一种矿热炉用水冷铜保护屏的制作方法

本实用新型涉及矿热炉设备技术领域，特别涉及一种矿热炉用水冷铜保护屏。

背景技术：

水冷保护屏是生产铁合金、工业硅、电石、黄磷等矿热炉的重要部件，是保护电极下把持系统的圆筒式装置。圆筒式结构的水冷保护屏，通常由多个相同的保护屏单元组成围成一个圆，并且保护屏单元内部设有封闭的循环冷却通道。水冷保护屏的主要功能是阻隔冶炼过程产生的灰尘进入导电区域，保证铜瓦或接触元件与电极之间的正常工作，同时阻挡料面高温直接辐射铜瓦或接触元件。

近年来国内外矿热炉冶炼技术进步，我国矿热炉冶炼向大型化发展，同时对矿热炉冶炼的环保、耗能门槛也在不断提高。容量16500kva以下的已开始被淘汰，目前在建的矿热炉容量均在25000kva以上，最大的已达81000kva。随着矿热炉容量的提升，意味着其冶炼强度同步提高，对水冷保护屏的性能和寿命提出了更高的要求。

矿热炉的水冷保护屏的工作环境极为恶劣，时刻受到高温有害烟气的侵蚀、强磁场，以及料面1400℃以上的高温辐射，运行中经常发生严重变形或破裂漏水等故障。国内矿热炉水冷保护屏主要以锅炉钢和不锈钢作为材料，进行组装和焊接，这种钢板水冷保护屏的重量约在100kg。由于锅炉钢、不锈钢材料的导热率较低（20℃时不锈钢导热率仅为15.2w/(m*k)，这种钢板水冷保护屏在使用过程中经常出现烧损，甚至导致矿热炉停炉。另外，由于钢板水冷保护屏存在有大量的纵向焊缝，当外圆应力超过焊缝材料的强度时，出现焊缝开裂，导致钢板水冷保护屏破损，直接影响矿热炉的作业率。当使用锅炉钢或纯度不够的不锈钢材质制造时，传热效果差，局部过热，甚至烧穿，在高温环境下容易开裂，甚至经常发生严重变形，常常会产生电磁涡流，烧坏水冷保护屏内壁。而且，这种锅炉钢、不锈钢材质的水冷保护屏报废频繁，且废材回收价值不大，重复投资过大。另外，某些矿热炉因为现场空间设计原因，这种钢板水冷保护屏的停炉更换拆装是无法使用机械搬运吊装，只能依靠人力拆卸搬运。

为了解决上述问题，部分矿热炉尝试使用压延厚铜板，通过深孔钻和焊接的工艺来制作铜板水冷保护屏，利用铜的高导热率性能（导热率高达为381.8w/(m*k)），其使用效果和寿命比钢板冲压焊接成型的钢板水冷保护屏要好很多，但这种铜板水冷保护屏的重量要比钢板水冷保护屏重一倍，成本较高，而且由于某些矿热炉的内部作业受限，无法依靠人力拆卸搬运这种铜板水冷保护屏。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题是提供一种矿热炉用水冷铜保护屏，这种矿热炉用水冷铜保护屏能够大大减薄铜板的厚度，减轻铜保护屏的重量，降低生产成本，可实现人工搬运吊装。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种矿热炉用水冷铜保护屏，包括多个铜保护屏单元，其特征是：所述铜保护屏单元包括铜保护屏本体和盖板；所述铜保护屏本体的冷面上设有通水槽，通水槽的槽口开口于铜保护屏本体的冷面上，通水槽的槽口边沿设有能够容纳盖板的盖板安装槽，盖板安装在盖板安装槽中并且将通水槽的槽口封盖，并且盖板的边沿与铜保护屏本体的冷面焊接，通水槽的内壁和盖板共同围成一冷却通道。

通常，上述铜保护屏本体呈弧形，铜保护屏本体的外表面即外弧面为热面，铜保护屏本体的内表面即内弧面为冷面。

上述矿热炉用水冷铜保护屏一般为圆筒式结构，这种圆筒式结构的矿热炉用水冷铜保护屏由多个相同的铜保护屏单元组成围成一个圆筒。

上述铜保护屏本体采用整体铜板的形式，通过铣加工方式在铜保护屏本体的冷面上去除材料，得到所需要的通水槽，使冷却流体按照设计所需要的流向通行；然后通过铣加工方式在通水槽的槽口边沿铣去除材料，得到盖板安装槽；接着用盖板盖合在盖板安装槽中，并且盖板的边沿与铜保护屏本体的冷面焊接，此时通水槽的内壁与盖板之间构成一冷却通道，使冷却流体能够在冷却通道中通行；最后利用液压机对整块铜保护屏本体进行压延弯板加工，使铜保护屏本体形成一定的弧度，以便于形成圆筒式结构的矿热炉用水冷铜保护屏。

上述铜保护屏本体采用压延铜板；该压延铜板的材质可以是铜或铜合金，优先选用无氧铜。上述铜保护屏本体因采用整体压延铜板的形式，将熔铸后的铜板经压延后，铜板的厚度尺寸下降了50%以上，因此整块铜保护屏本体的材料致密度较好，机械强度好，不容易变形。这种矿热炉用水冷铜保护屏在保证满足相同的使用性能前提下，使铜板的厚度得到最大限度减薄，减轻铜保护屏本体的重量，降低生产成本，另外，对空间有限的某些矿热炉，无需改变现有搬运吊装模式，可实现人工搬运吊装这种矿热炉用水冷铜保护屏。

作为本实用新型的优选方案，所述盖板的边沿通过搅拌摩擦焊与所述铜保护屏本体的冷面焊接。上述盖板盖合在盖板安装槽中，采用搅拌摩擦焊的工艺使盖板的边沿与铜保护屏本体的冷面之间的材料受到热力耦合产生塑性流动和混合，等受到热力耦合产生塑性流动的材料逐渐冷却凝固而形成搅拌摩擦焊焊缝，搅拌摩擦焊焊缝将盖板的边沿和铜保护屏本体的冷面焊接在一起。这种搅拌摩擦焊工艺的好处是无需增加铜保护屏本体的厚度。

作为本实用新型的优选方案，所述通水槽由多个水槽段组成，所述盖板由多个板块组成，各个板块盖合在相应水槽段的开口上。

作为本实用新型进一步的优选方案，所述水槽段包括多个横向水槽段和多个纵向水槽段，这些横向水槽段和纵向水槽段依次相互连通而形成所述冷却通道；各条纵向水槽段沿所述铜保护屏本体的高度方向延伸；各条横向水槽段沿铜保护屏本体的宽度方向延伸；各条纵向水槽段沿铜保护屏本体的宽度方向依次排列。

一种具体方案中，上述各个纵向水槽段按自左至右的顺序依次为第一纵向水槽段、第二纵向水槽段、第三纵向水槽段、第四纵向水槽段；上述铜保护屏本体下端的横向水槽段按自左至右的顺序依次为第一横向水槽段、第三横向水槽段；上述铜保护屏本体上端的横向水槽段为第二横向水槽段；第一纵向水槽段的下端通过铜保护屏本体下端的第一横向水槽段与第二纵向水槽段的下端连通，第二纵向水槽段的上端通过铜保护屏本体上端的第二横向水槽段与第三纵向水槽段的上端连通，第三纵向水槽段的下端通过铜保护屏本体下端的第三横向水槽段与第四纵向水槽段的下端连通，第一纵向水槽段的上端和第四纵向水槽段的上端分别作为上述冷却通道的进水口和出水口；更多数量的纵向水槽段和横向水槽段按这种连接方法连接。通常，在铜保护屏本体上去除材料后得到的横向水槽段和纵向水槽段均为直线形水槽段，但对整块铜保护屏本体进行压延弯板加工后，横向水槽段被弯曲成弧形水槽段，纵向水槽段仍为直线形水槽段。

作为本实用新型更进一步的优选方案，所述板块包括横向板块和纵向板块，横向板块盖合在相应所述横向水槽段的开口上；纵向板块盖合在相应所述纵向水槽段的开口上。

作为本实用新型的优选方案，所述冷却通道的两端分别设有进水口和出水口，所述铜保护屏本体的上端面设有进水管孔和出水管孔，进水管孔焊接有进水管，进水管的底部接口与进水口连通；出水管孔焊接有出水管，出水管的底部接口与出水口连通。上述进水管孔和出水管孔通过钻孔加工的方式在铜保护屏本体的上端面去除材料得到的。上述进水管和出水管分别焊接在进水管孔和出水管孔中，供铜保护屏本体进水和出水使用。工作时，冷却流体从进水管、进水口进入到冷却通道内，冷却流体流经冷却通道后从出水口、出水管流出，能够有效带走矿热炉内传来的热量，对铜保护屏本体进行保护。

作为本实用新型的优选方案，所述铜保护屏本体的上端面上设有螺纹孔。螺纹孔中可安装有吊环螺钉。在使用过程中，可以将吊环螺钉安装在螺纹孔中，可以较为方便的将铜保护屏本体起吊起来，便于搬运。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

这种矿热炉用水冷铜保护屏在保证满足相同的使用性能前提下，使铜板的厚度得到最大限度减薄，减轻铜保护屏本体的重量，降低生产成本，另外，对空间有限的某些矿热炉，无需改变现有搬运吊装模式，可实现人工搬运吊装这种矿热炉用水冷铜保护屏。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的结构示意图；

图2是本实用新型具体实施例中铜保护屏本体的结构示意图；

图3是图2中a-a的剖面图；

图4是本实用新型具体实施例中盖板焊接在通水槽的槽口的结构示意图；

图5是本实用新型对比例1的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行具体描述。

如图1-3所示，本实施例中的矿热炉用水冷铜保护屏，包括多个铜保护屏单元1，铜保护屏单元1包括铜保护屏本体11和盖板12；铜保护屏本体11的冷面上设有通水槽13，通水槽13的槽口开口于铜保护屏本体11的冷面14上，通水槽13的槽口边沿设有能够容纳盖板12的盖板安装槽132，盖板12安装在盖板安装槽132中并且将通水槽13的槽口封盖，并且盖板12的边沿与铜保护屏本体11的冷面14焊接，通水槽13的内壁和盖板12共同围成一冷却通道14。

通常，上述铜保护屏本体11呈弧形，铜保护屏本体11的外表面即外弧面为热面15，铜保护屏本体11的内表面即内弧面为冷面14。

上述矿热炉用水冷铜保护屏一般为圆筒式结构，这种圆筒式结构的矿热炉用水冷铜保护屏由多个相同的铜保护屏单元1组成围成一个圆筒2。

盖板12的边沿通过搅拌摩擦焊与铜保护屏本体11的冷面14焊接。上述盖板12盖合在盖板安装槽132中，采用搅拌摩擦焊的工艺使盖板12的边沿与铜保护屏本体11的冷面14之间的材料受到热力耦合产生塑性流动和混合，等受到热力耦合产生塑性流动的材料逐渐冷却凝固而形成搅拌摩擦焊焊缝16，搅拌摩擦焊焊缝16将盖板12的边沿和铜保护屏本体11的冷面14焊接在一起。这种搅拌摩擦焊工艺的好处是无需增加铜保护屏本体11的厚度。

通水槽13由多个水槽段131组成，盖板12由多个板块121组成，各个板块121盖合在相应水槽段131的开口上。

水槽段131包括多个横向水槽段1311和多个纵向水槽段1312，这些横向水槽段1311和纵向水槽段1312依次相互连通而形成冷却通道14；各条纵向水槽段1312沿铜保护屏本体11的高度方向延伸；各条横向水槽段1311沿铜保护屏本体11的宽度方向延伸；各条纵向水槽段1312沿铜保护屏本体11的宽度方向依次排列。

各个纵向水槽段1312按自左至右的顺序依次为第一纵向水槽段1312、第二纵向水槽段1312、第三纵向水槽段1312、第四纵向水槽段1312；上述铜保护屏本体11下端的横向水槽段1311按自左至右的顺序依次为第一横向水槽段1311、第三横向水槽段1311；上述铜保护屏本体11上端的横向水槽段1311为第二横向水槽段1311；第一纵向水槽段1312的下端通过铜保护屏本体11下端的第一横向水槽段1311与第二纵向水槽段1312的下端连通，第二纵向水槽段1312的上端通过铜保护屏本体11上端的第二横向水槽段1311与第三纵向水槽段1312的上端连通，第三纵向水槽段1312的下端通过铜保护屏本体11下端的第三横向水槽段1311与第四纵向水槽段1312的下端连通，第一纵向水槽段1312的上端和第四纵向水槽段1312的上端分别作为上述冷却通道14的进水口和出水口；更多数量的纵向水槽段1312和横向水槽段1311按这种连接方法连接。通常，在铜保护屏本体11上去除材料后得到的横向水槽段1311和纵向水槽段1312均为直线形水槽段，但对整块铜保护屏本体11进行压延弯板加工后，横向水槽段1311被弯曲成弧形水槽段，纵向水槽段1312仍为直线形水槽段。

板块121包括横向板块1211和纵向板块1212，横向板块1211盖合在相应横向水槽段1311的开口上；纵向板块1212盖合在相应纵向水槽段1312的开口上。

冷却通道14的两端分别设有进水口141和出水口142，铜保护屏本体11的上端面设有进水管孔111和出水管孔112，进水管孔111焊接有进水管113，进水管113的底部接口与进水口141连通；出水管孔112焊接有出水管114，出水管114的底部接口与出水口142连通。工作时，冷却流体从进水管113、进水口141进入到冷却通道14内，冷却流体流经冷却通道14后从出水口142、出水管114流出，能够有效带走矿热炉内传来的热量，对铜保护屏本体11进行保护。

铜保护屏本体11的上端面上设有螺纹孔115。螺纹孔115中可安装有吊环螺钉。在使用过程中，可以将吊环螺钉安装在螺纹孔115中，可以较为方便的将铜保护屏本体11起吊起来，便于搬运。

如图4所示，上述铜保护屏本体11采用整体铜板进行压延加工至厚度为30mm，通过铣加工方式在铜保护屏本体11的冷面14上去除材料，得到70mm×14mm的通水槽13，使冷却流体按照设计所需要的流向通行；然后通过铣加工方式在通水槽13的槽口边沿铣去除材料，得到盖板安装槽132；接着用盖板12盖合在盖板安装槽132中，并且盖板12的边沿与铜保护屏本体11的冷面14通过搅拌摩擦焊焊缝16连接，此时通水槽13的内壁与盖板12之间构成一冷却通道14，使冷却流体能够在冷却通道14中通行；紧接着，利用液压机对整块铜保护屏本体11进行压延弯板加工，使铜保护屏本体11形成一定的弧度，以便于形成圆筒式结构的矿热炉用水冷铜保护屏；再接着，通过钻孔加工的方式在铜保护屏本体11的上端面去除材料得到进水管孔111和出水管孔112，将进水管113和出水管114分别焊接在进水管孔111和出水管孔112中，供铜保护屏本体11进水和出水使用；最后打压测试合格。

上述铜保护屏本体11采用压延铜板；该压延铜板的材质为无氧铜。上述铜保护屏本体11因采用整体压延铜板的形式，将熔铸后的铜板经压延后，铜板的厚度尺寸下降了50%以上，因此整块铜保护屏本体11的材料致密度较好，机械强度好，不容易变形。这种矿热炉用水冷铜保护屏在保证满足相同的使用性能前提下，使铜板的厚度得到最大限度减薄，减轻铜保护屏本体11的重量，降低生产成本，另外，对空间有限的某些矿热炉，无需改变现有搬运吊装模式，可实现人工搬运吊装这种矿热炉用水冷铜保护屏。

对比例1

如图5所示，本对比例中的铜板钻孔水冷保护屏与实施例1的区别在于：

铜板钻孔水冷保护屏采用整体铜板01进行压延加工至厚度为60mm；然后通过钻孔的方式对整体铜板01去除材料得到孔径为35mm的冷却通道02；接着，利用液压机对整体铜板01进行压延弯板加工，使整体铜板01形成一定的弧度，以便于形成圆筒式结构的水冷保护屏；再接着，通过钻孔加工的方式在整体铜板01的上端面去除材料得到进水管孔和出水管孔，将进水管和出水管分别焊接在进水管孔和出水管孔中，供整体铜板进水和出水使用；最后打压测试合格。

对上述具体实施例得到的矿热炉用水冷铜保护屏、对比例1得到的铜板钻孔水冷保护屏进行对比，其中：

在保证相同的高度、内径和冷却通道截面积的前提下，具体实施例得到的矿热炉用水冷铜保护屏比对比例1得到的铜板钻孔水冷保护屏的重量减轻60%以上，可控制在100kg左右，能够实现人工搬运拆卸吊装，并且矿热炉用水冷铜保护屏的使用寿命和铜板钻孔水冷保护屏的使用寿命相当。

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，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型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，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。