專利名稱：用于冶金爐的立式冷卻板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及用于熔爐的冷卻設備，更具體地涉及在冶金爐中使用的立式冷卻板。本發(fā)明涉及旨在特別地(但不限于)在豎爐中(尤其在用于生鐵生產的鼓風爐中)使用的立式冷卻板。
背景技術：
立式冷卻板(也叫做“板式冷卻器”、“冷卻板”或簡單地叫做“立式板”)已在鼓風爐中使用數十年，其用于保護爐護板。立式冷卻板布置于爐護板(即，爐殼)的內部上，并典型地具有與爐子的冷卻系統(tǒng)連接的內部冷卻劑管道。冷卻劑管道通常由分開的鑄造(cast-in)冷卻劑管形成，或由鉆入的或鑄造的內部通道形成以減小界面處的熱阻?！盁岜砻妗?即，面向爐子內部的立式板表面)典型地涂有耐熱材料，以將立式板與加工環(huán)境隔離。立式板冷卻的最初目的是，耐熱材料會磨損并且理論上立式板可在熱表面上沒有耐熱材料 的情況下工作。然而，此情況將使立式板受到由于加工環(huán)境而引起的相當大的磨損，并最終導致故障，即使立式板的冷卻促進在熱表面上形成保護層(“棚料(scaffold)”)。最初最廣泛使用的是具有鑄鐵板體的立式冷卻板，現在仍是一樣。更近一些，已經提出并成功使用了具有由銅或鋼制成的板體的立式冷卻板。雖然銅立式冷卻板通常具有比鑄鐵或鋼立式冷卻板好得多的導熱性，但是前者的耐磨性比后者小得多。因此，對立式冷卻板在其中受到非常大的機械應力的爐區(qū)無法簡單地裝配銅立式冷卻板。此外，銅立式冷卻板通常比鑄鐵立式冷卻板貴。由于其更高的導熱性，現在在爐子的下部區(qū)域中，在爐腰和爐腹中主要使用銅板，在這些地方，一定會施加更高的熱負載，并且，非常希望形成保護性的“棚料”。另一方面，鑄鐵(或鋼)立式板通常被證明在如今的高負載爐子的下部區(qū)域中不能充分導熱，在所述下部區(qū)域一定會施加非常高的熱負載。然而，鑄鐵(或鋼)立式板具有比銅立式板更高的機械耐磨性。事實上，在銅立式板的耐熱涂層或保護性棚料不完整的情況中，銅立式板會被磨損性的未減少的負荷嚴重損壞。此外，銅立式板由于不平均的熱負載而更易于變形，這種變形會增加損壞立式板的危險。如將理解的，不管立式板由銅還是黑色金屬制成，立式板的機械損壞都可能導致其內在的內部冷卻劑通道破裂。由于由泄漏入高溫爐內部的冷卻液而產生的爆炸性氫氣的形成，這種破裂導致相當大的爆炸危險。在這種泄漏出現至不可接受的程度的情況下，由于在操作過程中不能更換立式冷卻板，所以必須執(zhí)行爐子運轉的非常昂貴的中斷。在減小冷卻劑泄漏入爐子的可能性以及最小化相關危險和成本的嘗試中，美國專利申請2008/0111287提出了一種改進的立式板設計，其中，立式板沒有通常的內部冷卻劑通道(與冷卻回路連接)。與傳統(tǒng)的立式板相反，US 2008/0111287提出安裝從立式板板體的內部延伸至爐殼外部的散熱器的熱管設備，其中，熱管與冷卻劑回路安全地連接。因此，在這種立式板中，將熱管的冷凝端部分布置在爐殼外部，同時僅將熱管的蒸發(fā)端部分布置在立式板的板體內。德國早期公開No. DE 2804282、日本專利申請No. JP 54050477和蘇聯發(fā)明人證書SU 499300中提出了相似的設計。如將指出的，與傳統(tǒng)的立式板相比，后者設計在立式板內部完全沒有冷卻回路的冷卻水通道。雖然這些設計由此相當程度上降低了由于漏水而引起的“氫氣爆炸”的危險，并且，雖然其可能提供相似的或甚至改進的除熱能力，但是，其主要缺點在于，需要很大程度地修改已有冷卻回路基礎結構和爐殼。換句話說，上述設計并不易于適合于改造已有鼓風爐，即不適于在沒有額外安裝成本的情況下在已有爐子處就地安裝。國際專利申請No. WO 80/01000和美國專利No. 4，561，639，以及，類似地，國際專利申請No. WO 80/01201中提出了減小冷卻水進入爐子內部的危險的類似方法。根據WO 80/01000和US 4，561，639的立式板設計還包括由金屬材料制成的板體，其前表面面向爐子的內部。與之前設計相反，并且以與傳統(tǒng)的立式冷卻板相似的方式，這些立式板在板體內仍包括內部冷卻劑(冷卻水)通道，所述通道以典型的方式連接至爐子冷卻回路。然而，作為傳統(tǒng)立式板的改進，將一組熱管與冷卻劑通道相連，熱管布置于板體中以改進從前表面(“熱表面”)至內部冷卻劑通道的熱傳遞。因此，改進了導熱性，從而降低機械故障的危險。此外，如果是一些不安全的冷卻介質，熱管的承受能力更差，從而熱管比冷卻劑通道更容易產生機械故障。雖然熱管允許簡單的改進并與已有冷卻劑回路連接，但是，根據TO 80/01000或US4，561，639的設計仍存在較大的冷卻劑泄漏的危險。技術問題本發(fā)明的第一目的是提供一種具有上述類型的普通構造的立式冷卻板，與傳統(tǒng)的立式冷卻板相比，其具有更小的冷卻劑泄漏的危險，同時更容易適合于安裝在已有冶金爐中，而不需要較大的結構修改。如權利要求I所要求保護的立式冷卻板可實現此目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種用于保護冶金爐(尤其是鼓風爐)的殼體的立式冷卻板(簡言之就是“立式板(stave)”)。以已知的方式，立式冷卻板包括由金屬材料制成的板體。板體具有前表面和相對的后表面，當安裝立式板時，所述面分別面向冶金爐的內部和面向殼體。同樣以已知的方式，在板體內設置有至少一個內部冷卻劑通道，冷卻劑通道具有主體部分，該主體部分通常是(但并非必須是)直的并且具有圓柱形的橫截面。根據本發(fā)明，一組熱管與冷卻劑通道中的至少一個配合，典型地與每條冷卻劑通道配合。每根熱管具有蒸發(fā)端部分和冷凝端部分。熱管組被布置在板體中以改進通常從前表面(即從“熱表面”)至相對的“冷表面”(更具體地，至相關的冷卻劑通道)的熱傳遞。為了實現上述第一目的并根據本發(fā)明，熱管組中的每根熱管被布置在板體內，即不明顯地從板體伸出，并進一步將其冷凝端部分設置為部分封閉或完全封閉在靠近相關冷卻劑通道的板材料中。也就是說，每根熱管的冷凝端部分在板材料中部分地被包圍或完全包含在(嵌在)板材料中，在任一情況中，不會伸入冷卻劑通道。因此，在操作過程中，從冷凝端部分至冷卻劑通道的熱傳遞通過靠近冷卻劑通道的金屬材料發(fā)生。換句話說，通過經由熱管和相關冷卻劑通道之間的板體的金屬材料的界面的熱傳導來間接地冷卻冷凝端部分。通過集成相對小的熱管，可顯著提高立式板的整體導熱性，尤其是在立式板由黑 色金屬制成的情況中，但是在立式板由銅制成的情況中也是一樣。有限元計算預測，對于鑄鐵立式板，與傳統(tǒng)的鑄鐵立式板相比，增加> 30%的導熱性，并且對于銅立式板，與傳統(tǒng)的銅立式板相比，增加> 10%的導熱性。此外，增強了熱分布，從而減小由于板體中過高且不均勻的溫度而產生塑性變形的危險。最終，通過提供根據本發(fā)明的熱管，可延長立式板的使用壽命。與裝配有根據US 2008/0111287,DE 2804282, JP 54050477 或 SU499300 的熱管的立式板相比，根據本發(fā)明的立式板具有與已有設計一致的顯著優(yōu)點。事實上，目前提出的立式板使得能夠安裝在已有爐子中(改造(retrofitting)),即使需要改變也不會對冷卻設備產生較大的改變，不需要將熱管與改進的冷卻回路連接，并且不需要就地產生熱管真空(對所提到的現有技術立式板可能本質上需要)。與裝配有根據WO 80/01000和US 4，561，639的熱管的立式板相比，根據本發(fā)明的立式板具有重要優(yōu)點，即進一步減小冷卻劑泄漏入爐子的危險。事實上，根據WO 80/01000和US 4，561，639，在板體中設置與冷卻劑通道連接以容納熱管的腔體，熱管的冷凝端部分設置在冷卻劑通道內。這些腔體不可避免地產生從相關冷卻劑通道至立式板前表面附近的部分的通道，必須可靠地密封所述通道以便避免在腔體中出現機械故障(例如，破裂或開裂)的情況下由此管道產生任何泄漏。因此，隨著不斷磨損，不能可靠地排除冷卻劑從根據 WO 80/01000和US 4，561，639的立式板的泄漏。在根據本發(fā)明的立式板中，由保持在熱管的冷凝端部分和相關冷卻劑通道之間的板體的金屬材料隔板(barrier)來消除此缺點。在板體由黑色金屬制成(尤其是由鑄鐵或鋼制成)的情況中，實現導熱性的有益的增大。因此，可獲得同時具有鑄鐵或鋼立式板的機械強度和較高熱效率的優(yōu)點的立式板。然而，用銅立式板也可實現導熱性的顯著增加。優(yōu)選地，每組熱管包括沿著相關冷卻劑通道的主體部分的縱向軸線設置的熱管對，所述熱管對優(yōu)選地以規(guī)則間隔分層設置。然而，每層可交替地包括單根熱管和熱管對，從而進一步提高整體導熱性。在后一種情況中，將每對熱管中的兩根熱管的冷凝端部分有利地設置在相關冷卻劑通道的主體部分的相對側上。此外，為了增加熱管長度并由此增加有效的“熱短路(thermal short)”，并且為了同時實現對前表面的更均勻冷卻，優(yōu)選地將每對熱管中的熱管相對于前后方向傾斜地設置，并且將熱管蒸發(fā)端部分比冷凝端部分間隔的更遠。在立式板的前表面包括用于保持耐熱材料的交替的保持肋和保持槽的情況中，優(yōu)選地將熱管分層地布置在保持肋的高度上，以增強板體內的熱管的機械保護。在本發(fā)明的后一實施方式中，將熱管的蒸發(fā)端部分布置為包圍在保持肋內，以進一步減小整體導熱性?？商娲?，可將熱管布置為不伸入保持肋，以最小程度地承受機械應力。在另一優(yōu)選實施方式中，熱管組中的每根熱管在板體內從前表面附近完全延伸至相關冷卻劑通道附近，并優(yōu)選地沿著垂直于相關冷卻劑通道的主體部分的縱向軸線的方向延伸。優(yōu)選地，也將一組熱管中的每根熱管布置為將其蒸發(fā)端部分包圍在靠近前表面的金屬材料中。因此，從前表面至蒸發(fā)端部分的熱傳遞通過靠近前表面的金屬材料的界面產生，從而，防止蒸發(fā)端部分出現機械磨損。在另一優(yōu)選實施方式中，第一組輔助熱管被布置在板體中，以垂直于冷卻劑通道的縱向軸線并平行于前表面延伸。這種輔助熱管改進沿著板體的寬度方向的熱分布。為了增加沿著板體的長度方向的熱分布，可將第二組輔助熱管布置在板體中，以平行于冷卻劑通道的縱向軸線延伸。
典型地，板體包括多個平行的內部冷卻劑通道，每個冷卻劑通道具有各自相應的本發(fā)明的熱管組。在后一種情況中，有利地冷卻劑通道的縱向軸線被布置為離后表面的距離比離前表面的距離更近，尤其是在板體的底壁厚度的最后40%內。在此結構中，立式板中的輸水通道(整體形成的通道或插入的管)與爐子內部離得更遠。從而進一步減小穿透的危險，并且，在立式板前側上出現致命故障的某些情況中，此設計可確保沒有水進入爐子。因此，可進一步減小氫氣爆炸的危險。 優(yōu)選地，為了確保任何方向上的操作，熱管優(yōu)選地包括內部芯布置(i nt erna Iwick arrangement),例如是燒結金屬芯布置或內部槽布置，以通過毛細作用使熱管工作介質從冷凝端部分返回至蒸發(fā)端部分。根據所選擇的制造模式，金屬板體可包括-對于熱管組中的每根熱管，從后表面開始鉆相應的盲孔并且其終止于前表面的附近，將每根熱管以導熱方式(優(yōu)選地通過緊密配合)固定在其相應盲孔內；或者-對于熱管組中的每根熱管，在板體中鑄造相應校準用(calibrated)的鋼盲管并且其從后表面延伸并終止于前表面的附近，將每根熱管以導熱方式(優(yōu)選地通過緊密配合)固定在其相應盲管內。在替代的制造模式中，其中，板體由鑄造金屬制成，并且，熱管組中的每根熱管鑄造在金屬板體中。不管制造模式如何，在優(yōu)選實施方式中，有利地，熱管組中的每根熱管被布置為冷凝端部分位于離相關冷卻劑通道的外殼至少2mm的距離處，優(yōu)選地在2至15mm的范圍的距離處。如將理解的，本發(fā)明的立式板尤其適于鼓風爐冷卻系統(tǒng)中的工業(yè)應用。在優(yōu)選應用中，所提供的立式板由鑄鐵或鋼制成并安裝在鼓風爐的爐腰和/或爐腹的高度處。


參照附圖，通過以下非限制性實施方式的詳細描述，本發(fā)明的其它細節(jié)和優(yōu)點將變得顯而易見，其中圖I是根據第一實施方式的立式冷卻板的縱向橫截面視圖；圖2是沿著圖I和圖4中的線II-II截取的側向橫截面視圖；圖3是圖I中的區(qū)域III的放大視圖；圖4是根據第二實施方式的立式冷卻板的縱向橫截面視圖；圖5是圖4中的區(qū)域V的放大視圖；圖6是沿著圖4中的線VI-VI截取的側向橫截面視圖；圖7是根據第三實施方式的立式冷卻板的縱向橫截面視圖；圖8是圖7中的區(qū)域VIII的放大視圖；圖9A是沿著圖7中的線IXA-IXA截取的側向橫截面視圖，其示出了立式冷卻板的
第三實施方式；圖9B是示出了立式冷卻板的第四實施方式的側向橫截面視圖。在這些圖中，相同的參考標記或百位數字增加的參考標記用來表示全文中相同的或功能相似的部件。
具體實施例方式在圖I中，在縱向橫截面視圖中示出了立式冷卻板100 (在下文中稱為“立式板”)的第一實施方式。立式板100包括由金屬材料制成的板體110，該金屬材料例如是諸如鑄鐵的黑色金屬，典型地是球墨鑄鐵(球墨鑄鐵，DIN “GGG”型)或者是片狀石墨鑄鐵(灰鑄鐵，DIN'GGL'M) 如將理解的，板體110也可由另一金屬制成，例如銅。金屬板體110具有大體上平行六面體的形狀,其中前表面和相對的后表面分別用112和114表不。板體110的前表面112 (“熱表面”)有利地設置有一系列交替的且規(guī)則隔開的平行保持肋116和保持槽118。肋116和槽118在側向橫截面上優(yōu)選地是楔形(dovetail),如圖3中最佳地看到的。因此，如圖I所示，使前表面12成波紋狀，以增加熱交換表面，并改進典型地設置于前表面112上的耐熱涂層的粘著性。將立式板110布置于冶金爐(例如，鼓風爐(未示出))的殼體內側上，其中前表面112面向爐子的內部反應空間。典型地，板體110具有以下范圍的尺寸長度500-5000mm，寬度200-2000mm，板厚(最小尺寸，即除了肋116以外的底壁厚 度)40-500mm。參考數字120表示通常筆直的、圓柱形的冷卻劑通道，該冷卻劑通道例如是在鑄造板體110的過程中整體形成的內部通道的形式(如圖I所示)，或者可替代地，是由連續(xù)鉆孔來加工的通道的形式。如圖2中的立式板的側向橫截面所最佳地示出的，板體110包括多個這種冷卻劑通道120，其通常彼此平行。冷卻劑通道120在內部延伸，并在前表面112和后表面114之間的金屬板體110內延伸。每條冷卻劑通道120的橫截面通常是圓形的，但是，不排除不同的形狀，例如橢圓形的截面。如圖I進一步看到的，內部冷卻劑通道與連接管部分122連接。圖I中的連接管部分122橫向地焊接至形成冷卻劑通道120的整體形成的通道，或者替代地，可由冷卻劑管的彎曲部分形成，將冷卻劑管插入鉆孔中或鑄造入板體110，并且該鉆孔形成冷卻劑通道(未示出的替代方案)。連接管部分122分別形成用于將內部冷卻劑通道120連接至鼓風爐的冷卻回路(未示出)的入口和出口。雖然并非必須是完全筆直的和直線的，但是每條冷卻劑通道120通常具有至少一個直線主體部分，該直線主體部分具有縱向軸線A，如圖I和圖2中最佳地看到的。如圖I中顯而易見的，主要的熱管130的組與每條冷卻劑通道120配合。如公知的，熱管具有非常高的有效導熱性，其通常是銅的導熱性的幾百倍，并由此可認為是“熱短路(thermal short)”。熱管130的適當構造本身是已知的。例如，進一步的細節(jié)可在Reay、David和Peter Kew的“熱管,第五版理論、設計和應用”Butterworth-Heinemann出版社；5ed. (2006) ; ISBN 978-0750667548 中發(fā)現。如圖3所最佳地示出的，每根熱管130具有蒸發(fā)端部分132 (典型地稱作“蒸發(fā)器部分”)和冷凝端部分134 (典型地稱作“冷凝器部分”)。如應當注意的，為了在根據本發(fā)明的立式板100中使用，熱管130具有內部工作介質(工作流體)以及殼材料，該殼材料適于>760°C的溫度。例如，適當的工作介質是水或水銀。熱管130通常具有內部芯布置，例如燒結金屬芯布置或內部槽，以便不管熱管130的定向如何，通過毛細管作用將工作介質從冷凝端部分134返回至蒸發(fā)端部分132。替代地或另外地，確保從冷凝端部分134至蒸發(fā)端部分132具有適當傾斜的定向(例如，見以下第二輔助熱管組)，可通過重力導致或幫助工作介質返回，從而使得能夠使用更便宜的熱管130。然而，圓柱形殼幾何形狀是最實用的，熱管130在原則上可具有任何通常細長的幾何形狀。如圖3的放大圖中最佳地看到的，將每根熱管的冷凝端部分134設置在相關冷卻劑通道120的附近，而將蒸發(fā)端部分132設置在板體110的前表面112的附近。因此，將主組的每根熱管130設置在板體110中，以改進總體上從前表面112(“熱表面”)至后表面114(“冷表面”)的熱傳遞，具體地是改進從前表面至相關內部冷卻劑通道120的熱傳遞。如圖I所示，在與給定冷卻劑通道120相關的一組熱管130內，熱管130沿著縱向軸線以規(guī)則的間隔分層地布置，優(yōu)選地布置成基本上覆蓋相關冷卻劑通道120的整個長度的組。在圖I至圖3的立式板100中，將每根熱管130布置為從相關冷卻劑通道120的附近延伸至前表面112的附近，不伸入保持肋116。因此，圖I至圖3的熱管130被嵌在板體110的核心平行六面體形部分內，不進入肋116，以避免受到肋116所典型地受到的更大的機械應力，其中，該機械應力由溫度梯度及其耐熱支撐功能導致。另外，優(yōu)選地 將熱管130布置為在除了板體110的最上和最下縱向極限位置以外的中心區(qū)域內基本覆蓋相關冷卻劑通道120的長度，所述極限位置也受到相當大的應力和磨損。優(yōu)選地，如圖I和圖3所示，將熱管130分層布置，從而對應于保持肋，熱管的縱向軸線B與對應的保持肋116的對稱平面基本重合。也可以不同的方式布置熱管130，例如，不使其縱向軸線B精確地位于保持肋116的中間平面。如圖3最佳地看到的，優(yōu)選地將熱管130布置為使其縱向軸線B定向為基本垂直于縱向軸線A。在圖I的立式板100中，每層包括單根熱管130，其軸線B被布置為與相關冷卻劑通道的軸線A交叉。每組中與冷卻劑通道120相關的熱管130的數量近似等于保持肋116的數量，對一個或兩個最上和最下保持肋116去除2至4根熱管，如圖4所示。如將理解的以及如圖3所最佳示出的，每根主熱管130嵌在金屬板體110內，其冷凝端部分134被包圍在板體110的金屬材料的“冷卻”部分中，該冷卻部分靠近相關冷卻劑通道120。因此，在操作中，從冷凝端部分134至相應的冷卻劑通道的熱傳遞通過靠近冷卻劑通道120的板材料的“冷卻”部分產生。換句話說，熱管130不伸入冷卻劑通道120，也不從板體110伸出。因此，熱管130安全地包圍在板體110的材料內，并且，由磨損或應力導致的對任何一根熱管130的損害不會導致由于熱管130 (尤其是其冷凝端部分134)和冷卻劑通道120之間的金屬材料的殘留障礙(remaining barrier)所引起的從相關冷卻劑通道120的泄漏。優(yōu)選地，布置每根熱管130，使得其冷凝端部分134和相關冷卻劑通道120的外殼(例如，圓柱形的)之間的最短距離大于2mm,優(yōu)選地在2mm至5mm的范圍內，更優(yōu)選地在5mm至IOmm的范圍內，以在低熱阻下確保實用安全性。為了進一步防止熱管130受到前表面112 (熱表面)所受到的應力和磨損，將每根熱管130布置為使其蒸發(fā)端部分132包圍在靠近前表面112的板體110的金屬材料的“加熱”部分中。因此，從前表面112至蒸發(fā)端部分132的熱傳遞通過靠近前表面112的板材料的相應“加熱部分”產生。如將進一步理解的，除了實現明顯降低泄漏危險以外，所提出的熱管130的構造大幅度增加前后方向上(從“熱”前表面112至“冷”后表面114)的整體導熱性。因此，這還允許將每條冷卻劑通道120定位為比典型建議的傳統(tǒng)立式板更靠近后表面114。優(yōu)選地，由此冷卻劑通道120的縱向軸線A被布置為離后表面114的距離比離前表面112的距離更近，即，比例dr/df ( I。優(yōu)選地，dr/df ( O. 8，更優(yōu)選地dr/df ( O. 7，其中，dr是軸線A至后表面的距離，df是軸線A至前表面112的距離(在槽118的水平(level)處)，如圖I所示。構造冷卻劑通道120，使得冷卻劑通道120和后表面114之間的板體110的材料剩余厚度減到最小，優(yōu)選地在5_至50_的范圍內。結果，進一步減小了導致泄漏的冷卻劑通道120的由應力引發(fā)的故障的危險,因為后表面114受到最小的機械應力。圖I示出了第一組平行的輔助熱管140，其以不同方向嵌在板體110中。如圖2中最佳地看到的，將多根第一輔助熱管140中的每根都布置為使其縱向軸線C垂直于平行冷卻劑通道120的縱向軸線A且總體上平行于前表面112延伸。熱管140的端部142，144位于靠近板體110的相對側邊緣的板材料內。因此，根據板體110內的溫度分布，端部142，144用作冷凝器或蒸發(fā)器部分。由于熱管140的相當長的長度，熱管140通常裝配有絕熱中心部分146，端部142，144通過該部分連接。如圖I所示，優(yōu)選地將熱管140布置在相應保持槽118的中間平面，對除了最上和最下槽118以外的每個保持槽118提供熱管140。如圖 3中最佳地看到的，將熱管140布置為使其縱向軸線C基本位于冷卻劑通道120的圓柱形外殼和相應槽118底部處的前表面112的表面之間的最短距離上的中心處。如將理解的，第一組輔助熱管140沿著板體110的寬度方向增加熱分布，并由此也在冷卻劑通道120之間更均勻地分布熱負載。優(yōu)選地，輔助熱管140規(guī)則地間隔，與主熱管130交替，作為基本上覆蓋冷卻劑通道120的長度的組。另外，雖然未在圖中示出，但是可以相似的方式設置第二組輔助熱管，以改進沿著所述板體的長度方向的熱分布，并由此減小板體的卷曲?？蓪⑦@種熱管嵌在板體110中，以平行于冷卻劑通道120的縱向軸線C延伸。圖4至圖6示出了立式板200的第二實施方式。為簡明起見，下面僅詳細說明了圖4至圖6的立式板200與圖I至圖3的立式板100的不同之處。由百位數字增加的數字表示的其它特征與上述特征相同或相似。如圖5中最佳地看到的，與立式板100相反，立式板200中的主熱管230的蒸發(fā)端部分232被包圍在形成相應保持肋216的板材料內。對于部分伸入保持肋216的熱管230，進一步增加其導熱性，因為蒸發(fā)端部分232位于更靠近波紋狀前表面212的最前平面處。因此，根據其所需長度，熱管230可設置有中間絕熱部分。優(yōu)選地，將冷凝端部分234和相關冷卻劑通道220之間的安全距離選擇為與上面相對于圖I至圖3設置的安全距離相似。另夕卜，即使故障(例如，熱管230的破裂)是不重要的，也優(yōu)選地布置每根熱管230，使得其蒸發(fā)端部分232和相應肋216的端部處的前表面212的表面之間的最短距離在5mm至50mm的范圍內，以將受:到的機械應力和磨損減到最小，以確保熱管230的足夠的使用壽命。如應當注意的和在圖2中的側向橫截面視圖中示出的，圖4至圖6的立式板200也裝配有輔助熱管240，其與上面圖2中進一步詳細描述的一樣進行構造和布置。此外，每根熱管230的軸線B也平行于前后方向，由圖6中的線D表示。圖7至圖9A示出了立式冷卻板的第三實施方式，由參考數字300表示。下面僅詳細說明了與圖I至圖3的立式板100和圖4至圖6的立式板200的不同之處。其它特征與上述特征相同或相似。在圖7至圖9A的立式板300中，在所使用的熱管330的數量方面和其在板體310內的方向方面，以不同的方式構造主熱管330的組。如圖9A中最佳地看到的(沿著圖7的線IXA-IXA剖開)，與給定冷卻劑通道320相關的每組在每層中包括一對熱管330，層與保持肋316相對應(除了一個或兩個最上和最下肋以外)。因此，在圖7A至圖9的實施方式中，熱管330的總量大約等于冷卻劑通道320的數量乘以肋316的數量乘以2，因此，例如，總計是數十根熱管。因此，當與圖I至圖6相比時，由沿著相關冷卻劑通道320的縱向軸線A以規(guī)則間隔布置的熱管330的對在前后方向上實現額外增加的導熱性。因此，根據圖7至圖9A的立式板300具有甚至更高的熱效率，并且甚至更不易于過早失效。如圖9A中進一步看到的，將每對的兩根熱管330傾斜地且相對于橫向前后方向D鏡像對稱地布置。更具體地，靠近前表面312的蒸發(fā)端部分332間隔的程度比相關冷卻劑通道320附近的冷凝端部分334間隔的程度大。換句話說，成對的熱管330的縱向軸線B相對于橫向前后方向D成一角度。此布置允許將從前表面312附近至相關冷卻劑通道320附近的“熱短路”的數量翻倍，同時確?？拷氨砻?12的板材料中的蒸發(fā)端部分332沿著板體310的寬度方向的基本均勻的分布。與圖I至圖6類似，另一方面，冷凝端部分334被包圍在板體310的材料的相應“冷卻區(qū)域”中。然而，在立式板300中，“冷卻區(qū)域”分別與相關冷卻劑通道320的主要部分的相對側相鄰，如上所述，在蒸發(fā)端部分332和相關冷卻劑通道320之間的熱傳遞通過此保護性“冷卻區(qū)域”產生。此外，主熱管330比圖I至圖6中使用的那些要長。事實上，圖9A的構造允許最大的熱管長度，同時保持蒸發(fā)端部分332沿著前表面312的寬度的均勻分布。冷凝端部分334 更靠近板體310的后表面314。如圖9A中最佳地看到的，每組熱管中的熱管330靠近相關冷卻劑通道320并位于其側向方向，相對于前后方向D在通道主要部分的相對側上。因此，當與圖I至圖6相比時，將更大部分的冷凝端部分334布置在冷卻劑通道320附近，以改進冷卻。為了便于制造，例如，通過緊密配合將熱管330安裝在相應的盲孔中。盲孔沿著軸線B從后表面314朝著前表面312傾斜地延伸并終止于前表面312的附近，例如，在距離前表面5mm至50mm的范圍的距離處。優(yōu)選地，冷凝端部分334的端面與后表面314平齊或基本平齊。雖然冷凝端部分334的側表面由靠近相關冷卻劑通道320的板材料完全圍繞，但是其前表面不需要這樣(如使其在側表面上受到更大冷卻)。換句話說，與之前的實施方式相反，雖然立式板300的熱管330也布置在板體310內，不從其中伸出，但是，并不完全將其嵌在板體310的材料內。圖9B示出了立式板的第四實施方式，由參考數字400表示。立式板400與圖7至圖9A的立式板基本相同，差別僅在于，為了進一步簡化制造，將盲孔(主熱管430安裝于其中)平行于前后方向D設置在板體410中。因此，熱管430布置在板體410內，其縱向軸線B垂直于冷卻劑通道420的軸線A并垂直于前表面412/后表面414的平面。最后，以下總結制造上述立式冷卻板100、200、300、400的一些優(yōu)選方式。應當注意，圖I至圖6的主熱管130、230和輔助熱管140、240完全嵌在板體110、210的金屬材料中。在通過鑄造制造板體110、210的情況中，適于完成嵌入的方法是(a)在板體的鑄造操作過程中鑄造熱管130、230 ；140 ;240，優(yōu)選地，使用具有鋼殼的熱管。在適于制造根據圖7至圖9B的立式板300、400的替代方法中(其中,確切地說,熱管330，430 ；340,440的一個端面可不被板材料包圍)，可通過如下方式安裝熱管330，430 ；340,440 (b)對于鑄造板體在板體的鑄造操作過程中，在熱管330，430 ；340,440的最終位置處將圓柱形砂芯作為占位物來提供，并且，在鑄造之后，去除砂芯并鉆出由此獲得的腔體，然后通過在其中緊密配合熱管330，430 ；340,440來實現充分的熱接觸(可選地，在界面處增加熱油)；(c)對于鑄造板體在板體310,410的鑄造操作過程中，鑄造已校準(calibrated)盲管(優(yōu)選地由鋼制成)，該盲管將具有與板體310，410的表面平齊的端面并由于滲碳而具有與板材料良好的熱接觸，在鑄造之后，例如，通過緊密配合或螺紋連接，插入熱管330，430 ;340，440，并且，如果需要的話，增加保護性填充材料以避免在盲管的剩余空部中包含空氣；或者通過(d)對于任何類型的板體鉆孔，并且，如果需要的話，在板體310，410的(鑄造或非鑄造)制造之后，在適當的位置鉆出容納孔，然后例如通過緊密配合或螺紋連接插入熱管330,430 ;340，440。進一步應當注意的，板體110，210，310，410也可由有色金屬制造，尤其是銅。在銅立式板中，通常，例如根據US 6，470, 958鑄造板體110，210，310，410，或者通過加工軋板來生產板體110，210，310，410。在這種銅立式板中，也可通過以下方式安裝熱管130，230 ； 140 ；240 (e)在鑄造銅立式板的情況中在銅板體110，210的鑄造操作過程中鑄造熱管130,230 ；140 ;240，優(yōu)選地，使用具有鋼殼的熱管，所述鋼殼設置有適當的涂層。(f)在銅板體的情況中鉆孔，并且，如果需要的話，在鑄造制造之后在適當的位置鉆出容納孔，然后例如通過緊密配合或螺紋連接以導熱方式插入并安裝熱管330，430 ；340,440。然而，優(yōu)選地，例如通過上述方法(a)或(e)來制造圖I至圖3和圖4至圖6的立式板100,200,并且,可通過上述方法(b)、(C)、(d)中的任何一種來制造圖7至圖9A和圖9B的立式冷卻板300，400。應當理解，方法(a)或(e)也可用來制造根據圖7至圖9A和圖9B的立式冷卻板300，400或類似的立式板，其中，冷凝端部分嵌在冷卻劑通道側面。圖例/參考標號列表
圖I至圖3240輔助熱管
100立式板242，244 (蒸發(fā)/冷凝)端部分
110板體246絕熱部分
112前表面C 240的縱向軸線
114后表面D前后方向
116保持肋圖7至圖9A
118保持槽300立式板
120冷卻劑通道310板體
權利要求
1.一種用于冶金爐的立式冷卻板，特別是用于鼓風爐的立式冷卻板， 所述立式冷卻板包括 板體，所述板體由金屬材料制成并具有 面向所述冶金爐的內部的前表面； 相對的后表面；以及 位于所述板體內的至少一個內部冷卻劑通道，所述冷卻劑通道具有帶有縱向軸線的主體部分；以及 與所述冷卻劑通道相關聯的熱管組，每根熱管具有 蒸發(fā)端部分以及 冷凝端部分， 所述熱管組布置在所述板體中以改善從所述前表面至相關聯的所述冷卻劑通道的傳執(zhí). 其特征在于，所述熱管組中的每根熱管均布置在所述板體內，并且所述熱管的冷凝端部分被包圍在所述板體的鄰近相關聯的所述冷卻劑通道的金屬材料中，以通過鄰近相關聯的所述冷卻劑通道的所述金屬材料進行從所述冷凝端部分至相關聯的所述冷卻劑通道的傳熱。
2.根據權利要求I所述的立式冷卻板，其特征在于，所述熱管組包括沿著相關聯的所述冷卻劑通道的所述縱向軸線以規(guī)則的間隔分層地布置的多對熱管。
3.根據權利要求2所述的立式冷卻板，其特征在于，每對熱管中的兩根熱管的冷凝端部分布置在相關聯的所述冷卻劑通道的所述主體部分的相對側上。
4.根據權利要求2或3所述的立式冷卻板，其特征在于，每對熱管中的熱管關于前后方向傾斜地布置，并且這些熱管的蒸發(fā)端部分比這些熱管的冷凝端部分隔開得更遠。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的立式冷卻板，其中，所述立式冷卻板的所述前表面包括用于保持耐熱材料的交替的保持肋和保持槽，其特征在于，所述熱管分層地布置在所述保持肋的高度處。
6.根據權利要求5所述的立式冷卻板，其特征在于，所述熱管布置為使得這些熱管的蒸發(fā)端部分被包圍在一保持肋內。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述熱管組中的每根熱管均布置為在所述板體內從所述前表面附近延伸至相關的所述冷卻劑通道附近，優(yōu)選地沿著垂直于所述縱向軸線的一方向延伸。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述熱管組中的每根熱管均布置為使得該熱管的蒸發(fā)端部分被包圍在鄰近所述前表面的金屬材料中，以通過鄰近所述前表面的所述金屬材料將熱從所述前表面?zhèn)鬟f至所述蒸發(fā)端部分。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述立式冷卻板還包括第一組輔助熱管，所述第一組輔助熱管布置在所述板體中，從而垂直于所述冷卻劑通道的所述縱向軸線并平行于所述前表面延伸以改善沿著所述板體的寬度方向的熱分布。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述立式冷卻板還包括第二組輔助熱管，所述第二組輔助熱管布置在所述板體中，從而平行于所述冷卻劑通道的所述縱向軸線延伸以改善沿著所述板體的長度方向的熱分布。
11.根據權利要求I至10中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述板體包括多個平行的內部冷卻劑通道，每個冷卻劑通道具有各自相關聯的熱管組，并且所述冷卻劑通道的縱向軸線布置為與所述板體的所述前表面相比更靠近所述后表面。
12.根據權利要求I至11中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述熱管組中的所述熱管每根均包括內部工作介質和內部芯布置，特別是燒結金屬芯布置或內部槽布置，以用于通過毛細作用使所述工作介質從所述冷凝端部分回到所述蒸發(fā)端部分。
13.根據權利要求I至12中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，對于所述熱管組中的每根熱管，金屬的所述板體包括從所述后表面開始鉆孔且終止在所述前表面附近的相應盲孔，每根熱管以導熱方式固定在該熱管的相應盲孔內，優(yōu)選地通過緊密配合固定。
14.根據權利要求I至12中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述板體由鑄造金屬制成，并且對于所述熱管組中的每根熱管，所述板體包括相應的已校準鋼盲管，所述鋼盲管鑄造在所述板體中并從所述后表面開始延伸且終止在所述前表面附近，每根熱管以導熱方式固定在該熱管的相應盲管內，優(yōu)選地通過緊密配合固定。
15.根據權利要求I至12中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述板體由鑄造金屬制成，并且所述熱管組中的每根熱管鑄造在金屬的所述板體中。
16.根據權利要求I至15中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述熱管組中的每根熱管均布置為使得該熱管的冷凝端部分位于距離相關聯的所述冷卻劑通道的外殼在2_至15mm的范圍內的一距離處，優(yōu)選地位于距離相關聯的所述冷卻劑通道的外殼在5mm至IOmm的范圍內的一距離處。
17.根據權利要求I至16中任一項所述的立式冷卻板，其特征在于，所述板體由黑色金屬制成，特別地由鑄鐵或鋼制成。
18.一種鼓風爐，所述鼓風爐包括多個根據前述權利要求中任一項所述的立式冷卻板。
19.根據權利要求18所述的鼓風爐，其特征在于，所述立式冷卻板由鑄鐵或鋼制成并安裝在所述鼓風爐的爐腰和/或爐腹的高度處。
全文摘要
一種用于冶金爐的立式冷卻板(100)，特別是用于鼓風爐的立式冷卻板，具有金屬的板體(110)以及至少一個內部冷卻劑通道(120)，板體具有前表面(112)和后表面(114)。熱管組(130)與板體(110)中的冷卻劑通道相關聯，以改善從前表面(112)至相關聯的冷卻劑通道(120)的傳熱。根據本發(fā)明，熱管組中的每根熱管(130)均布置在板體內，并且該熱管的冷凝端部分(132)被包圍在板體(110)的鄰近相關聯的冷卻劑通道(120)的金屬材料中。通過該區(qū)域的金屬材料進行從冷凝端部分(132)至相關聯的冷卻劑通道(120)的傳熱。
文檔編號C21B7/10GK102712958SQ201080056640
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者利昂內爾·豪斯埃默爾, 尼古拉·馬焦利, 居伊·蒂倫 申請人:保爾伍斯股份有限公司