[实用新型]高温冶炼炉用新型结构铜冷却器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高温冶炼炉的冷却设备，特别涉及一种高温冶炼炉用新型结构铜冷却器。

背景技术

随着现代钢铁及有色金属冶炼工艺和装备技术的发展，高温冶炼炉追求大型化、高效化、长寿化等多方面综合效益，对冶炼炉体冷却器的传热性能和使用寿命提出了更高的要求。其中，埋管铸造式的铜冷却器（包括水冷壁、铜水套等设备）是高温冶炼炉体冷却系统中的重要组成部分。

传统埋管铸造式冷却器采用的预埋水管大多为铜管或钢管，截面为规则圆形或规则椭圆形，再将预埋水管和冷却器本体浇铸成一体。如图7所示，从对流换热的角度分析，截面为规则圆形或规则椭圆形的预埋水管由于流体质点只在流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点运动，此时主要依靠热传导方式来进行热量传递。这种层流流动的方式传热效果差。由于各厂家的铸造工艺参数不同及其他综合因素的影响，铸造质量好坏参差不齐，普遍存在的技术问题：

（1）冷却器本体与预埋铜水管之间的融合程度不高，普遍存在气隙问题，从而影响冷却器的导热效果和使用寿命；

（2）换热效果有限，无法满足局部高温环境或瞬间高温条件的使用要求。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种高温冶炼炉用新型结构铜冷却器，它通过改变预埋水管的结构，既提高预埋水管内壁的换热表面积，又改变预埋水管内壁水流的流动方式，强化铜冷却器的换热效果，并且又增强冷却器本体与预埋水管的融合程度，优化铜冷却器整体的换热效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高温冶炼炉用新型结构铜冷却器，包括冷却器本体，其特征是：所述冷却器本体内部设有至少一个预埋水管，所述预埋水管的横截面呈椭圆形，并且所述预埋水管被扭曲成麻花状，所述预埋水管分为多个螺旋水管单元；各所述螺旋水管单元的螺距相同。

上述结构中，将截面为规则椭圆形的预埋水管按照一个方向进行转动扭转成螺旋椭圆形预埋水管，这种螺旋椭圆形类似于麻花状；所述预埋水管被扭曲成麻花状,每个螺旋水管单元的螺距相同，根据每种预埋水管结构不同，它们的螺距不用是固定数值，它们的螺距取决于预埋水管在扭曲时的程度而定，扭得强度大些螺距就小，这样的设计能够提高预埋水管的换热表面积；通过对比传统的预埋水管，在相同截面积的前提下，截面为椭圆形的预埋水管表面积比截面为圆形的预埋水管表面积大很多，因此这种螺旋椭圆形预埋水管大大增加了预埋水管内壁与冷却水的接触面积，提高预埋水管内壁的换热表面积，强化铜冷却器的换热效果；各所述螺旋水管管内独有的螺旋流道使流体在流动时产生纵向旋转和二次旋流，这种螺旋扰流作用增加了流体的扰动程度，减薄了传热边界层，增强了流体的混合，这种混合使得管壁附近保持较高的温度梯度，极大的提高了传热系数。

作为本实用新型的优选方案，所述预埋水管包括进水口和出水口。这种预埋水管利用冷却水从进水口流入到出水口流出，形成循环水路，有利于降低冷却器本体的温度。

作为本实用新型的优选方案，所述预埋水管外壁与冷却器本体相贴合。通过这种设置减少冷却器本体与预埋水管之间的气隙，增强冷却器本体与预埋水管的融合程度，优化铜冷却器整体的换热效果。

作为本实用新型进一步的优选方案，所述冷却器本体内部分布至少一层预埋水管组，所述一层预埋水管组由多个预埋水管并列排布组成。现有铜冷却器多数是铺设一层预埋水管组，通过在冷却器本体内部设置多个预埋水管，大大增加了冷却器本体与预埋水管的接触面积，提高冷却器本体的换热表面积，强化铜冷却器的换热效果；而且根据现场工况需求和冷却器本体壁厚情况而定，在冷却器本体内部也可铺设两层或多层预埋水管组。

作为本实用新型的优选方案，所述预埋水管内壁的水流呈现湍流的流动方式。流体运动状态分几种形态：层流、过渡态和湍流，其中判别流动状态的参数为雷诺数(Re)。按照雷诺数(Re)的大小比较流体各运动状态的系数：Re<2000为层流；2000<Re<4000 为过渡态； Re>4000为湍流。在较小的Re数下，流动为层流，流体各质点间互不混掺；随着Re数的增大，层流逐渐失去稳定性，进而转披为湍流。在湍流状态下，流体各质点相互混掺，发生动量和热量的交换。因此，预埋水管采用螺旋椭圆形结构，预埋水管内壁的水流呈现湍流的流动方式，传热主要以对流方式进行，质点相互混合交换热量，进一步提高预埋水管的换热效果。