本发明涉及冶金电炉设备技术领域，特别涉及一种矿热炉铜压力环及其加工方法。
背景技术
矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，主要用于还原冶炼矿石、碳质还原剂及溶剂等原料，主要生产硅铁、锰铁、铬铁、硅锰合金等铁合金。铜压力环是用在矿热炉里的一种重要的专用通水冷却设备，由多个（通常6-10个）铜压力环单元组成一个环形的铜压力环，并与其他设备组成电极把持器，确保矿热炉能稳定并连续工作。矿热炉在运行时，电极和炉料之间产生的电弧，温度可高达3000℃左右，熔炼时产生的高温烟气对深入炉内的冷却设备产生很高的热负荷，环境十分恶劣，特别是对处于矿热炉底部的铜压力环，由于铜压力环的底面更接近炉料面，环境温度更高，因而铜压力环更需要得到冷却。如果铜压力环损坏漏水，电极把持器也就不能正常工作，那么矿热炉必须停炉检修。
如图8-11所示，现有的铜压力环单元包括铜压力环单元本体01，铜压力环单元本体01内设有冷却通道02，冷却通道02两端分别设有进水口03和出水口04。由于要求对这种铜压力环的底部进行冷却，冷却通道02包括设置在铜压力环单元本体01底部的第一横向通道段05、第二横向通道段06和第三横向通道段07，第一横向通道段05从铜压力环单元本体01的左侧边沿011延伸至右侧边沿012，第二横向通道段06从铜压力环单元本体01的中间部位013延伸至左侧边沿011，第三横向通道段07从铜压力环单元本体01的中间部位013延伸至右侧边沿012，在铜压力环单元本体01底部的左侧边沿011和右侧边沿012分别设有一通水槽014，两个通水槽014的槽口分别开口于铜压力环单元本体01底部的左侧壁、右侧壁上，左侧的通水槽014将第一横向通道段05左端与第二横向通道段06左端连通，右侧的通水槽014将第一横向通道段05右端与第三横向通道段07右端连通；两个通水槽014的槽口分别安装有通水槽盖板015，利用通水槽盖板015将通水槽014的槽口密封住，两通水槽盖板015的边缘分别与铜压力环单元本体01底部的左侧壁、右侧壁焊接。由于焊接通水槽盖板015所产生的焊缝016显露在铜压力环单元本体01底部的外表面上，会长期暴露于矿热炉的高温环境中，因此焊缝016容易发生腐蚀拉裂而破损漏水的现象，容易发生热停炉检修，影响铜压力环的使用寿命。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题是提供一种矿热炉铜压力环，这种矿热炉铜压力环无需在铜压力环单元本体底部设置通水槽及焊接通水槽盖板，从而省去铜压力环单元本体底部通水槽盖板的焊缝，避免焊缝直接暴露在高温环境中而出现腐蚀拉裂漏水的现象，提高铜压力环的使用寿命，减少热停炉造成的生产损失。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种矿热炉铜压力环，包括多个铜压力环单元，铜压力环单元包括铜压力环单元本体，铜压力环单元本体内设有冷却通道，冷却通道两端分别设有进水口和出水口，其特征是：所述冷却通道包括横向通道段和多个u形通道段，横向通道段处于所述铜压力环单元本体的顶部，各条u形通道段在铜压力环单元本体上自左至右依次排列；u形通道段包括左流道、中间流道、中间堵头和右流道，左流道、中间流道和右流道均沿纵向延伸并且自左至右依次排列，中间流道中设有限位台阶，中间堵头处于中间流道的上段中，且中间堵头的外表面与中间流道上段的内侧壁紧密接触，中间堵头下端与限位台阶接触，左流道的下段通过中间流道的下段与右流道的下段连通；各u形通道段通过横向通道段相连通。
通常，上述u形通道段的底部处于铜压力环单元本体的底部。
左流道的上段和右流道的上段之间由中间堵头隔断，左流道的下段和右流道的下段与中间流道的下段相互连通，形成u字形流道（这种u字形流道是一种u字形走向的“盲通”结构）。左流道的上段和右流道的上段均与铜压力环单元本体顶部的横向通道段相连通。各条u形通道段的底部处于铜压力环单元本体的底部，使得铜压力环单元本体内形成一条上下往复、横向延伸的冷却通道，能够对铜压力环的底部起到良好的冷却效果；大大延长铜压力环的使用寿命。由于无需在铜压力环单元本体底部设置横向通道段、通水槽及焊接通水槽盖板，从而省去铜压力环单元本体底部通水槽盖板的焊缝，避免焊缝直接暴露在高温环境中而出现腐蚀拉裂漏水的现象，提高铜压力环的使用寿命，减少热停炉造成的生产损失。
上述限位台阶作为中间流道的上段与下段的分界，对中间堵头起到限位和支撑的作用。在加工过程中，插入中间堵头后，当中间堵头下端接触到限位台阶时，中间堵头插入到位。在铜压力环的使用过程中，由于限位台阶的限位及支撑作用，使得中间堵头不会继续下降。
作为本发明的优选方案，所述u形通道段中，左流道上端、右流道上端分别构成u形通道段的两端；横向通道段分隔为自左至右依次排列多个横向通道小段；最左侧的u形通道段一端与最左侧的横向通道小段连通、另一端与进水口或出水口连通，最右侧的u形通道段一端与最右侧的横向通道小段连通、另一端与出水口或进水口连通；中间的各u形通道段的两端分别与左右相邻的两个横向通道小段连通。通常通过设置堵头将横向通道段分隔为多个横向通道小段，中间的各u形通道段的中间堵头的上端可用于横向通道段的分隔。
作为本发明进一步的优选方案，处于中间的各所述u形通道段中，中间堵头的上端设有第一端部堵头，第一端部堵头焊接在所述铜压力环单元本体顶部，且中间堵头的上端面与第一端部堵头的下端面紧密接触。利用第一端部堵头将中间堵头上方的开口封住，能够有效阻止左流道上端和右流道上端之间的串水。
作为本发明更进一步的优选方案，处于最左端的所述u形通道段与所述横向通道段的连接处设有第二端部堵头，第二端部堵头中设有第二转接流道，第二转接流道将最左侧的横向通道小段与最左侧的u形通道段一端连通，且第二端部堵头将最左侧的横向通道小段与最左侧的u形通道段另一端隔断；处于最右端的u形通道段与横向通道段的连接处均设有第三端部堵头，第三端部堵头中设有第三转接流道，第三转接流道将最右侧的横向通道小段与最右侧的u形通道段一端连通，且第三端部堵头将最右侧的横向通道小段与最右侧的u形通道段另一端隔断。采用这种带有转接流道的堵头是为了实现冷却通道由纵向、横向之间的转换，作为中间连接件将u形通道段与横向通道段连接，形成所需要的冷却通道，使冷却流体按照设计所需要的流向通行。
作为本发明更进一步的优选方案，所述左流道与所述中间流道的连接处具有第一刺状块，中间流道与所述右流道的连接处具有第二刺状块。通过采用机械加工方式去除材料磨平第一刺状块和第二刺状块，将左流道与中间流道之间的开口处、中间流道与右流道之间的开口处磨平，使得u形通道段的顶部平滑，有利于与第一端部堵头的下端面紧密接触。
作为本发明的优选方案，所述u形通道段中左流道、中间流道和右流道均为纵向延伸的圆孔；在u形通道段的截面上，左流道所在的圆与中间流道所在的圆相交，中间流道所在的圆与右流道所在的圆相交。这样，左流道、中间流道和右流道相互连通的圆孔组成复合孔，复合孔是以钻孔或其他机械加工方式形成的，相邻两圆孔的圆心距小于两圆孔的半径之和。通常，复合孔中各圆孔相互平行。
上述铜压力环单元本体的材质为铜或铜合金。
本发明还提供上述矿热炉铜压力环的一种加工方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将整块铜板锻压成铜压力环单元本体；
（2）在铜压力环单元本体的顶部自左至右或自右至左钻孔，得到沿横向延伸的横向孔，横向孔在铜压力环单元本体的侧面具有开口；
（3）在铜压力环单元本体上自上至下钻孔，得到多个沿纵向延伸的中间纵向孔，各中间纵向孔均与横向孔连通，各中间纵向孔在铜压力环单元本体的顶面具有开口；
（4）采用扩孔方式增大各中间纵向孔上段的孔径，并在中间纵向孔中形成限位台阶；
（5）往各中间纵向孔的上段中插入圆柱状棒材，圆柱状棒材的外表面与中间纵向孔上段的内侧壁紧密接触，并使圆柱状棒材下端与限位台阶接触；
（6）在各中间纵向孔的左右两侧自上至下钻孔，得到沿纵向延伸的多个左纵向孔和多个右纵向孔，各左纵向孔和各右纵向孔在铜压力环单元本体的顶面具有开口，各左纵向孔和各右纵向孔均与横向孔连通，左纵向孔的下段和右纵向孔的下段均与对应的中间纵向孔的下段连通；钻左纵向孔和右纵向孔时圆柱状棒材左右两侧的材料被去除，形成中间堵头；
（7）对铜压力环单元本体进行弯板加工，使铜压力环单元本体弯曲成弧形，横向孔弯曲成弧形而形成横向通道段；
（8）安装各端部堵头并将端部堵头焊接在铜压力环单元本体上，将横向孔的开口、各中间纵向孔的开口、各左纵向孔的开口和各右纵向孔的开口封住；中间纵向孔与中间堵头对应的部分构成中间流道的上段，中间纵向孔处在限位台阶下方的部分构成中间流道的下段，左纵向孔处在横向通道段下方的部分构成左流道，右纵向孔处在横向通道段下方的部分构成右流道，得到铜压力环单元；
（9）将多个铜压力环单元依次拼接成环形，得到矿热炉铜压力环。
通常，上述左纵向孔下端、右纵向孔下端和中间纵向孔下端处在同一高度位置。
通常，各中间纵向孔上段的孔径大于横向孔。
通常，上述圆柱状棒材的材质为铜或铜合金。
上述步骤（8）中左流道、中间流道的下段、右流道自左至右依次连通形成u形通道段。
作为本发明的优选方案，所述步骤（8）中，第一刺状块处于各左纵向孔的开口与各中间纵向孔的开口之间，第二刺状块处于各中间纵向孔的开口与各右纵向孔的开口之间，采用机械加工方式去除材料磨平第一刺状块和第二刺状块。通过这种方式，将各左纵向孔的开口与各中间纵向孔的开口之间和各中间纵向孔的开口与各右纵向孔的开口之间磨平，使得u形通道段的顶部平滑，有利于与第一端部堵头的下端面紧密接触。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
这种矿热炉铜压力环采用中间堵头将左流道的上段和右流道的上段之间隔断，左流道的下段和右流道的下段与中间流道的下段相互连通，形成u形通道段，各条u形通道段的底部处于铜压力环单元本体的底部，使得铜压力环单元本体内形成一条上下往复、横向延伸的冷却通道，能够对铜压力环的底部起到良好的冷却效果；大大延长铜压力环的使用寿命。由于无需在铜压力环单元本体底部设置横向通道段、通水槽及焊接通水槽盖板，从而省去铜压力环单元本体底部通水槽盖板的焊缝，避免焊缝直接暴露在高温环境中而出现腐蚀拉裂漏水的现象，提高铜压力环的使用寿命，减少热停炉造成的生产损失。
附图说明
图1是本发明具体实施例的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图2中a-a的剖面图；
图4是图1中b-b的剖面图；
图5是图1中c-c的剖面图；
图6是图5经过机械加工去除材料后的结构示意图；
图7是图1中第二端部堵头、第三端部堵头的结构示意图；
图8是本发明背景技术中铜压力环单元的结构示意图；
图9是图8的俯视图；
图10是图9中沿d方向视图；
图11是图10中e-e的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行具体描述。
如图1-7所示，本实施例中的一种矿热炉铜压力环，包括多个铜压力环单元，铜压力环单元包括铜压力环单元本体1，铜压力环单元本体1内设有冷却通道2，冷却通道2两端分别设有进水口3和出水口4，冷却通道2包括横向通道段21和四个u形通道段22，横向通道段21处于铜压力环单元本体1的顶部，各条u形通道段22在铜压力环单元本体1上自左至右依次排列；u形通道段22包括左流道221、中间流道222、中间堵头223和右流道224，左流道221、中间流道222和右流道224均沿纵向延伸并且自左至右依次排列，中间流道222中设有限位台阶225，中间堵头223处于中间流道222的上段中，且中间堵头223的外表面与中间流道222上段的内侧壁紧密接触，中间堵头223下端与限位台阶225接触，左流道221的下段通过中间流道222的下段与右流道224的下段连通；各u形通道段22通过横向通道段21相连通。
通常，u形通道段22的底部处于铜压力环单元本体1的底部。
左流道221的上段和右流道224的上段之间由中间堵头223隔断，左流道221的下段和右流道224的下段与中间流道222的下段相互连通，形成u字形流道（这种u字形流道是一种u字形走向的“盲通”结构）。左流道221的上段和右流道224的上段均与铜压力环单元本体1顶部的横向通道段21相连通。各条u形通道段22的底部处于铜压力环单元本体1的底部，使得铜压力环单元本体1内形成一条上下往复、横向延伸的冷却通道2，能够对铜压力环的底部起到良好的冷却效果；大大延长铜压力环的使用寿命。由于无需在铜压力环单元本体1底部设置横向通道段21、通水槽及焊接通水槽盖板，从而省去铜压力环单元本体1底部通水槽盖板的焊缝，避免焊缝直接暴露在高温环境中而出现腐蚀拉裂漏水的现象，提高铜压力环的使用寿命，减少热停炉造成的生产损失。
限位台阶225作为中间流道222的上段与下段的分界，对中间堵头223起到限位和支撑的作用。在加工过程中，插入中间堵头223后，当中间堵头223下端接触到限位台阶225时，中间堵头223插入到位。在铜压力环的使用过程中，由于限位台阶225的限位及支撑作用，使得中间堵头223不会继续下降。
u形通道段22中，左流道221上端、右流道224上端分别构成u形通道段22的两端；四个u形通道段22按自左至右的顺序依次为u形通道段22a、u形通道段22b、u形通道段22c和u形通道段22d；通过设置堵头将横向通道段21分隔为五个横向通道小段211，五个横向通道小段211按自左至右的顺序依次为横向通道小段211a、横向通道小段211b、横向通道小段211c、横向通道小段211d和横向通道小段211e；u形通道段22a的左流道221与横向通道小段211a连通、u形通道段22a的右流道224与进水口3连通，横向通道小段211b的两端分别与u形通道段22a的左流道221、u形通道段22b的左流道221连通，横向通道小段211c的两端分别与u形通道段22b的右流道224、u形通道段22c的左流道221连通，横向通道小段211d的两端分别与u形通道段22c的右流道224、u形通道段22d的右流道224连通，u形通道段22d的右流道221与横向通道小段211e连通、u形通道段22d的左流道221与出水口4连通。处于中间的u形通道段22b的中间堵头223的上端、u形通道段22c的中间堵头223的上端可用于横向通道段21的分隔。
处于中间的u形通道段22b、u形通道段22c中，中间堵头223的上端设有第一端部堵头226，第一端部堵头226焊接在铜压力环单元本体1顶部，且中间堵头223的上端面与第一端部堵头226的下端面紧密接触。利用第一端部堵头226将中间堵头223上方的开口封住，能够有效阻止左流道221上端和右流道224上端之间的串水。
u形通道段22a与横向通道段21的连接处设有第二端部堵头227，第二端部堵头227中设有第二转接流道2271，第二转接流道2271将横向通道小段211a与u形通道段22a的左流道221连通，且第二端部堵头227将横向通道小段211a与u形通道段22a的右流道224隔断；u形通道段22d与横向通道段21的连接处均设有第三端部堵头228，第三端部堵头228中设有第三转接流道2281，第三转接流道2281将横向通道小段211e与u形通道段22d的右流道221连通，且第三端部堵头228将横向通道小段211e与u形通道段22d的左流道221隔断。采用这种带有转接流道的堵头是为了实现冷却通道2由纵向、横向之间的转换，作为中间连接件将u形通道段22与横向通道段21连接，形成所需要的冷却通道2，使冷却流体按照设计所需要的流向通行。
左流道221与中间流道222的连接处具有第一刺状块23，中间流道222与右流道224的连接处具有第二刺状块24。通过采用机械加工方式去除材料磨平第一刺状块23和第二刺状块24，将左流道221与中间流道222之间的开口处、中间流道222与右流道224之间的开口处磨平，使得u形通道段22的顶部平滑，有利于与第一端部堵头226的下端面紧密接触。
u形通道段22中左流道221、中间流道222和右流道224均为纵向延伸的圆孔；在u形通道段22的截面上，左流道221所在的圆与中间流道222所在的圆相交，中间流道222所在的圆与右流道224所在的圆相交。这样，左流道221、中间流道222和右流道224相互连通的圆孔组成复合孔，复合孔是以钻孔或其他机械加工方式形成的，相邻两圆孔的圆心距小于两圆孔的半径之和。通常，复合孔中各圆孔相互平行。
铜压力环单元本体1的材质为铜或铜合金。
上述矿热炉铜压力环的加工方法，包括下述步骤：
（1）将整块铜板锻压成铜压力环单元本体1；
（2）在铜压力环单元本体1的顶部自左至右或自右至左钻孔，得到沿横向延伸的横向孔11，横向孔11在铜压力环单元本体1的侧面具有开口；
（3）在铜压力环单元本体1上自上至下钻孔，得到多个沿纵向延伸的中间纵向孔12，各中间纵向孔12均与横向孔11连通，各中间纵向孔12在铜压力环单元本体1的顶面具有开口；
（4）采用扩孔方式增大各中间纵向孔12上段的孔径，并在中间纵向孔12中形成限位台阶225；
（5）往各中间纵向孔12的上段中插入圆柱状棒材，圆柱状棒材的外表面与中间纵向孔12上段的内侧壁紧密接触，并使圆柱状棒材下端与限位台阶225接触；
（6）在各中间纵向孔12的左右两侧自上至下钻孔，得到沿纵向延伸的多个左纵向孔13和多个右纵向孔14，各左纵向孔13和各右纵向孔14在铜压力环单元本体1的顶面具有开口，各左纵向孔13和各右纵向孔14均与横向孔11连通，左纵向孔13的下段和右纵向孔14的下段均与对应的中间纵向孔12的下段连通；钻左纵向孔13和右纵向孔14时圆柱状棒材左右两侧的材料被去除，形成中间堵头223；
（7）对铜压力环单元本体1进行弯板加工，使铜压力环单元本体1弯曲成弧形，横向孔11弯曲成弧形而形成横向通道段21；
（8）安装各端部堵头并将端部堵头焊接在铜压力环单元本体1上，将横向孔11的开口、各中间纵向孔12的开口、各左纵向孔13的开口和各右纵向孔14的开口封住；中间纵向孔12与中间堵头223对应的部分构成中间流道222的上段，中间纵向孔12处在限位台阶225下方的部分构成中间流道222的下段，左纵向孔13处在横向通道段21下方的部分构成左流道221，右纵向孔14处在横向通道段21下方的部分构成右流道224，得到铜压力环单元；
（9）将多个铜压力环单元依次拼接成环形，得到矿热炉铜压力环。
通常，左纵向孔13下端、右纵向孔14下端和中间纵向孔12下端处在同一高度位置。
通常，各中间纵向孔12上段的孔径大于横向孔11。
通常，圆柱状棒材的材质为铜或铜合金。
步骤（8）中左流道221、中间流道222的下段、右流道224自左至右依次连通形成u形通道段22。
步骤（8）中，第一刺状块23处于各左纵向孔13的开口与各中间纵向孔12的开口之间，第二刺状块24处于各中间纵向孔12的开口与各右纵向孔14的开口之间，采用机械加工方式去除材料磨平第一刺状块23和第二刺状块24。通过这种方式，将各左纵向孔13的开口与各中间纵向孔12的开口之间和各中间纵向孔12的开口与各右纵向孔14的开口之间磨平，使得u形通道段22的顶部平滑，有利于与第一端部堵头226的下端面紧密接触。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。