[发明专利]冷却元件

说明书

本发明涉及一种冷却元件，用于电弧炉内衬的可更换部件。

德国专利说明书DE2907511 C1中公开了一种用于高炉的冷却元件，它由铜或低合金成分的铜合金制成，并且采用对原料块进行锻压或轧制的制造工艺。在所述冷却元件的内部，设置了在使用位置上是垂直的冷却通道，它通过机械加工出的深孔制成。所述冷却元件的朝向高炉内部的表面具有水平布置的沟槽，用于固定耐火材料。

在实践中也将类似的冷却元件用于电弧炉，但是所述冷却元件会产生变形。其原因在于，电弧炉内的温度比高炉的温度更高，而且在熔化过程中会出现强烈的温度波动。

在电孤炉的熔化阶段中，所述冷却元件要发生热膨胀，冷却元件的朝向炉子内部的表面和背面相比，受到更高温度的作用。在高温下会出现晶格和材料性质的改变，其中扩散在高能量的大角度晶界范围内容易进行。由此而产生的位于晶界附近的较高空穴密度会造成错位爬行，并造成塑性变形的前兆，即所谓的蠕变。变形的大小取决于热负荷情况，所以冷却元件朝向炉子内部的表面的变形更大。

熔化过程结束后温度将下降，冷却元件则相应收缩，而且其朝向电弧炉内部的表面的收缩率大于朝外的表面。这会导致冷却元件指向炉子内部的曲率增加，而且随着熔化过程次数的增加和温度变化次数的增加，曲率也变大。在实践中产生的问题是，电弧炉装料时，安装在弯曲的冷却元件凸起的边缘处的金属件会断裂，从而导致冷却元件严重损坏。

本发明从已有技术出发，所提出的任务是，提供一种用于电弧炉内衬的，作为可更换部件的冷却元件，它在所有工作情况中都具有明显改善的形状稳定性。

本发明对以上任务的解决方案是，其中所述冷却元件的朝向电弧炉内部的表面被栅格状沟槽分割成许多平面小块，所述沟槽朝着冷却液通道的方向延伸。

通过上述方式，可减小所述冷却元件由于蠕变而产生的曲率变化。每个平面小块在冷却过程中，通过晶格的变化而持续进行侧向收缩，当然这种长度变化被限制在每个平面小块的局部范围。它不会传递给相邻的平面小块。

蠕变应力由于沟槽构成间隔空间，而不会作用到相邻的平面小块上。所以能有效地减小冷却元件内的固有应力，从而大大限制了冷却元件的弯曲。

本发明的特点是，材料不会由于加工出的沟槽而收缩。其中要求槽底处不得超过收缩现象所对应的极限温度，即大约140℃。这一条件可通过以下结构得到满足，即槽底靠近设置在冷却元件内部的冷却液通道。

根据不同的热负荷，平面小块可以有不同的尺寸。所述沟槽也可以具有任意的方向。

根据权利要求2所述本发明的一种有利结构，所述冷却元件具有由相互平行布置的沟槽所构成的交叉状行列。

根据权利要求3和4所述特征的改进，所述平面小块是矩形的或是菱形的。

此外，也可设想平面小块是四角形，特别是六角形形状。

如权利要求5所述，一种在制造工艺方面有利的方案是，所述沟槽经机械加工制成，优选采用铣加工。使用圆盘铣刀的优点是，可以将沟槽制成所要求的形状。

因为位于熔池上方的冷却元件没有被耐火粘土覆盖，所以每个冷却元件上都附着有熔渣喷溅物。在熔化过程中，所述熔渣喷溅物会形成熔渣层，它对冷却元件额外提供了防护电孤炉内部温度的隔热层。所制出的沟槽可进一步增加熔渣层的附着性。特别是所述沟槽，其槽口处的宽度少许小于槽底的宽度时(权利要求6)，更有利于熔渣层附着在冷却元件上。

如权利要求7所述，所述冷却元件用一块铜或低合金成分的铜合金原料锻压或轧制而成。轧制或锻压的铜或铜合金和浇铸的铜板相比，其晶格更致密、更均匀。此外锻压或轧制的铜板和浇铸的铜板相比，具有更高的强度和导热性。另外，本发明所述的冷却元件具有更好的冷却效果，这是由于在冷却元件朝向电弧炉内部的表面上开出沟槽，增大了表面积。

对原料块进行了锻压或轧制后，再在铜板上加工出所述沟槽和所述冷却液通道，构成所述冷却元件。

下面对照附图所示的实施例对本发明做进一步的说明。

图1表示本发明所述冷却元件的穿过一条冷却液通道的垂直剖视图；

图2表示图1所示冷却元件的前视图；

图3表示另一种结构的冷却元件的前视图；

图4表示沿图1中的截面Ⅳ的放大图，它属于另一个实施例。

图1和图2表示的是一个平板形状的冷却元件1，它是一台图中未画出的电弧炉内衬里的可更换部件。所述冷却元件1在电弧炉内部被安装在金属熔池的上方。