[发明专利]用于冶金炉的立式冷却板

说明书

技术领域

本发明通常涉及用于熔炉的冷却设备，更具体地涉及在冶金炉中使用的立式冷却板。本发明涉及旨在特别地（但不限于）在竖炉中（尤其在用于生铁生产的鼓风炉中）使用的立式冷却板。

背景技术

立式冷却板（也叫做“板式冷却器”、“冷却板”或简单地叫做“立式板”）已在鼓风炉中使用数十年，其用于保护炉护板。立式冷却板布置于炉护板（即，炉壳）的内部上，并典型地具有与炉子的冷却系统连接的内部冷却剂管道。冷却剂管道通常由分开的铸造（cast-in）冷却剂管形成，或由钻入的或铸造的内部通道形成以减小界面处的热阻。“热表面”（即，面向炉子内部的立式板表面）典型地涂有耐热材料，以将立式板与加工环境隔离。立式板冷却的最初目的是，耐热材料会磨损并且理论上立式板可在热表面上没有耐热材料的情况下工作。然而，此情况将使立式板受到由于加工环境而引起的相当大的磨损，并最终导致故障，即使立式板的冷却促进在热表面上形成保护层（“棚料（scaffold）”）。

最初最广泛使用的是具有铸铁板体的立式冷却板，现在仍是一样。更近一些，已经提出并成功使用了具有由铜或钢制成的板体的立式冷却板。虽然铜立式冷却板通常具有比铸铁或钢立式冷却板好得多的导热性，但是前者的耐磨性比后者小得多。因此，对立式冷却板在其中受到非常大的机械应力的炉区无法简单地装配铜立式冷却板。此外，铜立式冷却板通常比铸铁立式冷却板贵。

由于其更高的导热性，现在在炉子的下部区域中，在炉腰和炉腹中主要使用铜板，在这些地方，一定会施加更高的热负载，并且，非常希望形成保护性的“棚料”。另一方面，铸铁（或钢）立式板通常被证明在如今的高负载炉子的下部区域中不能充分导热，在所述下部区域一定会施加非常高的热负载。然而，铸铁（或钢）立式板具有比铜立式板更高的机械耐磨性。事实上，在铜立式板的耐热涂层或保护性棚料不完整的情况中，铜立式板会被磨损性的未减少的负荷严重损坏。此外，铜立式板由于不平均的热负载而更易于变形，这种变形会增加损坏立式板的危险。

如将理解的，不管立式板由铜还是黑色金属制成，立式板的机械损坏都可能导致其内在的内部冷却剂通道破裂。由于由泄漏入高温炉内部的冷却液而产生的爆炸性氢气的形成，这种破裂导致相当大的爆炸危险。在这种泄漏出现至不可接受的程度的情况下，由于在操作过程中不能更换立式冷却板，所以必须执行炉子运转的非常昂贵的中断。

在减小冷却剂泄漏入炉子的可能性以及最小化相关危险和成本的尝试中，美国专利申请2008/0111287提出了一种改进的立式板设计，其中，立式板没有通常的内部冷却剂通道（与冷却回路连接）。与传统的立式板相反，US 2008/0111287提出安装从立式板板体的内部延伸至炉壳外部的散热器的热管设备，其中，热管与冷却剂回路安全地连接。因此，在这种立式板中，将热管的冷凝端部分布置在炉壳外部，同时仅将热管的蒸发端部分布置在立式板的板体内。德国早期公开No.DE 2804282、日本专利申请No.JP 54050477和苏联发明人证书SU 499300中提出了相似的设计。如将指出的，与传统的立式板相比，后者设计在立式板内部完全没有冷却回路的冷却水通道。虽然这些设计由此相当程度上降低了由于漏水而引起的“氢气爆炸”的危险，并且，虽然其可能提供相似的或甚至改进的除热能力，但是，其主要缺点在于，需要很大程度地修改已有冷却回路基础结构和炉壳。换句话说，上述设计并不易于适合于改造已有鼓风炉，即不适于在没有额外安装成本的情况下在已有炉子处就地安装。

国际专利申请No.WO 80/01000和美国专利No.4,561,639，以及，类似地，国际专利申请No.WO 80/01201中提出了减小冷却水进入炉子内部的危险的类似方法。

根据WO 80/01000和US 4,561,639的立式板设计还包括由金属材料制成的板体，其前表面面向炉子的内部。与之前设计相反，并且以与传统的立式冷却板相似的方式，这些立式板在板体内仍包括内部冷却剂（冷却水）通道，所述通道以典型的方式连接至炉子冷却回路。然而，作为传统立式板的改进，将一组热管与冷却剂通道相连，热管布置于板体中以改进从前表面（“热表面”）至内部冷却剂通道的热传递。因此，改进了导热性，从而降低机械故障的危险。此外，如果是一些不安全的冷却介质，热管的承受能力更差，从而热管比冷却剂通道更容易产生机械故障。虽然热管允许简单的改进并与已有冷却剂回路连接，但是，根据WO 80/01000或US4,561,639的设计仍存在较大的冷却剂泄漏的危险。

技术问题