CN103233090B - 点阵式镶砖冷却壁及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于高炉冷却壁技术领域，公开了一种点阵式镶砖冷却壁及其制备工艺。其主要技术特征为：包括冷却壁本体,冷却壁本体内壁镶嵌有耐火砖，所述耐火砖的镶嵌部分在冷却壁本体内壁呈矩阵交错式排列，耐火砖的镶嵌部分四周均与冷却壁本体金属接触；所述耐火砖的镶嵌部分设置有缓冲涂层。本发明所提供的点阵式镶砖冷却壁，采用点阵式镶砖结构，耐火砖的铸入部分为矩阵交错式排列，每个镶砖点由整块砖实现，避免了热镶时耐火砖之间钻铁导致耐火砖裂纹的产生，炼铁时产生的液态渣铁容易形成均匀的渣皮附着在冷却壁热面，对冷却壁起保护作用，延长冷却壁本体的使用寿命，从而延长高炉的寿命。

Description

点阵式镶砖冷却壁及其制备工艺

技术领域

本发明属于高炉冷却壁技术领域，尤其涉及一种点阵式镶砖冷却壁及其制备工艺。

背景技术

高炉镶砖冷却壁的结构形式为在冷却壁内壁即热面的通槽内镶嵌有耐火砖，当前的耐火砖如图1、2、3、4所示，冷却壁本体1设置有耐火砖2和冷却水管3，耐火砖2为条状排列，耐火砖2全部或局部镶入通槽内形成半覆盖镶砖冷却壁和全覆盖镶砖冷却壁。

冷却壁镶砖有两种工艺方法：

1、冷镶：在制造冷却壁时在冷却壁热面按照设计要求预留出通槽，然后用与耐火砖相匹配的耐火泥浆将符合尺寸及材质要求的耐火砖镶入通槽，形成冷镶砖冷却壁；

2、热镶：将符合尺寸及材质要求的耐火砖按设计要求排列在冷却壁铸件的型腔内，并采取适当工艺措施对耐火砖进行保护及固定，然后浇入熔融金属，冷却后形成热镶砖冷却壁；

无论是冷镶还是热镶，冷却壁内耐火砖的排列形式都为条状连续结构。此结构存在以下缺点：

1、采用热镶砖工艺时，在型腔内排列耐火砖时，砖与砖之间容易形成间隙，浇注时砖与砖之间会渗入铁水，使耐火砖出现裂纹，缩短了冷却壁的使用寿命。金属液浇注前，用纤维状硅酸铝材料对耐火砖进行保护，纤维状硅酸铝材料为绝热材料，导热性能极差，因此影响了冷却壁整体的导热性能；

2、采用冷镶砖工艺制造时，耐火砖与槽壁之间以及耐火砖与耐火砖之间需要填充与耐火砖相匹配的泥浆。泥浆的导热性及强度均较差，从而会影响冷却壁整体的导热性能，并且耐火砖容易松动和脱落；

3、由于冷却壁的耐火砖为条状排列结构，每块耐火砖只有上下两个侧面与冷却壁金属本体接触。由于耐火砖的导热系数仅为（1～15）w/(m·k)，与金属本体的接触面又覆盖有导热性能非常低的纤维状硅酸铝材料或耐火泥浆，因此耐火砖的散热条件很差。在高炉工况条件下，耐火砖温度会非常高，不利于在冷却壁的热面形成稳定的渣皮，严重影响了冷却壁的使用寿命；

4、由于冷却壁的耐火砖为条状排列结构，因此冷却壁热面形成的渣皮层如图12所示厚度不均匀，并且受炉料的冲击和摩擦后容易脱落，且脱落后要较长时间才能重新挂渣。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题就是提供一种耐火砖温度低、热面挂渣容易、渣皮稳定、使用寿命长的点阵式镶砖冷却壁。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：包括冷却壁本体,冷却壁本体内壁镶嵌有耐火砖，所述耐火砖的镶嵌部分在冷却壁本体内壁呈矩阵交错式排列，耐火砖的镶嵌部分四周均与冷却壁本体金属接触。

其附加技术特征为：所述耐火砖的镶嵌部分设置有缓冲涂层，缓冲涂层由1重量份粒度50～100目、材质与冷却壁本体相同或相近的铁粉、铜粉等金属粉末和0.2～0.6重量份密度1.2～1.5、模数2.0～2.8的水玻璃混合搅拌而成。

本发明要解决的第二个技术问题就是提供一种点阵式镶砖冷却壁的制备工艺。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出梯形、矩形或凸字形的耐火砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度50～100目、材质与冷却壁本体相同或相近的铁粉、铜粉等金属粉末和0.2～0.6重量份密度1.2～1.5、模数2.0～2.8的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀；采用浸涂或刷涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂刷金属粉末和水玻璃的混合液构成的缓冲材料，涂刷厚度1～2毫米，涂刷后在200～300℃的温度下烘干8～16小时；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁铸件型腔内呈矩阵交错式排列，用金属支撑件固定耐火砖，然后浇入熔融金属，冷却后形成热镶砖冷却壁。 

本发明所提供的点阵式镶砖冷却壁，耐火砖的镶嵌部分在冷却壁本体内壁呈矩阵交错式排列，这样的结构使得每个耐火砖镶砖点由整块砖实现。这种结构改变带来的优点如下：

1、消除了镶砖时耐火砖之间的间隙，避免了热镶时由于耐火砖之间钻铁导致的耐火砖裂纹；

2、消除了镶砖时耐火砖之间的间隙，避免了冷镶时由于耐火砖之间的泥浆导致的耐火砖松动和脱落；

3、由于耐火砖为点阵式排列，砖与砖之间没有紧密接触，因此对耐火砖的尺寸要求不严格，可以减少砖型种类，降低耐火砖的制造成本；

4、由于每块耐火砖镶入冷却壁本体内壁的四周均与导热系数远高于耐火砖的金属材料相接触，且接触面没有纤维状硅酸铝材料的隔热层存在，冷却壁服役时，在冷却水管内冷却水的作用下，冷却壁金属本体对耐火砖有较强的冷却作用，从而降低了耐火砖的温度，减少了耐火砖与冷却壁金属本体的温差，炼铁时产生的液态渣铁较容易粘附在冷却壁本体热面，在冷却壁本体热面形成了一层均匀、稳定的渣皮，保护冷却壁本体，延长冷却壁本体的使用寿命；

5、对于耐火砖表面凸出冷却壁内壁的半覆盖结构，由于每块冷却壁镶砖后内表面呈凹凸不平的不规则状态，对渣皮有锚固作用，使渣皮附着力增强，渣皮更加稳固；

6、由于耐火砖散热条件的改善，耐火砖与冷却壁金属本体的表面温度接近，而且耐火砖表面的渣皮与金属冷却壁本体表面的渣皮形成了一个整体，即使在炉料冲击和摩擦的情况下，渣皮也不容易脱落，增强了渣皮的附着力和稳定性；

7、由于金属材料的导热系数远高于耐火砖的导热系数，在冷却水的作用下，耐火砖能得到更好的冷却，耐火砖表面温度比传统结构冷却壁的耐火砖表面温度更低，因此一旦渣皮脱落，能够在更短的时间内重新形成新的渣皮；

8、耐火砖内表面积与冷却壁金属本体内表面积的比例即镶砖面积比可以根据不同的高炉炉容灵活设计，使冷却壁更加适应不同高炉的工况条件。点阵式镶砖可以分为松散型、紧密型和全覆盖型，镶砖面积比可以在0～100%的范围内灵活调整。镶砖面积比的合理设计，可以适应不同的高炉炉容、炉型及炉况，可以有效改善高炉的运行效果，提高冷却壁的使用寿命。

除全覆盖形式的冷却壁以外，不同炉容的高炉使用的冷却壁，耐火砖内表面积和冷却壁金属本体内表面积的比例也要有所不同。例如：小型高炉可以采用耐火砖内表面积与冷却壁金属本体内表面积比为（1～1.2）∶1的设计；中型高炉可以采用耐火砖内表面积与冷却壁金属本体内表面积比为（1.2～1.5）∶1的设计；大型高炉采用耐火砖内表面积与冷却壁金属本体内表面积比为（1.5～2）∶1的设计。

耐火砖的镶嵌部分设置的缓冲涂层的主要作用如下：

1、铸造时减缓熔融金属液进入型腔后对耐火砖的热冲击，避免耐火砖出现裂纹；

2、吸收由于熔融金属凝固后冷却收缩时对耐火砖的挤压力，避免耐火砖出现裂纹，减少冷却壁内部的应力。

本发明所提供的点阵式镶砖冷却壁，在高炉炼铁生产中，冷却壁热面容易挂渣形成均匀、稳定的渣皮，延长冷却壁的使用寿命。根据需要，耐火砖为梯形、矩形或凸字形。梯形耐火砖在冷却壁本体内更加稳固，不易脱落，即使耐火砖因炉况波动渣皮脱落而受损，也会使重新结成的渣皮在梯形槽内更加稳固；而矩形耐火砖模具简单，生产制造成本低；凸字形耐火砖可以形成全覆盖的镶砖结构。耐火砖与冷却壁本体内壁平齐或凸出冷却壁本体内壁10～200毫米，在耐火砖凸出冷却壁本体内壁10～200毫米时，更利于挂渣和锚固渣皮。耐火砖材质可以为高铝砖、铝碳砖、碳化硅砖、粘土砖；冷却壁本体材质可以为灰铸铁、球墨铸铁、碳素铸钢、低合金铸钢、铸铜；耐火砖应通过热镶方式镶嵌在冷却壁本体内壁。制备时，金属熔液的浇注温度根据金属种类有所不同：铸钢材质浇注温度为1500～1600℃；铸铁材质浇注温度为1280～1380℃；铸铜合金材质的浇注温度为1100～1200℃。

附图说明

图1为现有技术半覆盖镶砖形式的冷却壁示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为现有技术全覆盖镶砖形式的冷却壁示意图；

图4为图3的B向视图；

图5为本发明点阵式镶砖冷却壁的第一种结构示意图；

图6为图5的C—C视图；

图7为点阵式镶砖冷却壁的第二种结构示意图；

图8为图7的D—D视图；

图9为点阵式镶砖冷却壁松散型结构的镶砖面积比示意图；

图10为点阵式镶砖冷却壁紧密型结构的镶砖面积比示意图；

图11为点阵式镶砖冷却壁全覆盖结构的镶砖面积比示意图；

图12为现有技术条状镶砖冷却壁挂渣皮的示意图；

图13为点阵式镶砖冷却壁挂渣皮的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的点阵式镶砖冷却壁的具体结构和使用原理做进一步的详细说明。

如图5、6所示，本发明所提供的点阵式镶砖冷却壁包括冷却壁本体1，冷却壁本体1的内壁设置有耐火砖2，耐火砖2为矩形，耐火砖2在冷却壁本体1的内壁呈矩阵交错式排列，耐火砖2与冷却壁本体1内壁平齐。如图7、8所示，耐火砖2在冷却壁本体1的内壁呈矩阵交错式排列，耐火砖2凸出冷却壁本体1内壁10～200毫米。如图9、10、11所示，耐火砖2在冷却壁本体1的镶砖面积比不同，图11中耐火砖2为凸字形。如图13所示，冷却壁本体1内壁设置有耐火砖2，冷却壁本体1内壁挂有渣皮3。

本发明所提供的点阵式镶砖冷却壁，镶嵌时耐火砖2呈矩阵交错式排列，每个镶砖点由整块砖实现。这种结构避免了镶砖时耐火砖2之间的间隙，避免了热镶时耐火砖2之间钻铁导致耐火砖裂纹的产生。由于每块耐火砖2的四周围绕着导热系数远高于耐火砖2的金属材料，且接触面没有纤维状硅酸铝材料的隔热层存在，在冷却壁冷却水管内冷却水的作用下，金属冷却壁本体1对耐火砖2有较强的冷却作用，缩小了耐火砖2的表面温度与金属冷却壁本体1表面温度的差距，炼铁时产生的液态渣铁较容易粘附在冷却壁的热面，如图13所示会在冷却壁本体1内壁形成了一层均匀的渣皮3，由于耐火砖2与冷却壁本体1的金属材料表面温度接近，而且耐火砖2表面的渣皮与金属冷却壁本体1表面的渣皮3形成了一个整体，渣皮3保护冷却壁本体1，延长冷却壁的使用寿命。对于图7、8所示的实施例，凸凹的冷却壁热面对所挂渣皮3有锚固作用，即使在炉料冲击和摩擦的情况下，渣皮3也不容易脱落，增强了渣皮3的附着力和稳定性。由于周围金属材料的导热系数远高于耐火砖2的导热系数，且接触面没有纤维状硅酸铝材料的隔热层存在，在冷却水的作用下，同等炉况此结构耐火砖2的表面温度低于条状排列结构的耐火砖2的表面温度，所以在渣皮3脱落的情况下能够缩短重新挂渣的时间。根据不同的炉容和炉况设计的镶砖面积比，使该冷却壁本体1更加适应不同高炉的工况条件，耐火砖2的内表面积与金属冷却壁本体1的内表面积的比例更加合理，有效延长高炉的使用寿命。图11采用凸字形的耐火砖，形成了本发明点阵式镶砖冷却壁的全覆盖结构。

实施例1

点阵式镶砖球墨铸铁冷却壁，耐火砖为高铝砖。采用热镶砖工艺制造，包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出梯形高铝砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度50目的铁粉和0.2重量份密度1.2、模数2.0的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀；采用浸涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂刷铁粉和水玻璃的混合液构成的缓冲材料，涂刷厚度1毫米，涂刷后在200℃的温度下烘干8小时，烘干时要进行通风，提高烘干效果；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁铸件型腔内呈矩阵交错式排列，用金属支撑件固定耐火砖，然后浇入熔融金属，冷却后形成热镶砖冷却壁。

实施例2

点阵式镶砖球墨铸铁冷却壁，耐火砖为碳化硅砖。采用热镶砖工艺制造，包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出矩形碳化硅砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度75目的铜粉和0.4重量份密度1.35、模数2.4的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀；采用刷涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂刷铜粉和水玻璃的混合液构成的缓冲材料，涂刷厚度1.5毫米，涂刷后在250℃的温度下烘干12小时，烘干时要进行通风，提高烘干效果；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁铸件型腔内呈矩阵交错式排列，用金属支撑件固定耐火砖，然后浇入熔融金属，冷却后形成热镶砖冷却壁。

实施例3

点阵式镶砖球墨铸铁冷却壁，耐火砖为铝碳砖。采用热镶砖工艺制造，包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出凸字形铝碳砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度100目的铁粉和0.6重量份密度1.5、模数2.8的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀；采用浸涂或刷涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂刷金属粉末和水玻璃的混合液构成的缓冲材料，涂刷厚度2毫米，涂刷后在300℃的温度下烘干16小时，烘干时要进行通风，提高烘干效果；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁铸件型腔内呈矩阵交错式排列，用金属支撑件固定耐火砖，然后浇入熔融金属，冷却后形成热镶砖冷却壁。

实施例4

点阵式镶砖球墨铸铁冷却壁，耐火砖为高铝砖。采用热镶砖工艺制造，包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出梯形高铝砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度60目的铁粉和0.4重量份密度1.28、模数2.45的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀，形成缓冲材料；采用浸涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂上缓冲材料，涂层厚度1.4毫米，涂后在260℃的温度下烘干10小时，烘干时要进行通风，提高烘干效果；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁铸件型腔内呈矩阵交错式排列，用钢支撑件固定耐火砖，然后浇入球化处理好的球墨铸铁铁水，浇注温度1320℃，冷却后形成点阵式镶砖球墨铸铁冷却壁。

实施例5

点阵式镶砖铸铜冷却壁，耐火砖为碳化硅砖，采用热镶砖工艺制造，包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出矩形碳化硅砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度75目的铜粉和0.5重量份密度1.45、模数2.3的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀，形成缓冲材料；采用刷涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂上缓冲材料，涂刷厚度1.2毫米，涂刷后在240℃的温度下烘干12小时，烘干时要进行通风，提高烘干效果；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁铸件型腔内呈矩阵交错式排列，用铜材质的支撑件固定耐火砖，然后浇入化学成分合格的铜液，浇注温度1160℃，冷却后形成点阵式镶砖铸铜冷却壁。

实施例6

点阵式全覆盖镶砖铸钢冷却壁，耐火砖为铝碳砖，采用热镶砖工艺制造，包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出凸字形铝碳砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度100目的铁粉和0.3重量份密度1.41、模数2.75的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀，形成缓冲材料；采用浸涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂上缓冲材料，涂刷厚度2毫米，涂刷后在280℃的温度下烘干14小时，烘干时要进行通风，提高烘干效果；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁本体内壁呈矩阵交错式排列，用钢支撑件固定耐火砖，然后浇入化学成分合格的钢液，浇注温度1560℃，冷却后形成点阵式全覆盖镶砖铸钢冷却壁。

本发明专利所提供的点阵式镶砖冷却壁，在炼铁生产中，冷却壁热面容易挂渣形成稳定、牢固、均匀的渣皮3，延长冷却壁本体1的使用寿命。该结构设计耐火砖2的砖型可以是梯形、矩形或凸字形。梯形耐火砖2在冷却壁本体1内更加稳固，不易脱落，即使耐火砖2因炉况波动渣皮3脱落而受损，也会使重新结成的渣皮3在梯形槽内更加稳固；而矩形耐火砖2的生产模具简单，制造成本低。该结构冷却壁可以使耐火砖2与冷却壁本体1平齐或凸出冷却壁本体1的热面10～200mm，更利于挂渣和稳定渣皮3。凸字形耐火砖可以形成冷却壁热面的全覆盖结构，即镶砖面积比为100%。点阵式镶砖冷却壁可以根据炉容和炉况的不同设计不同的镶砖面积比，即采用耐火砖2和金属冷却壁本体1内表面不同面积比例的结构设计。

本发明所提供的点阵式镶砖冷却壁不仅限于上述结构，但不管是何种形式，只要是耐火砖在冷却壁本体内壁的铸入部分呈矩阵交错式排列的结构，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (2)

1.点阵式镶砖冷却壁，包括冷却壁本体,冷却壁本体内壁镶嵌有耐火砖，其特征在于：所述耐火砖的镶嵌部分在冷却壁本体内壁呈矩阵交错式排列，耐火砖的镶嵌部分四周均与冷却壁本体金属接触；所述耐火砖的镶嵌部分设置有缓冲涂层，缓冲涂层由1重量份粒度50～100目、材质与冷却壁本体相同或相近的铁粉、铜粉和0.2～0.6重量份密度1.2～1.5 g/cm3、模数2.0～2.8的水玻璃混合搅拌而成。

2.制备权利要求1所述的点阵式镶砖冷却壁的方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步  耐火砖制备

根据需要制备出梯形、矩形或凸字形的耐火砖；

第二步  耐火砖涂层

将1重量份粒度50～100目、材质与冷却壁本体相同或相近的铁粉、铜粉和0.2～0.6重量份密度1.2～1.5 g/cm3、模数2.0～2.8的水玻璃混合，然后在搅拌机内搅拌均匀；采用浸涂或刷涂工艺，在耐火砖的镶嵌部分涂刷金属粉末和水玻璃的混合液构成的缓冲材料，涂刷厚度1～2毫米，涂刷后在200～300℃的温度下烘干8～16小时；

第三步  耐火砖镶嵌

将耐火砖在冷却壁铸件型腔内呈矩阵交错式排列，用金属支撑件固定耐火砖，然后浇入熔融金属，冷却后形成热镶砖冷却壁。