CN102109278A - 冷却水套的制造方法和用于高温炉窑的冷却水套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却水套的制造方法，包括如下步骤：1)将熔点高于1200℃的合金管预成形为预定形状；2)采用石墨形成铸型并烘干；3)将合金管放入所述铸型中，且将合金管的入口和出口放置在铸型的外部；以及4)在大气条件下熔炼纯铜并将得到的铜液浇铸到铸型中，且铜液的温度不高于所述合金管的熔点温度，从而一体地形成冷却水套。根据本发明实施例的冷却水套的制造方法，通过采用石墨铸型，使得整个冷却水套的耐热性更高，提高了冷却效率，延长了冷却水套的寿命。而且通过采用高熔点合金管，使得合金管在浇铸过程中被熔穿的几率大大降低，减少了漏水问题。本发明还公开了一种采用所述制造方法制造的用于高温炉窑的冷却水套。

Description

冷却水套的制造方法和用于高温炉窑的冷却水套

技术领域

本发明涉及金属冶炼和化工领域，特别是涉及一种高温熔炼设备用冷却水套的制造方法和采用该制造方法制造的用于高温炉窑的冷却水套。

背景技术

现有的例如闪速炉、炼铁高炉等冶炼炉内工作条件恶劣，炉内温度高达1300℃-1600℃。由此，炉衬必须同时承受高温气流冲刷、炉料的磨损和熔渣的侵蚀等。因此，对炉衬的保护提出了较高的要求。在现有技术中，最佳的解决方法是在砌砖之间埋设纯铜材质冷却水套，实行强制冷却，以减轻炉衬磨损和腐蚀，其中，制造铜冷却水套有预埋铜管铸铜式制造方法。

在预埋铜管铸铜式制造方法中，首先将纯铜管预先弯曲成形，再放入砂箱中与铜水一起浇铸成型。此处的浇铸成型要求如下：铜管不被熔穿，并与浇铸铜紧密结合，且无间隙率达到80％以上。此方法生产出的铸铜冷却水套与轧制铜冷却水套冷却能力相当。但是，该制造方法的缺点在于，纯铜管的熔点较低，且如果预埋铜管在浇铸铜板的过程中被熔穿，高炉因纯铜水套受损漏水而停炉大修的比例也超过27％，而且纯铜存在导热性过高易使水结垢的缺点。在浇铸铜板产生裂纹的条件下，预埋铜管铸铜式水套也会发生漏水，这就会引起耐火材料的粉化膨胀，导致跑铜等重大事故的发生。在一些情况下，如果冷却水流入炉内，则会引起高炉爆炸等事故。

进一步地，纯铜水套过高的导热性能容易使冷却水温过高，甚至导致冷却水的沸腾。而当水沸腾时，水中的钙离子和镁离子以氧化物形式沉淀起来并产生水垢。该水垢的热导率极低，这降低了所述水套的冷却效率，甚至引起冷却水套的烧损。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种冷却水套的制造方法，根据所述冷却水套的制造方法制造中的冷却水套的耐热性高且寿命更长。

本发明的另一个目的在于提出一种用于高温炉窑的冷却水套，所述冷却水套耐热性能得以提高且不易出现漏水。

根据本发明的第一方面，提供了一种冷却水套的制造方法，包括如下步骤：

1)将熔点高于1200℃的合金管预成形为预定形状；

2)采用石墨形成铸型并烘干；

3)将所述合金管放入所述铸型中，且将合金管的入口和出口放置在铸型的外部；以及

4)在大气条件下熔炼纯铜并将得到的铜液浇铸到所述铸型中，且所述铜液的温度不高于所述合金管的熔点温度，从而一体地形成所述冷却水套。

根据本发明实施例的冷却水套的制造方法，通过采用石墨铸型，使得整个冷却水套的耐热性更高，从而克服了现有技术中纯铜水套过高的导热性能而容易使冷却水温过高甚至沸腾而产生水垢的缺陷，进而提高了冷却效率，延长了冷却水套的寿命。而且通过采用熔点高于1200℃的高熔点合金管，使得合金管在浇铸过程中被熔穿的几率大大降低，减少了漏水问题。进一步地，由于合金管的入口和出口均设置在铸型外部，因此在铸型内部没有管件接口，进一步避免了漏水。

另外，根据本发明第一方面实施例的冷却水套的制造方法还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述合金管的熔点为1200-1400℃。

在将铜液浇铸到所述铸型内的过程中，所述铜液的温度控制成使得所述合金管与铜液之间的无间隙率达到95％以上，使得制成的冷却水套的质量更好。

可选地，所述铜液的温度为1100-1200℃。

在本发明的一个实施例中，所述合金管被预成形为U形、蛇形或W形。

在本发明的一个实施例中，将铜液浇铸到所述铸型中时采用封闭式雨淋浇口盆进行开放式浇注，以便均匀地将铜液浇铸到铸型内各部分，防止气泡产生，从而形成的冷却水套质量较好。

在本发明的一个实施例中，在大气条件下熔炼纯铜过程中向熔炼的铜液中加入干燥的木炭，所述木炭覆盖住所述铜液表面以防止铜液暴露而氧化。

进一步地，在熔炼纯铜过程中采用磷铜中间合金以脱氧。

在本发明的一些实施例中，在所述铜液浇铸到所述铸型中的同时向所述铸型中通入气体保护以防止所述合金管被熔穿。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于高温炉窑的冷却水套，采用根据本发明第一方面实施例的一种冷却水套的制造方法制成，且包括：水套主体；和至少一个预成形的合金管，所述合金管被铸造在所述水套主体中，且合金管的出口和入口位于所述水套主体的外部，用于冷却的流体可从合金管的入口流入所述冷却水套并从所述合金管的出口被排出。

根据本发明实施例的用于高温炉窑的冷却水套，耐热性能更高，提高了冷却效率且寿命延长，而且不易漏水，另外，制造工艺简单，成本较低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的冷却水套的制造方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的用于高温炉窑的冷却水套的示意图；

图3是根据本发明实施例的冷却水套的制造方法中冷却水套成型的示意图；和

图4是图3中冷却水套成型的俯视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的冷却水套的制造方法。在下面的实施例中，为清楚地描述根据本发明的冷却水套的制造方法，将以制造可用于闪速炉中的铜合金冷却水套的方法为示例来进行描述，但是普通技术人员在阅读了本发明的下述的实施例之后，显然可以使用任何其他合金管来形成上述冷却水套，例如钛合金等。此外，进一步需要说明的是，该冷却水套不限于本发明中的闪速炉，其也可以用于对耐热性能具有较高要求的其他熔炼炉、熔炼设备、加热器件等，由此上述的闪速炉只是出于示例的目的而不能认为是限制本发明的保护范围。

如图1和图3-图4所示，根据本发明实施例的冷却水套100的制造方法可以包括如下步骤：

1)将熔点高于1200℃的合金管120预成形为预定形状；

2)采用石墨形成铸型并烘干，如图2中所示，铸型由石墨板上箱310和石墨板下箱320形成；

3)将合金管120放入铸型中，且将合金管的入口121和出口122放置在铸型的外部；以及

4)在大气条件下熔炼纯铜并将得到的铜液浇铸到铸型中，且铜液的温度不高于合金管的熔点温度，从而一体地形成冷却水套100。

根据本发明实施例的冷却水套的制造方法，通过采用石墨铸型，使得整个冷却水套的耐热性更高，从而克服了现有技术中纯铜水套过高的导热性能而容易使冷却水温过高甚至沸腾而产生水垢的缺陷，进而提高了冷却效率，延长了冷却水套的寿命。而且通过采用熔点高于1200℃的高熔点合金管，使得合金管在浇铸过程中被熔穿的几率大大降低，减少了漏水问题。进一步地，由于合金管的入口和出口均设置在铸型外部，因此在铸型内部没有管件接口，进一步避免了漏水。

需要说明的是，本领域内的普通技术人员可以根据冷却的需要，在铸型中可设置多个合金管，以增加所述冷却水套100的冷却效率。

在本发明的一个实施例中，在将铜液浇铸到铸型内的过程中，铜液的温度控制成使得合金管120与铜液紧密结合，即使得合金管与铜液之间的无间隙率达到95％以上。由于铸造过程中材料的匹配的缘故导致会在两种材料的熔接处产生气泡以及其他铸造缺陷，所谓无间隙率指的是没有上述缺陷的百分比，该铸造缺陷会导致制成的冷却水套的质量较差，从而导致冷却水套的寿命非常短，增加了闪速炉的维护成本，降低了生产效率。

在本发明的一个实施例中，合金管的熔点约为1200-1400℃。此时，通过本发明的发明人的研究和实验发现，在铜液的温度设置为1100-1200℃，可以使合金管与铜液之间的无间隙率达到较高的水平，例如95％以上，从而使得所制成的冷却水套的质量更好。

在本发明的另一个实施例中，合金管被预成形为U形。当然，可以理解的是，本发明的合金管120不限于U形管，普通技术人员可以根据设计的需要预成形为任何所需的形状(包括壁厚、横截面形状和整体形状等)，例如合金管的整体形状还可以为蛇形、W形等。但是需要说明的是，本发明的合金管的形状不限于此处所示出的示例，普通技术人员在阅读了本发明的技术公开之后，显然可以根据实际需要获得所需的预定形状，由此此处所示出的特定的形状只是出于说明的目的，而不能理解为是限制本发明的保护范围。

如图2和图3所示，将铜液浇铸到铸型中时采用封闭式雨淋浇口盆200进行开放式浇注。也就是说，在浇口盆200的底部开设多个断面较小且与铸型内连通的浇孔210以便均匀地将铜液浇铸到铸型内各部分，防止气泡产生，从而形成的冷却水套质量较好。

在本发明的一个实施例中，在大气条件下熔炼纯铜过程中，向熔炼的铜液中加入干燥的木炭(图未示)，木炭覆盖住铜液表面以防止铜液暴露而氧化。在本发明的一些示例中，木炭覆盖并高出铜液表面的厚度为10-100mm。可选地，在熔炼纯铜过程中可采用磷铜中间合金以进一步脱氧。

另外，在铜液浇铸到铸型中的同时向铸型中通入气体保护以防止合金管被熔穿。当然，可以理解的是，还可以向铸型中通入其他流体以进行保护，例如灌砂保护或流态粒子保护等。

下面将结合图1-图4描述根据本发明的一个实施例的冷却水套的制造方法，其中以制造可用于闪速炉中的冷却水套的方法为示例来进行描述，其中该冷却水套中具有两条合金管以增加冷却效率。然而可以理解的是，本领域内的普通技术人员在阅读了本发明的下述的实施例之后，显然可以使用任何其他合金管来形成上述冷却水套，例如钛合金等。

将熔点约为1200-1400℃的合金管放入石墨板上箱310和石墨板下箱320形成的铸型内，并在大气条件下熔炼纯铜并将纯铜浇入烘干的铸型内，完成所述冷却水套的制备过程。

具体地，首先按照用于闪速炉具体水套的结构尺寸，进行如图3和图4所示的铸造工艺设计，并加工好工装模具。

造好铸型后在高温下烘干，然后将外径Φ30mm、壁厚3mm的两条合金管120分别弯成U型，固定在烘干后的铸型中。如图3和图4所示，雨淋浇口盘200的底部设有三排浇孔210，安装浇口盘时保证三排浇孔210均垂直于两条合金管120之间以提高浇铸质量。例如雨淋浇口盘200的尺寸为500mm×360mm×240mm，进水口直径为Φ55。

在大气下熔炼纯铜时，纯铜通过熔炼炉坩埚(图未示)进行熔炼，在此过程中，将例如干燥的木炭加入到熔炼炉坩埚的底部，该木炭的加入量以能覆盖住铜液表面10-100mm厚度为宜，在熔炼过程中木炭不断燃烧损失，由此需要根据需要进行额外地添加木炭并保持木炭高度为覆盖住铜液表面10～100mm厚度左右，以防止铜液暴露并被氧化。进一步地，在该过程中，可以采用磷铜中间合金来进一步脱氧。

在该工艺的过程中，将铜液温度控制在1100-1200℃，然后浇铸到浇口盆中。采用通入保护气体，把合金管120在浇注和凝固过程中的热量迅速带走，防止其熔穿。铸件浇注1小时后开箱，在空气中自然冷却，此时，合金管与铜液之间的无间隙率的可达到95％以上。

下面将参考图2描述根据本发明实施例的用于高温炉窑的冷却水套100，其中，用于高温炉窑的冷却水套100采用上述实施例中的冷却水套100的制造方法制成。

根据本发明实施例的用于高温炉窑的冷却水套100包括水套主体110；和至少一个预成形的合金管120，合金管120被铸造在水套主体110中作为冷却流体例如冷却水的通道，且合金管120的出口122和入口121位于水套主体110的外部例如在一侧，用于冷却的流体例如冷却水可从合金管120的入口121流入冷却水套100内并从合金管120的出口122被排出。可选地，合金管120的熔点可为1200-1400℃。

需要说明的是，普通技术人员可以根据冷却的需要，在水套主体110中可设置多个合金管120，以增加所述冷却水套100的冷却效率。

根据本发明实施例的用于高温炉窑的冷却水套，耐热性能更高，提高了冷却效率且寿命延长，而且不易漏水，另外，制造工艺简单，成本较低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种冷却水套的制造方法，包括如下步骤：

1)将熔点高于1200℃的合金管预成形为预定形状；

2)采用石墨形成铸型并烘干；

3)将所述合金管放入所述铸型中，且将合金管的入口和出口放置在铸型的外部；以及

4)在大气条件下熔炼纯铜并将得到的铜液浇铸到所述铸型中，且所述铜液的温度不高于所述合金管的熔点温度，从而一体地形成所述冷却水套。

2.根据权利要求1所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，所述合金管的熔点为1200-1400℃。

3.根据权利要求2所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，在将铜液浇铸到所述铸型内的过程中，所述铜液的温度控制成使得所述合金管与铜液之间的无间隙率达到95％以上。

4.根据权利要求3所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，所述铜液的温度为1100-1200℃。

5.根据权利要求1所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，所述合金管被预成形为U形、蛇形或W形。

6.根据权利要求1所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，将铜液浇铸到所述铸型中时采用封闭式雨淋浇口盆进行开放式浇注。

7.根据权利要求1所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，在大气条件下熔炼纯铜过程中向熔炼的铜液中加入木炭，所述木炭覆盖住所述铜液表面以防止铜液暴露而氧化。

8.根据权利要求7所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，所述木炭覆盖并高出所述铜液表面的厚度为10-100mm。

9.根据权利要求7所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，在熔炼纯铜过程中采用磷铜中间合金以脱氧。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的冷却水套的制造方法，其特征在于，在所述铜液浇铸到所述铸型中的同时向所述铸型中通入保护气体以防止所述合金管被熔穿。

11.一种用于高温炉窑的冷却水套，其特征在于，所述用于高温炉窑的冷却水套采用根据权利要求1-10中任一项所述的冷却水套的制造方法制成，且所述用于高温炉窑的冷却水套包括：

水套主体；和

至少一个预成形的合金管，所述合金管被铸造在所述水套主体中，且合金管的出口和入口位于所述水套主体的外部，用于冷却的流体可从合金管的入口流入所述冷却水套并从所述合金管的出口被排出。

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