[发明专利]无焦冲天炉水冷炉栅

说明书

所属技术领域

本发明专利涉及铸造生产中所用的铸铁熔化炉的一种水冷件，更具体地说，涉及无焦冲天炉炉膛内支撑金属与非金属炉料的水冷炉栅。

背景技术

无焦冲天炉是一种新型的铸铁熔化炉，包括燃气冲天炉、燃油冲天炉等，是一种具有节能环保优越性的铸铁新型熔炼竖炉。

无焦冲天炉水冷炉栅，将炉膛分隔为上下两个部分，炉栅以上为固态炉料，炉栅以下为一定容积的燃烧空间。燃气或者燃油产生的高温炉气穿过炉栅向上运动，加热金属炉料、使固态金属熔化为液态，金属液在重力作用下穿过炉栅落到炉底。水冷炉栅长期经受高温炉气、高温铁液和渣液的侵蚀，同时承受着固态炉料产生的弯曲和冲击应力，服役环境特别恶劣。

无焦冲天炉目前现有的水冷炉栅，为一组水平排列焊接于炉体的金属圆管，循环冷却水经过管内，吸收炉栅积聚的热量，实现对炉栅的冷却与保护。

无焦冲天炉现有的水冷炉栅的结构，来源于金属连续热处理炉炉底所用的水冷炉排。无焦冲天炉水冷炉栅，长期工作于高温和高应力状态，其服役环境的恶劣性远超过了金属热处理炉的炉底。无焦冲天炉水冷炉栅在满足高温环境中的复杂应力要求的基础上，应该具有抗铁液熔蚀的特性，同时应尽量降低对无焦冲天炉的冷却效应，而且必须性能可靠、服役寿命长，拆换方便。

无焦冲天炉现有的水冷炉栅存在着五方面的局限性，其一，水冷炉栅直接焊接在炉体之上，存在着难以拆换的局限性。其二，水冷炉栅中冷却水流道的截面为圆形，在循环冷却水流量一定的条件下，冷却水流速低、流道中容易产生水垢，可靠性低、寿命短；如果希望提高冷却强度，则需要大幅度增加冷却水的流量，导致冷却水供应系统动力消耗大幅度增加。其三，水冷炉栅为空心钢管，其抗弯曲变形的能力较低，容易发生弯曲变形；同时由于其上表面与炉料直接接触，在炉料压力和炉内高温的综合作用下，其上表面容易发生塌陷变形。其四，水冷炉栅的外表面的金属材料导热性很强，对无焦冲天炉存在强烈的冷却作用，不利于提高无焦冲天炉的熔炼温度。其五，炉栅外表面的金属材料容易被高温铁液熔蚀、或者与铁液产生粘连。

发明内容

为了克服无焦冲天炉现有水冷炉栅存在的局限性，本发明所采用的技术方案是：

本发明提出的水冷炉栅，其基本结构由金属材料组成，包括外套管、芯棒、流道隔板、端部联结法兰等，其工作部分的外表面敷设有一定厚度的耐火材料层，耐火材料层中可以包裹用于加强耐火材料的金属筋。

本发明提出的水冷炉栅其外套管为圆形截面，位于炉栅最外层。芯棒位于外套管中，其截面形状为实心圆或空心管。外套管与芯棒之间设置一定形状的流道隔板，将外套管与芯棒之间的冷却水流道空间分隔为数个水力学半径很小的流道；流道隔板的形状可以是直线形，也可以是螺旋线形。联结法兰位于炉栅的一端或两端，通过螺栓实现炉栅与炉体的联结，使炉栅具备容易拆换的优越性。炉栅表面敷设一定厚度的耐火材料，在外套管和高温铁液之间形成隔离层，防止高温铁液直接作用于外套管，有一定的隔热作用，可以降低水冷炉栅对无焦冲天炉的冷却效应。

本发明与现有的水冷炉栅相比，除了外表面敷设耐火材料、端部设置联接法兰外，更重要的是提出了水冷炉栅新型的冷却水流道结构：外套管中设置的芯棒，首先将外套管内的圆截面流道改变为环形或偏心环形流道，缩小了冷却水的过流断面积；同时通过在外套管与芯棒之间设置的流道隔板，进一步缩小了冷却水的过流断面积。按照流体力学和传热学的理论，提高冷却水的流速，有利于提高热交换效率、降低流道结垢倾向，因此本发明可克服现有水冷炉栅的内部结垢问题，可大幅度提高水冷炉栅的寿命，提高其可靠性。

本发明与现有的水冷炉栅相比，由于流道隔板对外套管产生的支持作用，可以防止外套管迎着重力、背离地面的上表面产生塌陷、变形，同时可以让芯棒分担外套管所受到的部分炉料压力，炉栅的抗弯曲变形能力可以得到大幅度提高。

本发明的有益效果为：通过对现有水冷炉栅的结构改进，炉栅的抗弯曲变形能力、抗表面塌陷能力、冷却水流道的抗结垢能力得到了提高，同时减弱了水冷炉栅对无焦冲天炉的冷却效应、防止了高温铁液对炉栅表面的熔蚀，克服了现有炉栅的一系列局限性。

附图说明

下面结合附图和三个具体实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构图。

图2是图1的A向视图，说明了炉栅联接法兰的结构。

图3是图1的B-B截面剖视图。

图4为图1所示实施例的流道展平图，其中的箭头表示了冷却水在流道中的流动路径。

图5是本发明另一个实施例的结构图。

图6是图5的C-C截面向视图。