[發明專利]制造用于冶金反應爐熔融區的復合冷卻件的方法及用該方法制成的復合冷卻件

有效

• 申請號: 00808076.3
• 申請日: 2000-05-12
• 公開（公告）號: CN1354801A
• 公開（公告）日: 2002-06-19
• 發明（設計）人: 伊爾卡·科約;里斯托·薩里寧;阿里·約基拉克索
• 申請（專利權）人: 奧托庫姆普聯合股份公司
• 主分類號: C21B7/10
• 分類號: C21B7/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 鄭修哲

本發明涉及制造用于冶金反應爐熔融區的復合冷卻件的方法，由此，通過利用銅鑄而使陶瓷襯部彼此相連并與此同時形成在襯板后配設有冷卻水槽的銅板而制成了該冷卻件，本發明也涉及通過該方法制成的復合冷卻件。

通過水冷冷卻件來保護火法冶金過程中的反應爐的耐火性，從而由于受到冷卻，涌向耐火表面的熱量通過冷卻件被轉移給水，這樣一來，與不接受冷卻的反應爐相比，襯板磨損明顯減小。通過冷卻效果造成了減小磨損，這導致了所謂自生耐火襯的產生，它固定在耐火襯表面上并且由渣和其它從熔融相中沉淀出來的物質構成。

過去，冷卻件是按照以下三種方式制造的。首先，通過砂模鑄造加工部件，其中在砂型模中安裝了由導熱性強的材料如銅構成的冷卻管并且在鑄造過程中繞著管地用空氣或水進行冷卻。繞管鑄造的部件也由導熱性強的材料且優選是銅構成。這種制造方法例如在專利GB1386645中描述了。這種方法的一個問題就是起冷卻槽作用的管被不均勻地連接在其周圍的鑄造材料中。其中一些管其周圍可能完全沒有鑄造部件，管的局部可以完全熔化并與部件熔合。如果在冷卻管與其周圍的鑄造部件其余部分之間產生金屬結合，則傳熱將是有效的。如果管完全熔化，這將防止冷卻水流動。這個方法的優點是制造成本較低并且與尺寸無關。

上述類型的另一種冷卻件制造方法是通過砂模鑄造加工部件，其冷卻管由除銅外的一些材料構成。圍繞管地在砂床上鑄造銅，隨后通過過度加熱鑄銅而在銅與管之間獲得了良好接觸。但是，通常該管的導熱性只是純銅導熱性的5％-10％。這減弱了尤其是在動態環境下的冷卻件的冷卻能力。

US4382585描述了另一種更常使用的冷卻件制造方法，根據這種方法，冷卻件例如由軋制或鍛造銅板并在板中車出所需的槽而制成。如此制造的部件的優點是其密實堅固的結構、從冷卻件到冷卻介質如水的良好導熱性。其缺點是尺寸有限且成本高。

用上述方法加工的冷卻件的最大弱點就是，很難在裝配階段中在保護用陶瓷爐襯(耐火襯)和冷卻件之間獲得良好接觸。這意味著，冷卻件對陶瓷襯的保護效果在很大程度上依賴于裝配成功，通常，不可能充分利用冷卻件的冷卻能力。

現在研究出了一種方法，通過這個方法，在冶金反應爐的陶瓷襯與后面的配備有冷卻水管的銅板之間產生了固定的金屬接觸，從而共同形成復合冷卻件。當陶瓷襯部如耐火磚通過在磚之間注入銅液并同時在陶瓷構成的表面后鑄造銅板而彼此連接時，這種效果最佳。后部銅板裝配有水冷槽，優選為雙槽。本發明也涉及復合冷卻件本身，它具有由陶瓷磚構成的表面部，在所述陶瓷磚之間注入了導熱性強的銅，在這里，同時在表面部后鑄造出一塊配設有冷卻水槽的銅板。在后續權利要求書中，實質特征將變得一清二楚。

實際上，冷卻件是如此形成的，即圍繞著燒制陶瓷磚鑄造銅，從而在鑄造時大量地形成了陶瓷砌磚并且產生了與鑄銅的良好接觸。由于銅的導熱性強，所以銅接縫對砌磚的保護效果是有效的。為了不進行無用地傳遞熱，盡可能地使砌磚之間的銅接縫窄，由于技術上的原因，它最好是0.5-2厘米厚。如果接縫較厚，則它們將從爐中把太多熱量散發到冷卻介質中，不用說，這增加了熱損和運行成本。占陶瓷襯的冷卻件表面部(進入反應爐內的部分)中的優選銅量最多為表面面積的30％，即連接材料數量不應該過多，因為添加連接材料不是為了增加總的熱損，而是要保護砌磚。

適用于鑄造的燒制磚被用作陶瓷襯材即磚材，因為它們通常具有良好的耐冶金熔液的性能。銅屬于導電性強且最好是高于85％IACS的材料等級，因為這直接依賴于銅的導電和導熱性。

當連接磚時，在陶瓷襯后面鑄造出一塊其中加工出冷卻水槽的銅板。在由銅板構成的冷卻件后部中，水槽如通過鉆孔而如此被制成雙管道槽形狀，即首先鉆孔出外管道，其管壁形狀能夠增加傳熱表面。一個較細的內管道被安放在外管道中，水通過這個內管道被送往冷卻件并且經過異型外管道被輸出。利用在管內表面上的異形結構如槽、凹槽、螺紋等，與光滑表面相比，可以兩倍之多地增大管壁的傳熱表面。

如此在傳熱件中形成槽，即在槽之間存在最大為0.5-1.5倍的槽徑的距離并且因此是冷卻件的一個固定部分。如果槽靠的比較緊密，則得不到好處，因為沒有有效地利用槽背面的傳熱表面并且這種結構的強度被減弱。另一方面，如果槽分隔較遠，則無法最大化利用傳熱表面，因而減弱了冷卻能力。