專利名稱：冷卻板的制造方法和用這種方法制造的冷卻板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造冷卻板的方法和用這種方法制造的冷卻板。
背景技術(shù)：
冷卻板，也稱為“立冷壁(staves)”，已經(jīng)在鼓風(fēng)爐中使用了數(shù)百年。冷卻板設(shè)置在爐壁的內(nèi)側(cè)并且具有與高爐的冷卻水回路連接的內(nèi)部冷卻劑管子。面對高爐內(nèi)部的冷卻板表面可以襯用耐火材料。冷卻水的連接管端部設(shè)置在冷卻板的背面并且以密封方式引出爐壁。多個冷卻板的冷卻通道串聯(lián)連接，并且通過引出爐壁的這些連接管端部與高爐的冷卻水回路連接。
直到幾年前，在鼓風(fēng)爐中的多數(shù)冷卻板是鑄鐵冷卻板。制造這種鑄鐵冷卻板具有不同的方法。根據(jù)第一種方法，用于鑄造冷卻板體的鑄模設(shè)有一個或多個用于形成內(nèi)部冷卻劑管道的砂芯。然后，將液態(tài)鑄鐵澆鑄到鑄模中。這種方法的缺點是很難清除冷卻管子的鑄砂，和/或鑄鐵的冷卻管子經(jīng)常被成型得不合適或不夠堅固。為了克服上述缺點，有人提出在鑄模中設(shè)置預(yù)成形的鋼管，并且將液態(tài)鑄鐵澆鑄到鋼管周圍。但是，這些帶有鋼管的鑄鐵冷卻板不能令人滿意。實際上，由于碳從鑄鐵滲入鋼管，鋼管變脆并且可能出現(xiàn)裂紋。
為了代替鑄鐵冷卻板，最近已經(jīng)研制了銅和鋼的冷卻板。已經(jīng)有人提出用于銅“立冷壁(staves)”的不同生產(chǎn)方法。
最初，試圖通過鑄模的鑄造來生產(chǎn)銅冷卻板，在鑄模中用砂芯成型內(nèi)部冷卻劑管子。但是，這種方法在實踐中證明不是有效的，因為鑄銅板體經(jīng)常有空腔和氣孔，這對冷卻板的使用壽命具有極大的負(fù)面影響。很難從冷卻管道清除鑄砂，并且銅中的冷卻管子經(jīng)常成型得不合適。
GB-A-1571789提出在鑄模中澆鑄冷卻板時，用預(yù)成形的銅或優(yōu)質(zhì)鋼制成的金屬管盤管來取代砂芯。形成螺旋冷卻劑管道的盤管設(shè)置在鑄模中，液態(tài)銅澆鑄在盤管的周圍。該方法在實踐中也被證明不是有效的，因為既不能有效地防止銅板體中的空腔和氣孔，也不能有效地解決金屬管和在鑄模中固化的銅之間分界面的問題。
從DE-A-2907511中得知由鍛造或軋制的銅板制造冷卻板。冷卻劑管道是用機(jī)械鉆孔方法在軋制銅板上鉆出的盲孔。盲孔通過熔接或焊接堵頭來密封。然后，從板體背面鉆出連接盲孔的連接孔。因此，用于冷卻劑輸送或冷卻劑返回的連接管端部插入這些連接孔中，并且在適當(dāng)位置被焊接或熔接。最近，也已經(jīng)有人提出利用相同的方法生產(chǎn)鋼冷卻板。這些冷卻板可避免上述鑄造缺陷。特別是，可有效消除板內(nèi)的空腔和氣孔。
WO-98/30345教導(dǎo)借助于連續(xù)鑄模來鑄造冷卻板的預(yù)制坯，其中鑄造管道的棒形插入件形成沿連續(xù)澆鑄方向行進(jìn)的管道，這些管道構(gòu)成最終的冷卻板中的冷卻劑管道。通過沿鑄造方向橫向形成兩個切口，將板體與連續(xù)澆鑄預(yù)制坯分離，對應(yīng)于冷卻板的期望長度的距離形成兩個端面。在下一個生產(chǎn)步驟，進(jìn)入通道變寬的連接孔垂直于背面鉆入板體，并且關(guān)閉鑄造管道的端面孔口。因此，連接管端部插入連接孔，并且在適當(dāng)位置焊接或熔接，如上所述。
在DE-A 2907511和WO 98/30345中描述的制造方法都能夠用銅或銅合金生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的冷卻板體。但是，與具有整體鑄造冷卻管的冷卻板相比，或與成形鑄造的冷卻板相比，用兩種方法生產(chǎn)的最終冷卻板在從連接管端部到冷卻通道的傳輸區(qū)域具有相當(dāng)高的壓力損失的缺陷。
WO 00/36154中建議將成形件插入冷卻板體的切口，以降低具有整體鑄造或鉆削的冷卻通道的銅冷卻板的流動損失，從而形成對冷卻介質(zhì)具有最佳流動條件的轉(zhuǎn)換通道。但是，這種方法需要相當(dāng)高的勞動強(qiáng)度，其反映了較高的生產(chǎn)成本。
DE-A 3313998公開了一種用于由鑄鐵體制成的冶金爐的冷卻板。該冷卻板包括通過鋼管插入縱向貫穿主體的孔形成、用于冷卻液的通道。鋼管通過預(yù)先收縮配合而在溫度平衡時固定在鑄鐵體內(nèi)。這種方法需要適于鑄鐵體和鋼管尺寸的昂貴的大尺寸收縮配合設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供制造具有相當(dāng)?shù)蛪毫p失的冷卻板的簡單、可靠方法。本發(fā)明的另一目的是提供具有相當(dāng)?shù)蛪毫p失、能夠容易制造的可靠冷卻板。這些問題分別用根據(jù)權(quán)利要求1的方法和根據(jù)權(quán)利要求17的冷卻板來解決。
根據(jù)本發(fā)明的制造冷卻板的方法包括以下步驟提供具有正面、背面和至少一個在正面下面貫穿金屬板體的通道的金屬板體；將具有徑向間隙的金屬管子插入通道，使得兩個管子端部突出到通道外面，并實現(xiàn)管子在通道內(nèi)的壓配合。根據(jù)一個重要的特征，通過對金屬板體施行金屬成形處理(metal-forming process)獲得壓配合。這種金屬成形處理導(dǎo)致通道截面的收縮。
令人驚訝地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)管子在通道中的壓配合可以通過對板體坯(blankplate body)施行金屬成形處理，用簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠的方式獲得。
在管子插入之后，金屬成形處理使金屬板體變形成期望的形狀，用于實現(xiàn)管子在通道內(nèi)的壓配合。金屬成形處理包括空金屬板體的永久機(jī)械變形，即，塑性變形。可能的金屬成形處理例如是金屬板體的鍛造、擠壓或軋制。金屬成形處理可以將板體從空狀態(tài)轉(zhuǎn)換成冷卻板的最終狀態(tài)。而不排除實現(xiàn)壓配合通常不需要的附加處理。
優(yōu)選地，金屬成形處理沿所述至少一個通道局部地施行。局部施行減小形成壓配合所需的力或力量，從而便于機(jī)械處理并且降低對所需設(shè)備的要求。例如，壓配合可以通過沿所述通道、例如在金屬板體的背面產(chǎn)生永久沉陷(depression)來實現(xiàn)?？商鎿Q地，整個金屬板體可以經(jīng)過金屬成形處理。
在本方法的優(yōu)選實施例中，對金屬板體施行的金屬成形處理形成管子的彈性變形，以產(chǎn)生管子在通道中的預(yù)張緊配合。由于給出金屬板體塑性變形的范圍，即，通道周圍的區(qū)域，可以實現(xiàn)包含管子彈性變形的壓配合。所獲得的管子在通道內(nèi)的預(yù)張緊配合提供增強(qiáng)的熱傳遞，不會不利地影響管子的物理性能。
如果分別與鍛造或軋制的板體、具有用于冷卻液的鉆削導(dǎo)管的銅或鋼冷卻板相比較，和與用于冷卻液的導(dǎo)管是鑄造的通道的連續(xù)鑄造板體的銅冷卻板相比較，本發(fā)明的冷卻板例如具有以下優(yōu)點-即使在浸蝕、腐蝕、或板體裂紋的情況下，裝配到板體的管子保證密閉性。從而對板體的質(zhì)量可以作實際經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
-由于管子端部突出到板體外面，不需要將連接管端部焊接到板體上。從而肯定不需要復(fù)雜的焊接操作，焊接操作需要高質(zhì)專業(yè)人才并且由于焊接缺陷存在泄漏風(fēng)險。
-其端部突出到板體外面的管子比連接管端部產(chǎn)生小得多的壓降，其中連接管端部從板體背面焊接到鉆削或鑄造的通道中。它們也不存在諸如氣眼(air pocket)和固體堆積(solids accumulations)等的“死端(dead-ends)”的問題，它們常常是腐蝕和流動限制問題的起源。
如果與在模具中鑄造的鑄鐵或鑄銅冷卻板相比，其中形成最終冷卻板的導(dǎo)管設(shè)置在鑄模中，本發(fā)明的冷卻板例如具有以下優(yōu)點-因為基于軋制、鍛造或連續(xù)鑄造的板可以制造要提供的板體，所以用低成本可靠地生產(chǎn)所需的板體相當(dāng)容易，這種板體沒有空腔和氣孔，而且具有穩(wěn)定的質(zhì)量。
-因為管子不是澆鑄到板體中，所以不需要擔(dān)心管子材料和在管子周圍固化的液體板體材料之間的界面問題。
-通過金屬成形的管子在其通道中的壓配合可以保證管子與板體之間良好并穩(wěn)定的熱傳遞性能。
如果與鋼管是通過收縮配合固定的鑄鐵冷卻板相比，本發(fā)明的冷卻板具有簡單制造、特別是不需要用于收縮配合的昂貴的大尺寸設(shè)備的優(yōu)點。而且，通過金屬成形可以獲得壓配合導(dǎo)致的增強(qiáng)的熱傳遞性能。
因此，本發(fā)明提供制造相當(dāng)?shù)蛪毫p失的冷卻板的簡單和可靠的方法，其具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)冷卻板的許多優(yōu)點。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，通過金屬成形處理實現(xiàn)管子在通道中的壓配合的步驟包括，在金屬管子插入通道之后軋制板體，以使通道和管子具有橢圓形截面。這種金屬成形處理另外的優(yōu)點是該改善板體的冶金結(jié)構(gòu)。
在可替換實施例中，通過金屬成形處理實現(xiàn)管子在通道中的壓配合的步驟可以包括，在金屬管子插入通道之后鍛造或擠壓板體。
在本方法的另一實施例中，實現(xiàn)管子在通道中的壓配合的步驟還包括，通過在管子內(nèi)部形成水壓而膨脹管子。
任意地，實現(xiàn)管子在通道中的壓配合的步驟還包括，用至少一次內(nèi)部爆炸來膨脹管子。
在本發(fā)明的另一可能實施例中，實現(xiàn)管子在通道中的壓配合的步驟還包括，通過拽動膨脹頭穿過管子來膨脹管子。
另外，本方法可以包括管子在通道中的收縮配合。該收縮配合可以在通過金屬成形處理之前完成。但是，在這種情況下，需要另外的設(shè)備。
應(yīng)該理解，還有可能結(jié)合金屬成形處理連續(xù)地進(jìn)行一個或多個上述輔助步驟，用于管子在通道中的期望壓配合。輔助步驟可以在板體的金屬成形處理之前或之后進(jìn)行。但是，通常，金屬成形處理足以實現(xiàn)期望的壓配合，不需要另外的處理。
通常，板體由銅或鋼制成。配合到通道中的管子例如可以由銅或不銹鋼制成。管子容易設(shè)置進(jìn)一步改善管子和板體之間熱傳遞的涂層或襯里，如果需要，避免板體金屬和管子金屬之間的直接接觸。
突出到通道外面的管子端部有利地朝板體背面彎曲，以形成指向基本上垂直于與板體背面平行的平面的方向的連接管端部。那么這些連接管端部直接通過爐壁連接孔口。而且，彎曲的管子端部至少能夠部分地補(bǔ)償高爐中的冷卻板的膨脹/收縮產(chǎn)生的溫度，從而不需要用于連接連接管端部與冷卻回路的補(bǔ)償器，或所需要的用于連接連接管端部與冷卻回路的補(bǔ)償器更簡單。
板體有利地設(shè)置第一周面和相反的第二周面，其中至少一個通道貫穿金屬板體，以在第一周面形成第一孔口和在第二周面形成第二孔口。該特征保證冷卻板邊緣更好的冷卻，其中管子冒出到板體周面外面。周面有利地朝板體背面傾斜，使得它們形成保護(hù)冒出周面外面的管子端部的鼻端。甚至為了更好地保護(hù)冒出周面外面的管子端部，還可能將凹窩(recess)銑入周面，使得凹窩朝板體背面敞開并且通道之一的孔口位于該凹窩中。
根據(jù)本發(fā)明的冷卻板包括金屬板體，其具有正面、背面、和在正面下面貫穿金屬板體的通道的至少一個金屬管子，使得兩個管子端部突出到板體外面。在金屬板體和至少一個金屬管子之間具有壓配合。根據(jù)一重要方面，金屬板體沿所述通道塑性變形。應(yīng)該理解，板體坯的塑性變形對壓配合起主要作用。
在優(yōu)選實施例中，金屬板體包括沿所述至少一個通道延伸的隆丘。該隆丘可以鄰近通道沿通道延伸地設(shè)置在板體的正面或背面。與通道關(guān)聯(lián)的隆丘明顯便于通道周圍區(qū)域的金屬成形處理或塑性變形，以獲得壓配合。因此，通過相對板體壓下隆丘可以實現(xiàn)金屬成形處理。為了進(jìn)一步減化變形，優(yōu)選開口設(shè)置在所述隆丘之內(nèi)。在這種情況下，優(yōu)選隆丘位于板體背面。
有利地，板體由銅或鋼制成。優(yōu)選管子由銅或不銹鋼制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由鋼制成的板體和由銅制成的管子的組合特別有效。每個突出的管子端部彎曲，以形成指向基本上垂直于與板體背面平行的平面的方向的連接管端部。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明用于制造冷卻板的板體的縱向截面圖；圖2是在具有徑向間隙的管子插入板體的通道之后，圖1的板體的縱向截面圖；圖3是在已經(jīng)實現(xiàn)管子在通道內(nèi)的壓配合之后，圖2的板體和管子的縱向截面圖；圖4是最終的冷卻板的縱向截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的冷卻板的可替換實施例；圖6是具有徑向間隙插入板體的通道中的管子的板體的縱向截面圖，圖解用內(nèi)部的水壓膨脹管子、以實現(xiàn)管子在通道內(nèi)的壓配合的步驟；圖7是具有用徑向間隙插入板體的通道中的管子的板體的縱向截面圖，圖解通過拽動楔形頭穿過管子來膨脹管子、以實現(xiàn)管子在通道內(nèi)的壓配合的步驟；圖8是根據(jù)另一實施例的板體坯的局部側(cè)向截面圖；圖9是圖8的板體坯帶有插入板體通道中具有徑向間隙的管子的局部側(cè)向截面圖；圖10是圖9的板體坯在最終狀態(tài)的局部側(cè)向截面圖，圖解收縮通道截面的步驟。
圖11是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的板體坯的局部側(cè)向截面圖；圖12是圖11的板體坯帶有插入板體通道中具有徑向間隙的管子的局部側(cè)向截面圖；圖13是圖12的板體坯在最終狀態(tài)的局部側(cè)向截面圖，圖解收縮通道截面的步驟；圖14是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的板體坯的局部側(cè)向截面圖；圖15是圖14的板體坯在最終狀態(tài)的局部側(cè)向截面圖，圖解收縮通道截面的步驟。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明用于制造冷卻板(也稱為立冷壁)的金屬板體10，冷卻板設(shè)置在冶金爐、例如鼓風(fēng)爐壁內(nèi)側(cè)。該板體10具有正面12、背面14和四個周面。四個周面的兩個用附圖標(biāo)記16、18標(biāo)識，而另兩個周面在圖1的截面圖中看不見。這兩個周面16、18朝板體10的背面14傾斜。暴露在高爐內(nèi)部的正面12有利地設(shè)置凹槽20，其增加冷卻表面并且提高耐火襯里的粘附性。附圖標(biāo)記22標(biāo)識直的圓柱形通道22，其在正面12下面貫穿金屬板體10，以在周面16和18上形成孔口24、26。通道的截面通常是圓形，但是，不排除橢圓形截面。板體10包括多個這種通道22，其通常相互平行的。
這種板體1例如由銅、銅合金或鋼的鍛造或軋制板來制造，其中通道22被鉆入鍛造或軋制的板中。可替換地，板體10也可以用連續(xù)鑄造的銅板或鋼板制造，其中在連續(xù)鑄造操作中用棒形插入件形成通道22，諸如在WO-98/30345所述。因此，鑄造的通道還要用金屬切削工具進(jìn)行機(jī)械加工，以提高通道的尺寸和形狀公差。
根據(jù)本發(fā)明，通道22沒有被設(shè)計成它本身形成冷卻液(通常為冷卻水)的導(dǎo)管，而是安裝形成冷卻液導(dǎo)管的金屬管子30。如圖2所示，優(yōu)選由銅、銅合金或不銹鋼制成的金屬管子30具有徑向間隙地插入通道22中，使得兩個管子端部32、34從通道22突出。優(yōu)選的組合由鋼制的板體10和銅制的管子30組成。在管子30插入板體10之后，通過對板體10施行金屬成形處理而收縮通道22的截面(即，將初始間隙配合轉(zhuǎn)變成干涉配合)，任何人實現(xiàn)管子30在通道22內(nèi)的壓配合。這種壓配合保證管子30外壁和通道22內(nèi)壁之間緊密接觸，這樣導(dǎo)致板體10和管子30之間良好的熱交換。圖3示出實現(xiàn)管子30在通道22內(nèi)的壓配合之后，帶有管子30的板體10。
通過對板體10施行金屬成形處理獲得管子30在板體10的通道22內(nèi)的期望壓配合。另外，可以施行一種或多種預(yù)處理或后處理，如下所述。
根據(jù)本方法的第一實施例，形成通道22和管子30的截面尺寸，使得當(dāng)板體10和管子30都在環(huán)境溫度時，具有管子30在通道22中的徑向間隙。在將管子30插入板體10的通道22之后，板體10被軋制。因此，原來的圓柱形管子30具有橢圓形截面，并且實現(xiàn)管子30在通道22中的壓配合。
實例管子直徑69,9-70,1mm(在20℃)通道直徑70,3-70,8mm(在20℃)
將板軋制1mm足以實現(xiàn)管子30在通道22中的壓配合。管子30的截面稍微變成橢圓形。
因為整個板體10可以被軋制的范圍具有一定上限，附加的步驟可以作為預(yù)處理或后處理應(yīng)用，以便支持通過板體10的軋制獲得的壓配合。下面描述多個這樣的附加步驟。
在第一附加步驟中，如圖6所示，確定通道22和管子30的截面尺寸，使得板體10和管子30都在環(huán)境溫度下具有管子30在通道22中的徑向間隙(即，正公差)。在管子30插入板體10的通道22之后，通過水壓缸42拽動錐形膨脹頭40穿過管子30。該膨脹頭40膨脹管子30的截面，從而通過隨后板體10的金屬成形，準(zhǔn)備管子30在通道22中的壓配合。盡管作為預(yù)處理描述，機(jī)械的管子膨脹也可以在板體10的軋制后實施。
根據(jù)另一附加步驟，如圖7所示，還是確定通道22和管子30的截面尺寸，使得板體10和管子30都在環(huán)境溫度下提供管子30在通道22中的徑向間隙(即，正公差)。在管子30已經(jīng)插入板體10的通道22之后，管子30通過泵入管子30的增壓液體膨脹。如圖7所示的裝置包括以密封方式放入管子30一端的頭部50。該頭部50包括貫穿管子30以支持活塞54的桿52，活塞54封住在通道22相反的出口附近的管子30。通道56讓增壓液體泵入管子30。管子30的水壓膨脹用于通過板體的金屬成形、管子30在通道22中隨后的壓配合。盡管作為預(yù)處理描述，這種液壓膨脹也可以在板體10的軋制之后實施。
根據(jù)另一附加步驟，在金屬成形處理之前，實施板體10中的管子30的收縮配合。以本來已知的方式，在溫度平衡時通道22和管子30的截面尺寸具有徑向干涉。在將管子30插入通道22之前，通過加熱板體10和/或冷卻管子30產(chǎn)生徑向間隙。在管子30插入后，當(dāng)回到溫度平衡時，獲得徑向干涉。因此，對板體施行的金屬成形處理實現(xiàn)期望的壓配合。
當(dāng)然，可能執(zhí)行一個或多個上述輔助步驟，以用于管子30在通道22中的期望壓配合。通常，對板體10施行的金屬成形處理還是足以實現(xiàn)期望的壓配合。
圖4示出用圖1所示的板體10制造的最終冷卻板。在實現(xiàn)管子在板體10的通道22中的期望壓配合之后，從傾斜周面16、18突出的管子端部32、34朝板體10的背面彎曲，以形成指向基本上垂直于平行于板體10背面14的平面的方向的連接管端部60、62。應(yīng)該指出，傾斜周面16、18形成鼻端64、66，其共同保護(hù)朝高爐內(nèi)部的彎曲管子端部32、34。
圖5示出基于稍微不同于圖1的板體10設(shè)計的板體10′制造的最終冷卻板。在該板體10′中，每個通道端部開設(shè)銑入板體10′周面16′、18′的凹窩70、72，使得朝板體10′背面14′敞開。朝正面12′，每個凹窩70、72用剩余的板部分74、76封閉。由于剩余的板部分74、76朝冷卻板正面的保護(hù)，彎曲的管子端部32′、34′形成連接管端部60′、62′，其指向基本上垂直于平行于板體10′背面14′的平面的方向。
下面描述制造冷卻板的另一優(yōu)選實施例。該實施例克服通過軋制整個板體10、10′、可以減小板體10、10′的厚度的范圍的限制。
圖8示出根據(jù)制造冷卻板的可替換實施例的板體坯10″。圖8是板體坯10″在通道22的區(qū)域的局部側(cè)向截面圖。通道22可以被鑄造或鉆削，如上所述。板體10″在其背面14設(shè)置隆丘80。該隆丘80沿著通道22延伸，沿垂直于圖8的平面的方向。隆丘80設(shè)置在通道22位置附近和上方。在鍛造或軋制的板加工期間或在銅板或鋼板的連續(xù)鑄造期間，隆丘80通常隨著板體10″形成?？商鎿Q地，隆丘可以在隨后的步驟、例如通過堆焊形成。應(yīng)該指出，多個隆丘通常設(shè)置在板體10″的背面14，即，一個隆丘用于一個通道22(未示出)。
圖9示出圖8的板體10″具有存在徑向間隙插入通道22中的管子30。由于相應(yīng)于管子30的尺寸，徑向間隙優(yōu)選在板體10″和管子30之間溫度平衡時存在。
圖10示出對板體10″、更具體地說是隆丘80施行金屬成形處理后的圖9的板體10″和管子30。在插入管子30之后，例如通過軋制或擠壓處理壓下隆丘80。通常，對隆丘80局部施行金屬成形處理，使得隆丘80頂部被強(qiáng)制朝通道22方向，即，在圖9中垂直向下。機(jī)械變形使背面14平坦，以便強(qiáng)制初始隆丘80永久地進(jìn)入板體10″，如圖10所示。從而通道22的截面減小，以將管子30和板體10″之間的初始徑向間隙轉(zhuǎn)變成壓配合。另外從圖10看出，原來的圓柱形管子30和通道22在變形后成為稍微的橢圓形截面。
選擇圖8和9中隆丘的厚度和形狀，例如，以實現(xiàn)板體10″鄰近隆丘80和通道22區(qū)域的確定永久塑性變形。板體10″的這種塑性變形最適宜導(dǎo)致管子30的彈性變形。從而實現(xiàn)管子30在通道22中的預(yù)張緊配合。應(yīng)該理解，初始的隆丘80明顯便于使板體10″金屬成形而形成壓配合的步驟。特別是，隆丘80不需要軋制整個板體10″來實現(xiàn)壓配合并增加了通道22的截面縮小的范圍。
圖11示出根據(jù)制造冷卻板的另一實施例的板體坯10″。與圖8相比較，板體坯10″包括相似的隆丘82，只是它設(shè)置開口82。開口82可以通過切割獲得或可替換地鑄造而成。在平行于圖11的平面的方向，開口82從背面14到通道22貫穿隆丘80，從而在隆丘80內(nèi)形成兩個肩部84和84′。在平行于圖11的平面的方向，開口82通常在隆丘80的長度上延伸。優(yōu)選開口82的寬度朝通道22減小。
圖12示出圖11的板體10″具有存在徑向間隙插入通道22的管子30。
圖13示出最終狀態(tài)的板體10″。與圖12相比較，在對板體10″、更具體地說是對肩部84和84′施行金屬成形處理后，管子30壓配合在通道22內(nèi)。通道22周圍的板體10″的區(qū)域例如通過軋制產(chǎn)生塑性變形，以便實現(xiàn)管子30在通道22中的壓配合。肩部84和84′永久地向下彎曲和連接，以夾緊管子30。從而關(guān)閉初始的開口82，如圖12所示。應(yīng)該理解，初始的開口82由于減小壓下隆丘80所需的力便于金屬成形處理。如果初始的開口82不完全關(guān)閉，可以達(dá)到相同的效果。根據(jù)初始開口的尺寸，狹縫可以沿通道22保留，對最終的冷卻板沒有明顯的負(fù)作用。除了斷開的隆丘80之外，圖13的最終板體10″具有與圖10的最終板體10″具有相似的性能和優(yōu)點。
圖14示出根據(jù)用于制造冷卻板的另一實施例的板體坯10。如果與圖8或圖11相比較，板體坯10不設(shè)置隆丘80。圖14示出帶有已經(jīng)插入通道22中、具有徑向間隙的管子30的板體10。
圖15示出圖14的板體10的最終狀態(tài)。板體10已經(jīng)經(jīng)過金屬成形處理形成局部沉陷90。用于形成沉陷90的金屬成形處理可以是軋制或擠壓操作。沉陷90局部設(shè)置在板體10上，即，在通道22附近并沿著通道22。因此，沉陷90在垂直于圖15的平面方向沿通道22延伸。如果與圖14相比較，沉陷90減小通道22的截面。結(jié)果，實現(xiàn)管子30在通道22中的壓配合。板體10壓下的程度，即，沉陷90的高度，通常選擇為獲得板體10的通道22周圍區(qū)域的確定的塑性變形。這種確定的塑性變形最適宜導(dǎo)致管子30的彈性變形，從而保證管子30在通道22內(nèi)的預(yù)張緊配合。
應(yīng)該理解，根據(jù)圖8-10、圖11-13或圖14-15的方法獲得最終的冷卻板，其基本上與圖4和圖5描述的最終的冷卻板具有相同的性能。
如果分別與鍛造或軋制的板體、具有用于冷卻液的鉆削導(dǎo)管的銅或鋼冷卻板相比較，和與用于冷卻液的導(dǎo)管是鑄造的通道的連續(xù)鑄造板體的銅冷卻板相比較，上述冷卻板例如具有以下優(yōu)點-可以使用高質(zhì)量的銅管子或不銹鋼管子30、30′，即使在浸蝕、腐蝕和板體10、10′產(chǎn)生裂紋的情況下，這些管子保證多年的密閉性。
-因為板體10、10′不必保證水密閉性，對板體10、10′的質(zhì)量所作的實際經(jīng)濟(jì)節(jié)約明顯可以補(bǔ)償高質(zhì)量銅管子或不銹鋼管子30、30′的費(fèi)用；-不需要將連接管端部焊接到板體10、10′上，從而不需要高質(zhì)專業(yè)人才并且免除了焊接缺陷造成的泄漏風(fēng)險；-具有彎曲端部32、34、32′、34′的管子30、30′比焊接到鉆削或鑄造通道的連接管端部產(chǎn)生小得多的壓降。
-具有彎曲端部32、34、32′、34′的管子30、30′解決了諸如氣眼和固體堆積等的“死端”的問題，它們常常是腐蝕和流動限制問題的起源。
-板體10、10′邊緣更好的冷卻，因為管子30、30′冒出到板體10、10′的周面16、18、16′、18′外面；-彎曲的管子端部32、34、32′、34′至少能夠部分地補(bǔ)償在高爐中冷卻板的膨脹/收縮產(chǎn)生的溫度，從而不需要用于連接連接管端部60、62、60′、62′與冷卻回路的補(bǔ)償器，或者所需要的用于連接連接管端部60、62、60′、62′與冷卻回路的補(bǔ)償器更簡單。
如果與在模具中鑄造的鑄鐵或鑄銅冷卻板相比，其中形成冷卻流體的導(dǎo)管被直接鑄入，上述冷卻板例如具有以下優(yōu)點-因為基于軋制、鍛造或連續(xù)鑄造的板可以制造板體10、10′，所以相當(dāng)容易實現(xiàn)沒有空腔和氣孔的板體10、10′；-用于制造板體10、10′的板可以以低成本工業(yè)化生產(chǎn)，并且具有穩(wěn)定的質(zhì)量；-不需要擔(dān)心在管子材料和固化管子周圍的板的材料之間的界面問題；-管子30在通道22內(nèi)的壓配合可以保證管子30與板10、10′之間良好并穩(wěn)定的熱傳遞性能。
權(quán)利要求
1.一種制造冷卻板的方法，包括提供金屬板體(10，10′，10″)，其具有正面(12，12′)、背面(14，14′)、和在所述正面(12，12′)下面貫穿所述金屬板體的至少一個通道(22，22′)；將金屬管子(30，30′)插入所述通道(22，22′)中，具有徑向間隙，使得兩管子(30，30′)端部突出到所述通道(22，22′)外面；和實現(xiàn)所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的壓配合；其特征在于實現(xiàn)所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的壓配合的步驟包括對所述金屬板體(10，10′，10″)施行金屬成形處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬成形處理形成所述管子(30，30′)的彈性變形，從而產(chǎn)生所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的預(yù)張緊配合。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中提供具有至少一個通道(22，22′)的金屬板體(10，10′，10″)的步驟包括a)提供鍛造或軋制的銅板或鋼板；和b)鉆所述板而鉆出所述至少一個通道(22，22′)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中提供具有至少一個通道(22，22′)的金屬板體(10，10′，10″)的步驟包括連續(xù)鑄造具有至少一個貫穿其的鑄造的通道(22，22′)的金屬板；和用所述連續(xù)鑄造的金屬板制造所述金屬板體(10，10′，10″)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述制造所述金屬板體(10，10′，10″)的步驟包括用金屬切削工具機(jī)械加工所述至少一個鑄造的通道(22，22′)，以提高其尺寸公差和形狀公差。
6.如權(quán)利要求1-5的任一項所述的方法，其中所述實現(xiàn)所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的壓配合的步驟包括沿所述至少一個通道(22，22′)局部地施行金屬成形處理。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中通過所述金屬成形處理沿所述通道形成沉陷(90)。
8.如權(quán)利要求1-7的任一項所述的方法，其中所述提供具有至少一個通道(22，22′)的金屬板體(10，10′，10″)的步驟包括在所述金屬板體(10，10′，10″)上設(shè)置隆丘(80)，所述隆丘沿所述至少一個通道(22，22′)延伸。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述提供具有至少一個通道(22，22′)的金屬板體(10，10′，10″)的步驟還包括在所述隆丘(80)設(shè)置開口(82)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述提供具有至少一個通道(22，22′)的金屬板體(10，10′，10″)的步驟還包括在所述隆丘(80)內(nèi)設(shè)置開口(82)，其中所述開口(82)伸入所述至少一個通道(22，22′)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中對所述隆丘(80)施行所述金屬成形處理，以減小所述開口(82)的寬度。
12.如權(quán)利要求8-11的任一項所述的方法，其中對所述隆丘(80)施行金屬成形處理，以壓下所述隆丘(80)。
13.如權(quán)利要求1-12的任一項所述的方法，其中所述實現(xiàn)所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的壓配合的步驟包括在將所述金屬管子(30，30′)插入所述通道(22，22′)之后，軋制所述板體(10，10′，10″)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述板體(10，10′，10″)被軋制，以使所述通道(22，22′)和所述管子(30，30′)具有橢圓形截面。
15.如權(quán)利要求1-14所述的任一項所述的方法，其中所述實現(xiàn)所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的壓配合的步驟還包括通過在所述管子(30，30′)內(nèi)部形成水壓而徑向膨脹所述管子(30，30′)。
16.如權(quán)利要求1-15的任一項所述的方法，其中所述實現(xiàn)所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的壓配合的步驟還包括用至少一次內(nèi)部爆炸來徑向膨脹所述管子(30，30′)。
17.如權(quán)利要求1-16的任一項所述的方法，其中所述實現(xiàn)所述管子(30，30′)在所述通道(22，22′)內(nèi)的壓配合的步驟還包括通過拽動膨脹頭通過所述管子(30，30′)而膨脹所述管子(30，30′)。
18.如權(quán)利要求1-17的任一項所述的方法，其中所述板體(10，10′，10″)由銅或鋼制成。
19.如權(quán)利要求1-18的任一項所述的方法，其中所述管子(30，30′)由銅或不銹鋼制成。
20.如權(quán)利要求1-19的任一項所述的方法，其中突出到所述通道(22，22′)外面的每個所述管子(30，30′)端部朝所述板體(10，10′，10″)后面彎曲，以對準(zhǔn)基本上垂直于與板體(10，10′，10″)背面(14，14′)平行的平面的方向而形成連接管端部。
21.如權(quán)利要求1-20的任一項所述的方法，其中所述提供金屬板體(10，10′，10″)的步驟包括提供具有第一周面(16，16′)和相反的第二周面(18，18′)的板體(10，10′，10″)，其中所述至少一個通道(22，22′)貫穿所述金屬板體(10，10′，10″)，以在所述第一周面(16，16′)上形成第一孔口(24，24′)和在所述第二周面(18，18′)上形成第二孔口(26，26′)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中至少所述周面(16，18)之一朝所述板體(10)的背面傾斜。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中對于所述孔口(24′，26′)的至少一個，凹窩(70，72)被銑入所述周面(16′，18′)，使得所述凹窩朝板體(10′)的背面(14′)敞開，從而所述孔口(24′，26′)位于所述凹窩(70，72)之內(nèi)。
24.一種冷卻板，包括金屬板體(10，10′，10″)，其具有正面(12，12′)、背面(14，14′)以及貫穿所述金屬板體中的在所述正面(12，12′)下面的通道(22，22′)的至少一個金屬管子(30，30′)，使得兩管子(30，30′)端部突出到所述板體(10，10′，10″)外面，在所述金屬板體(10，10′，10″)和所述至少一個金屬管子(30，30′)之間具有壓配合，其特征在于所述金屬板體(10，10′，10″)沿所述通道(22，22′)塑性變形，所述塑性變形對所述壓配合起主要作用。
25.如權(quán)利要求24所述的冷卻板，其中所述板體(10，10′，10″)初始包括沿所述至少一個通道(22，22′)延伸的隆丘(80)。
26.如權(quán)利要求25所述的冷卻板，其中開口(82)設(shè)置在所述隆丘(80)上。
27.如權(quán)利要求26所述的冷卻板，其中，在所述板體(10，10′，10″)、更具體地說是所述隆丘(80)的塑性變形之后，沿所述至少一個通道(22，22′)設(shè)置狹縫，所述狹縫來源于所述開口(82)。
28.如權(quán)利要求24-27的任一項所述的冷卻板，其中所述板體(10，10′，10″)由銅或鋼制成。
29.如權(quán)利要求24-28的任一項所述的冷卻板，其中所述管子(30，30′)由銅或不銹鋼制成。
30.如權(quán)利要求29所述的冷卻板，其中所述板體(10，10′，10″)由鋼制成，所述管子(30，30′)由銅制成。
31.如權(quán)利要求24-30的任一項所述的冷卻板，其中每個所述管子(30，30′)端部彎曲，以對準(zhǔn)基本上垂直于與板體(10，10′，10″)背面(14，14′)平行的平面的方向而形成連接管端部(60，62，60′，62′)。
32.如權(quán)利要求24-31的任一項所述的冷卻板，其中所述板體(10，10′，10″)具有第一周面(16，16′)和第二周面(18，18′)；和所述至少一個管子(30，30′)貫穿所述金屬板體(10，10′，10″)，使得一個管子(30，30′)端部冒出到所述第一周面(16，16′)外面，另一管子(30，30′)端部冒出到所述第二周面(18，18′)外面。
33.如權(quán)利要求32所述的冷卻板，其中至少所述周面(16，18)之一朝所述板體(10)的背面(14)傾斜。
34.如權(quán)利要求32所述的冷卻板，其中至少所述周面(16′，18′)之一包括凹窩(70，72)，其朝所述板體(10′)的所述背面(14′)敞開，其中所述管子(30′)端部冒出到所述板體(10′)外面。
全文摘要
一種制造冷卻板的方法，包括以下步驟提供金屬板體(10)，其具有正面(12)、背面(14)、和在所述正面下面貫穿金屬板體的至少一個通道(22)；將具有徑向間隙的金屬管子(30)插入所述通道(22)中，使得兩個管子端部(32，34)突出到通道(22)外面；和通過對板體(10)施行金屬成形處理而收縮通道(22)的截面，實現(xiàn)管子(30)在通道(22)內(nèi)的壓配合。
文檔編號F28D7/00GK1886522SQ200480035355
公開日2006年12月27日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者羅伯特·施梅勒, 尼古拉斯·穆塞爾, 蓋伊·蒂倫 申請人:保爾.沃特公司