CN104985160B - 高炉冷却壁的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉冷却壁的制作方法，在钢管外表面设铜质复合层，将钢管预弯，然后再将钢管置于带型腔的型砂中，将钢管的进口端与冷却装置连接，所述冷却装置包括与水源连接的第一管道和与气源连接的第二管道，第一管道和第二管道分别通过阀门与水雾化装置连接，水雾化装置通过第三管道与钢管连接；最后开启第二阀门，将气源输入水雾化装置中；开启第一阀门，将水输入水雾化装置中；雾化后的水雾流入钢管；向型腔中注入金属液；冷却后拆除型砂，完成高炉冷却壁的制作。本发明可防止铸造过程中冷却壁水管被熔穿及内壁被氧化。

Description

高炉冷却壁的制作方法

技术领域

本发明属于高炉冷却壁技术领域，具体涉及一种高炉冷却壁的制作方法。

背景技术

冷却壁为高炉炉体冷却设备，其主要作用是保护炉壳、冷却和支撑耐火材料以及维持合理炉型。其工作原理是冷却炉衬或熔融渣铁，形成渣皮，最后由水管中的循环冷却水把热量排出炉外。其主要结构为一近似长方体金属结构，在冷却壁本体内固结有水管，水管为直线并列或蛇形。冷却壁安装于高炉炉壳内面，水管穿出炉壳。在高炉生产时水管内通以冷却水或其它介质。

在冷却壁制作工程中，冷却壁在高温及温度变化的条件下，容易产生变形及较大应力。为防止铁水与水管接触时水管表面发生渗碳现象，使水管变脆产生裂纹和断裂，通常做法是在水管外表涂敷“防渗碳层”，铸造成型后的水管与冷却壁本体之间产生有约0.1mm的间隙。使用时，这个间隙及防渗碳层会产生很大的热阻，导致水管与冷却壁本体之间的传热能力大大降低；在生产时冷却壁本体热面的温度较高，容易产生裂纹及裂纹扩展速度较快。如果制作工艺控制不好，也会在水管及冷却壁本体之间产生间隙，增大了热阻，降低了冷却能力。

在金属铸造中，有时需要将一些金属管镶铸在铸件中。这些金属管的作用一般是保证管内的介质与铸件外进行热交换。所以对这些铸件内金属管的要求是：1)流道通畅；2)管道外壁与铸件熔合良好无间隙；3)铸造时不能发生管壁熔穿等铸造缺陷；4)金属管内壁光滑不允许粘结有其它杂物。

现有技术中实现这种铸件铸造的工艺方法是：在型腔中预先放置需要镶铸在铸件中的金属管，然后浇入液态金属。为了防止在铸造过程中金属液熔穿金属管，采取的措施有：在浇铸前及浇铸中，向金属管通以二氧化碳和压缩空气的混合气体，并在金属管周围布置有冷铁；在铸造时，向金属管内通以氮气等气体；在铸造时，向金属管内填充型砂以支撑金属管内壁，防止金属管软化变形。以上措施在防止缺陷中起到了一定的作用，但存在以下缺点：用于冷却的介质如空气、二氧化碳、氮气的比热容很小，冷却能力小，经常造成管道熔穿；空气中的氧气遇到高温内壁还会将管道内壁氧化；金属管周边的冷金属往往无法合理布置，使金属管外壁产生熔穿、空洞、与铸件本体结合不紧密等铸造缺陷；采用型砂填充的方法有时会造成型砂粘结，使金属管内壁清理不干净。

水的比热容是4.2kJ/kg·℃，氮气及空气的比热容为1.0kJ/kg·℃，通水冷却的效果远比通气冷却的效果要好。但是，当发生管道熔穿现象时，水遇到液态金属会发生剧烈爆炸，造成严重的安全事故。因此，铸造时不会采用通水冷却的方法。我们迫切需要一种新的高炉冷却壁的制作方法，以解决现有冷却壁冷却效果不好，容易发生裂纹的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉冷却壁的制作方法，该制作方法能制作出具有较好的传热性能及抗损坏性能的高炉冷却壁。

本发明是这样实现的：

一种高炉冷却壁的制作方法，包括如下步骤：

步骤一、在钢管除钢管两端外的其余表面上设铜质复合层；

步骤二、将钢管预弯成需要的形状；

步骤三、将经步骤二处理的钢管置于带型腔的型砂中，钢管进口和钢管出口伸出型砂表面，所述型腔的形状与冷却壁本体的形状相同；

步骤四、将钢管的进口端与冷却装置连接，钢管的出口端接引出管；

所述冷却装置包括与水源连接的第一管道和与气源连接的第二管道，所述第一管道通过第一阀门与水雾化装置连接，所述第二管道通过第二阀门与所述水雾化装置连接，所述水雾化装置通过第三管道与钢管连接；

步骤五、开启第二阀门，将气源输入水雾化装置中；开启第一阀门，将水输入水雾化装置中；雾化后的水雾流入钢管；向型腔中注入金属液；

步骤六、冷却后拆除型砂，高炉冷却壁制作完成。

更进一步的方案是：步骤四中，所述冷却装置还包括设置在水雾化装置出口的观察窗和设置在观察窗前端的限水器，所述限水器为一具有进出口的密封容器，容器底部低于进出口底部标高，在容器内安放有浮球。

更进一步的方案是：钢管出口处设有温度传感器和流量传感器。

更进一步的方案是：所述气源为二氧化碳或氮气等。

更进一步的方案是：步骤五中，始终控制钢管内壁的温度在500℃以下。

更进一步的方案是：所述铜质复合层的厚度为大于3mm。

更进一步的方案是：所述铜质复合层预先以熔融态与钢管结合成为一个整体。

通过本方法制作的高炉冷却壁，具体包括冷却壁本体、冷却壁本体上的燕尾槽、铸入冷却壁本体内的多根钢管，所述钢管包括钢管本体、钢管进口和钢管出口，所述钢管本体、钢管进口和钢管出口整体设计为需要的形状，且所述钢管进口和钢管出口伸出冷却壁本体；

所述钢管本体的表面设有铜质复合层；

所述铜质复合层由纯铜材料制成；

所述冷却壁本体由铸钢或铸铁材质制成；

所述铜质复合层预先以熔融态与钢管结合成为一个整体；

所述铜质复合层的厚度为大于3mm。

在完成砂型的制作并连接好冷却装置后，在往型腔内浇注金属液之前，先开启第二阀门后再开启第一阀门，然后在钢管的出气口观察水雾及气流，待达到要求后再向型腔内浇注金属液，在浇注过程中通过观察窗判断水雾化有无异常。

有一定压力的气体经由第二管道和第二阀门进入水雾化装置，水经由第一管道和第一阀门进入水雾化装置；水和气在水雾化装置中相互作用混合雾化，雾化后的混合介质由第三管道流入要镶铸的钢管内，要镶铸的钢管固定于由砂型围城的型腔内，且要镶铸的钢管的两端穿出砂型的表面；镶铸时，要镶铸的钢管被加热，通入的水雾+气体的混合介质从要镶铸的钢管内壁吸收热量，以起到冷却作用；一般情况下，需要将要镶铸的钢管内壁温度控制在500℃以下，以防止内壁发生氧化现象；水雾吸收热量后，温度由初始温度上升至沸点，此时其比热容为4.2kJ/kg·℃，在沸点气化，气化过程吸收大量的热量，这个热量为2260kJ/kg；水雾气化变成蒸汽后，其比热容为1.8kJ/kg·℃(由此可见：水雾在气化时吸收大量的热量，在相同重量的介质及相同温升的条件下，水雾所吸收的热量数倍于气体。)。钢管与引出管连接，将水雾+气体的混合介质引至安全的地方。

本发明中，因为雾化效果不好，可能有机械水进入要镶铸的钢管内，因此，我们在水雾化装置前端设观察窗和限水器，由观察窗可看到雾化后的混合介质状况，如果出现雾化不良的现象，可立即关闭第一阀门；同时，限水器可将机械水捕捉排放，不至于流到钢管中，或将第三管道关闭。所述第一阀门及第二阀门为调节流量的调节阀。

本发明中，通过在钢管和冷却壁本体之间设铜质复合层，以避免在钢管和冷却壁本体之间产生缝隙，影响冷却壁的导热性能。使钢管露出冷却壁本体的端部(钢管进口、钢管出口)不覆盖铜质复合层，减少了纯铜的使用量，节约了成本。在铸造时，通以冷却混合介质，保证与钢管紧密结合的铜质复合层不被熔穿。冷却壁本体与钢管之间存在一个致密的铜质保护层，保护钢管不会产生渗碳现象，使钢管基本保持了原有的强度及塑性，在受到一定的拉力、剪切力及变形时不会断裂。浇铸成型后，铜质复合层外表面与冷却壁本体为冶金结合，传热无任何障碍，传热性能好，可大大降低冷却壁热面的温度，从而减少冷却壁热面裂纹的产生及扩展。当冷却壁本体产生贯穿性裂纹时，裂纹扩展到铜质复合层处也会被止住，因为铜的延展性非常好，几乎不会开裂，避免了冷却壁本体发生裂纹会继续扩展使钢管开裂现象的发生。将铜质复合层设计成大于3mm的厚度，是为了更好的保护钢管，使钢管不被损坏。

本发明的有益效果在于：

(1)、通过在钢管外表面熔融铜质复合层，保证了制成后的高炉冷却壁的传热性能和不发生裂纹，确保了高炉冷却壁的质量；

(2)、通过水雾化装置向钢管输入水和气体的雾化混合介质，使钢管内壁的温度不超过500℃，防止了钢管熔穿及内壁发生氧化，保证了冷却壁质量；

(3)、通过设置第一阀门和第二阀门，准确控制水源和气源的流量，确保雾化效果；通过在观察窗准确掌握雾化情况；通过限水器，防止水进入钢管，影响冷却效果；通过在钢管管口接引出管，利于尾气的排放。

附图说明

图1为冷却壁正面示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2中C部放大示意图；

图4为浇铸前的钢管及铜质复合层的结构示意图。

图5为冷却装置与钢管的连接结构示意图。

图中：1、冷却壁本体，2、钢管，2-1钢管本体，2-2钢管进口，2-3、钢管出口，3、铜质复合层，4、燕尾槽；5、第一管道，6、第一阀门，7、限水器，8、第二阀门，9、第二管道，10、水雾化装置，11、观察窗，12、浮球，13、第三管道，14、型腔，15、砂型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1-图5，一种高炉冷却壁的制作方法，包括如下步骤：

步骤一、在钢管2除钢管两端外的其余表面上设铜质复合层3；

步骤二、将钢管2预弯成U形；

步骤三、将经步骤二处理的钢管2置于带型腔14的型砂15中，钢管2进口和钢管2出口伸出型砂15表面，所述型腔14的形状与冷却壁本体1的形状相同；

步骤四、将钢管2的进口端与冷却装置连接，钢管2的出口端接引出管；且为了准确掌握钢管2的温度和混合介质的流量，可以在钢管2出口处设有温度传感器和流量传感器；

所述冷却装置包括与水源连接的第一管道5和与气源(0.6MPa的氮气)连接的第二管道9，所述第一管道5通过第一阀门6与水雾化装置10连接，所述第二管道9通过第二阀门8与所述水雾化装置10连接，所述水雾化装置10通过第三管道13与钢管2连接；

为了便于观察雾化情况，所述第三管道13上还设有观察窗11；

为了避免水进入钢管，所述第三管道13上还设有限水器7，所述限水器7为一具有进出口的密封容器，容器底部低于进出口底部标高，在容器内安放有浮球8；

步骤五、开启第二阀门8，将气源(0.6MPa的氮气)输入水雾化装置10中；开启第一阀门6，将水输入水雾化装置10中，通过观察窗11观察水雾情况；雾化后的水雾流入钢管2，通过钢管2出口处的温度传感器和流量传感器，准确掌握水雾情况；待水雾稳定后，向型腔14中注入金属液；

始终控制钢管内壁的温度在500℃以下；

步骤六、冷却后拆除型砂15，完成高炉冷却壁的制作。

本发明中的气源可以为二氧化碳、水或氮气等；所述铜质复合层3预先以熔融态与钢管2结合成为一个整体，且为了达到良好的导热效果和防熔穿，所述铜质复合层3的厚度可以设计为5mm。

采用本制作方法制作的高炉冷却壁，具体包括由铸钢或铸铁材质制成冷却壁本体1、冷却壁本体1上的多个平行设置的燕尾槽4、铸入冷却壁本体1内的多根钢管2，所述钢管2包括钢管本体2-1、钢管进口2-2和钢管出口2-3，所述钢管本体2-1、钢管进口2-2和钢管出口2-3整体呈U型，且所述钢管进口2-2和钢管出口2-3伸出冷却壁本体1；所述钢管本体2-1的表面设有由纯铜材料制成的铜质复合层3；所述铜质复合层3的厚度为5mm。

水经由第一管道5及第一阀门6进入水雾化装置10，压力为0.6MPa的氮气体经由第二管道9、第二阀门8进入水雾化装置10，水和氮气在水雾化装置10中相互作用混合雾化，雾化后的混合介质由第三管道13流出，在第三管道13上串接有观察窗11和限水器7，第三管道13的出口与钢管2的一个管口以螺纹相连接，钢管2固定于型腔14内，钢管的两个管口穿出砂型14的表面；钢管2的另一个管口连接引出管，将水雾+气体的混合介质引至安全的地方对空排放。

在完成砂型15的制作并连接好冷却装置后，在往型腔14内浇注金属液之前，开启第二阀门8，确认后再开启第一阀门6，在钢管2的出口端观察，待水雾及气流正常后开始向型腔14内浇注金属液，在浇注过程中要观察观察窗11，判断水雾化有无异常，如出现雾化不良的现象，可立即关闭第一阀门6；同时限水器可以将机械水捕捉排放，或将第三管道13关闭。

本方法不仅简单，而且生产出来的冷却壁的冷却效果好。

Claims (3)

1.一种高炉冷却壁的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、在除钢管两端外的其余表面上设铜质复合层；

步骤二、将钢管预弯成需要的形状；

步骤三、将经步骤二处理的钢管置于带型腔的型砂中，钢管进口和钢管出口伸出型砂表面，所述型腔的形状与冷却壁本体的形状相同；

步骤四、将钢管的进口端与冷却装置连接，钢管的出口端接引出管；

所述冷却装置包括与水源连接的第一管道和与气源连接的第二管道，所述第一管道通过第一阀门与水雾化装置连接，所述第二管道通过第二阀门与所述水雾化装置连接，所述水雾化装置通过第三管道与钢管连接；所述冷却装置还包括设置在水雾化装置出口的观察窗和设置在观察窗前端的限水器，所述限水器为一具有进出口的密封容器，容器底部低于进出口底部标高，在容器内安放有浮球；所述气源为二氧化碳；

步骤五、开启第二阀门，将气源输入水雾化装置中；开启第一阀门，将水输入水雾化装置中；雾化后的水雾流入钢管；向型腔中注入金属液；步骤五中，始终控制钢管内壁的温度在500℃以下；

步骤六、冷却后拆除型砂，高炉冷却壁制作完成；

所述高炉冷却壁包括冷却壁本体、冷却壁本体上的燕尾槽、铸入冷却壁本体内的多根平行设置的钢管；所述钢管包括钢管本体、钢管进口和钢管出口，所述钢管本体、钢管进口和钢管出口整体设计为需要的形状，且所述钢管进口和钢管出口伸出冷却壁本体；所述钢管本体的表面设有铜质复合层，且所述铜质复合层预先以熔融态与钢管结合成为一个整体。

2.如权利要求1所述的高炉冷却壁的制作方法，其特征在于：钢管出口处设有温度传感器和流量传感器。

3.如权利要求1所述的高炉冷却壁的制作方法，其特征在于：所述铜质复合层的厚度为大于3mm。