CN102367498A - 一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，属于冶金机械制造技术领域。提供一种在向高炉冷却壁内铸入冷却水管时不会在冷却水管的外表面渗入碳形成渗碳层的防渗碳施工工艺。所述防渗碳施工工艺，包括以下步骤，先弯制冷却水管，并对该弯制的冷却水管进行除锈处理；再在所述冷却水管的外表面上喷涂一层厚度不超过0.10mm～0.15mm的Al2O3；然后再在均涂合格的冷却水管外表面涂刷一层厚度不超过0.2mm的水基锆英粉涂料，并进行干燥处理；最后将冷却水管预埋入铸造型腔，合箱浇注冷却壁，其中的Al2O3涂层是由Al丝熔化后在喷涂过程中与空气中的氧化合后直接形成的。
Description
技术领域
本发明涉及一种防渗碳的施工工艺，尤其是涉及一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，属于冶金机械制造技术领域。
背景技术
冶金高炉用冷却壁的使用寿命的长短，主要取决于冷却水管防渗碳效果。现有冷却壁的含碳量一般在3.4％～3.6％之间，而冷却水管的材质为20钢，其含碳量在0.15％～0.25％之间，浇铸时，冷却水管被含碳量很高的高温铁水包围，如果没有防渗碳涂层保护，铁水中的碳势必会向冷却水管内部渗入，导致冷却水管表层增碳，增碳后的冷却水管将失去韧性，在高压冷却水或其它外力的作用下，冷却水管极易破裂导致渗漏，从而缩短冷却壁的使用寿命。冷却壁的使用寿命一般要求在10年以上，产生渗碳后的冷却水管使用寿命一般只有2年左右，故冷却壁铸入冷却水管的防渗碳效果的好坏是决定高炉冷却壁使用寿命长短的关键。目前，国内高炉冷却壁冷却水管防渗碳技术，普遍采用的工艺是在冷却水管上涂覆一层厚度为0.3～0.5mm的水基锆英粉涂料，然后再铸入冷却壁内。采用上述工艺生产的冷却壁，由于在浇铸时，高温铁水部分击穿水基锆英粉涂料后与冷却水管接触，在冷却水管外表面形成局部渗碳层，其渗碳深度一般在0.1～0.5mm范围内，且铸入的冷却水管与冷却壁本体之间的间隙≥0.3mm，这样就容易出现冷却水管破裂、冷却壁渗水等现象，降低冷却壁的使用寿命，加大设备检修量，降低高炉的正常生产效率，影响高炉的产量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种在向高炉冷却壁内铸入冷却水管时不会在冷却水管的外表面渗入碳形成渗碳层的防渗碳施工工艺。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，包括以下步骤，
先弯制铸入冷却壁中的冷却水管，并对弯制合格的冷却水管进行除锈处理；再在所述冷却水管的外表面上均匀喷涂一层厚度不超过0.1mm～0.15mm的Al2O3；然后再在均涂合格的冷却水管外表面涂刷一层厚度不超过0.2mm的水基锆英粉涂料，并进行干燥处理；最后将干燥合格的冷却水管预埋入铸造型腔，合箱浇注冷却壁，待成型、冷却至800℃以下后去型腔空冷，向冷却水管外表面喷涂的Al2O3涂层是通过下述步骤形成的，先将Al丝熔化，形成熔融的高温液态Al，然后再将该熔融的高温液态Al均匀的喷涂到冷却水管的外表面上，并在熔融的高温液态Al喷涂到冷却水管外表的过程中与空气中的氧化合形成Al2O3涂层。
进一步的是，Al丝的熔化和将熔化的高温液态Al喷涂到冷却水管的外表面的操作均是采用金属火焰气体喷枪来实现的。
进一步的是，在冷却水管外表面喷涂的Al2O3的厚度为0.1mm～0.15mm。
进一步的是，在对冷却水管进行除锈处理时，采用喷丸除锈。
进一步的是，在冷却水管外表面喷涂Al2O3时，应在除锈后的四小时以内完成。
上述方案的优选方式是，用于给冷却水管外表面喷涂Al2O3的Al丝的直径为2.0mm。
进一步的是，在冷却水管外表面涂刷的水基锆英粉涂料的厚度为0.1mm～0.2mm。
进一步的是，在冷却水管外表面涂刷水基锆英粉涂料时，应在均涂完Al2O3后的4小时内完成。
进一步的是，涂刷完水基锆英粉涂料的冷却水管干燥时，采用自然风干或在烘干窑内烘干。
上述方案的优选方式是，当采用烘干窑对冷却水管进行干燥时，烘干窑内的温度为100～120℃。
本发明的有益效果是：在向冷却水管外表面涂刷水基锆英粉涂料前，先喷涂一层Al2O3，然后再涂刷水基锆英粉涂料，由于该Al2O3涂层是通过所述的高温热喷涂技术，在喷涂过程中由Al熔液直接氧化形成的，保证了Al2O3涂层的均匀性、质密性以及与冷却水管外表面的接合性能，从而保证了Al2O3涂层在将冷却水管浇注入冷却壁的过程中不会被冲蚀破坏，再加上，Al2O3具有高达2100℃的熔点，外层涂刷的水基锆英粉涂料熔点也在1700℃以上，进一步的保证了在高达1290℃～1310℃的高温铁水浇注成形冷却壁的过程中，高温铁水既使击穿部分水基锆英粉涂料，也不能熔解附着在冷却水管外表面的Al2O3涂层，从而不能与冷却水管接触，高温铁水中的碳也就不会渗入冷却水管的外表面形成渗碳层。采用所述工艺铸造完成的位于冷却壁内的冷却水管的韧性也不会降低，在使用过程中受高压冷却水和/或其它外力的作用而破裂的可能也较小，从而有效的保证高炉冷却壁的使用寿命。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术中，在向高炉冷却壁内铸入冷却水管前，尽管先涂刷了一层0.3-0.5mm厚的水基锆英粉涂料保护层，但是，由于不同部位的水基锆英粉涂料保护层存在附着力差异、涂刷厚度不均匀等原因，高含碳量的高温铁水在浇铸过程中，很容易击穿保护层而与低含碳量的冷却水管接触，将高温铁水中的碳渗入冷却水管的外表面形成韧性较差的渗碳层，降低冷却水管的韧性，这样，在使用过程中，韧性较差的冷却水管在高压冷却水或其它压力作用下，很容易破裂造成冷却壁渗水，缩短冷却壁的使用寿命；同时，由于在冷却水管外表面涂刷的水基锆英粉涂料保护层的厚度较厚为0.3-0.5mm，所以铸造完成后，冷却水管与冷却壁本体之间具有至少0.3mm的间隙，这样会降低冷却壁本体与冷却水管之间的热交换，造成不同部位冷却水管的热胀系数不一致，也容易造成冷却水管的破裂，进而缩短冷却壁的使用寿命。
为了解决上述技术问题，最大限度的消除冷却水管破裂的根源，本发明提供了一种在向高炉冷却壁内铸入冷却水管时不会在冷却水管的外表面渗入碳形成渗碳层的防渗碳施工工艺。所述防渗碳施工工艺包括以下步骤，
先弯制铸入冷却壁中的冷却水管，并对弯制合格的冷却水管进行除锈处理；再在所述冷却水管的外表面上均匀喷涂一层厚度不超过0.1mm～0.15mm的Al2O3；然后再在均涂合格的冷却水管外表面涂刷一层厚度不超过0.2mm的水基锆英粉涂料，并进行干燥处理；最后将干燥合格的冷却水管预埋入铸造型腔，合箱浇注冷却壁，待成型、冷却至800℃以下后去型腔空冷，向冷却水管外表面喷涂的Al2O3涂层是通过下述步骤形成的，先将Al丝熔化，形成熔融的高温液态Al，然后再将该熔融的高温液态Al均匀的喷涂到冷却水管的外表面上，并在熔融的高温液态Al喷涂到冷却水管外表的过程中与空气中的氧化合形成Al2O3涂层。在向冷却水管外表面涂刷水基锆英粉涂料前，先喷涂一层Al2O3，然后再涂刷水基锆英粉涂料，由于该Al2O3涂层是通过所述的高温热喷涂技术，在喷涂过程中由Al熔液直接氧化形成的，保证了Al2O3涂层的均匀性、质密性以及与冷却水管外表面的接合性能，从而保证了Al2O3涂层在将冷却水管浇注入冷却壁的过程中不会被冲蚀破坏，再加上，Al2O3具有高达2100℃的熔点，外层涂刷的水基锆英粉涂料熔点也在1700℃以上，进一步的保证了在高达1290℃～1310℃的高温铁水浇注成形冷却壁的过程中，高温铁水既使击穿部分水基锆英粉涂料，也不能熔解附着在冷却水管外表面的Al2O3涂层，从而不能与冷却水管接触，高温铁水中的碳也就不会渗入冷却水管的外表面形成渗碳层。采用所述工艺铸造完成的位于冷却壁内的冷却水管的韧性也不会降低，在使用过程中受高压冷却水和/或其它外力的作用而破裂的可能也较小，从而有效的保证高炉冷却壁的使用寿命。本发明所说的高温热喷涂技术是指用氧-乙炔作为热源，压缩空气或电动工具吹动气轮为动力，将单根金属丝不断地送入高温火焰区融化后雾化，并喷向经过预处理的工作表面，形成涂层的技术。
上述实施方式中，高温铁水中的碳能否渗入冷却水管中，关键是在浇注过程中，高温铁水会否与冷却水管接触，而高温铁水会否与冷却水管接触，关键是浇铸前在冷却水管外表面涂覆的保护层会否被破坏，只要保护层不被破坏，便不会在冷却水管的外表面形成渗碳层。为了进一步的增强保护层在冷却水管外表面的附着力，在对冷却水管进行除锈处理时，采用喷丸法彻底清除附着在冷却水管外表面上的锈蚀、油污、水分等；为了使保护层在浇铸过程中不会被高温铁水破坏，提高保护效果，在喷丸除锈后4小时之内，先用金属火焰气体喷枪将Al丝熔化，然后再用所述的金属火焰气体喷枪将熔融的Al均匀的喷涂到冷却水管的外表面上形成Al2O3涂层；喷涂厚度为0.10mm～0.15mm；然后，再在喷涂完Al2O3的4小时内，在冷却水管外表面涂刷0.1～0.2mm厚的水基锆英粉涂料；为了提高喷涂Al2O3的生产效率，又保证喷涂质量，用于给冷却水管外表面喷涂Al2O3的Al丝的直径为2.0mm。上述喷涂Al2O3的原理是，在喷涂铝的过程中，铝丝雾化后瞬间即被氧化形成Al2O3，并喷涂到冷却水管的外表面上。采用金属火焰气体喷枪来熔化Al丝和将熔化后的高温液态Al喷涂到冷却水管表面，主要是为了简化操作，降低设备投资成本。本发明采用的金属火焰气体喷枪为由上海瑞法喷涂机械有限公司生产的QX-系列气体金属线材喷枪。该喷枪结构紧凑、轻便灵活、性能可靠，可手持或机夹进行自动喷涂，广泛应用于水利、电力、机械、化工、冶金、石油、造纸、印刷、船舶等行业。
在喷涂完Al2O3和涂刷完水基锆英粉涂料保护层后，由于外层的锆英粉涂料为水基涂料，所以需要先进行干燥，然后才能预埋入型腔，合箱浇注。干燥方法通常采用自然风干，当空气较潮湿时，可以在常规的干燥窑内进行烘干，烘干温度为100～120℃。涂刷完水基锆英粉涂料后进行烘干的目的，主要是去除涂料中的水分，减少铸件浇注时的发气源，减少铸件的气孔缺陷，获得优质的铸件。烘干时，如果温度过高，水分来不及排出，涂料表面易于起壳，且易于将涂料层烧酥，因此，本发明涂料层烘干温度适合在100-120℃。
通过采用上述的施工工艺，不仅成功的解决了在高炉冷却壁中铸入冷却水管的渗碳问题，实现冷却水管的零渗碳；而且由于在冷却水管外表面涂覆的Al2O3和水基锆英粉涂料的总厚度不会超过0.3mm，铸造完成的冷却壁本体与冷却水管之间的间隙一般都小于0.1mm，有利于冷却壁本体与冷却水管之间的热交换，进一步的降低了使用过程出现冷却水管破裂的可能，保证了高炉冷却壁的使用寿命。同时，喷涂Al的装置操作简单，喷铝厚度易于控制，操作方便。
根据发明人对某项目炼铁工程3座高炉使用的，按本发明的施工工艺生产的冷却壁的检测，采用本发明的施工工艺生产的冷却壁，不仅能使冷却水管在铸入冷却壁的过程中达到零渗碳的要求，还可以使冷却水管与铸铁基体之间的间隙≤0.1mm，从而使采用本发明的施工艺生产的高炉冷却壁达到甚至超过了国内一流冷却壁的制造水平。
Claims (10)
1.一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，包括以下步骤，
先弯制铸入冷却壁中的冷却水管，并对弯制合格的冷却水管进行除锈处理；再在所述冷却水管的外表面上均匀喷涂一层厚度不超过0.1mm～0.15mm的Al2O3；然后再在均涂合格的冷却水管外表面涂刷一层厚度不超过0.2mm的水基锆英粉涂料，并进行干燥处理；最后将干燥合格的冷却水管预埋入铸造型腔，合箱浇注冷却壁，待成型、冷却至800℃以下后去型腔空冷，其特征在于：向冷却水管外表面喷涂的Al2O3涂层是通过下述步骤形成的，先将Al丝熔化，形成熔融的高温液态Al，然后再将该熔融的高温液态Al均匀的喷涂到冷却水管的外表面上，并在熔融的高温液态Al喷涂到冷却水管外表的过程中与空气中的氧化合形成Al2O3涂层。
2.根据权利要求1所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：Al丝的熔化和将熔化的高温液态Al喷涂到冷却水管的外表面的操作均是采用金属火焰气体喷枪来实现的。
3.根据权利要求1所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：在冷却水管外表面喷涂的Al2O3的厚度为0.1mm～0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：在对冷却水管进行除锈处理时，采用喷丸除锈。
5.根据权利要求1所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：在冷却水管外表面喷涂Al2O3时，应在除锈后的四小时以内完成。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：用于给冷却水管外表面喷涂Al2O3的Al丝的直径为2.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：在冷却水管外表面涂刷的水基锆英粉涂料的厚度为0.1mm～0.2mm。
8.根据权利要求7所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：在冷却水管外表面涂刷水基锆英粉涂料时，应在均涂完Al2O3后的4小时内完成。
9.根据权利要求1所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：涂刷完水基锆英粉涂料的冷却水管干燥时，采用自然风干或在烘干窑内烘干。
10.根据权利要求9所述的一种在高炉冷却壁中铸入冷却水管的防渗碳施工工艺，其特征在于：当采用烘干窑对冷却水管进行干燥时，烘干窑内的温度为100～120℃。
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