專利名稱：整體式鑄鋼冷卻壁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種高爐冷卻用的整體式鑄鋼冷卻壁，特別適用于煉鐵高爐的冷卻壁。
隨著高爐的大型化和現(xiàn)代化，延長高爐壽命越來越引起煉鐵工作者的關(guān)注。目前世界上各主要產(chǎn)鋼國都在競相延長高爐壽命，并取得了令人矚目的成就。國內(nèi)外在延長高爐壽命方面，采取了許多行之有效的技術(shù)措施。高爐冷卻壁的改進(jìn)就是其中之一，如改進(jìn)冷卻壁本體材質(zhì)、改進(jìn)冷卻壁結(jié)構(gòu)、冷卻水管防滲碳處理、冷卻壁整體退火等，使冷卻壁的使用壽命得以延長。
高爐冷卻壁在本體材質(zhì)上經(jīng)歷了從普通灰鑄鐵向含鉻鑄鐵和球墨鑄鐵的發(fā)展；在本體結(jié)構(gòu)方面經(jīng)歷了從壁體埋設(shè)單層冷卻水管、布置角部冷卻水管和加設(shè)雙層冷卻水管的發(fā)展。尤其是冷卻壁內(nèi)冷卻水管的布置結(jié)構(gòu)的演變，暴露出冷卻壁本體材質(zhì)的缺陷。
高爐爐腹至爐身下部處于軟熔帶根部，該區(qū)域爐襯及冷卻壁的工作環(huán)境十分惡劣，冷卻壁要經(jīng)受劇烈的溫度波動造成疲勞破壞，高溫煤氣流及下降爐料的磨損，以及液態(tài)渣鐵的化學(xué)侵蝕等。要求冷卻壁本體材料必須具有較高的抗拉強(qiáng)度、耐熱沖擊性、抗裂性、韌性、導(dǎo)熱性等，而普通鑄鐵和低鉻鑄鐵已經(jīng)難以滿足上述要求。實(shí)踐證明，以鑄鐵為基體的各種冷卻壁，不同程度的存在著高溫強(qiáng)度低、韌性差、耐熱沖擊性差，冷卻水管容易滲碳而脆化和容易產(chǎn)生裂紋或龜裂等缺陷，致使鑄鐵冷卻壁過早地破損，影響高爐壽命。究其原因，主要是鑄鐵的性能不能很好地適應(yīng)高爐工作條件的要求，球墨鑄鐵的采用雖然延長了冷卻壁的使用壽命，但仍難免上述問題的出現(xiàn)。新日鐵公司開發(fā)的第四代鑄鐵冷卻壁，雖有雙層冷卻水管，并在邊角部位設(shè)有冷卻水管，以及耐火材料同冷卻壁一體化等措施，也不能完全克服這些不足。
就冷卻壁的本體材質(zhì)而言，鑄鋼具有較高的抗拉強(qiáng)度、延伸率、抗熱沖擊性、導(dǎo)熱性等，特別是具有較高的延伸率和耐熱沖擊性。而且碳素鑄鋼的高溫機(jī)械性能也優(yōu)于一般鐵素體球墨鑄鐵。用作冷卻壁的低碳鑄鋼可選用ZG200-400，推薦采用的低碳鑄鋼成分為[C]0.15-0.20％；[Si]0.15-0.40％；[Mn]0.35-0.65％；[P]≤0.04％；[S]≤0.03％。
如CN87101904A專利設(shè)計了一種焊接式鑄鋼冷卻壁，其冷卻壁本體是由冷面、熱面或凸臺等幾個單獨(dú)的低碳鑄鋼鑄件焊接而成，但由于制造施工工藝復(fù)雜、加工量大、加工精度要求高、施工安裝復(fù)雜、制造成本高等原因，難于在高爐上大面積使用。
本實(shí)用新型的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而設(shè)計一種制造施工簡便、經(jīng)久耐用、成本低的整體式無芯管鑄鋼冷卻壁。
本實(shí)用新型包括冷卻壁本體、進(jìn)出水管、保護(hù)套管等幾部分。其主要特點(diǎn)是冷卻壁本體為整體澆鑄而成，冷卻壁內(nèi)無冷卻芯管，冷卻壁本體內(nèi)的冷卻水道鑄造成型，冷卻壁本體與爐殼的固定連接通過進(jìn)出水管的保護(hù)套管和墊圈實(shí)現(xiàn)，沒有專用的固定螺栓。整體式無芯管鑄鋼冷卻壁不但可以克服鑄鐵冷卻壁的各類缺陷，同時又可以做到制造施工簡便、制造成本低、使用壽命長。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。
圖1為整體式冷卻壁結(jié)構(gòu)與安裝示意圖圖2為冷卻壁的正面視圖圖3為冷卻壁的剖面俯視圖冷卻壁本體1為鑲磚式冷卻壁，其熱面鑄有楔形(或矩形)的鑲磚槽，鑲磚槽深度為75mm，高度推薦為65/85mm。冷卻壁本體1的冷面及熱面為弧形，熱面弧長800-1200mm，進(jìn)出水管中心線垂直于冷卻壁圓弧的弦。冷卻壁高度1500-2000mm，厚度200-265mm。冷卻水道為直管式，在冷卻壁內(nèi)無彎道，水道截面為橢圓形、圓形或矩形，冷卻水道的中心間距為180-220mm，冷卻水道中心距冷卻壁熱面為155mm(含筋高75mm)，冷卻水道為橢圓形截面時，其長半軸為30-45mm，短半軸為20-25mm。
冷卻壁本體1內(nèi)直接鑄有直管式冷卻水道3，冷卻壁本體1鑄造完成后，先在冷卻壁本體1的冷面、冷卻水進(jìn)出口處及保護(hù)套管相應(yīng)的安裝位置處加工內(nèi)螺紋。將帶有外螺紋的進(jìn)出水管4和保護(hù)套管5安裝在冷卻壁本體1上。在橢圓形冷卻水道3的兩端加工內(nèi)螺紋，擰入帶有外螺紋的絲堵6密封，并將絲堵6與冷卻壁本體1焊牢。
如圖1所示，冷卻壁本體1和爐殼8通過保護(hù)套管5、墊圈7與爐殼8連接在一起。冷卻壁本體1上部中間的兩個保護(hù)套管5與墊圈7焊接在一起，墊圈7與爐殼8焊接在一起，實(shí)現(xiàn)冷卻壁與爐殼的固定連接，如圖1的上半部所示。冷卻壁本體1上其他的6個保護(hù)套管5與墊圈7焊接在一起，而墊圈7與爐殼8不焊接，即滑動連接，如圖1的下半部所示。采用這種“固定—滑動”連接方式，使冷卻壁受熱時自由膨脹，這樣可以防止在高溫條件下，冷卻壁和爐殼由于熱膨脹量不同而造成的冷卻水管切斷，與對比技術(shù)相比，取消固定螺栓，簡化制造安裝工藝，降低制造成本。
在冷卻壁本體1的熱面直接鑄出鑲磚槽，在冷卻壁加工完成后將耐火磚2鑲?cè)氩蹆?nèi)。
為使進(jìn)出水管能夠上下自由伸縮，同時為防止高爐煤氣泄漏，冷卻壁進(jìn)出水管4和爐殼8通過波紋補(bǔ)償器9和密封罩10連接在一起，形成軟連接。先將密封罩10焊在爐殼8上，再將波紋補(bǔ)償器9焊在密封罩10的端蓋上，進(jìn)出水管4與波紋補(bǔ)償器9的端蓋焊在一起，最后將波紋補(bǔ)償器的保護(hù)管11焊在密封罩的端蓋上，如圖1所示。
整體式無芯管鑄鋼冷卻壁具有很多優(yōu)點(diǎn)1、冷卻壁本體材質(zhì)為鑄鋼，其各項性能均優(yōu)于鑄鐵，特別是具有較高的抗拉強(qiáng)度、耐熱沖擊性和延伸率，本發(fā)明可克服鑄鐵冷卻壁的許多缺陷，預(yù)計其使用壽命可達(dá)到10年以上。
2、本實(shí)有新型為無芯管結(jié)構(gòu)，這樣一方面從根本上消除了鑄鐵冷卻壁內(nèi)芯管的滲碳問題，另一方面由于冷卻壁內(nèi)的冷卻水道直接鑄造成型，這不僅可以大大節(jié)省芯管的材料消耗、加工費(fèi)用等投資，而且可以改善冷卻效果，提高冷卻強(qiáng)度。采用鑄造成型的冷卻水道可根據(jù)計算結(jié)果和冷卻壁的實(shí)際熱負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計，在冷卻壁內(nèi)可均勻地布置冷卻水道，使冷卻壁均勻冷卻，有利于延長其使用壽命。
3、為增加冷卻水道的換熱面積，冷卻水道為橢圓形截面，同圓形冷卻水道相比，在截面積相同的條件下，橢圓形冷卻水道截面的周長大于圓形冷卻水道，因而換熱面積也大于圓形冷卻水道。這樣可以在不增加水量的條件下，保證冷卻水速在2.0m/s左右，提高冷卻效率。
4、冷卻水道為直管式，在冷卻壁本體內(nèi)無彎道，可降低冷卻水的阻損，消除了冷卻死區(qū)，特別是冷卻壁邊角部位的冷卻得到了改善(見圖2)，提高了冷卻效果；而且可以降低制造難度，使鑄造工藝簡單易行。
5、冷卻壁與爐殼的固定連接，一般是通過螺栓來實(shí)現(xiàn)的，而本發(fā)明中取消了固定螺栓，利用進(jìn)出水管的保護(hù)套管和墊圈與爐殼固定連接，不僅節(jié)省了投資，而且使制造安裝工藝簡化。
6、本發(fā)明為整體式鑄鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，制造加工工藝簡便，省去了芯管的加工和鑄造處理工藝，總體投資省，很容易在工業(yè)化生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型的效果是提高冷卻效率，加強(qiáng)對爐襯的冷卻作用，延緩爐襯的侵蝕；即使在爐襯消失以后，冷卻壁在裸露的條件下，仍能依靠其熱面粘結(jié)的渣皮工作，使用壽命可達(dá)10年以上。


1、冷即壁本體 6、絲堵2、冷卻壁鑲磚 7、墊圈3、冷卻水道 8、爐殼4、進(jìn)出水管 9、波紋補(bǔ)償器5、保護(hù)套管 10、密封罩11、保護(hù)管實(shí)施例作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，現(xiàn)將500m3級、1000m3級、2000-2500m3級高爐用鑄鋼冷卻壁具體技術(shù)參數(shù)列出1、500m3級高爐用鑄鋼冷卻壁冷卻壁高度1500-1800mm冷卻壁寬度(熱面弧長)800-1000mm冷卻壁厚度200-235mm冷卻壁鑲磚槽尺寸 65/85×75mm水道中心間距180-200mm進(jìn)出水管φ45×62、1000m3級高爐用鑄鋼冷卻壁冷卻壁高度 1500-2000mm冷卻壁寬度(熱面弧長)800-1000mm冷卻壁厚度 200-235mm冷卻壁鑲磚槽尺寸 65/85×75mm水道中心間距 200-220進(jìn)出水管φ60×63、2000-2500m3級高爐用鑄鋼冷卻壁冷卻壁高度 1500-2000mm冷卻壁寬度(熱面弧長)800-1200mm冷卻壁厚度 200-265mm冷卻壁鑲磚槽尺寸 65/85×75mm水道中心間距 ～220mm進(jìn)出水管φ70×權(quán)利要求1.一種整體式鑄鋼冷卻壁， 特別適用于煉鐵高爐冷卻用冷卻壁，包括冷卻壁本體、進(jìn)出水管、保護(hù)套管，其特征在于冷卻壁本體為整體澆鑄而成，冷卻壁內(nèi)無冷卻芯管，冷卻壁本體內(nèi)的冷卻水道鑄造成形，冷卻壁本體與爐殼的固定連接通過進(jìn)出水管的保護(hù)套管和墊圈實(shí)現(xiàn)，沒有專用的固定螺栓。
2.按照權(quán)利要求1所述的整體式鑄鋼冷卻壁，其特征在于冷卻壁本體上部中間的兩個保護(hù)套管與墊圈焊接在一起，墊圈與爐殼焊接在一起；冷卻壁的下部的保護(hù)套管與墊圈焊接在一起，而墊圈與爐殼不焊接。
專利摘要本實(shí)用新型是一種整體式鑄鋼冷卻壁，包括冷卻壁本體、進(jìn)出水管和保護(hù)套管。冷卻壁本體是整體鑄鋼件，其內(nèi)的水道為直管式，兩端用絲堵密封，冷卻壁通過保護(hù)套管墊圈與爐殼連接在一起，本實(shí)用新型具有制造工藝簡單、冷卻效果好、成本低、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，可延長高爐使用壽命到10年以上。
文檔編號C21B7/00GK2242249SQ9522268
公開日1996年12月11日 申請日期1995年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月10日
發(fā)明者張福明 申請人:首鋼總公司