專利名稱：高導(dǎo)熱銅鋼復(fù)合鑄造高爐冷卻壁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱銅鋼復(fù)合鑄造高爐冷卻壁，是由冷卻壁本體(1)、鑲?cè)氲你~件(2)、冷卻水管(3)及其它連接件組成。是高爐爐體的重要冷卻設(shè)備，該發(fā)明屬煉鐵技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高爐冶煉過程中，在爐腹、爐腰及爐身下部，由于磚襯損壞，導(dǎo)致冷卻壁表面直接暴露在爐內(nèi)，受到劇烈的熱負(fù)荷作用和沖擊、渣鐵侵蝕、強(qiáng)烈的煤氣流沖刷和爐料的機(jī)械磨損等，所以此區(qū)域的冷卻壁是歷來冷卻壁破損最嚴(yán)重的部位。嚴(yán)重影響高爐的使用壽命。
傳統(tǒng)的冷卻壁的材質(zhì)分別為灰鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵、銅和鑄鋼。鑄鐵冷卻壁的材質(zhì)為灰鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵等，由于在長期高溫下使用時，由于熱疲勞產(chǎn)生龜裂，冷卻水管的滲碳、生鐵的晶粒長大等原因，使用壽命較低；鑄鋼冷卻壁的材質(zhì)為普通低碳鋼，有整體鑄造型、鑄焊結(jié)合型、無縫鋼管鑲嵌鑄造等型式，其壽命較鑄鐵冷卻壁有所提高，但其冷卻能力還有所不足，相應(yīng)鑄鋼冷卻壁壽命提高也就有限；銅冷卻壁的材質(zhì)為銅，銅具有最高的導(dǎo)熱率，約為鋼和鑄鐵的10倍，因此銅冷卻壁具有良好的冷卻能力和較長的使用壽命，但價格昂貴，難于廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在高低溫強(qiáng)度、韌性、耐磨性等方面優(yōu)于銅、鑄鐵和普通鑄鋼，在導(dǎo)熱性優(yōu)于鑄鐵和鑄鋼，使用壽命長，制造成本低的新型高爐冷卻壁—高導(dǎo)熱銅鋼復(fù)合鑄造高爐冷卻壁。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的第一，本發(fā)明將導(dǎo)熱率高出鋼鐵近10倍的銅鑲嵌鑄造入冷卻壁本體中，將冷卻壁高溫受熱面和冷卻水管直接連為一體，使受熱面接收的熱能很快地通過銅件傳導(dǎo)到冷卻水中而被帶走，而且與銅件側(cè)面接觸的鋼本體上的熱能也可以傳導(dǎo)到銅件上，進(jìn)而傳導(dǎo)到水管上而被水帶走，從而大大地提高了冷卻壁的冷卻能力。
第二，本發(fā)明冷卻壁本體材質(zhì)為微合金化鋼，由于加入V、Ti、Nb等微合金化元素，使這種鑄鋼的綜合性能得到提高。V、Ti、Nb等元素加入低碳鋼后，與C、N可以形成MC(C，N)型化合物，使高溫和低溫強(qiáng)度得到提高，韌性得到改善。抗氧化，熱疲勞性能，耐磨性也得到提高。同時，鋼的導(dǎo)熱性隨含碳量的提高而降低，而微合金化的結(jié)果使鋼基體中的含碳量降低，導(dǎo)熱率得到提高，使冷卻壁的力學(xué)和物理化學(xué)性能均優(yōu)于普通低碳鋼冷卻壁。
第三，被鑲嵌復(fù)合鑄造入冷卻壁的冷卻水管在此前對外表面進(jìn)行噴涂鋅、鋁或熱鍍錫，使水管外表面在鑄造中與冷卻壁本體之間形成冶金結(jié)合，以消除結(jié)合間隙，利于消除熱阻，提高冷卻壁的冷卻能力。
第四，所鑲鑄入的銅件用鋼板或鋼管包覆的，鋼板或鋼管的表面是經(jīng)噴涂鋅、鋁或熱鍍錫處理的，它們與銅件和冷卻壁本體間均形成冶金結(jié)合，并在鑄造時使銅件不被鋼水熔化掉。
第五，所鑲鑄入的銅件在冷卻壁本體鑄成后先經(jīng)噴涂鋅、鋁或熱鍍錫處理后，再鑲鑄銅件，保證銅件和冷卻壁本體間均形成冶金結(jié)合。
本發(fā)明具有以下特點①冷卻壁本體材料為自主開發(fā)的高強(qiáng)度鑄鋼新材料，其中關(guān)鍵區(qū)域采用銅介質(zhì)，即能靠鑄鋼抵抗渣鐵侵蝕、強(qiáng)烈的煤氣流沖刷和爐料的機(jī)械磨損，又能靠銅實施高效冷卻，建立無過熱冷卻體系，在冷卻壁表面形成穩(wěn)定渣皮，用渣皮保護(hù)冷卻壁。該技術(shù)實現(xiàn)了高強(qiáng)度高冷卻的有機(jī)結(jié)合，滿足高爐長壽要求。
②設(shè)計靈活，冷卻壁的結(jié)構(gòu)形式可多樣化，可設(shè)計為適于大、中型高爐采用的雙排管搗料型或鑲磚型冷卻壁，也可可設(shè)計為適于小型高爐的普通搗料型或鑲磚型冷卻壁，以滿足大、中、小型高爐的不同技術(shù)要求。
③高導(dǎo)熱銅鋼復(fù)合鑄造高爐冷卻壁同時兼顧經(jīng)濟(jì)的要求，投資低，最終實現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、合理長壽。該技術(shù)市場潛力大和市場價值高，經(jīng)濟(jì)效益可觀。


圖1 I型冷卻壁主視2 I型冷卻壁左視3 I型冷卻壁剖面4 II型冷卻壁主視5 II型冷卻壁左視6 II型冷卻壁剖面7 III型冷卻壁主視8 III型冷卻壁左視9 III型冷卻壁剖面10 IV型冷卻壁主視11 IV型冷卻壁左視12 IV型冷卻壁剖面圖上述圖均為高導(dǎo)熱銅鋼復(fù)合鑄造高爐冷卻壁結(jié)構(gòu)示意圖，以上各圖中(1)為冷卻壁本體，其材質(zhì)為微合全化低碳鋼的成分為wt％Fe99.22～98.57％C0.15～0.25％Si0.20～0.40％ Mn 0.30～0.60％P ≤0.04％ S≤0.04％V/Ti/Nb(單獨或組合加入)0.05～0.10％(2)為銅件。(3)為冷卻水管。(4)為鑲鑄耐火磚或耐火搗料。
具體實施例方式
實施例1如圖1、圖2、圖3所示，鑲嵌鑄入的銅件(2)分布呈行、列式排列，并與水管(3)焊為一體，形成一個高導(dǎo)熱的熱傳導(dǎo)系統(tǒng)，(4)為鑲鑄耐火磚或耐火搗料，其原理如前所述。而其它常規(guī)結(jié)構(gòu)體根據(jù)高爐爐型具體設(shè)計。其冷卻壁本體(1)微合全化低碳鋼的成分為wt％Fe99.22～98.57％ C 0.15～0.25％Si0.20～0.40％ Mn0.30～0.60％P ≤0.04 S ≤0.04V/Ti/Nb0.05～0.10實施例2如圖4、圖5、圖6所示，冷卻壁本體(1)微合全化鋼的成分如實施例1。鑲嵌鑄入的銅件(2)，鑲嵌結(jié)構(gòu)在實施例1的基礎(chǔ)上增加寬度與冷卻水管平行的銅件(2)，冷端與水管(3)連為一體，熱端與燕尾槽槽底相通，(4)為鑲鑄耐火磚或耐火搗料。進(jìn)一步提高冷卻壁的冷卻能力。
實施例3如圖7、圖8、圖9所示，冷卻壁冷面為冷卻壁本體(1)，其材質(zhì)微合金化鋼的成分如實施例1。冷卻壁燕尾槽的肋臂全為鑲嵌鑄入的銅件(2)。(3)為冷卻水管，(4)為鑲鑄耐火磚或耐火搗料。
實施例4如圖10、圖11、圖12所示，冷卻壁冷面為冷卻壁本體(1)，其材質(zhì)微合金化鋼的成分如實施例1。冷卻壁的熱面全為鑲嵌鑄入的銅件(2)。(3)為冷卻水管，(4)為鑲鑄耐火磚或耐火搗料。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)熱銅鋼復(fù)合鑄造高爐冷卻壁由冷卻壁本體(1)、鑲?cè)氲你~件(2)、冷卻水管(3)及其它連接件組成。其特征是冷卻壁本體及鑲?cè)氲你~件和冷卻水管是用復(fù)合鑄造工藝方法制造為一體的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻壁，其特征在于鑲?cè)氲你~件(2)為純銅制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻壁，其特征在于冷卻壁本體(1)是由V、Ti、Nb等微量元素合金化的低碳鋼鑄造而成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻壁，其特征在于是冷卻水管(3)的外表面是經(jīng)過噴涂鋅、鋁或熱鍍錫處理，在鑄造過程中使其與冷卻壁本體(1)之間形成冶金結(jié)合而無間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻壁，其特征在于所鑲?cè)氲你~件(2)是用鋼板或鋼管包覆的，鋼板或鋼管的表面是經(jīng)噴涂鋅、鋁或熱鍍錫處理的，它們與銅件(2)和冷卻壁本體(1)間均形成冶金結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻壁，其特征在于冷卻壁本體(1)先經(jīng)噴涂鋅、鋁或熱鍍錫處理后，再鑲鑄銅件(2)，保證銅件(2)和冷卻壁本體(1)間均形成冶金結(jié)合。
全文摘要
高導(dǎo)熱銅鋼復(fù)合鑄造高爐冷卻壁。由純銅和微合金化鋼，用復(fù)合鑄造的方法制造成，具有高導(dǎo)熱性和剛性，高溫強(qiáng)度和耐磨性，良好的抗熱震和耐爐渣沖刷的能力；鑲鑄入的水管表面作噴涂鋅、鋁或熱鍍錫處理，使冷卻水管外表面與本體間形成冶金結(jié)合；鑲?cè)氲你~件與冷卻水管焊接或鑄造在一起；進(jìn)出水管、保護(hù)管與高爐爐殼的連接固定方式，依據(jù)爐型和用戶要求設(shè)計而成。本發(fā)明公開的高爐冷卻壁具有優(yōu)于其它非銅材質(zhì)冷卻壁的冷卻能力，其高溫強(qiáng)度、耐沖刷性和抗熱震性優(yōu)于其它各種材質(zhì)的冷卻壁，可滿足現(xiàn)代大中型高爐長壽達(dá)15年的要求。該發(fā)明屬煉鐵技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號C21B7/10GK1456687SQ0312099
公開日2003年11月19日 申請日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月9日
發(fā)明者崔慶禮, 孫健, 錢世崇 申請人:孫健