冷却元件以及制造冷却元件的方法

冷却元件以及制造冷却元件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于高温冶金炉、比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉的冷却元件。本发明还涉及一种制造用于高温冶金炉、比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉的冷却元件的方法。冷却元件(1)具有要与冶金炉的内部接触的防火表面(2)。冷却元件包括包含有铜的基底元件(4)以及至少部分地覆盖基底元件(4)的涂层(5)。涂层(5)形成冷却元件(1)的防火表面(2)。至少部分地通过比如激光淀积的激光涂覆工艺施加涂层(5)，并且涂层(5)包含Ni基合金。
【专利说明】冷却元件以及制造冷却元件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及如独立权利要求1的前序部分中所限定的用于高温冶金炉(pyrometallurgical furnace)(比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉)的冷却元件，其中冷却元件具有要与冶金炉的内部接触的防火表面，冷却元件包括包含有铜的基底元件以及至少部分地覆盖所述基底元件的涂层，以及所述涂层至少部分地形成冷却元件的防火表面。
[0002]本发明还涉及如独立权利要求10的前序部分中所限定的制造用于炉(比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉)的冷却元件的方法，其中冷却元件包括包含有铜的基底元件以及要与冶金炉的内部接触的防火表面，所述方法包括用于设置包含有铜的基底元件的设置步骤以及涂覆步骤，所述涂覆步骤用于将基底元件涂覆以至少部分地覆盖基底元件的涂层，以使得涂层形成冷却元件的防火表面。
【背景技术】
[0003]包括有由铜制成的基底元件以及至少部分地覆盖所述基底元件的涂层的冷却元件在现有技术中为已知的。
[0004]公开文本W02004/042195提出了用于制备高温冶金炉的冷却元件的涂层的方法。所述发明的目的是获 得以简单的方式在冶金炉的冷却元件上形成涂层的方法。这是通过使用热喷涂技术完成的。所述冷却元件主要包括由铜制成的框架部分以及在所述框架部分中制成的、用于冷却介质的循环的通道网络。耐腐蚀涂层布置于元件表面的至少部分上，所述涂层与元件一同形成冶金结合并且涂层的基本结构基本上由铁和/或镍基材料形成。
[0005]公开文本FI120047B提出了用于涂覆铜元件的方法。在该方法中，通过电弧焊接方法以一个涂覆步骤将所述铜元件涂覆以具有在大于Imm的范围内的厚度的、密的、耐磨的、耐腐蚀的、和/或耐高温的涂层。
[0006]公开文本W02008/037836提出了用于涂覆主要由铜制成的铜元件的方法，所述铜元件设置有冷却水管并且特别地与冶金炉等结合使用，其中冷却元件包括与熔融金属、悬浮液或工艺气体接触的防火表面；侧表面以及外表面，以使得防火表面的至少部分被耐腐蚀涂层涂覆。

【发明内容】

[0007]本发明的一个目的是提供包括有由铜制成的基底元件以及至少部分地覆盖所述基底元件的涂层的冷却元件，其中在涂层和冷却元件之间具有良好的冶金结合(metallurgical bonding)。
[0008]本发明的另一个目的是提供用于制造冷却元件的方法，所述冷却元件包括由铜制成的基底元件以及至少部分地覆盖所述基底元件的涂层并且在所述涂层和冷却元件之间具有良好的冶金结合。
[0009]本发明的冷却元件的特征在于独立权利要求1的限定。[0010]冷却元件的优选实施例限定于从属权利要求2至9中。
[0011]相应地用于制造冷却元件的方法的特征在于独立权利要求10的限定。
[0012]所述方法的优选实施例限定于从属权利要求11至19中。
[0013]本发明基于至少部分地通过比如激光淀积的激光涂覆工艺施加的涂层，并且基于包含有镍Ni基合金的涂层。
[0014]所述涂层可包含以质量百分比计的以下成分:铁，Fe:0.1至15% ;镍，Ni:50至65% ;铬，Cr:l 至 30% ;钥，Mo:5 至 30% ;铜，Cu:小于 2% ;锰，Mn:小于 3% ;以及钴，Co:
小于3%。
[0015]通过激光淀积涂层而实现的良好的冶金结合提高了基底元件的铜和涂层之间的热传递，使冷却元件的表面温度最小化，并且使基底元件的铜和涂层之间的热膨胀差异最小化。涂层并不会消极地影响冷却元件的冷却能力。
[0016]涂层的表面优选地为平滑的并且它提供冷却元件的防腐蚀和防侵蚀保护，并且因此冷却元件的平滑表面可以保持平滑，并且因此与其中基底元件的铜形成冷却元件的防火表面的冷却元件相比，该冷却元件在更加长的时间内具有良好的不粘附的表面性质。
[0017]用于制造根据本发明所述的冷却元件的制造过程可包括以下步骤:对基底元件的要被涂覆的表面的粗加工，实际涂覆过程，以及将表面加工至所需的光滑度和尺寸公差。
[0018]通过根据本发 明所述的冷却元件实现了多个优点。
[0019]在激光涂覆中，通过熔化工艺将粉或丝的涂层材料施加于基材的表面上。在激光涂覆中，用承载气体将涂层材料喷射至在要被涂覆的材料或构件的表面上穿过的激光束。涂层材料从激光束吸收能量,在飞行中开始加热并熔化并且淀积于基材的表面上。部分能量还被表面吸收，引起基材的一薄层的受控熔化。这确保了涂层和基材之间的真正的冶金结合的形成。
[0020]在激光涂覆中，形成了涂层材料的熔体池，其进而致使生成不具有多孔性的涂层。
[0021]由于加热集中于基材的非常薄的表面层，两种材料(涂层和基材)之间的混合(亦即稀释)是最小的。这确保了最有效地利用涂层材料的性质并且防火表面将获得镍基合金的特征，而不是镍铜合金的特征。
[0022]激光涂覆使得获得足够厚的涂层成为可能。
[0023]由于涂层的冷却速率非常迅速，在涂层的微观结构中将不会发生不需要的改变。另外地形成了非常细小的微观结构，其对于腐蚀性能和耐磨性是有益的。
[0024]可以使激光涂覆工艺自动化，这导致生成质量一致的涂层。
[0025]涂层另外地提供防潮湿腐蚀(亦即由于酸在冷却元件的冷却表面上的凝结而造成的腐蚀)保护，并且为由铜制成的基底元件提供抵抗对由铜制成的基底元件有害的杂质的保护。
[0026]由于涂层比铜硬，因此涂层还将防侵蚀。
[0027]涂层将提供光滑的防火表面，因为表面将是平滑的，这阻碍了赘生物附着至防火表面。
[0028]由于较低的腐蚀率和侵蚀率，与平滑的铜表面相比，涂层的表面光滑度将在更加长的时间内保持平滑。这增加了不粘附的表面性质。
[0029]在本发明的一个优选实施例中，冷却元件布置于用于将比如熔融金属的熔体从高温冶金炉排出的出口中，比如布置于用于将比如熔融金属的熔体从闪速熔炼炉或者从闪速吹炼炉排出的出口中。
[0030]在本发明的一个优选实施例中，冷却元件布置于高温冶金炉的用于容纳熔融金属的室中，比如布置于闪速熔炼炉的下炉中或者布置于闪速吹炼炉的下炉中。
[0031]在本发明的一个优选实施例中，冷却元件布置于高温冶金炉中的用于气体的室和/或用于悬浮物的室中，比如布置于闪速熔炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于闪速吹炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于悬浮熔炼炉的反应炉身中或上风炉身中。
【专利附图】

【附图说明】
[0032]在下文中将参考附图更详细地描述本发明，其中:
[0033]图1示出设置有根据本发明的一个优选实施例所述的冷却元件的高温冶金炉的一部分的详细视图；以及
[0034]图2为悬浮熔炼炉的原理图。
【具体实施方式】
[0035]本发明涉及 用于高温冶金炉(未用附图标记标示)的冷却元件1，比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉。
[0036]冷却元件具有要与冶金炉的内部3接触的防火表面2。
[0037]定义“内部”也包括高温冶金炉的流出孔和流出开口。
[0038]冷却元件包括包含有铜和/或铜合金的基底元件4以及至少部分地覆盖基底元件的涂层5。
[0039]涂层5至少部分地形成冷却元件I的防火表面2。
[0040]至少部分地通过比如激光淀积的激光涂覆工艺施加涂层5。涂层5包含镍基合金，亦即Ni基合金。
[0041]涂层5可包含以质量百分比计的以下成分:
[0042]铁，Fe:0.I 至 15% ;
[0043]镍，N1:50 至 65%;
[0044]铬，Cr:1 至 30%;
[0045]钥，Mo:5 至 30%;
[0046]铜，Cu:小于2%;
[0047]锰，Mn:小于3%;以及
[0048]钴，Co:小于3%。
[0049]可将Hastelloy? (由 Haynes International, Inc.提供)或者 Inconei?(由Special Metals Corporation提供)用作涂层材料。
[0050]在冷却元件I的一个优选实施例中，涂层的厚度在I至5mm的范围内。
[0051]在冷却元件的一个优选实施例中，涂层基本上完全覆盖冷却元件的防火表面。
[0052]在冷却元件的一个优选实施例中，涂层5基本上完全形成冷却元件I的防火表面2。[0053]在冷却元件的一个优选实施例中，涂层形成冷却元件的防火表面并且涂层超过冷却元件的防火表面延伸至基底元件的其它部分，比如基底元件的侧部。
[0054]在本发明的一个优选实施例中，冷却元件布置于用于将比如熔融金属的熔体从高温冶金炉排出的出口 6中，比如布置于用于将比如熔融金属的熔体从闪速熔炼炉或者从闪速吹炼炉或者从悬浮熔炼炉排出的出口中。
[0055]在本发明的一个优选实施例中，冷却元件布置于高温冶金炉的用于容纳熔融金属的室中，比如布置于闪速熔炼炉的下炉中，或者布置于闪速吹炼炉的下炉中，或者布置于悬浮熔炼炉的下炉7中。
[0056]在本发明的一个优选实施例中，冷却元件布置于高温冶金炉中的用于气体的室和/或用于悬浮物的室中，比如布置于闪速熔炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于闪速吹炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于悬浮熔炼炉的反应炉身8中或上风炉身9中。[0057]本发明还涉及一种制造用于高温冶金炉(比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉)的冷却元件的方法，其中冷却元件I包括包含有铜的基底元件4以及要与冶金炉的内部接触的防火表面2。
[0058]所述方法包括用于设置包含有铜的基底元件4的设置步骤。
[0059]所述方法另外包括涂覆步骤，所述涂覆步骤用于将基底元件4涂覆以至少部分地覆盖基底元件4的涂层5，以使得涂层5形成冷却元件I的防火表面2。
[0060]在所述方法中，在涂覆步骤中至少部分地通过比如激光淀积的激光涂覆工艺将涂层5施加于基底兀件4上。
[0061]在所述方法中，在涂覆步骤中施加于基底元件4上的涂层5包含Ni基合金。
[0062]在所述方法的一个优选实施例中，在涂覆步骤中施加包含有以质量百分比计的以下成分的涂层5:铁，Fe:0.1至15% ;镍，Ni:50至65% ;铬，Cr:1至30% ;钥，Mo:5至30% ;铜，Cu，小于2% ;锰，Mn，小于3% ;以及钴Co，小于3%。
[0063]在所述方法的一个优选实施例中，在涂覆步骤中施加具有在I至5mm的范围内的厚度的涂层5。
[0064]在所述方法的一个优选实施例中，在涂覆步骤中施加基本上完全形成冷却元件I的防火表面2的涂层5。
[0065]在所述方法的一个优选实施例中，在涂覆步骤中施加形成冷却元件I的防火表面2并且超过冷却元件I的防火表面2延伸至基底元件的其它部分(比如基底元件的侧部)的涂层5。
[0066]所述方法的一个优选实施例包括在涂覆步骤之前的加工步骤，用于至少部分地加工冷却元件I的在涂覆步骤中要被涂层5涂覆的部分。
[0067]所述方法的一个优选实施例包括在涂覆步骤之后的加工步骤，用于将涂层5加工至所需的光滑度和/或尺寸公差。
[0068]所述方法的一个优选实施例包括布置步骤，用于将冷却元件I布置于用于将比如熔融金属的熔体从高温冶金炉排出的出口中，比如布置于用于将比如熔融金属的熔体从闪速熔炼炉或者从闪速吹炼炉或者从悬浮熔炼炉排出的出口 6中。
[0069]所述方法的一个优选实施例包括布置步骤，用于将冷却元件I布置于高温冶金炉的用于容纳熔融金属的室中，比如布置于闪速熔炼炉的下炉中或者布置于闪速吹炼炉的下炉中或者布置于悬浮熔炼炉的下炉7中。
[0070]所述方法的一个优选实施例包括布置步骤，用于将冷却元件I布置于高温冶金炉中的用于气体的室和/或用于悬浮物的室中，比如布置于闪速熔炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于闪速吹炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于悬浮熔炼炉的反应炉身8中或上风炉身9中。
[0071]对于所属领域的技术人员来说，显而易见的是，随着技术的发展，本发明的基本思想可以按照各种方式实施。本发明和它的实施例因此并不限于以上实例，而是它们可以在权利要求的范围内变化。
【权利要求】
1.一种用于高温冶金炉、比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉的冷却元件， 其中冷却元件(1)具有要与冶金炉的内部接触的防火表面(2)， 其中冷却元件(1)包括包含有铜的基底元件(4)以及至少部分地覆盖基底元件(4)的涂层(5)，以及 其中涂层(5) 形成冷却元件(1)的防火表面(2)， 其特征在于， 涂层(5)至少部分地通过比如激光淀积的激光涂覆工艺施加，以及 涂层(5)包含N1基合金。
2.根据权利要求1所述的冷却元件，其特征在于， 涂层(5)包含以质量百分比计的以下成分:
Fe:0.1 至 15%,
N1:50 至 65%,
Cr:1 至 30%,
Mo:5 至 30%, Cu:小于2%， Mn:小于3%，以及 Co:小于3%。
3.根据权利要求1或2所述的冷却元件，其特征在于，涂层(5)的厚度在1至5mm的范围内。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的冷却元件，其特征在于，涂层(5)基本上完全覆盖冷却元件(1)的防火表面。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的冷却元件，其特征在于，涂层(5)基本上完全形成冷却元件(1)的防火表面(2)。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的冷却元件，其特征在于，涂层(5)形成冷却元件(1)的防火表面(2)并且涂层(5)超过冷却元件(1)的防火表面(2)延伸至基底元件的其它部分，比如基底元件⑷的侧部。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的冷却元件，其特征在于，冷却元件(1)布置于用于将比如熔融金属的熔体从高温冶金炉排出的出口中，比如布置于用于将比如熔融金属的熔体从闪速熔炼炉或者从闪速吹炼炉或者从悬浮熔炼炉排出的出口(6)中。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的冷却元件，其特征在于，冷却元件(1)布置于高温冶金炉的用于容纳熔融金属的室中，比如布置于闪速熔炼炉的下炉中，或者布置于闪速吹炼炉的下炉中，或者布置于悬浮熔炼炉的下炉(7)中。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的冷却元件，其特征在于，冷却元件(1)布置于高温冶金炉中的用于气体的室和/或用于悬浮物的室中，比如布置于闪速熔炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于闪速吹炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于悬浮熔炼炉的反应炉身(8)中或上风炉身(9)中。
10.一种制造用于高温冶金炉、比如用于闪速熔炼炉或者用于闪速吹炼炉或者用于悬浮熔炼炉的冷却元件的方法，其中冷却元件(1)包括包含有铜的基底元件(4)以及要与冶金炉的内部接触的防火表面(2)，其中所述方法包括: 用于设置包含有铜的基底元件(4)的设置步骤，以及 涂覆步骤，所述涂覆步骤用于将基底元件(4)涂覆以至少部分地覆盖基底元件(4)的涂层(5)，以使得涂层(5)形成冷却元件(1)的防火表面(2)， 其特征在于， 在涂覆步骤中至少部分地通过比如激光淀积的激光涂覆工艺施加涂层(5)，以及 在涂覆步骤中施加包含有Ni基合金的涂层(5)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 在涂覆步骤中施加包含有以质量百分比计的以下成分的涂层(5):
Fe:0.1 至 15%,
Ni:50 至 65%,
Cr:1 至 30%,
Mo:5 至 30%, Cu:小于2%， Mn:小于3%，以及 Co:小于3%。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在涂覆步骤中施加具有在I至5mm的范围内的厚度的涂层(5)。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，其特征在于，在涂覆步骤中施加基本上完全形成冷却元件(1)的防火表面(2)的涂层(5)。
14.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，其特征在于，在涂覆步骤中施加形成冷却元件(1)的防火表面(2)的并且超过冷却元件(1)的防火表面(2)延伸至基底元件的其它部分、比如基底元件的侧部的涂层(5)。
15.根据权利要求10至14中的任一项所述的方法，其特征在于，包括在涂覆步骤之前的加工步骤，用于至少部分地加工冷却元件(1)的在涂覆步骤中要被涂层(5)涂覆的部分。
16.根据权利要求10至15中的任一项所述的方法，其特征在于，包括在涂覆步骤之后的加工步骤，用于将涂层(5)加工至所需的光滑度和/或尺寸公差。
17.根据权利要求10至16中的任一项所述的方法，其特征在于，包括布置步骤，用于将冷却元件(1)布置于用于将比如熔融金属的熔体从高温冶金炉排出的出口中，比如布置于用于将比如熔融金属的熔体从闪速熔炼炉或者从闪速吹炼炉或者从悬浮熔炼炉排出的出口(6)中。
18.根据权利要求10至16中的任一项所述的方法，其特征在于，包括布置步骤，用于将冷却元件(1)布置于高温冶金炉的用于容纳熔融金属的室中，比如布置于闪速熔炼炉的下炉中，或者布置于闪速吹炼炉的下炉中，或者布置于悬浮熔炼炉的下炉(7)中。
19.根据权利要求10至16中的任一项所述的方法，其特征在于，包括布置步骤，用于将冷却元件(1)布置于高温冶金炉中的用于气体的室和/或用于悬浮物的室中，比如布置于闪速熔炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于闪速吹炼炉的反应炉身中或上风炉身中，或者布置于悬浮熔炼炉的反应炉身(8)中或上风炉身(9)中。
【文档编号】C23C14/28GK103958702SQ201280058620
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】M·林德格伦, P·比约克伦德, M·贾夫斯, L·P·佩索宁 申请人:奥图泰有限公司