专利名称：冷却元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种竖炉和熔炼炉的冷却元件以及作为固定电极的支承装置电极座整体的一个组成部分的电熔炼炉的冷却元件。
竖炉和熔炼炉为了隔热设有可更换的内部金属炉衬，其上可固定隔热材料，例如耐火粘土。当然，在竖炉和熔炼炉内部存在的温度如此之高，以致需要附加地冷却炉衬，以免冷却元件软化。
在铸铁制成的板状冷却元件内浇注入冷却管属于先有技术。其缺点是，围绕着冷却管的氧化层或空气间隙可能使得与冷却介质之间的热传导难以进行。此外，铸铁制的冷却元件热导率较低。
铜和铜合金有比灰口铸铁高得多的热导率。在这方面，DE2907511C2公开了一种竖炉用的冷却元件，它用铜或低合金的铜合金制造并由锻造或轧制的铜锭加工而成。在这种结构方式中，在冷却元件内部有通过机械加工的深孔构成的冷却介质通道。加工在冷却元件中的盲孔通过钎焊或熔焊螺纹堵头密封。在冷却元件背面有通往冷却介质通道的进口孔，孔内熔焊或钎焊为供入或排出冷却介质所需的接管。
尤其用于电熔炼炉的冷却元件有各种槽，借助它们可在熔炼炉内熔体上方插入辅助烧嘴或喷氧管。因此，冷却介质通道必须在这些孔旁通过，从而造成附加的生产成本。冷却介质通道每一次偏离直线只能借助若于横向孔或也可通过铣削达到，它们本身则必须用堵头或盖封闭。因此这种冷却元件的生产成本高。
在电熔炼炉的接触夹钳中存在同样的问题，在那里必须向电极输入大的电流量。因为电极同时处于高温之下，所以固定电极的接触夹钳同样必须冷却。
此外，在冷却元件中通过材料的机械切削在冷却板内加工出冷却介质通道以及用盖板覆盖如此构成的通道系统也属于先有技术。为此，盖板必须严密地固定在冷却板上、铜或铜合金的冷却板与盖板焊接成冷却元件，由于材料高的热导率而难以进行，并需要相应的专业人员，尤其在就地修理时很难得有这样的专业人员。
另一个缺点是，所有的紧固件以及冷却介质进口和冷却介质出口也都用铜或铜合金制，并且同样必须用这种复杂的方式固定在冷却元件上。甚至当这些冷却元件用钢制时，由于铜与钢焊接在技术上有困难，所以只有专业人员才有可能消除在焊缝中可能产生的不密封性。
以先有技术为出发点，本发明的目的是在加工技术上改善用于竖炉和熔炼炉以及用于作为电极座整体的组成部分的电熔炼炉的冷却元件。
本发明通过权利要求1和2特征部分中所述之特征达到此目的。
按本发明的竖炉和熔炼炉用的冷却元件包括一铜或铜合金制的冷却板和一与冷却板通过材料连接的盖板，在冷却板内为了构成带至少一个冷却介质进口和至少一个冷却介质出口的连续的通道系统设有冷却介质通道。在这里，盖板用钢或合金钢制并通过加压与冷却板不可拆地连接。
所谓接触夹钳形式的冷却元件也可以是固定电极的支承装置电极座整体的一个组成部分(权利要求2)。在这里，铜或铜合金制的接触夹钳与电极接触的冷却板同样在压力下通过材料与钢或合金钢制的盖板不可拆地连接。
在压力作用下，即通过所谓的堆焊，盖板与冷却板部分以机械的方式部分以冶金的方法连接。然后再继续加工便不会发生分离的危险。
为了堆焊尤其建议爆炸堆焊(权利要求3)，在这种情况下盖板放在冷却板上并覆盖炸药。点燃炸药以形成一个沿表面推进的爆燃前锋，它使盖板朝冷却板方向急剧加速。通过这种与钢制盖板的堆焊，在冷却板背面实现比熔焊强得多也平得多的材料连接。基本上排除了在冷却元件工作过程中不密封的可能性。
在本发明中特别有利的是冷却介质通道的走向可以随意设计，尤其是按权利要求4所规定的那样冷却介质通道通过材料的机械切削加工在冷却板内。由此取消了必须用堵头封闭的高成本的钻深孔和铣削。
按权利要求4还允许将冷却剂通道加工在盖板内。这可以借助于恰当的工具在一道工序内实现。因此冷却介质通道便不是用盖板封闭，而是被设在盖板背对冷却板一侧并与盖板通过材料连接的固定板封闭(权利要求5)。这种材料的连接可通过钎焊但也可通过熔焊实现(权利要求6)。
按权利要求7的特征，固定板与盖板同样用钢或合金钢制造。在这种结构设计中材料连接特别简单，因为钢与钢焊接能良好地控制。此外，冷却元件的总强度由于钢制的固定板以及盖板而提高，因此，尤其当使用于热负荷剧烈波动的电弧炉中时，可以将因蠕变引起的冷却元件的变形现象降到最低程度。
钢与钢焊接的另一个优点是焊接部位周围的材料没有受到很强烈的加热，以及按本发明有可能在盖板与固定板之间装入密封元件。当然这只有在冷却介质通道既通过冷却板也通过盖板并最终被固定板覆盖的情况下才是恰当的。在这里盖板只有支座材料的功能，它使得与固定板通过材料的连接更加容易。所有的钢与钢焊接还可以特别简单地就地由所提供的人员进行修理。
按权利要求9所述特征的进一步发展，冷却介质进口和冷却介质出口包括钢或合金钢制的管接头。用这种材料制的管接头可特别方便地与盖板或固定板连接。
按权利要求10规定，管接头与盖板或固定板焊接或螺纹旋接(权利要求11)。不仅螺纹旋接而且焊接都能非常简单地实现，并由于它们设计在钢内所以可以承受大的力量。
采用钢制的盖板或固定板还可以设计为悬挂装置，用于将冷却元件固定在钢的竖炉或熔炼炉内，由此可以稳定地固定。
下面借助于附图中的示意表示的实施例进一步说明本发明。其中
图1按图2的剖切线(一)俯看冷却元件冷却板的视图；图2沿图1中的线Ⅱ-Ⅱ通过具有冷却板的冷却元件的剖面；
图3俯看按另一种实施形式的冷却元件背面的视图；图4沿图3中的线Ⅳ-Ⅳ通过冷却元件的剖面；图5沿图6中的线Ⅴ-Ⅴ通过按第三种实施形式的冷却元件的剖面；图6沿线Ⅵ-Ⅵ通过图5的视图的剖面；图7图6的局部Z放大图；以及图8固定电极的带冷却元件的支承装置简化图，局部剖切。
图1和2表示冷却元件1，它是未表示的竖炉或熔炼炉的一个可更换的组成部分。基于竖炉或熔炼炉略呈漏斗形的结构，冷却元件1有一种朝其下端2方向变窄的外形。冷却元件1原则上由两块金属板组成一块面朝竖炉和熔炼炉内部的铜或铜合金制的冷却板3和一块在其背面4通过材料与冷却板1连接的钢或合金钢制的盖板5。
在冷却板3的背面4内通过机械加工制有弯弯曲曲形状的冷却介质通道6、7。
因为冷却板3的背面4完全被盖板5覆盖，所以盖板构成冷却元件1内连续的通道系统8、9的边界。
为了供入冷却介质和为了排出冷却介质，每个通道系统8、9在其末端有冷却介质进口10和冷却介质出口11。为此在盖板5背对冷却板3的背面12采用焊接技术固定钢或合金钢制的管接头13、14。但管接头13、14也可以借助于螺旋技术与冷却元件1连接。此外，在盖板5背面12的中部和下部高度区设紧固件15。
在冷却板3面朝竖炉或熔炼炉的内部的一侧16上制有燕尾形横截面彼此平行地水平延伸的槽17。槽17内可固定耐火材料(见图6)。此外，发现飞溅的炉渣被可靠地保持在槽17内，由此使冷却元件1获得一附加的隔热装置。
图3和4表示冷却元件1a的另一种实施形式。与图1所示之冷却元件1不同，冷却元件1a在纵侧19有一矩形槽18。槽18用于在竖炉或熔炼炉内部插入喷氧管或辅助烧嘴。
在此方案中，与第一种实施形式中相同，冷却介质通道6a、7a也弯弯曲曲地在冷却板3a的背面4a内延伸并构成通道系统8a、9a。在槽18所在区冷却介质通道系统9a的走向与除此之外为镜面对称构型的冷却介质通道系统8a的走向不同。
与第一种实施形式的另一个差别是，在盖板5a背面12设一钢或合金钢制的固定板20，它沿周缘与盖板5a焊接。在这里冷却介质通道6a、7a也通过盖板5a并被固定板20从背面封闭。作为附加的保险措施，与焊缝21相隔一定距离地在盖板5a与固定板20之间设密封元件22。
冷却介质进口10a或冷却介质出口11a仍通过管接头13a、14a实现，它们固定在固定板20的背面23上。
在图5至7的实施形式范围内，冷却元件1b只有唯一的一个连续的冷却介质通道系统25，在这里，冷却介质进口10b和冷却介质出口11b设在冷却元件1b的中部。在这种实施形式中，通道系统25在流动技术方面设计得特别有利，因为直的纵向段24、26、27通过圆弧段28互相连接。
冷却元件1b仍包括一块堆焊在冷却板3b上的盖板5b，这两者均被冷却介质通道系统25通过。固定板20b从背面封闭此冷却介质通道系统25，并仍设有用于冷却介质进口10b或冷却介质出口11b的管接头13b、14b。在固定板20b的中部和下部高度区内，在其背面23b焊有钩形紧固件15b，冷却元件1b可借助它们固定在竖炉或熔炼炉的壁上。
图7放大表示图6的局部Z。堆焊在冷却板3b上的盖板5b通过焊缝21b沿边缘与固定板20b焊接。在盖板5b背面12b的槽29内装有一个与固定板20b接触的密封元件22。
图8表示形式上为所谓的接触夹钳的冷却元件30，它们是固定圆柱形电极31的电极座32整体的组成部分。在这里，电极座32及有关的支承装置33只有示意地表示。冷却元件30设计成圆柱外套状并与电极31接触。冷却元件30被冷却介质通道34通过，它们设有虚线表示的冷却介质进口35和冷却介质出口36。冷却介质通道34加工在与电极31接触的冷却板37内并用盖板38封闭。
显然，在这种实施形式中也可设置附加的固定板40，如按图3至7所示实施形式中建议的那样。因此，由冷却介质通道34构成的通道系统39也通过盖板38并被固定板40封闭。
权利要求
1．竖炉和熔炼炉用的冷却元件，它包括一铜或铜合金制的冷却板(3、3a、3b)和一与冷却板(3、3a、3b)通过材料连接的盖板(5、5a、5b)，在冷却板(3、3a、3b)内设有冷却介质通道(6、7；6a；7a；24)用于构成带至少一个冷却介质进口(10、10a、10b)和至少一个冷却介质出口(11、11a、11b)的连续的通道系统(8、9；8a、9a；25)，其特征为盖板(5、5a、5b)用钢或合金钢制，并通过加压与冷却板(3、3a、3b)不可拆地连接。
2．作为固定电极(31)的支承装置(33)电极座(32)整体的一个组成部分的电熔炼炉冷却元件，它包括一铜或铜合金制的接触电极(31)的冷却板(37)和一与冷却板(37)通过材料连接的盖板(38)，在冷却板(37)内设有冷却介质通道(34)用于构成带至少一个冷却介质进口(35)和至少一个冷却介质出口(36)的连续的通道系统(39)，其特征为盖板(38)用钢或合金钢制，并通过加压与冷却板(37)不可拆地连接。
3．按照权利要求1或2所述的冷却元件，其特征为盖板(5、5a、5b；38)通过爆炸堆焊与冷却板(3、3a、3b；37)连接。
4．按照权利要求1至3之一所述的冷却元件，其特征为冷却介质通道(6、7；6a、7a；24；34)通过材料的机械切削加工在冷却板(3、3a、3b；37)和/或盖板(5、5a、5b；38)内。
5．按照权利要求1至4之一所述的冷却元件，其特征为在盖板(5a、5b、38)背对冷却板(3a、3b、37)的那一侧(12a、12b)设一固定板(20、20b、40)，它与盖板(5a、5b、37)通过材料连接。
6．按照权利要求5所述的冷却元件，其特征为固定板(20、20b、40)与盖板(5a、5b、38)焊接。
7．按照权利要求5或6所述的冷却元件，其特征为固定板(20、20b、40)用钢或合金钢制。
8．按照权利要求5至7之一所述的冷却元件，其特征为在固定板(20、20b、40)与盖板(5a、5b、38)之间装入密封元件(22)。
9．按照权利要求1至8之一所述的冷却元件，其特征为冷却介质进口(10、10a、10b；35)和冷却介质出口(11、11a、11b；36)包括钢或合金钢制的管接头(13、13a、13b、14、14a、14b)。
10．按照权利要求9所述的冷却元件，其特征为管接头(13、13a、13b、14、14a、14b)与盖板(5、5a、5b、38)或固定板(20、20b、40)焊接。
11．按照权利要求9所述的冷却元件，其特征为管接头(13、13a、13b、14、14a、14b)与盖板(5、5a、5b、38)和/或固定板(20、20b、40)通过螺纹旋接。
全文摘要
本发明涉及用于竖炉和熔炼炉以及用于电熔炼炉固定电极的支承装置电极座的冷却元件(1a)。在冷却元件(1a)内部的铜或铜合金制冷却板(3a)内延伸冷却介质通道(6a),它为了构成连续的通道系统设有冷却介质进口(10a)和冷却介质出口(11a)。钢或合金钢制的盖板(5a)通过加压与冷却板(3a)不可拆地连接。此外,一钢或合金钢制的固定板(20)与盖板(5a)焊接并覆盖冷却介质通道(6a)。
文档编号H05B7/12GK1285498SQ0012416
公开日2001年2月28日 申请日期2000年8月18日 优先权日1999年8月18日
发明者托马斯·罗尔夫 申请人:Km欧洲钢铁股份有限公司