高炉鼓风口冷却制造技术

一种冷却系统，包括铸型在工件中的蜿蜒流体通道，其具有精心控制的转弯半径和形状。单个相互交叉的隔板在冷却剂流动中等高，从而具有在它们的远端处变厚并然后变圆的壁。这些转弯处的外半径类似地变圆和控制，从而使得该冷却剂流动不会漩成涡流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及设备的气体和流体冷却，以及更具体地，涉及通过高炉鼓风口的蜿蜒冷却剂通道来消除高速冷却剂流动中的涡流的方法及设备。
技术介绍
在许多类型的工业设备和机械中都广泛地需要进行有效的冷却。如果不进行冷却以将操作温度保持在可接受的限值范围内，发动机、熔炉、以及其他设备会产生足够多的热量从而损坏其自身。可采取三种冷却或热传递模式热辐射、热传导、和热对流。普通的汽车和卡车使用通过水套和水箱循环的冷却剂，以将发动机的操作温度保持在200F度以下。通过对流在冷却剂中收集的过多热量通过水箱传递给吹出的空气。 流体和气体冷却器广泛地使用在冶金炉、用于熔化材料凝固的模具、燃烧器、喷 枪、电极夹具、铁冶炼高炉中的鼓风口强迫通风喷嘴等中。使用的最普通类型的冷却介质是强迫通风、循环水、普通油、以及合成油。冷却通道可通过钻孔、加工、或铸造而形成在金属块内。一种材料的冷却导管可铸造在第二类型材料内，或者通道可通过如在汽车发动机本体中传统的薄壁技术而铸造在内部。例如，铜镍导管可铸造在大块铜件中。当需要复杂的冷却方式时，不能使用钻孔的方式，因此钻孔被限制于具有直线形冷却通道的应用场合。导管的内铸造方法允许更加复杂的通道布置方式，但是采用导管能够获得的通道形状和布置方式受到导管尺寸、接合、弯曲以及焊接因素的限制。采用内铸造导管实施方式的冷却的有效性进一步地受到标准弯曲尺寸的限制。例如，在具有短半径180度回折的I英寸Schedule-40 (某特定标准)直径导管中，导管之间的中心到中心距离为该标称直径的两倍，或者两英寸。但是，该导管的内部直径仅为I. 049英寸，因此，如果导管被接合到铸件，那么，基于最小的中心到中心间距限制，冷却通道的宽度会小于本体的50%。导管的圆形横截面进一步降低了有效的冷却通道面积，从而降低了流动。矩形的横截面将会更好地填充可用的本体面积。完美的铸件可通过采用型芯或加工的方式来形成，以及典型的冷却通道最常采用在薄壁隔板上实现的蜿蜓结构。然而，这些简单的设计会使冷却剂流动在正好通过冷却剂在每个回路中的返回处时产生显著的涡流，并且，当冷却剂速度达到很高的水平时，该问题会被放大。当这些涡流变得明显时，冷却的一致性会受到严重的影响。因此，控制涡流是一种在不进行其他变化的情况下提高冷却器性能的方式。具有型芯水通道的冷却器可被制造为单独的块。但是，其会非常的复杂。在铸料灌入时，沙质型芯必须屹立在模具中以限定出水流通道。这一般地意味着必须在沙层中采用支撑杆。这些杆在随后的铸件中形成孔，这些孔随后必须要被塞紧或焊上。所谓的“密封性”是冷却器铸件中的关键所在。动态气体微流动测量可用于检测泄露流动路径或微通道的存在。其寻找并检测材料中的针孔。金属化气体或流体冷却件中的密封性可通过热加工或热锻造以精炼金属晶粒尺寸来得到提高。例如，通过热轧或热压等方式，铸件铜的平均颗粒尺寸可从大约10毫米减小到小于I毫米。然后，暴露的水流通道被铣磨到加工过部件的表面中。需要一个盖板或第二部件来完成该水流通道并完成该铣磨部件。具有圆形角部的矩形横截面冷却剂通道占据该部件中可用高度和宽度的更大一部分。这在采用型芯或加工冷却通道的铸件中是完全可能和实现的。这种方式形成的冷却器需要更少的金属，并且它们的冷却效率成比例地增加。冷却剂通道内的更大表面积可显著地增加可传输的热量。然而，传统铸件中流体冷却剂内的流动状态普遍地非常差。涡流倾向于在冷却剂流动由隔板端部折回处之后形成。由于冷却剂在小的圆周中无效地旋转，会形成过热点以及不能将任何吸收的热量带走。这些点处的热量会升高到足以使冷却剂沸腾，这会导致该部分以及连接管的故障。需要一种更好的隔板和通道设计，其能够消除低效率的涡流以及在快速流动冷却剂中产生的损失。
技术实现思路
简言之，本专利技术实施例的冷却系统包括精心控制的铸造或铣磨在工件中的蜿蜒冷却流体通道内的转弯半径及外形。单个地、相互交叉的隔板在冷却剂流动的平面内等高以具有多个壁，这些壁渐进地变厚并在它们的远端处变圆。这些转弯处的外部半径类似地被变圆及控制，从而使得冷却剂流动不会漩成涡流。 对本领域技术人员来说，在阅读下面的在多个附图中示出的优选实施例的详细描述之后，本专利技术的这些和其它目的及优点将会无疑地变得明显。附图说明图IA是沿着铸件内的蜿蜒冷却剂通道的基本平面得到的本专利技术冷却系统实施例的横截面图；图IB是沿着线1B-1B以及横切铸件内的蜿蜒冷却剂通道的基本平面得到的图IA的冷却系统的横截面图；图IC是沿着线1C-1C以及横切铸件内的蜿蜒冷却剂通道的多个隔板的端部最厚处的基本平面得到的图IA的冷却系统的横截面视图；图2A-2B是用于制造图1A、1B、1C、3、4A、4B和4C，5A_5E，以及6的冷却系统、冷却器以及鼓风口的本专利技术的类似方法实施例的流程图；图3是本专利技术的高炉实施例的剖面图，其可包括图4A、4B和4C的鼓风口 ；图4A是可用于图3的高炉中的本专利技术鼓风口实施例的后部视图；图4B是图4A的鼓风口的纵向横截面图；图4C是图4A和4B的鼓风口的圆锥形本体的一部分以及用于该示例的布置平面的横向横截面图；图5A-5E分别是本专利技术的冷却器板实施例的宽端部、顶部、窄端部以及侧部透视图；以及图6是沿着在设置于本专利技术一个实施例中的铸件或加工的冷却器中的冷却剂通道中转弯的蜿蜒回路的平面的横截面图。尽管本专利技术可具有多种变化结构和可替换形式，其特定结构已通过附图中示例的方式示出，并会进行详细地描述。然而，应当理解的是，这并不意于将本专利技术限制于这里描述的特定实施例。相反地，意于覆盖如附加的权利要求所限定的本专利技术精神和范围内的所有变化结构、等效结构以及可替换结构。具体实施例方式图1A-1C示出了本专利技术的一个冷却系统实施例，其在这里由参考标记100表示。冷却系统100包括铸型金属工件102，其具有进入到用于循环流体冷却剂的蜿蜒通道106的进口 104。蜿蜒通道106的第一转弯具有相对于蜿蜒通道106的基本平面的内转弯半径108以及外转弯半径110。该内转弯半径108和外转弯半径110的尺寸和形状适于消除或者实质上降低可能会在冷却剂流动中出现的涡流112。这样的涡流112在常规设计中经常出现在这些点处并正好位于下游位置。涡流112将冷却剂漩成无用的圆形，这些圆形不能够将它们收集或保持的热量散去。—般地，将转弯处的转弯半径变阔和变宽会在一定程度上消除冷却剂流动中的涡 流112。但是这些增大必须与由铸型材料壁的增厚而引起的负面效应进行平衡。热传递性能会受到过多的损失。找到涡流降低和提高热传递效率与增大壁厚度和降低热传递效率的最佳平衡的一种方式是采用计算流体动力学仿真软件进行仿真。再次参考图1A-1C，第一蜿蜒回路114围绕第一隔板116转弯到第二蜿蜒回路118。隔板116朝着面对两个外半径角部120和121的半径端119渐进地变厚。这样的半径端119、以及半径角部120和121相称地消除或者实质上降低当这些转弯太尖锐和陡峭时会在冷却剂流动中形成的任意涡流124。在节省生产成本的可替换结构中，隔板116及其类似部件可替代地具有统一厚度的壁，其正好在到达半径端119处被加宽为泪珠形。所面对的两个外半径角部120和121与该泪珠形相匹配，从而减小冷却剂流动转弯的涡流。连续的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·J·麦克雷，
申请(专利权)人：艾伦·J·麦克雷，
类型：
国别省市：