镶砖、冷却壁及高温炉体的制作方法

1.本实用新型涉及冶炼冷却技术领域，具体涉及一种镶砖、冷却壁及高温炉体。


背景技术：

2.现有的镶砖受热部是矩形，安装部是燕尾形，且在安装部和受热部的连接面处，受热部的尺寸远大于安装部的尺寸。这种镶砖在冶金炉、加热炉、高温液体容器内的寿命很短，一般在冶金炉、加热炉、高温液体容器开炉6个月至3年内受热部就开始损坏折断直至全部脱落，此时，冷却壁就暴露在液态渣铁、高温气流、炉料的直接侵害之中，冷却壁热面产生裂纹并扩展，直至完全损坏。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提出一种镶砖、冷却壁及高温炉体，旨在优化镶砖的结构，以减少镶砖的损坏，进而延长冷却壁的使用寿命。
4.为了实现上述目的，本实用新型提出的一种镶砖，所述镶砖沿第一方向延伸，且其中部呈内缩设置，以使得所述镶砖形成在第一方向上至少部分截面具有渐缩设置的安装部，以及连接所述安装部且至少部分截面具有渐扩设置的受热部，所述安装部用于设置于附着壁上。
5.可选地，所述安装部和所述受热部之间设有第一过渡曲面。
6.可选地，所述镶砖的周侧面包括相对设置的两个第一邻接面、以及处于两个所述第一邻接面之间的两个第二邻接面，至少一个所述第一邻接面上设有所述第一过渡曲面，两个所述第二邻接面至少部分平行设置。
7.可选地，两个所述第二邻接面上对应所述受热部的部分中，至少一个所述第二邻接面设有倾斜斜面，所述倾斜斜面朝向另一所述第二邻接面倾斜设置。
8.可选地，相邻的所述第一邻接面和所述第二邻接面之间设有第二过渡曲面。
9.可选地，所述镶砖的中部截面面积最小的位置形成在所述安装部和所述受热部的交界处；或者，
10.所述镶砖的中部截面面积最小的位置邻近所述安装部和所述受热部的交界处设置。
11.可选地，在所述安装部和所述受热部的交界处形成有共有截面，其中：
12.所述共有截面处在两个所述第一邻接面之间的宽度为b，且b≥83mm；和/或，
13.所述共有截面自所述安装部的端面之间的间距为l，且l≥76mm。
14.可选地，所述镶砖的材质为耐火砖：和或，所述镶砖的材质为氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、三氧化二铝陶瓷中的至少一种。
15.本实用新型还提出一种冷却壁，所述冷却壁包括附着壁以及多个镶砖，所述附着壁具有受热面，多个所述镶砖中，每一所述镶砖的安装部均设于所述受热面，所述镶砖沿第一方向延伸，且其中部呈内缩设置，以使得所述镶砖形成在第一方向上至少部分截面具有
渐缩设置的安装部，以及连接所述安装部且至少部分截面具有渐扩设置的受热部，所述安装部用于设置于附着壁上。
16.可选地，第一方向为所述附着壁的厚度方向；
17.所述镶砖的周侧面包括相对设置的两个第一邻接面，沿第一方向上，两个所述第一邻接面对应所述受热部的部分相背倾斜设置；
18.一所述镶砖内，两个所述第一邻接面沿所述附着壁的高度方向上分布；
19.处在所述附着壁的高度方向上相邻两个所述镶砖中，两个所述镶砖相对的第一邻接面之间形成第一填充间隙，在所述第一填充间隙内设有耐火填充结构。
20.可选地，所述耐火填充结构与其中一个所述镶砖的第一邻接面之间形成有预留间隙。
21.可选地，所述耐火填充结构的弹性模量小于所述镶砖的弹性模量；和/或，
22.所述耐火填充结构包括耐火砖和/或耐火填充材料；和/或，
23.所述耐火填充结构包括耐火砖，所述耐火砖的弹性模量等于或者大于所述镶砖的弹性模量。
24.可选地，所述耐火填充结构包括耐火砖和耐火填充材料；
25.所述耐火砖与两个所述镶砖相对的表面之间至少一个设有耐火填充材料。
26.可选地，所述受热面上开设有与所述安装部适配的安装凹槽；
27.所述安装部设于所述安装凹槽内。
28.可选地，所述附着壁的材质为金属材质。
29.可选地，所述附着壁具有与所述受热面相对的冷面；
30.所述冷却壁包括设于所述附着壁内的冷却管，所述冷却管内流通有冷却液，所述冷却管的进口和入口均设于所述冷面。
31.本实用新型还提出一种高温炉体，所述高温炉体包括冷却壁，所述冷却壁包括附着壁以及多个镶砖，所述附着壁具有受热面，多个所述镶砖中，每一所述镶砖的安装部均设于所述受热面，所述镶砖沿第一方向延伸，且其中部呈内缩设置，以使得所述镶砖形成在第一方向上至少部分截面具有渐缩设置的安装部，以及连接所述安装部且至少部分截面具有渐扩设置的受热部，所述安装部用于设置于附着壁上。
32.本实用新型提供的技术方案中，所述镶砖包括沿第一方向依次分布的安装部以及受热部，沿第一方向延伸，所述镶砖的中部呈内缩设置，以使得所述镶砖形成在第一方向上至少部分截面具有渐缩设置的安装部，以及连接所述安装部且至少部分截面具有渐扩设置的受热部，所述安装部用于设置于附着壁上，在所述镶砖的受热部和安装部之间无截面突变，外表面光滑过渡，由于消除了受热部和安装部连接处的截面突变，所以消除了该区域的应力集中，降低了所述镶砖自所述安装部和受热部的交界处损坏的风险，延长了镶砖的使用寿命。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提
下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
34.图1为本实用新型提供的镶砖的一实施例的立体结构示意图；
35.图2为图1中镶砖的正视结构示意图；
36.图3为图2中沿a-a向的剖视结构示意图；
37.图4为图1中镶砖的左视结构示意图；
38.图5为本实用新型提供的包含有图1中镶砖的冷却壁的实施例的立体结构示意图；
39.图6为图5中冷却壁的主视结构示意图；
40.图7为图6中沿b-b向的剖视结构示意图；
41.图8为图7中局部c的放大示意图；
42.图9为现有技术中镶砖的立体结构示意图。
43.本实用新型的附图标号说明：
44.标号名称标号名称100镶砖1000冷却壁1安装部200附着壁2受热部201第一填充间隙3第一邻接面300耐火填充结构31第一过渡曲面301耐火砖4第二邻接面302耐火填充材料41倾斜斜面400安装凹槽5第二过渡曲面500冷却管
45.现有技术的附图标号说明：
46.标号名称标号名称600镶砖62安装部61受热部601结合面
47.本实用新型目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以及附图做进一步的说明。
具体实施方式
48.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
49.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
50.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包
括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
51.请参阅图9，现有的镶600的受热部61是矩形，安装部62是燕尾形，且在安装部62和受热部61的结合面601处，受热部61的尺寸远大于安装部62的尺寸。在冶金炉、加热炉、高温液体容器内的寿命很短，一般在冶金炉、加热炉、高温液体容器开炉6个月至3年内受热部61和安装部62的结合面601,就开始损坏折断直至全部脱落，从此以后冷却壁靠将熔融态的渣铁冷却后形成渣皮来形成炉型、保护冷却壁热面、降低热量损失。但渣皮的强度低，经常脱落，形成需要一定的时间。在渣皮脱落的期间冷却壁热面温度很高，暴露在液态渣铁、高温气流、炉料的直接磨损之中，冷却壁热面产生裂纹并扩展，直至冷却壁损坏。镶砖寿命短也是冷却壁寿命短的最主要的原因。因为如果有镶砖的保护，冷却壁热面的温度不会超过极限值，不会直接受渣铁及高温煤气流的侵蚀，基本不会损坏。
52.镶砖损坏的原因业界一直没能研究透彻，一般提及冷却壁镶砖的损坏原因：1、熔融渣铁及炉内煤气对耐火材料的侵蚀；2、在高温作用下，耐火材料自身产生的反应所造成的损坏，如新矿物的生成所产生的相变化带来的体积效应和在真空作用下的挥发等原因；3、熔融渣铁对耐火材料的冲刷及熔蚀作用；4、熔融渣铁及高温煤气反复作用于耐火材料上造成的热冲击，引起耐火材料的开裂和剥落；5、耐火材料自身的热膨胀效应造成的损坏；6、耐火材料的选择与搭配不恰当；7、对耐火材料的使用不当。如砌筑方式、烘烤方式不适当等。
53.按照以上论点设计的冷却壁，在冶金炉、加热炉、高温液体容器某些部位寿命无法超过15年，鉴于上述情况，本技术人发现冷却壁镶砖损坏的主要原因是镶砖在受热部61表面受到高温，而安装部62由于冷却壁的冷却作用保持较低的温度，沿第一方向的温差使镶砖600产生应力，并且在安装部62与受热部61结合面601处的较大的截面突变产生很大的应力集中，从而导致镶砖600损坏。
54.鉴于上述分析，本实用新型提出一种冷却壁，所述冷却壁包括镶砖，其中，图1至图4为本实用新型提供的镶砖的实施例的示意图，图5至图8为本实用新型提供的冷却壁的实施例的示意图。
55.请参阅图1至图4，所述镶砖100沿第一方向延伸，且其中部呈内缩设置，以使得所述镶砖100形成在第一方向上至少部分截面具有渐缩设置的安装部1，以及连接所述安装部1且至少部分截面具有渐扩设置的受热部2，所述安装部1用于设置于附着壁200上。
56.本实用新型提供的技术方案中，所述镶砖100包括沿第一方向依次分布的安装部1以及受热部2，沿第一方向延伸，所述镶砖100的中部呈内缩设置，以使得所述镶砖100形成在第一方向上至少部分截面具有渐缩设置的安装部1，以及连接所述安装部1且至少部分截面具有渐扩设置的受热部2，所述安装部1用于设置于附着壁200上，在所述镶砖100的受热部2和安装部1之间无截面突变，由于消除了受热部2和安装部1连接处的截面突变，所以消除了该区域的应力集中，降低了所述镶砖100自所述安装部1和受热部2的交界处损坏的风险，延长了镶砖100的使用寿命。
57.所述镶砖100设在所述高温炉体内，所述镶砖100需要与所述炉体的高温液体、高
温气体接触，所述镶砖100的材质也必须是耐火材质，如，可以是耐火砖、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、三氧化二铝陶瓷中的至少一种，可以是上述的任意一种，也可以是包含上述至少两种的混合物，如，包含上述两种、三种或者4种等等组合方式。
58.所述安装部1和所述受热部2之间无截面突变，可以是缓慢变化的直线，也可以是圆弧过渡的曲线，当然还可以是多段线，如不同曲率半径的曲线的组合，曲线和直线的组合等等方式，一个实施例中，所述安装部1和所述受热部2之间设有第一过渡曲面31，通过圆滑过渡的曲面连接所述安装部1和所述受热部2，两者之间的截面是均匀连续变化，进一步地减少应力集中于所述受热部2和所述安装部1的交界处，进一步地提高了所述镶砖100的使用寿命。
59.本实用新型的技术方案中，不限制所述第一过渡曲面31的设置个数，如，可以是设置在所述镶砖100的一个侧面上，两个侧面上、三个侧面上或者四个侧面上等等，一个实施例中，所述镶砖100的周侧面包括相对设置的两个第一邻接面3、以及处于两个所述第一邻接面3之间的两个第二邻接面4，至少一个所述第一邻接面3上设有所述第一过渡曲面31，两个所述第二邻接面4至少部分平行设置，至少一个所述第一邻接面3上设有所述第一过渡曲面31保证了所述受热部2和所述安装部1截面的平滑过渡，两个所述第二邻接面4至少部分平行设置使得在所述冷却壁1000中，相邻的两个所述镶砖100之间贴紧安装，便于定位与安装。
60.一个实施例中，两个所述第二邻接面4上对应所述受热部2的部分中，至少一个所述第二邻接面4设有倾斜斜面41，所述倾斜斜面41朝向另一所述第二邻接面4倾斜设置，便于在两个所述镶砖100上相邻的两个受热部2之间形成预留间隙，减少镶砖100之间受热膨胀挤压，降低了所述镶砖100损坏的风险。
61.镶砖100为近似长方形，在相邻的两个侧面之间会形成棱角，本实用新型的技术方案中，可以在所述镶砖100的任意一位置的棱角设置为圆形曲面，减少应力的集中，一个实施例中，相邻的所述第一邻接面3和所述第二邻接面4之间设有第二过渡曲面5，减少应力集中，在所述镶砖100的长度方向的棱边中，所述第二过渡曲面5平滑过渡连接所述第一邻接面3和所述第二邻接面4，减少镶砖100应力的集中，降低了所述镶砖100损坏的风险。
62.沿第一方向，所述镶砖100呈内缩设置，在第一方向上，所述镶砖100会存在截面面积最小的位置，该截面面积最小的位置可以是在所述安装部1上，可以是在所述受热部2上，也可以是在所述安装部1和所述受热部2的交界处，一个实施例中，所述镶砖100的中部截面面积最小的位置形成在所述安装部1和所述受热部2的交界处，或者，所述镶砖100的中部截面面积最小的位置邻近所述安装部1和所述受热部2的交界处设置，即尽量地将所述镶砖100的中部截面面积最小的位置设置在所述安装部1和所述受热部2的交界处，所述安装部1和所述受热部2的交界处是形变变化最突出的地方，将所述镶砖100的过渡位置设置在此处，便于所述镶砖100的应力的分散，降低了镶砖100损坏的分享，同时，便于所述安装部1的安装，也便于在所述冷却壁1000中相邻的镶砖100之间设置耐火结构。
63.具体地，在所述安装部1和所述受热部2的交界处形成有共有截面，其中：
64.所述共有截面处在两个所述第一邻接面3之间的宽度为b，且b≥83mm；和/或，所述共有截面自所述安装部1的端面之间的间距为l，且l≥76mm，相比于现有技术中的镶砖100，本技术中，可以将所述镶砖100设置的更大尺寸，结构强度更好，更能提高镶砖100的使用寿
命。
65.本实用新型还提供一种冷却壁1000，请参阅图5至图8，所述冷却壁1000包括附着壁200以及多个镶砖100，所述附着壁200具有受热面，多个所述镶砖100中，每一所述镶砖100的安装部1均设于所述受热面，由于所述冷却壁1000包含有上述记载的所述镶砖100的全部技术特征，也因此具有上述全部技术特征带来的技术效果，此处不在一一赘述。
66.需要说明的是，所述冷却壁1000在高温炉体内，主要是起传导所述高温炉体内的热量的作用，在所述冷却壁1000上，沿所述冷却壁1000的高度方向和宽度方向上并排设置多个所述镶砖100，以通过所述镶砖100阻隔所述高温炉体内的热量，并将所述镶砖100的热量传导至外界。
67.在所述冷却壁1000内，相邻的所述镶砖100之间可以设置耐火填充结构300，也可以预留间隙等等方式来设置，当然，可以在相邻的所述镶砖100之间既设置耐火填充结构300又设置预留间隙等等。
68.具体地，一个实施例中，第一方向为所述附着壁200的厚度方向，所述镶砖100的周侧面包括相对设置的两个第一邻接面3，沿第一方向上，两个所述第一邻接面3对应所述受热部2的部分相背倾斜设置，一所述镶砖100内，两个所述第一邻接面3沿所述附着壁200的高度方向上分布，处在所述附着壁200的高度方向上相邻两个所述镶砖100中，两个所述镶砖100相对的第一邻接面3之间形成第一填充间隙201，在所述第一填充间隙201内设有耐火填充结构300，通过设置所述耐火填充结构300，一方面减少金属熔渣残留在镶砖100之间，另一方面，减少两个所述镶砖100之间硬接触挤压的概率，间接地提高了所述镶砖100的使用寿命。
69.一个实施例中，所述耐火填充结构300与其中一个所述镶砖100的第一邻接面3之间形成有预留间隙，可以是与处于上方的所述镶砖100的第一邻接面3之间设置的预留间隙，也可以是与处于下方的所述镶砖100的第一邻接面3之间设置的预留间隙，此处不受限制。
70.在相邻两个所述镶砖100之间，所述耐火填充结构300主要是起到间隔两个所述镶砖100的作用，一个实施例中，所述耐火填充结构300的弹性模量小于所述镶砖100的弹性模量，可以起到缓冲形变的作用，减少相邻的所述镶砖100之间挤压破碎的风险。
71.当然，在所述耐火填充结构300中设置有耐火砖时，所述耐火砖301的弹性模量与所述镶砖100的弹性模量之间的大小关系可以不受限制，如，所述耐火砖301的弹性模量可以是小于所述镶砖100的弹性模量；也可以是所述耐火砖301的弹性模量可以是等于所述镶砖100的弹性模量，选取与所述镶砖100相同材质的耐火砖301；当然，还可以是所述耐火砖301的弹性模量大于所述镶砖100的弹性模量，以上均在本实用新型的保护范围内。
72.进一步地，一个实施例中，所述耐火填充结构300包括耐火砖301和/或耐火填充材料302，通过在相邻的两个所述镶砖100之间设置了所述耐火砖301之后，在所述耐火砖301与其中一个所述镶砖100之间的间隙内再填充所述耐火填充材料302，整个所述耐火填充结构300充满所述第一填充间隙201，可以阻挡炉料及热量的侵入。
73.在另一个实施例中，所述耐火填充结构300包括耐火砖301和耐火填充材料302，所述耐火砖301与两个所述镶砖100相对的表面中至少一个设有耐火填充材料302，如此设置，可以阻挡炉料及热量的侵入。
74.所述安装部1设置于所述附着壁200上的具体形式也是本实用新型的主要内容，一实施例中，所述受热面上开设有与所述安装部1适配的安装凹槽400，所述安装部1设于所述安装凹槽400内，可以将所述安装部1设置为减缩的截面，并将所述安装凹槽400设置为燕尾槽的形式，此时，在所述附着壁200的厚度方向上，所述镶砖100不容易脱落，安装牢靠。
75.一实施例中，所述附着壁200的材质为金属材质，具有较好的导热系数，可以快速地将所述镶砖100的热量传导至外界，减少高温炉体炉壁的温度，提高高温炉体的整体寿命，需要说明的是，所述附着壁200的材质可以设置为铸铁、铸钢、铜或者铝等材质。
76.一实施例中，所述附着壁200具有与所述受热面相对的冷面，所述冷却壁1000包括设于所述附着壁200内的冷却管500，所述冷却管500内流通有冷却液，所述冷却管500的进口和入口均设于所述冷面，在所述附着壁200内设置冷却管500，通过所述冷却管500内的冷却介质将所述附着壁200的热量导出至外界，便于快速对所述附着壁200的降温，具有较好的效果。
77.本实用新型还提供一种高温炉体，所述高温炉体包括冷却壁1000，由于所述高温炉体包括上述所述冷却壁1000的全部技术特征，也因此具有上述全部技术特征带来的技术效果，此处不再一一赘述。
78.以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。