[實(shí)用新型]高溫冶煉爐用新型結(jié)構(gòu)銅冷卻器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720772016.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN207006879U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李立鴻;盧博研;沈大偉;吳博偉;陳名炯;吳淵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 汕頭華興冶金設(shè)備股份有限公司
• 主分類號(hào): F27D9/00
• 分類號(hào): F27D9/00
• 代理公司: 汕頭市潮睿專利事務(wù)有限公司44230
• 代理人: 郭曉剛,朱明華

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種高溫冶煉爐的冷卻設(shè)備，特別涉及一種高溫冶煉爐用新型結(jié)構(gòu)銅冷卻器。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代鋼鐵及有色金屬冶煉工藝和裝備技術(shù)的發(fā)展，高溫冶煉爐追求大型化、高效化、長(zhǎng)壽化等多方面綜合效益，對(duì)冶煉爐體冷卻器的傳熱性能和使用壽命提出了更高的要求。其中，埋管鑄造式的銅冷卻器（包括水冷壁、銅水套等設(shè)備）是高溫冶煉爐體冷卻系統(tǒng)中的重要組成部分。

傳統(tǒng)埋管鑄造式冷卻器采用的預(yù)埋水管大多為銅管或鋼管，截面為規(guī)則圓形或規(guī)則橢圓形，再將預(yù)埋水管和冷卻器本體澆鑄成一體。如圖7所示，從對(duì)流換熱的角度分析，截面為規(guī)則圓形或規(guī)則橢圓形的預(yù)埋水管由于流體質(zhì)點(diǎn)只在流動(dòng)方向上作一維運(yùn)動(dòng)，在傳熱方向上無質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)主要依靠熱傳導(dǎo)方式來進(jìn)行熱量傳遞。這種層流流動(dòng)的方式傳熱效果差。由于各廠家的鑄造工藝參數(shù)不同及其他綜合因素的影響，鑄造質(zhì)量好壞參差不齊，普遍存在的技術(shù)問題：

（1）冷卻器本體與預(yù)埋銅水管之間的融合程度不高，普遍存在氣隙問題，從而影響冷卻器的導(dǎo)熱效果和使用壽命；

（2）換熱效果有限，無法滿足局部高溫環(huán)境或瞬間高溫條件的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的問題是提供一種高溫冶煉爐用新型結(jié)構(gòu)銅冷卻器，它通過改變預(yù)埋水管的結(jié)構(gòu)，既提高預(yù)埋水管內(nèi)壁的換熱表面積，又改變預(yù)埋水管內(nèi)壁水流的流動(dòng)方式，強(qiáng)化銅冷卻器的換熱效果，并且又增強(qiáng)冷卻器本體與預(yù)埋水管的融合程度，優(yōu)化銅冷卻器整體的換熱效果。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種高溫冶煉爐用新型結(jié)構(gòu)銅冷卻器，包括冷卻器本體，其特征是：所述冷卻器本體內(nèi)部設(shè)有至少一個(gè)預(yù)埋水管，所述預(yù)埋水管的橫截面呈橢圓形，并且所述預(yù)埋水管被扭曲成麻花狀，所述預(yù)埋水管分為多個(gè)螺旋水管單元；各所述螺旋水管單元的螺距相同。

上述結(jié)構(gòu)中，將截面為規(guī)則橢圓形的預(yù)埋水管按照一個(gè)方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)成螺旋橢圓形預(yù)埋水管，這種螺旋橢圓形類似于麻花狀；所述預(yù)埋水管被扭曲成麻花狀,每個(gè)螺旋水管單元的螺距相同，根據(jù)每種預(yù)埋水管結(jié)構(gòu)不同，它們的螺距不用是固定數(shù)值，它們的螺距取決于預(yù)埋水管在扭曲時(shí)的程度而定，扭得強(qiáng)度大些螺距就小，這樣的設(shè)計(jì)能夠提高預(yù)埋水管的換熱表面積；通過對(duì)比傳統(tǒng)的預(yù)埋水管，在相同截面積的前提下，截面為橢圓形的預(yù)埋水管表面積比截面為圓形的預(yù)埋水管表面積大很多，因此這種螺旋橢圓形預(yù)埋水管大大增加了預(yù)埋水管內(nèi)壁與冷卻水的接觸面積，提高預(yù)埋水管內(nèi)壁的換熱表面積，強(qiáng)化銅冷卻器的換熱效果；各所述螺旋水管管內(nèi)獨(dú)有的螺旋流道使流體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生縱向旋轉(zhuǎn)和二次旋流，這種螺旋擾流作用增加了流體的擾動(dòng)程度，減薄了傳熱邊界層，增強(qiáng)了流體的混合，這種混合使得管壁附近保持較高的溫度梯度，極大的提高了傳熱系數(shù)。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述預(yù)埋水管包括進(jìn)水口和出水口。這種預(yù)埋水管利用冷卻水從進(jìn)水口流入到出水口流出，形成循環(huán)水路，有利于降低冷卻器本體的溫度。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述預(yù)埋水管外壁與冷卻器本體相貼合。通過這種設(shè)置減少冷卻器本體與預(yù)埋水管之間的氣隙，增強(qiáng)冷卻器本體與預(yù)埋水管的融合程度，優(yōu)化銅冷卻器整體的換熱效果。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述冷卻器本體內(nèi)部分布至少一層預(yù)埋水管組，所述一層預(yù)埋水管組由多個(gè)預(yù)埋水管并列排布組成?，F(xiàn)有銅冷卻器多數(shù)是鋪設(shè)一層預(yù)埋水管組，通過在冷卻器本體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)預(yù)埋水管，大大增加了冷卻器本體與預(yù)埋水管的接觸面積，提高冷卻器本體的換熱表面積，強(qiáng)化銅冷卻器的換熱效果；而且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況需求和冷卻器本體壁厚情況而定，在冷卻器本體內(nèi)部也可鋪設(shè)兩層或多層預(yù)埋水管組。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述預(yù)埋水管內(nèi)壁的水流呈現(xiàn)湍流的流動(dòng)方式。流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分幾種形態(tài)：層流、過渡態(tài)和湍流，其中判別流動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)為雷諾數(shù)(Re)。按照雷諾數(shù)(Re)的大小比較流體各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系數(shù)：Re<2000為層流；2000<Re<4000 為過渡態(tài)； Re>4000為湍流。在較小的Re數(shù)下，流動(dòng)為層流，流體各質(zhì)點(diǎn)間互不混摻；隨著Re數(shù)的增大，層流逐漸失去穩(wěn)定性，進(jìn)而轉(zhuǎn)披為湍流。在湍流狀態(tài)下，流體各質(zhì)點(diǎn)相互混摻，發(fā)生動(dòng)量和熱量的交換。因此，預(yù)埋水管采用螺旋橢圓形結(jié)構(gòu)，預(yù)埋水管內(nèi)壁的水流呈現(xiàn)湍流的流動(dòng)方式，傳熱主要以對(duì)流方式進(jìn)行，質(zhì)點(diǎn)相互混合交換熱量，進(jìn)一步提高預(yù)埋水管的換熱效果。