一种新型铜冷却板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种新型铜冷却板，其特征是：包括铜冷却板本体和盖板，铜冷却板本体上设有至少一条通水槽，通水槽的槽口开口于铜冷却板本体的侧壁上，盖板安装在通水槽的槽口上并且将通水槽的槽口封盖，并且盖板与铜冷却板本体的侧壁焊接，通水槽的内壁和盖板共同围成冷却通道；冷却通道由多个通道段组成，最接近铜冷却板本体热面的通道段为热面通道段，热面通道段的内部设有扰流结构。本发明专利技术还提供上述新型铜冷却板的一种制造方法。这种新型铜冷却板在热面通道段的内部增设扰流结构，能够减少冷却流体的边界层，提高了整个冷却通道的换热性能，提高了铜冷却板的冷却强度，延长了铜冷却板的使用寿命。

A New Copper Cooling Plate and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种新型铜冷却板及其制造方法
本专利技术涉及高温冶炼炉领域，特别涉及一种新型铜冷却板及其制造方法。
技术介绍
铜冷却板广泛应用于高炉、电弧炉、矿热炉等高温冶炼炉炉体，通过带走炉体耐材热量，保证冶炼炉长时间正常作业。例如高炉炉体的工作温度很高，局部温度能达到1600摄氏度以上。而常规高炉除了采用铜冷却壁，部分也采用铜冷却板。铜冷却板通过冷却水换热方式，带走多余热量，及时在炉内形成渣皮，延长了高炉使用寿命。但是工作过程中避免不了受到炉料和铁水对铜冷却板热面的冲刷。现有的铜冷却板（如图1所示），以铸造工艺为主，一般含铜量≥99.5%，允许工作温度为150℃，密度为8.4g/cm³，抗拉强度只有170MPa，硬度为35-45HB，换热系数为340W/(m·K)，容易产生气孔、疏松和裂纹等缺陷，使得铜冷却板热面的有效厚度得不到保障，经过一段时间使用，受到磨损或烧损后容易暴露铸造缺陷，严重时短时间就造成漏水而失效。现有的铜冷却板也有采用埋管方式铸造的，像已经获得授权的中国技术专利“CN201520920274.2”中，公开了一种高炉多管强化冷却板，由铜板壁、耐磨合金衬板、水冷管及含镍耐热肋筋组成；在四块铜板壁框架的上下两面分别焊接有耐磨合金衬板，形成一中空的扁箱体，扁箱体内均布有至少4根通有工业水或软水的“U”形水冷管。这种高炉多管强化冷却板一般含铜量≥99.5%，换热系数为320W/(m·K)，且“U”形水冷管与冷却板之间难以形成冶金结合，在传热过程会存在气隙热阻，冷却强度降低，冷却板表面热量聚集，导致耐磨合金衬板的硬度和耐磨性降低，缩短了使用寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种新型铜冷却板及其制造方法，这种新型铜冷却板冷却强度高，使用寿命长。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种新型铜冷却板，其特征是：包括铜冷却板本体和盖板，铜冷却板本体上设有至少一条通水槽，通水槽的槽口开口于铜冷却板本体的侧壁上，盖板安装在通水槽的槽口上并且将通水槽的槽口封盖，并且盖板与铜冷却板本体的侧壁焊接，通水槽的内壁和盖板共同围成冷却通道；冷却通道由多个通道段组成，最接近铜冷却板本体热面的通道段为热面通道段，热面通道段的内部设有扰流结构。通常，上述铜冷却板本体朝向高温冶炼炉炉腔的一面为热面，背向高温冶炼炉炉腔的一面为冷面。上述冷却通道的进水口和出水口一般设置在铜冷却板本体的冷面上。通常，上述热面通道段通常为直线形通道段并且平行于铜冷却板本体热面。上述铜冷却板本体通过机加工（如铣削）去除材料或者增材制造的方式在铜冷却板本体侧壁得到所需要的通水槽，或者采用锻造加工方式形成通水槽；接着通过机加工（如铣削）或者增材制造的方式制得所需要的盖板，最后将盖板安装在通水槽的槽口上并且将通水槽的槽口封盖，此时通水槽的内壁与盖板之间构成一冷却通道，使冷却流体能够在冷却通道中通行。采用在铜冷却板本体侧面加工通水槽后封盖盖板的方式形成冷却通道，可采用铣削等机械加工方式或增材制造的方式在铜冷却板本体形成通水槽，通水槽加工更为方便，且其路线和横截面形状可根据需要灵活设置，从而形成所需路线和横截面形状的冷却通道。在保证刀具可达性的情况下，冷却通道的截面形状多样（如半圆型，矩形，三角形、长圆形、抛物线型等），实现不同位置、不同应用部位对冷却强度的需求。上述扰流结构能够起到扰流作用。在热面通道段的内部增设扰流结构，能够减少冷却流体的边界层，提高了整个冷却通道的换热性能，提高了铜冷却板的冷却强度，延长了铜冷却板的使用寿命。一种具体方案中，所述扰流结构包括沿热面通道段的长度方向依次排列的多个凸起，凸起设于热面通道段内壁，相邻两个凸起之间设有凹槽。也就是说，扰流结构由交替排列的凸起和凹槽组成。上述各个凸起或各个凹槽连接形成波浪形结构、锯齿形结构或者齿条形结构。热面通道段的通流截面出现突变（若设置凸起，则在凸起所在处通流截面突然变小；若设置凹槽，则在凹槽所在处通流截面突然变大），迫使冷却流体的流速（流速包含冷却流体运动速度的大小及方向）发生改变，此时边界层厚度几乎为零，冷却流体可直接与热面通道段内壁对流换热，起到强化冷却的效果。因而，这种扰流结构能够减小边界层的厚度，提高热面通道段内壁的冷却强度。相对于铸造铜冷却板，由于铸造工艺需要脱模，铸造铜冷却板难以铸造出扰流结构；在铜冷却板本体一侧壁上通过机加工或者增材制造的方式加工通水槽的同时，或者在加工盖板的同时，可在通水槽内壁或盖板内壁上制成凸起和凹槽，凸起和凹槽的加工较为方便。优选上述各个凸起或各个凹槽处于所述通水槽的内壁上。上述各个凸起或各个凹槽也可处于所述盖板上。由于冷却通道是由通水槽的内壁和盖板共同围成，因而，各个凸起或各个凹槽既可以处于通水槽的内壁上，也可以处于盖板上。另一种具体方案中，所述扰流结构包括沿热面通道段的长度方向依次排列的多个扰流柱，各个扰流柱的一端安装在所述热面通道段的内壁上，并且各个扰流柱处于热面通道段中。上述扰流柱的形状为圆柱型或棱柱型。上述扰流柱能够使热面通道段的通流截面出现突变（扰流柱外壁与热面通道段内壁之间的通流截面突然变小；相邻两个扰流柱之间的位置的通流截面突然变大），迫使冷却流体的流速（流速包含冷却流体运动速度的大小及方向）发生改变，此时边界层厚度几乎为零，冷却流体可直接与扰流柱外壁、热面通道段内壁对流换热，起到强化冷却的效果。因而，这种扰流结构能够减小边界层的厚度，提高热面通道段内壁的冷却强度。优选上述各个扰流柱的一端通过氩弧焊或者螺柱焊焊接在所述热面通道段的内壁上。更优选上述各个扰流柱的一端处于所述通水槽的内壁上或所述盖板上。优选上述各个扰流柱的一端均设有外螺纹，所述热面通道段的内壁上设有多个螺孔，各个扰流柱的一端安装在相应螺孔中。优选方案中，上述热面通道段的通流面积比所述冷却通道其他通道段的通流面积小，由于冷却流体的不可压缩性，在同等流量的情况下，通流面积小的位置的流速比其他通流面积大的位置高，可提高对热面的冷却强度。一种优选方案中，上述铜冷却板本体采用压延铜板构成。采用压延铜板构成铜冷却板本体，使铜冷却板本体具有较高的允许工作温度，材质致密，整体强度较高，换热系数较高，从而使铜冷却板冷却强度高，使用寿命长。另一种优选方案中，上述铜冷却板本体采用锻造铜板构成。上述铜冷却板本体采用锻造加工方式制成，相对于铸造铜冷却板，这种锻造铜冷却板的允许工作温度达到250℃，提高了67%；锻造铜冷却板的密度为8.93g/cm³，材质致密，杜绝了穿透性裂纹等导致漏水的问题；锻造铜冷却板的抗拉强度约为190MPa，整体强度提高了11.7%，如铜冷却板本体采用铜铬合金来锻造，其抗拉强度能提高到320MPa，整体强度提高88.2%以上；锻造铜冷却板的硬度从35-45HB提高到60HB及以上，从而提高了耐磨性；锻造铜冷却板的换热系数为380W/(m·K)，相比铸造铜冷却板及埋管铸造铜冷却板，分别提高19%和12%。这种新型铜冷却板的制造工艺简单，铜冷却板本体材质致密，无气孔、疏松和裂纹等缺陷，提高铜冷却板本体的机械强度。根据高炉不同部位对铜冷却板的机械强度和冷却强度的需求不同，上述铜冷却板本体和盖板的材质均为无氧铜或者铜合金（如铜铬合金、铜铬锆合金或铜银合金），例如：如果需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型铜冷却板，其特征是：包括铜冷却板本体和盖板，铜冷却板本体上设有至少一条通水槽，通水槽的槽口开口于铜冷却板本体的侧壁上，盖板安装在通水槽的槽口上并且将通水槽的槽口封盖，并且盖板与铜冷却板本体的侧壁焊接，通水槽的内壁和盖板共同围成冷却通道；冷却通道由多个通道段组成，最接近铜冷却板本体热面的通道段为热面通道段，热面通道段的内部设有扰流结构。

【技术特征摘要】
1.一种新型铜冷却板，其特征是：包括铜冷却板本体和盖板，铜冷却板本体上设有至少一条通水槽，通水槽的槽口开口于铜冷却板本体的侧壁上，盖板安装在通水槽的槽口上并且将通水槽的槽口封盖，并且盖板与铜冷却板本体的侧壁焊接，通水槽的内壁和盖板共同围成冷却通道；冷却通道由多个通道段组成，最接近铜冷却板本体热面的通道段为热面通道段，热面通道段的内部设有扰流结构。2.如权利要求1所述的新型铜冷却板，其特征是：所述扰流结构包括沿热面通道段的长度方向依次排列的多个凸起，凸起设于热面通道段内壁，相邻两个凸起之间设有凹槽。3.如权利要求1所述的新型铜冷却板，其特征是：所述扰流结构包括沿热面通道段的长度方向依次排列的多个扰流柱，各个扰流柱的一端安装在所述热面通道段的内壁上，并且各个扰流柱处于热面通道段中。4.如权利要求1所述的新型铜冷却板，其特征是：所述热面通道段的通流面积比所述冷却通道其他通道段的通流面积小。5.如权利要求1所述的新型铜冷却板，其特征是：所述铜冷却板本体采用压延铜板或者锻造铜板构成。6.如权利要求1所述的新型铜冷却板，其特征是：所述盖板的边沿通过氩弧焊或搅拌摩擦焊与所述铜冷却板本体的侧壁焊接。7.如权利要求6所述的新型铜冷却板，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立鸿，佘京鹏，沈大伟，吴捷，
申请(专利权)人：汕头华兴冶金设备股份有限公司，汕头华兴饶平铜业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44