用于冶金炉的冷却板及制造该冷却板的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于冶金炉的冷却板（１０），它包括用黑色金属制成的铸铁冷却板体（１２）和至少一根浇铸在冷却板体（１２）内的钢冷却管道（２０）。在冷却板体（１２）中的钢冷却管道（２０）的外表面上的金属套（２６）厚度在毫米级范围，金属套（２６）用由铜、铜合金、镍和镍合金组成的组中选择的金属制成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种。
技术介绍
冷却板，也称为“立冷壁(staves)”已在鼓风炉中应用了数百年。这些冷却板设置在炉护板(furnace armour)内侧并具有与炉的冷却系统相连的内部冷却剂管道。面对炉内部的冷却板的表面可衬有耐火材料。可以用多种各不相同的方法制造这类冷却板。第一种方法是，用于铸造冷却板体的铸模设有一个或多个用于形成内部冷却剂管道的砂芯。然后将液态铸铁浇注到铸模中。该方法的缺点是很难清除冷却管道的铸砂，和/或铸铁的冷却管道经常被成型得不合适，并且冷却管道常常不够坚固。为了克服上述缺点，有人曾建议在铸模中设置预成型钢管，并将液态铸铁浇注到钢管周围。但是，这些冷却板仍不能令人满意。实际上，由于碳从铸铁渗到钢管内，所以钢管变脆，并可能出现裂纹。冷却管与冷却板体之间的接触也可能造成冷却板体内的裂纹，而造成裂纹的最可能的原因是两种材料的热膨胀系数不同。为了避免在钢制冷却管和冷却板体中出现这种裂纹，DE-A-2128827号文件建议设置具有金属氧化涂层的预成型钢管，以防止铸铁和钢管之间渗碳和冶金接合。事实上，正如上面提到的，由于这些层不能防止渗碳，所以DE-A-2128827提供一种代替现有冷却板的替代物，其中钢管涂覆有石墨或铝，或覆以铜或锡。当然，还有一种建议是在钢管上涂覆金属氧化物涂层，这种建议也不能令人满意。铸造的结果使涂层消失，并在钢管和冷却板体之间形成小的空气间隙，从而使管和板体能独立地扩张。遗憾的是，由于小空气间隙有隔热效果，所以这些冷却板都具有传热系数低的缺陷。US 4,150,818号文件涉及一种用于冶金炉的冷却板，它包括铸造冷却板体，其中的钢制冷却管的涂层为两层的复合层，即与钢管接触的金属层和在其上面的稳定的金属氧化层。金属层由从镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)和银(Ag)组成的组中选取的金属构成，可以选择单独的一种金属或包括两种或更多种金属。金属层的厚度在40至100μm的范围内，金属氧化层的厚度在30至100μm的范围内，两层的最大总厚度为200μm。尽管金属层确实避免了钢管渗碳，但特别是由于有对于热传导有不良影响的氧化层，所以这种冷却的立冷壁仍不能令人满意。现已研制出了替代铸铁冷却板的铜冷却板。迄今，已有人建议了许多用于铜“立冷壁”的制造方法。起初是通过浇注到铸模内的方法生产铜冷却板，由铸模内的砂芯形成内部冷却剂管道。然而，这种方法在实践中被证明不是有效的，因为铸铜板常常具有空腔和气孔，这对冷却板的使用寿命具有极大的负面影响，并且很难从冷却管道上清除铸砂，和/或成型的铜制冷却管道不合适。GB-A-1571789号建议在用铸模浇铸冷却板时，用预成型的铜或优质钢制成的金属管盘管来取代砂芯。盘管在铸模中被整体地浇铸成冷却板体并形成螺旋冷却剂管道。该方法在实践中也被证明不是有效的，这主要是由于这种方法不能有效地防止铜中出现空腔和气孔。从DE-A-2907511中得知冷却板可用锻制或轧制铜锭制造冷却板。冷却剂管道是用机械钻孔方法在轧制铜锭上钻出的盲孔。这些冷却板可避免上述铸造缺陷，特别是，可有效消除板内的空腔和气孔。但遗憾的是，由于钻制冷却管道工序复杂、耗费时间且昂贵，所以这种冷却板的生产成本较高。WO-98/30345提出借助于连续铸模进行冷却板的预成型浇铸，其中将棒型件插入铸造管中生产出沿连续浇铸的方向延伸的管道，这些管道构成最终的冷却板中的冷却剂管道。尽管铜冷却板的导热性一般都比铸铁冷却板的导热性好得多，但其耐磨性要比后者低得多。因此，暴露在危险的机械应力的炉区的冷却板不能采用铜冷却板。此外，铜冷却板比铸铁冷却板贵得多。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种冷却板，这种冷却板很容易制造并且还具有较好的耐磨性和较低的传热阻力。本专利技术的此目的可通过如权利要求1所述的冷却板来实现。根据本专利技术，用于冶金炉的冷却板包括由黑色金属制成的铸造的冷却板体和至少一根浇铸在冷却板体内的钢冷却管。应理解到，应在冷却板体内的钢冷却管的外表面上设置一金属套。该金属套的厚度在毫米级范围并用由铜、铜合金、镍和镍合金组成的组中选择的金属制成。在本冷却板中，钢管受到较厚的金属套保护，可以认为，该套对渗碳起物理屏障的作用。换句话说，金属套的厚度使通常为铸铁的液态黑色金属中的碳不能进入钢冷却管。这与US 4,150,818的冷却板有重大差别，在该专利文件中用镍、钴、锰或银的金属层并用总厚度小于200μm的金属氧化层涂覆钢管，所选择的这些金属不能形成金属碳化物，即所述金属层对渗碳起化学屏障作用。此外，在本冷却板中，没有阻止钢管与铸铁之间进行焊接的氧化层，这意味着可避免出现气隙。事实上，金属套起着中间层的作用，这就避免了在钢冷却管与铸铁体之间进行焊接，并可吸收张力和应力。因此，金属套与钢管和铸铁体紧密接触。由于铜、镍和它们的合金具有较高的导热性，所以这对于热传递是相当有利的。不同材料之间的紧密接触和金属套的高导热性可确保从铸铁体向冷却管进行增强的热传递。值得注意的是，用铸造方法很容易制造这种冷却板。按照本专利技术的另一方面，提供了一种用于制造冶金炉的冷却板的方法，它包括如下步骤-提供至少一根上面带有金属套的钢冷却管，该金属套具有毫米级范围的厚度并用从由铜、铜合金、镍和镍合金组成的组中选择的金属制成；-提供一用于浇铸冷却板体的铸模；-在所述铸模中设置至少一根带所述金属套的冷却管；及-将液态黑色金属浇铸到所述至少一根带所述金属套的冷却管周围的铸模中。由于钢管能很方便地浇铸到冷却板体内，所以这种方法易于实施。对于加工来说，当阻力较大并且要求不小于100μm或200μm的金属层时(小于这一数值则非常容易损坏)，使用较厚的金属套非常方便。因此，使用较厚的层可确保在生产时对钢管进行适当的敷覆，并使加工简化。因此，由于有金属套，该金属套能确保从板体到冷却管的传热增强，所以本方法适用于生产具有提高了导热率的冷却板。再者，所获得的具有铁基板体的冷却板具有较好的耐磨性，因而提高了使用寿命，由此可降低冶金炉的维修费用。值得一提的是，铜和铜合金特别适于制作金属套。事实上，铜和铜合金与周围的材料、即钢和铸铁高度匹配，并具有较高的导热性。此外，应理解到，虽然铜的熔点(1083℃)比铸铁的铸造温度(通常在1200至1300℃之间)低，但使用较厚的铜套可避免其熔融在液态铸铁中。事实上，由于铜套较厚，所以它能快速吸收液态铸铁中的热，然后在不引起铜被洗出(washedout)(即再熔化并分散在铸铁中)的情况下使其固化，因而，金属套能用比周围材料的熔点低的金属或合金制成。此外，铜和铜合金具有比钢和铸铁更大的热膨胀系数，因而在运行中，铜套被挤压在钢管和铸铁体之间。因此可确保在冷却板内的不同材料之间非常良好的接触，从而可获得良好的热传递。可进一步理解到，与上面提到DE-A-2128827号的不能防止钢管渗碳的镀铜冷却管相比，本专利技术使用的较厚的铜套不仅能防止钢冷却管渗碳，而且还提供了能吸收钢管与铸铁体之间的机械应力的增强的热传递层。实际上，这种冷却板具有的“冷却效应”远大于(约两至三倍)具有涂覆金属氧化物的钢管的传统的铸铁立冷壁。优选金属套的厚度至少为2mm，且不大于20mm，更优选该厚度范围为5至10mm，最好该厚度约为7mm。最好通过浇铸的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冶金炉的冷却板（１０），包括：一用黑色金属制成的铸造的冷却板体（１２）；及至少一根浇铸在所述冷却板体（１２）内的钢冷却管道（２０）；其特征在于：在所述冷却板体（１２）中的所述钢冷却管道（２０）的外表面 上的金属套（２６）的厚度在毫米级范围，所述金属套（２６）用由从铜、铜合金、镍和镍合金组成的组中选择的金属制成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉里兹拉马尔，盖伊西伦，乔治斯拉塞尔，
申请(专利权)人：保尔沃特公司，
类型：发明
国别省市：LU[卢森堡]