CZ20011649A3 - Chladicí deska a způsob její výroby - Google Patents

Description

Chladicí deska a způsob

Oblast_ techniky,

Vynález se týká jednak chladicí desky pro využití u vnitřního oplášiování u hutních pecí, zejména tavících pecí nebo šachtových pecí podle znaků předvýznakové části patentového náro ku 1.

Jednak je vynález zaměřen na způsob výroby chladicí desky v souladu se znaky předvýznakové části patentového nároku 5.

posayadní_stav_techniky

Hutní pece jsou pro tepelnou izolaci opatřeny vyměnitelným. vnitrním kovovým opláštováním, na kterém mohou být upevněny izolační hmoty ze žáruvzdorného materiálu, jako například ze šamotu. Uvnitř pecí panující teploty jsou tak vysoké, že je potřebné chlazení oplášfování. V této souvislosti přicházejí k nasazeni chladicí desky s integrovanými kanály ochlazovacího prostředku. Takové chladicí desky jsou obvykle uspořádány mezi pláštěm pece a mezi vyzdívkou pece a jsou připojeny na chladicí systém pece. Na té straně, která je přivrácená k vnitřku pece, jsou chladicí desky zpravidla opatřeny žáruvzdorným materiálem.

Jsou již známé chladicí desky, u kterých jsou kanály ochlazovacího prostředku vytvořeny trubkami zalitými do litiny. Tyto chladicí desky mají, jen malý odvod tepla v důsledku nepatrné tepelné vodivosti litiny a v důsledku odporu mezi chladicími trubkami a mezi deskovým tělesem, který je způsoben vrstvou oxidu nebo vzduchovou štěrbinou.

Podstatně lepší tepelnou vodivost než šedá litina má měň • · »*·· ·· ·· · · • · · · · · • · · · ·♦· · • 9 9 9 9 9 9 9 a slitiny mědi. V této souvislosti je v DE 29 07 511 C2 zveřejněna chladicí deska pro šachtové pece, která sestává z mědi nebo z nízko legovaných slitin mědi a která je vyrobena z vykovaného nebo z vyválcovaného měděného bloku. U této konstrukce jsou uvnitř chladicí desky vytvořeny kanály ochlazovacího prostředí prostřednictvím mechanického hlubinného vrtání. Tyto kanály ochlazovacího prostředí upravené v chladicí desce jsou utěsněny zaletováním nebo zavařením závitových zátek. Na zadní straně chladicí desky jsou upraveny přívodní otvory ke kanálům ochlazovacího prostředí, které jsou navařeny nebo přiletovány na nátrubky potřebné pro přívod ochlazovacíno prostředku, případně pro odvod ochlazovacího prostředku.

Podle DE 198 01 425 Al patří dále ke stavu techniky vytváření kanálů ochlazovacího prostředku prostřednictvím mechanického odebírání materiálu v chladicí desce, přičemž takto vytvořený kanálový obrazec se překryje krycí deskou. K tomu účelu musí být krycí deska na chladicí desce utěsněné upevněna. Tento způsob je však nevýhodný zejména z hlediska potřebných svařovacích prací.

Z hlediska kanálů ochlazovacího prostředku se osvědčily takové, které nemají kruhový, ale oválný, případně podélně zaoblený průřez, protože takové kanály poskytují větší plochu pro přenášení tepla. V této souvislosti jsou známé odlévané chladicí desky z měděného materiálu s nekruhovými kanály ochlazovacího prostředku. Ty však mají tu nevýhodu, že materiál je hrubozrnný a nehomogenní. Z toho vyplývá horší tepelná vodivost a nebezpečí brzké únavy materiálu. Další nevýhoda spočívá v tom, že chyby spojení nebo škody v materiálu, jako mikrotrhliny na odlité chladicí desce lze jen velmi obtížně zjistit.

• · ·*··· ·» ·♦ · ·

P odstáta_vynálezu

Vynález si proto klade za úkol, vycházeje ze známého stavu techniky, vytvořit kvalitativně zdokonalenou chladicí desku s větším chladicím účinkem a vysokým stupněm účinnosti, jakož i způsob pro ekonomicky výhodnou výrobu chladicí desky s kanály ochlazovacího prostředku.

Řešení příslušné části tohoto úkolu je podle vynálezu dáno znaky význakové části patentového nároku 1.

Taková chladicí deska je charakterizována deskovým tělesem, které je při vytvarování koncových průřezů kanálů ochlazovacího prostředku zmenšeno v tloušice a měděný materiál deskového tělesa je jemnozrnná struktura se střední velikostí zrna menší než 10 mm.

Deskové těleso může sestávat ze smíšeného měděného materiálu, smíšené směsi, s jemnozrnnou strukturou. Možný je však také válcovaný nebo odlitý materiál. I když je také v zásadě možné tepelné deformování měděného materiálu, je podle vynálezu upřednostněno kombinované deformováni za studená a za tepla, zejména válcované snížení tlouštky.

Jako zvláště výhodná je velikost zrna menší než 5 mm, s výhodou mezi 0,005 mm a 2 mm, jak je tu uvedeno v patentovém nároku 2.

Podle znaků význakové části patentového nároku 3, mají kanály ochlazovacího prostředku s deskovým tělesem redukovaným v tloušíce oválový, to znamená podélně kulatý koncový průřez. Tím se zabezpečí optimální plocha pro přenos tepla pro odvádění tepla, případně ochlazovaní chladicí desky.

Podle znaků význakové části patentového nároku 4 může mít ·· 4··« ·· ····44

4 · 4 · · · 44

Φ 4 · 4 «44 ·4 • · 4 4 ·444» deskové těleso na jedné straně drážky pro uložení žáruvzdorného materiálu.

Chladicí deska podle vynalezu se vyznačuje zdokonaleným chlazením a více rovnoměrným tepelným profilem na ploše přivrácené k vnitřní straně pece, případně k tavenině. Jemnozrnná struktura podstatně zdokonaluje tepelnou vodivost. V kombinaci se zejména podélnými kruhovými koncovými průřezy kanálů ochlazovacího prostředku je umožněna redukce tloušíky stěny chladicí desky. Chladicí účinek je podstatně zdokonalen. Mimoto lze dosáhnout úspory na materiálu.

Z hlediska způsobu je úkol podle vynálezu řešen znaky význakové části podle patentového nároku 5·

Podle něj se předpokládá, že nejprve se připraví surový ingot z měděného materiálu s výchozí tloušťkou větší než je koncová tlouštka deskového tělesa. Surový ingot může sestávat ze smíšené směsi, z litého materiálu nebo z válcovaného materiálu. Tento surový ingot se potom prostřednictvím nejméně jednoho postupového kroku redukuje v tlouštce, a to na koncovou tlouštku deskového tělesa. Tuto redukci lze provést]válcováním, kováním, lisováním nebo tlačením. Také kombinace těchto způsobů je možná. Před dosažením koncové tlouštky se upraví v surovém ingotu nebo v deskovém tělese kanály ochlazovacího prostředku, což znamená, že kanály ochlazovacího prostředku mohou být již předem v surovém ingotu k dispozici nebo se vyrobí v průběhu redukce tloušťky. Přitom je možná stupňovitá výroba při současné změně jejich průřezů.

Způsob podle vynálezu je z hlediska výrobní techniky racionální a ekonomicky výhodný a poskytuje kvalitativně vysoce hodnotnou chladicí desku s deskovým tělesem, které se vyznačuje strukturou se střední velikostí zrna menší než 10 mm.

• to ··>· <··*·· ·· • · · · · » • · ····· ·

Prostřednictvím přetvařování lze dosáhnout ještě jemnější struktury s velikostmi zrn mezi 0,005 mm a 2 mm.

Na koncovou tloušťku redukované deskové těleso lze nakonec přezkoušet prostřednictvím ultrazvukové zkoušky materiálu na chyby struktury nebo případné škody.

Další výhodné provedení vynaxezu je patrno ze znaků význakové části patentového nároku 6. Zde se v surovém ingotu nebo v deskovém tělese upraví před dosažením koncové tloušťky kanály s kruhovým průřezem. Výrobu kanálů lze uskutečnit všemi známými způsoby. Pokud je potom surový ingot nebo deskové těleso přetvařován na koncovou tloušťku, jsou přetvařovány také průřezy kanálů do oválového tvaru, tedy podélně kruhového. Tyto průřezy přispívají ke zdokonalení tepelné vodivosti.

Další zvláště výhodné výrobní opatření spočívá ve znacích význakové části patentového nároku 7. V tomto případě se nejprve surový blok redukuje válcováním za studená z hlediska jeho výchozí tloušťky.

Tím získá měděný materiál překrystalizovanou jemnou zrnovou strukturu, u které se do značné míry nebo zcela odstraní typická struktura tuhnutí měděného odlitku surového ingotu.

Návazně se v surovém ingotu, který má redukovanou tloušťku, upraví kanály s kruhovými průřezy.

Tento surový ingot je potom v nejméně jednom pracovním kroku prostřednictvím válcování za tepla redukován na koncovou tloušťku, přičemž se kruhové průřezy kanálu přeformují tepelně technicky na výhodné oválové průřezy kanálů ochlazovacího prostředku.

Způsob podle vynálezu umožňuje ekonomicky výhodnou výro·· ···♦ ···· ·« • · · · · · · · · • ♦ · · ··♦ · · • ···· ···· bu kvalitativně vysoce oceňované chladicí desky s vysokým stupněm účinnosti a se zdokonaleným chlazením.*Na rozdíl od známých chladicích desek z hrubozrnného měděného materiálu je možná redukce tloušťky stěny. To vede k úsporám materiálu a nákladů.

Kanály v surovém ingotu nebo v deskovém tělese mohou být podle patentového nároku 8 mechanicky hluboce vyvrtány.

Možné však také je, aby kanály podle patentového nároku 9 byly zality již do surového ingotu.

?££hleA2b£ázků_na_výkresech

Vynález je v dalším podrobněji popsán na podkladě příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněn axonometrický pohled na chladicí desku.

Na obr. 2 je technicky zjednodušeně znázorněn průběh způsobu při výrobě chladicí desky ve třech výrobních situacích.

?říklady_2rovedení_yynálezu

Na obr. 1 je znázorněn axonometrický pohled na chladicí desku 1 pro využití u vnitřního opláštování hutních pecí, zejména tavících pecí nebo šachtových pecí, jako vysokých pecí, redukčních zařízení nebo elektrických obloukových pecí.

Chladicí deska 1 má deskové těleso 2. z mědi nebo slitiny mědi, do které jsou integrovány oválové, to je podélné kruhové kanály 3_ ochlazovacího prostředku. Měděný materiál deskového tělesa 2 má jemnozrnnou strukturu se střední velikostí zrna menší než 10 mm. Za zvláště výhodnou se po'važuje velikost zrna menší než 5 mm, s výhodou mezi 0,005 mm a 2 mm.

Na straně 4 má deskové těleso 2 dodatečně v něm upravené drážky, 5. pro uložení žáruvzdorného materiálu.

Výroba deskového tělesa 2. je schematicky znázorněna na obr. 2, kde je patrný výchozí stav A a konečný stav E.

Nejprve se připraví odlitý surový ingot 6. z měděného materiálu. Do tohoto autového ingotu 6 jsou mechanicky hluboce vyvrtány kanály 7. Je zde^patrno,. že kanály 7 mají ve výchozím stavu A. v podstatě kruhové průřezy Q^.

Surový ingot 6. má poměrně hrubou zrnovou strukturu. Jeho výchozí tlouštka D^ je větší než koncová tlouštka pozdějšího deskového tělesa 2. V nejméně jednostupňovém válcovacím procesu se redukuje výchozí tlouštka D^ surového ingotu 6 až na koncovou tlouštku deskového tělesa 2_. to se uskutečňuje při přetvařování průřezů kanálů 7 na koncové průřezy > které jsou, jak již bylo dříve uvedeno, oválné, tedy podélně kruhové. Při válcovacím přepracování, Které se také odborně nazývá smíšené přepracování, získá deskové těleso 2_ jemnozrnnou strukturu v uvedených oblastech velikosti zrn.

Způsob podle vynálezu umožňuje ekonomicky výhodnou výrobu kvalitativně vysoko oceňované chladicí desky 1 s lepším chlazením při rovnoměrném tepelném profilu horkem ovlivňovaných ploch. Přitom je možná redukce tlouštKy stěny chladicí desKy 1 ve srovnání s obvyklými chladicími deskami s hrubozrnnou strukturou.

Tato chladicí deska 1 je zvláště výhodná také proto, že

99 «<·>· toto ···· ·· · » · · ··· ···· • ♦ · · ··♦ · · · • · · ♦ · · · « · 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 _ g _ ··*· ·· ·· ··· ·· ···

je možné v praxi provádět ultrazvukové technické zkoušení materiálu pro detekci slabých míst struktury nebo chyb. Tak je možné včas rozpoznat slabá místa, aniž by docházelo k výpadkům v provozu a k nevhodné době stavu odstavení.

Claims (9)

1. Chladicí deska pro využití u vnitřního oplášťování hutních pecí, zejména tavících pecí nebo šachtových pecí, které mají deskové těleso /2/ z měděného materiálu s integrovanými kanály /3/ ochlazovacího prostředku, vyznačující se tím, že deskové těleso /2/ je při vytvoření koncových průřezů /Q₂/ kanálů /3/ ochlazovacího prostředku zmenšeno v tloušťce a měděný materiál deskového tělesa /2/ je jemnozrnná struktura se střední, velikostí zrna menší než 10 mm.

2. Chladicí deska podle nároku 1, vyznačující se tím, že velikost zrna _ce menší než 5 mm, s výhodou mezi 0,005 mm a 2 mm.

3. Chladicí deska podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že koncové průřezy /Q₂/ kanálů /3/ ochlazovacího prostředku mají oválový tvar.

4. Chladicí deska podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že deskové těleso /2/ má na jedné straně drážky /5/ pro uložení žáruvzdorného materiálu.

5. Způsob výroby chladicí desky /1/, která má deskové těleso /2/, vyznačující se tím, že nejprve se připraví surový ingot /6/ z měděného materiálu s výchozí tloušťkou /D^/ větší než je koncová tloušťka /D₂/ deskového tělesa /2/ a potom se prostřednictvím nejméně jednoho postupového kroku redukuje výchozí tloušťka /D^/ surového ingotu /6/ na koncovou tloušťku /D^/ deskového tělesa /2/, přičemž před dosažením koncově tloušťky /D₂/ ^se vyrobí v surovém ingotu /6/ nebo v deskovém tělese /2/ kanály /3/ ochlazovacího prostředku.

6 o Způsob podle nároku 5, vyznačující

- ΙΟ -

«··· 00 • • • 0 0 • • • 00 • 0 • 0 • 0 0 · • 0 • 0 0 0 0 000 00

tím, že v surovém ingotu /6/ nebo v deskovém tělese /2/ se před dosažením koncové tloušíky /D^/ vytvoří kanály /7/ s kruhovými průřezy /Q^/ a při redukování deskového tělesa /2/ na koncovou tloušíku /D₂/ ^se kanály /7/ s kruhovými průřezy /Q^/ přetvoří na kanály /3/ ochlazovacího prostředku s oválnými koncovými průřezy /Q₂/.

7. Způsob podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že nejprve se válcováním za studená redukuje surový ingot /6/ z hlediska jeho výchozí tloušťky /D^/, potom se vytvoří v surovém ingotu /6/ redukovaném z hlediska tloušťky kanály /7/ s kruhovými průřezy /Q-^/, a v tloušťce zmenšený a kanály /7/ s kruhovými průřezy /fy/ opatřený surový ingot /6/ se naposled válcováním za tepla redukuje na koncovou tlouštku /D₂/ deskového tělesa /2/ při přetvoření kanálů /7/ na kanály /3/ ochlazovacího prostředku s oválnými koncovými průřezy /fy/.

8. Způsob podle jednoho z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že kanály /7/ s kruhovými průřezy /Q^/ se do surového ingotu /6/ nebo do deskového tělesa /2/ mechanicky hluboce vyvrtají.

9. Způsob podle jednoho z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že kanály /7/ se do surového ingotu /6/ zalijí.