專利名稱：無熱阻鑄鋼冷卻壁及鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金鑄造技術(shù)領(lǐng)域。更適用于采用鑄鋼制造高爐用無熱阻型鑄鋼冷卻壁的鑄造方法。
背景技術(shù)：
目前在使用冷卻壁作為爐體主要冷卻設(shè)備的高爐中，均采用球墨鑄鐵冷卻壁。為了將含碳量很低的無縫鋼管作為冷卻水管鑄入鑄鐵基體內(nèi)，同時要防止鑄鐵向鋼管內(nèi)滲碳，所以在鑄鐵冷卻壁的鑄造工藝中，必須在無縫鋼管的外表面涂有防滲碳涂層，然后進行鑄造，這樣會在冷卻水管與鑄鐵之間形成涂層間隙和涂層與鑄鐵之間產(chǎn)生空氣間隙(氣縫)，這些間隙的存在大大增加了冷卻水管與冷卻壁之間的熱阻，嚴重降低了冷卻壁的傳熱和冷卻效果。同時由于球墨鑄鐵的力學性能，如延伸率冷卻壁的內(nèi)外差異較大，在冷卻壁中心部位的延伸率只相當于表面延伸率的一半，因而降低了鑄鐵冷卻壁承受內(nèi)應(yīng)力的能力。再有，由于鑄鐵冷卻壁的基體內(nèi)分布著球狀石墨，就相當于在鑄鐵基體內(nèi)布滿了裂紋發(fā)生地和裂紋擴展源，特別是在石墨被氧化后更加劇了裂紋的形成和擴展。
發(fā)明目的及內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，制造方法可靠，產(chǎn)品使用效果好，能提高高爐爐體冷卻設(shè)備壽命而延長高爐壽命的無熱阻鑄鋼冷卻壁及其鑄造方法。
根據(jù)本發(fā)明的目的，我們所采用的解決方案是由鑄鋼取代球墨鑄鐵，其理由是本發(fā)明選擇鑄鋼冷卻壁的材質(zhì)與將被鑄入冷卻壁中的冷卻水管材質(zhì)相近，如低碳鋼或低碳低合金鋼，由于它們的碳含量低，因此被鑄入在鑄鋼冷卻壁內(nèi)的冷卻水管表面不須涂裹任何防滲碳涂層，這樣就能夠有效的消除了冷卻水管與鑄鋼冷卻壁之間的涂層間隙，以及涂層與鑄件之間的空氣間隙。由于消除了這兩層熱阻，大幅度提高了冷卻水與冷卻壁之間的熱交換能力，延長鑄鋼冷卻壁的使用壽命。但是，由于鑄鋼冷卻壁本體的重量遠遠大于被鑄入在冷卻壁內(nèi)的冷卻水管重量，在鑄造冷卻壁時，熔融鋼水溫度約比冷卻水管材質(zhì)熔點高100℃左右，這樣很可能將冷卻水管熔穿。本發(fā)明鑄鋼冷卻壁的制造技術(shù)難點，是在鑄造冷卻壁時要使冷卻水管外表面與澆注的鋼液熔合，又不被熔穿，而且還要保持冷卻水管原有的幾何形狀。因此本發(fā)明的高溫爐爐體冷卻設(shè)備用無熱阻型鑄鋼冷卻壁，該冷卻壁的組成是在低碳鑄鋼冷卻體內(nèi)鑄有冷卻水管，其特征在于鑄鋼冷卻壁內(nèi)應(yīng)鑄有延伸率δ≥25％和C≤0.23％的低碳鋼材質(zhì)無縫管，并且冷卻壁本體與鑄入的冷卻水管外壁兩者間為冶金熔合的無熱阻型鑄鋼冷卻壁。這種高溫爐爐體冷卻設(shè)備用無熱阻型鑄鋼冷卻壁，其特征在于鑄鋼冷卻壁內(nèi)應(yīng)鑄有冷卻水管是采用冷卻壁本體與冷卻水管外壁實現(xiàn)冶金熔合的鑄造成型方法，其鑄造方法有采用對冷卻水管內(nèi)壁進行控制冷卻一次成型冷卻壁的鑄造方法和兩次鑄造成型冷卻壁的鑄造方法，第一種采用對冷卻水管內(nèi)進行控制冷卻一次成型冷卻壁的鑄造工藝和第二種兩次鑄造成型冷卻壁的鑄造工藝過程分別是采用第一種對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型冷卻壁鑄造工藝是，將裝有空心砂芯的冷卻水管成型后固定在鑄模中，在鑄模上設(shè)有主澆鑄口，澆注采用底注式，在澆鑄鋼液時，應(yīng)對冷卻水管內(nèi)砂芯的空心通入流量為3-12m/s的氣體，進行控制冷卻保護。在第一種一次成型的鑄鋼冷卻壁鑄造工藝中，所采用的冷卻水管壁厚為6-12mm，鑄鋼冷卻壁本體的厚度應(yīng)是冷卻水管外徑的1.8-3.0倍，在冷卻水管內(nèi)所填入砂芯的空心直徑應(yīng)是冷卻水管內(nèi)徑的20-50％。鑄造該冷卻壁的其它特征還有在第一種一次成型的鑄鋼冷卻壁鑄造工藝中的冷卻水管上，應(yīng)該有兩處和兩處以上的管壁外圍設(shè)置冷鐵。在第一種一次鑄造成型鑄鋼冷卻壁的鑄造工藝中，鑄模上的主澆注口下方應(yīng)均勻分布設(shè)有2-5個的底注式分澆口。在鑄造時所采取底注式分澆口應(yīng)分散均勻布置，對于冒口除了要考慮補縮作用外，同時還要注意在鑄造時的鋼水熱量平均分布等問題。在第一種一次成型的鑄鋼冷卻壁鑄造工藝中的冷卻水管內(nèi)，所裝有的空心砂芯為96-03-0212AH-145鑄造硅砂，和具有高耐火度和好的潰散性耐火砂芯中的任意一種。根據(jù)鑄造時鋼液的溫度，對冷卻管內(nèi)砂芯空心通入的氣體是氮氣和空氣中的任意一種氣體進行控制冷卻強度，通過空心砂芯的傳導使冷卻管內(nèi)壁達到降溫的目的。填入空心砂芯還可以防止在高溫下冷卻水管的變形。第二種兩次鑄造成型冷卻壁的鑄造工藝過程是，采用對鑄入冷卻壁的冷卻水管進行增加其厚度的鑄造，該工序的目的是使冷卻水管外壁與熔融鋼水熔合增厚時，而冷卻水管不應(yīng)被熔穿和變形，其最終增加厚度應(yīng)滿足該鑄鋼冷卻壁成型鑄造時，熔融鋼水不應(yīng)該使冷卻水管被熔穿和變形為準。根據(jù)上述內(nèi)容我們提出的高溫爐爐體壁用無熱阻型鑄鋼冷卻壁，該冷卻壁的組成是在低碳鑄鋼冷卻壁內(nèi)鑄有冷卻水管，其特征在于第二種兩次增厚成型鑄造冷卻壁的鑄造工藝過程是，第一次鑄造對冷卻水管進行非均勻增厚鑄造，其工藝是將冷卻水管成形后放入鑄模中，采用底注式澆注，第一次對冷卻水管鑄造增厚量應(yīng)為冷卻水管壁厚的0.8-1.8倍；在第二種兩次增厚成型鑄造冷卻壁的第二次鑄造工藝是，將已經(jīng)經(jīng)過增厚的冷卻水管再放入成型鑄模中進行成型鑄造，并且澆注的鋼液與冷卻水管外表面相熔合。
在本發(fā)明方法中的其它特征還有，在該鑄鋼冷卻壁的鑄造方法中，每次澆鑄的溫度應(yīng)在1480℃-1640℃范圍內(nèi)。該鑄鋼冷卻壁在鑄造過程中所采用的鑄鋼為低碳鑄鋼，其碳含量應(yīng)≤0.23％。另外鑄造在鑄鋼冷卻壁內(nèi)的冷卻水管是采用C≤0.23％的低碳鋼和延伸率δ≤25％材質(zhì)的無縫鋼管制造而成。
本發(fā)明鑄鋼冷卻壁中雖然鑄入了冷卻水管，但該冷卻壁的特點在于冷卻水管的管壁外表面不加任何涂層材料，因此也不會產(chǎn)生涂層隔熱熱阻，在采用本發(fā)明的鑄造方法后，可以消除冷卻壁本體與冷卻水管之間的空氣間隙。另外在本發(fā)明鑄鋼冷卻壁中所用冷卻水管應(yīng)為C≤0.23％的低碳鋼和δ≥25％材質(zhì)的無縫鋼管，而鑄鋼冷卻壁所用材質(zhì)為低碳鑄鋼，其碳含量應(yīng)≤0.23％范圍。由于鑄鋼冷卻壁與鑄入冷卻水管的化學成份、力學、物理性能相近，所以在澆鑄過程中，鑄鋼冷卻壁和冷卻水管的融合效果很好。再有在本發(fā)明鑄鋼冷卻壁及冷卻水管的材質(zhì)中適量加入微合金化元素還可使冷卻壁的使用性能有所提高，這樣可提高高爐爐體的使用壽命。
本發(fā)明鑄鋼冷卻壁及其制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由于本發(fā)明冷卻壁本體是采用C≤0.23％的低碳鋼，和C≤0.23％的低碳鋼δ≥25％材質(zhì)的無縫鋼管，用一次鑄造成型方法和兩次增厚鑄造方法制造的無熱阻型鑄鋼冷卻壁使用效果好和延長使用壽命，尤其是冷卻壁與冷卻水管之間不涂裹任何防滲碳涂層，而且冷卻壁本體能與冷卻水管外表面實現(xiàn)冶金熔合成為一個整體，不存在涂層與空氣間隙所帶來的熱阻，提高了冷卻壁整體的導熱性能。


(見實施例)
具體實施例方式本發(fā)明實施例是根據(jù)本發(fā)明鑄鋼冷卻壁的材質(zhì)與鑄造方法所制定的，我們在實施例中選擇鑄鋼冷卻壁的材質(zhì)為碳含量≤23％鋼種的同時，也選擇了冷卻水管為C≤0.23％的低碳鋼和δ≥25％材質(zhì)的無縫冷卻水管，根據(jù)設(shè)計按冷卻壁要求制造成設(shè)定形狀，然后進行鑄?；蚱渌苽涔ば?。在采用本發(fā)明的方法中，我們根據(jù)冷卻水管管壁厚度制定了相適應(yīng)的生產(chǎn)工藝。為了與現(xiàn)有技術(shù)對比方便，我們也同時列舉了幾項對比的鑄鐵或鑄鋼冷卻壁。本發(fā)明鑄鋼冷卻壁的成型材質(zhì)和鑄造工藝與現(xiàn)有技術(shù)的制造方式相對比見下表。在對比表中，表1、為本發(fā)明實施例一次成型鑄造的工藝方法；表2、為本發(fā)明實施例兩次鑄造的工藝方法；表3為現(xiàn)有技術(shù)鑄造方法的實施例；表4為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)實施例的產(chǎn)品傳熱對比表；表5為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)實施例鑄造的冷卻壁使用效果對比。在各表中，序號1、2、3、4均為本發(fā)明鑄鋼冷卻壁的實施例，序號5、6為現(xiàn)有技術(shù)鑄鋼冷卻壁的實施例。在附圖1中(實施例1)可看出鑄鋼冷卻壁與冷卻水管已冶金熔合成整體。附圖2為實施例6、在圖中可看到冷卻壁與冷卻水管之間有明顯的間隙。在附圖中A為鑄鋼冷卻壁本體；B為冷卻水管；C為A與B之間分層。附圖3為1150℃爐溫時不同測量面平均溫度(表面有65mm磚襯)，在圖中縱座標為溫度，橫座標為a-f冷卻壁厚上的各個溫量面，，粗實線為實例5冷卻水流速1.62mm/s；細實線為實例3、冷卻水流速1.06mm/s。通過上述的比較和附圖3中、實例3與實例5熱模擬試驗各斷面溫度對比可以看出，采用本發(fā)明方法所制備的鑄鋼冷卻壁，不但使用效果好和使用壽命長，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，尤其是冷卻壁與冷卻水管之間不需涂裹任何防滲碳涂層，而且冷卻壁鑄鋼能與冷卻水管很好的融合成整體，不產(chǎn)生縫隙熱阻，提高冷卻壁的熱交換能力和消除了冷卻壁內(nèi)可能產(chǎn)生內(nèi)在裂紋的隱患。
表1、為本發(fā)明實施例一次成型鑄造的工藝方法

表2、為本發(fā)明實施例兩次鑄造的工藝方法

表3為現(xiàn)有技術(shù)鑄造方法的實施例

表4為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)實施例的產(chǎn)品傳熱對比表

注表中測溫點與冷卻水管內(nèi)表面的距離分別為，測溫點1為30mm，測溫點2為24mm測溫點3為16mm，測溫點4為8mm表5本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)鑄造的冷卻壁使用效果對比

權(quán)利要求
1.一種高溫爐爐體冷卻設(shè)備的無熱阻型鑄鋼冷卻壁，該冷卻壁的組成是在低碳鑄鋼冷卻體內(nèi)鑄有冷卻水管，其特征在于鑄鋼冷卻壁內(nèi)應(yīng)鑄有的冷卻水管為延伸率δ≥25％和C≤0.23％的低碳鋼材質(zhì)無縫管，并且冷卻壁本體與鑄入的冷卻水管外壁兩者間為冶金熔合的無熱阻型鑄鋼冷卻壁。
2.一種高溫爐爐體冷卻設(shè)備的無熱阻型鑄鋼冷卻壁，其特征是該冷卻壁的鑄造方法有采用對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型的鑄造方法和兩次增厚鑄造成型的鑄造方法，第一種采用對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型鑄造方法和第二種兩次增厚鑄造成型的鑄造方法的工藝過程分別是1)第一種對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型冷卻壁鑄造工藝，是將裝有空心砂芯的冷卻水管成型后固定在鑄模中，在鑄模上設(shè)有主澆鑄口，澆注采用底注式，在澆鑄鋼液時，應(yīng)對冷卻水管內(nèi)砂芯的空心通入流量為3-12m/s的氣體，進行控制冷卻保護；2)在第一種對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型冷卻壁鑄造工藝中，所采用的冷卻水管壁厚為6-12mm，冷卻壁鑄造的本體厚度應(yīng)是冷卻水管外徑的1.8-3.0倍，在冷卻水管內(nèi)所填入的空心砂芯的空心直徑應(yīng)是冷卻水管直徑的20-50％；3)、第二種兩次增厚成型鑄造冷卻壁的鑄造工藝過程是，第一次鑄造對冷卻水管進行非均勻增厚鑄造，其工藝是將冷卻水管成形后放入鑄模中，采用底注式澆注，第一次對冷卻水管鑄造增厚量應(yīng)為冷卻水管壁厚的0.8-1.8倍；4)、在第二種兩次增厚成型鑄造冷卻壁的第二次鑄造工藝中，是將已經(jīng)經(jīng)過增厚的冷卻水管再放入鑄模中進行成型鑄造，并且澆注的鋼液與冷卻水管外表面相熔合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述無熱阻型鑄鋼冷卻壁的鑄造方法，其特征在于第一種采用對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型鑄造方法和第二種兩次增厚鑄造成型的鑄造方法的每次鑄造溫度應(yīng)在1480℃-1640℃范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述無熱阻型鑄鋼冷卻壁的鑄造方法，其特征在于鑄鋼冷卻壁是采用碳含量≤0.23％的低碳鑄鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述無熱阻型鑄鋼冷卻壁的鑄造方法，其特征是在第一種對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型冷卻壁的鑄造工藝中，鑄模上的主澆注口下方應(yīng)均勻分布設(shè)有2-5個底注式分澆口。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述無熱阻型鑄鋼冷卻壁的鑄造方法，其特征在于第一種對冷卻水管內(nèi)壁控制冷卻的一次鑄造成型冷卻壁的鑄造工藝中，在對鑄造成型鑄鋼冷卻壁進行澆鑄鋼液時，對冷卻水管內(nèi)砂芯的空心通入的氣體為氮氣或空氣中任意一種氣體，來進行控制其冷卻強度。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金鑄造技術(shù)領(lǐng)域。更適用于無熱阻型鑄鋼冷卻壁的鑄造方法。該冷卻壁的組成是在低碳鑄鋼冷卻體內(nèi)鑄有冷卻水管,特征是冷卻壁本體與鑄入的冷卻水管外壁間為冶金熔合的鑄鋼冷卻壁。該冷卻壁的鑄造方法是采用對冷卻水管內(nèi)壁冷卻的一次鑄造成型方法和兩次增厚鑄造成型的方法。本發(fā)明鑄鋼冷卻壁及其制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較,具有使用效果好和延長使用壽命,尤其是冷卻壁與冷卻水管之間不涂裹防滲碳涂層,不會產(chǎn)生熱阻,提高了冷卻壁整體的導熱性能。
文檔編號B22D19/00GK1422712SQ01144238
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月14日
發(fā)明者王東升, 張士敏, 蔡漳平, 曹洪志 申請人:鋼鐵研究總院, 濟南鋼鐵集團總公司