3是沿图1中的线3-3截取的截面图4是图2的放大细节图5是图3的放大细节图6是根据本实用新型的冷却板的第二实施例的热面的正视 图；以及
图7是根据本实用新型的冷却板的第三实施例的热面的正视图。
具体实施方式
附图中所示的冷却^反10、 10'、 IO"用来覆盖冶金炉(例如鼓风 炉、电弧炉)的外壳体的内壁。这种冷却板IO、 10'、 IO"的目的是
形成(1 )介于炉内部与外部炉壳体之间的散热保护屏；以及(2) 用于炉内部的耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层的锚定装置。
现在参照图1、 2和图3，可以注意到，冷却才反10包4舌面才反状 本体12,该面板状本体例如由铜、铜合金或钢的铸造或锻造体制成。 具有厚度T的该面才反状本体12具有前面或热面14,该热面将面 乂t炉的内吾P;以及后面或,令面16, it冷面一等面^j"炉壁的内表面。在 正牙见图中，如图1所示，面净反状本体12具有四边形形习大，具有一 对长边18、 20以及一对短边22、 24。多凄t新式冷却才反具有600-1300mm范围内的宽度W以及1000-4200 mm范围内的高度H。 4旦是， 可以理解，除此之外，冷却纟反的尺寸H和W必须适合冶金炉的结 构条件，还必须适合制造工艺的限制条件。
冷却板10进一步包括用于冷却流体( 一般是水)的连接管26、 28。这些连接管26、 28从面板状本体12的后侧连接于设置在面板 状本体12内的冷却通道30。如图3可见，这些冷却通道30可以例 如直接铸造到面板状本体12内，由铸造到面板状本体12内的管子 形成，或者钻入或4先入面一反状本体12内。可3办换地，冷却通道还 可以例如由焊4妄到冷面16上的管子形成，或者由4先入;令面16内的 并覆盖有以焊接或其它方式固定于冷面16的金属板或金属条的开 口通道形成。对于每个冷却通道30,通常设置一个下连接管26和 一个上连接管28，冷却流体通过下连接管供应到冷却通道30内， 冷却流通通过上连接管离开冷却通道30。但是，还可以将几个冷却 通道连接于共同的入口和/或出口收集通道，这将减少连接管26、 28的凄t量。
J见在同时参照图1和图2，可以注意到，热面14通过凹冲曹32 被细分成片状肋条34。通常，横向界定片状肋条34的凹槽32被直 接铸造到面板状本体12内。除此之外，这些凹槽32还可以被铣入 面板状本体12的热面14内。如图1中可见，片状肋条34平行于 短边22、24而从面板状本体12的第一长边18延伸到第二长边20。 这些片状肋条垂直于面板状本体12中的冷却通道30。当将冷却板 10安装在炉中时，凹槽32和片状肋条34水平地设置(如图1所示)。 它们形成用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于 热面14的4笛定装置。
现在将参照图4更详细地描述确保将耐火砖衬里、耐火喷浆材 料或工艺产生的炉结层良好地锚定于热面14的凹槽32和片状肋条 34的优选几何形状。首先注意到，凹槽32具有鸿尾(或燕尾)形 横截面，即，凹槽32的入口宽度wll窄于在其底部处的宽度w12。 宽度wl是凹槽32的平均宽度，即在凹槽32的高度h的一半处测 量的宽度。凹槽32的底表面38与片状肋条34的侧壁39之间的角 度a通常在70°至85°的范围内。由于横向界定片状肋条34的凹槽 32的鸿尾形横截面，片状肋条相对于凹槽32具有倒鳩尾(或燕尾) 形横截面，即在片状肋条34的顶部处测量的宽度w21宽于在其底 部处测量的宽度w22。宽度w2是片状肋条34的平均宽度，即在片 状肋条34的高度h的一半处测量的宽度。当此处简单地提到凹槽 32的宽度或片状肋条34的宽度时，这是表示平均宽度wl或w2。 为了对热面14中的耐火砖衬里、喷浆或炉结层提供强固的锚定， 片状肋条34的宽度w2优选地小于凹槽32的平均宽度wl。有时 wl可以等于w2，但J又在例外情况下w2大于wl。凹槽32的平均 宽度wl的代表值例如在40 mm至100 mm的范围内。片状肋条34 的平均宽度w2的代表值例如在20 mm至40 mm的范围内。片状肋 条34的高度h (对应于凹槽32的深度)通常在面板状本体12的总 体厚度T的20 %至40 %之间。优选地，片状肋条34的高度h为其 平均宽度w2的80 %至120 %之间。比率h/w2大于1通常是优选的。
在凹槽32和片状肋条34之下保留有厚度t-T-h的实体底板 36,冷却通道30设置在该实体底板中。通常确定该实体底板36的 厚度t以确保冷却通道30外部的足够材料厚度el、 e2(参见图5)。 其中材料厚度el在凹槽32之下当然是最小的。还应该注意到，冷 却通道30还可以具有例如卵形横截面的椭圓形，这使得可以减小 该实体底板36的厚度t。
根据本实用新型的重要方面，片状肋条34自身被横向切口 40 细分成更小的肋条段3A、 342、 343、 344，其中这些横向切口40比 凹槽32窄得多。这样获得的肋条段34p 342 、 343 、 344应该具有小 于500 mm的长度，优选具有150 mm至350 mm之间的长度。这
些横向切口 40的目的在于避免片状肋条34和实体底板36出现重 大的热膨"长差，该热膨"长差将造成冷却纟反10的面纟反状本体12的重 大变形。换句话说，这些横向切口形成防止片状肋条中出现重大热 应力的障碍，从而有效地防止冷却板的重大热变形。
由于4黄向切口 40比凹槽32窄得多，所以这些4黄向切口不会显 著减弱热面14对耐火石争衬里或喷浆或炉结层的锚定功能。比4交以 相同比例示出的图4和图5,实际上可以注意到图5中所示的4黄向 切口 40的宽度w3仅为图4中所示的凹槽32的宽度wl的大约16%。 优选地宽度w3在5 mm至11 mm之间的范围内。小于2 mm的宽 度w3也可以但不推荐，因为总是存在这么窄的横向切口将完全闭 合或阻塞的风险，从而可能变得无效。大于20mm的宽度w3也可 以寸旦不4,荐，因为这会大幅度减弱热面14对耐火石t4t里或喷浆或 炉结层的锚定功能，并且不必要地减小了热面14的热交换表面。 此夕卜，使用圓锯或磨割轮可以很容易地将具有5 mm至11 mm之间 范围内的宽度w3的横向切口切入到片状肋条34内。将横向切口 40的宽度限制为小于20 mm的另 一原因是这么窄的横向切口 40可 以很容易保护不被喷浆材料(例如，为被覆盖的粘合带)穿透和/ 或在对冷却板的热面进行喷浆之前填充以可压缩材料。
仍旧参照图5，要注意到片状肋条34中的横向切口 40的另一 重要特征。首先，将注意到，横向切口 40具有圓柱形底表面42, 该圓柱形底表面具有的半径等于4黄向切口宽度w3的一半，其中该 宽度w3应该^尤选;也在4 mm至11 mm的范围内。该圆片主形底表面 42确保在横向切口 40的底部没有重大的应力集中。这种应力集中 实际上将导致在片状肋条34的才艮部形成裂紋。其次，坤黄向切口的 深度d应该在片状肋条34的高度h的80 %至100 %之间。在图5 所示的实施例中，横向切口 40的深度cH又4又略小于片状肋条34， 这确^呆了最佳结果(h-d例如在1-3 mm之间)。应该注意到深度d
不应该大于片状肋条34的高度h，因为这将减弱实体底板36，并 且还将造成冷却板10的额外热变形。第三，当凹槽32在其入口的 宽度窄于在其底部的宽度时，横向切口的宽度应该或者在其底部比 在其入口窄或者在横向切口的整个深度上相同。
在图l中，横向切口 40沿三条平行的竖直线48对齐。这些线 48中的每一条对应于圓锯或磨割4仑的连续且直的切割线。这种竖直 对齐的缺点在于，》于齐的一黄向切口 40 乂人冷却^反10的下部短边22 到上部短边24形成一种小的竖直漏斗。通过该竖直漏斗，充满灰 尘的气体可能上升并造成局部磨损。为了避免这种竖直漏斗，可以 使横向切口在连续的片状肋条34中交错(未示出)。但是，切割这 种交错的横向切口要消耗更多的时间，因为不可能从一个边到另一 边简单地制成连续的切割线。
图6的冷却板l(T中示出了交错横向切口的替换方式。在该冷 却一反10'中，-晴向切口 40'沿几条平行线50对齐，这些平行线相对 于冷却板的竖直轴线倾斜。重要的是，沿这些平行的倾斜线50切 割这些倾杀牛的4黄向切口 40'不比沿平行的竖直线48切割图1的一黄向 切口 40更复杂。但是，图6的倾斜的横向切口 40'造成比图1的横 向切口 40不明显的漏斗效应。
图7示出了冷却板10",其中不是在热面14的整个表面上设置 有凹槽32。在热面14上存在没有凹槽32的几个区i或，例如参见标 号54、 56。在这些区域54、 56中，实体底板36被用于位于冷面 16—侧上的固定装置、连接管或温度探测器的孔削弱。基于同样的 原因，还可以避免在这些区域54、 56中设置横向切口 40。但是， 这种区域54、 56的最大尺寸应该不大于肋条段34p 342、 343、 344 的推荐长度，即，小于500mm，且优选i也小于350 mm。
更现代的冷却板具有的宽度W比其高度H小得多。通常，比 率H/W在2至3之间。对于此处作为本实用新型的实例示出的冷 却板IO、 10'、 IO"也是这种情况。但是，将认识到，如果将本实用 新型应用于比率H/W小于2甚至比率H/W小于1的冷却才反，本实 用新型甚至特别有利。如果冷却斗反具有更适合于圓柱形炉壁的内部 曲率的圓柱形曲率，这种情况将特别真实。
参考标号i兌明
10冷却板
12面板状本体
14热面
16冷面
18、2012的长边
22、2412短边
26下连接管
28上连接管
30冷却通道
32凹槽
34片状肋条
36实体底板
3832的底表面
3934的侧壁
40、40'32中的才黄向+刀口
4240的圆4主形底表面
48图1中的竖直线
50 图6中的倾杀牛线
52 34的中心线
54、 56 热面中没有凹槽32的区i或。
权利要求1.一种用于冶金炉的竖直壁的冷却板，所述冷却板具有面对所述炉的内部的热面(14)，所述热面被凹槽(32)细分成片状肋条(34)，用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于所述热面(14)；其特征在于，所述片状肋条(34)被横向切口(40，40′)细分成更小的肋条段，其中这些横向切口(40，40′)比所述凹槽(32)窄得多。
2. 根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40, 40')的宽度(w3)小于所述凹槽(32)的宽度(wl ) 的50%,优选地小于所述凹槽(32)的宽度(wl)的25%。
3. 根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40， 40')的宽度(w3 )在2 mm至20 mm之间，优选i也在 5 mm至11 mm之间。
4. 根据权利要求3所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32) 的宽度(wl )为至少40 mm。
5. 根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32) 的宽度(wl)等于或大于所述片状肋条(34)的宽度(w2)。
6. 根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述肋条段具有 小于500 mm的长度，优选具有150 mm至350 mm之间的长度。
7. 根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40， 40')的深度(d)在所述片状肋条(34)的高度(h) 的80 %至100 %之间。
8. 根据权利要求7所述的冷却板，其特征在于，所述横向切口(40， 40')具有圓柱形底表面(42),所述圆柱形底表面具有 的半径等于所述横向切口 (40， 40')的宽度(w3)的一半。
9. 根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32) 的宽度在其入口处比其底部处窄，并且所述横向切口(40,40')(40, 40')的整个高度(h)上相同。
10. 根据权利要求9所述的冷却板，其特征在于，所述凹槽(32) 具有鸡尾形横截面。
11. 根据权利要求9所述的冷却板，其特征在于，所述橫向切口(40， 40')具有两个平行的侧壁和一个圓柱形底表面(42)， 所述圓柱形底表面具有的半径等于所述横向切口 (40， 40') 的宽度(w3)的一半。
12. 根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，横向切口 (40') 相对于所对应的片状肋条(34)的中心线(52)倾斜。
13. 根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，倾斜的横向切口(40')沿从所述冷却板(IO')的一个边(18， 22)向另一边 (20， 24)延伸的倾斜线(50)设置。
14. 根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，至少部分所述冲黄 向切口 (40)竖直;也交4晉。
15. 才艮据片又利要求1至13中任一项所述的冷却^反，包括由铸造工 艺形成的面板状本体(12),其特征在于所述凹槽(32)和所 述片状肋条(34 )在铸造过程期间形成，并且所述横向切口( 40 ) :帔切入到所述片习犬肋条(34)内。
16. 根据权利要求1至14中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述冷却4反由以下材^r牛中的至少一种制成铜、铜合金或钢。
专利摘要一种用于冶金炉的竖直壁的冷却板，该冷却板具有面对炉内部的热面(14)。该热面(14)被凹槽(32)细分成片状肋条(34)，用于将耐火砖衬里、耐火喷浆或工艺产生的炉结层锚定于该热面。片状肋条(34)自身被横向切口(40)细分成更小的肋条段，其中这些横向切口(40)比凹槽(32)窄得多。
文档编号F27D1/12GK201187946SQ20072019539
公开日2009年1月28日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年10月2日
发明者尼古拉·穆塞尔, 尼古拉·马焦利, 柯劳德·普莱梅尔丁 申请人:保尔伍斯股份有限公司