CN108971452A - 一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，以铁素体钢为复合钢球的外壳材料，采用铜球作为复合钢球的内芯，通过浇铸的方式在铜球外表面复合钢球外壳，铜球与钢球外壳的体积比为1：2.82‑1：10；浇铸温度为1460℃‑1340℃。本发明的有益效果是：1)复合钢球内部的铜芯导热系数大，与液态高炉渣接触后可实现快速换热储热，而外部的铁素体钢的熔点高、强度高、韧性好、使用寿命长，可满足高炉渣干式余热回收工艺的连续使用要求。2)复合钢球由于外部为钢质壳体，可在完成高炉渣余热回收后通过磁选工艺实现钢球的回收再利用。3)复合钢球具有内铜、外钢的结构，铜芯换热速度快，钢壳熔点高、强度高、不易开裂，复合钢球的抗高温冲击能力更强。

Description

一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法
技术领域
本发明涉及复合钢球制造邻域，尤其涉及一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法。
背景技术
高炉渣是高炉冶炼的副产物。其主要成分为氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅等，可代替天然岩石生产水泥或矿渣微分等用于建材产品。高炉渣的出炉温度大于1500℃， 1吨高炉渣所含有的热量相当于64kg标准煤，现行的处理方法采用水淬工艺，除了少部分北方企业在冬天利用冲渣水的余热进行采暖外，基本没有其他有效的余热回收方式。因此，不仅高炉渣的显热及潜热无法回收利用，造成重大的能源浪费。而且INBA法水冲渣工艺还造成水资源的大量浪费，对大气、水和土壤也造成了严重的污染。经调研，国内外开发高炉渣干式余热回收技术研究较多，但一直未有工业化应用的报道。
经调研，国内外多数高炉熔渣显热回收技术目前均处于实验室研究阶段，可将其余热回收方式分为物理热回收法和化学热回收法。其中前者根据熔渣前处理方法的不同，又分为滚筒法、风淬法、连铸式余热锅炉法、机械搅拌法、转杯法、钢球冷淬法等。其中钢球冷淬法因具有不耗水、热回收潜力大、硫化物排放少等优点，成为高炉渣余热回收技术的重要研究方向。
但该工艺所使用的钢球需具有导热系数大、蓄热放热速度快、抗高温冲击能力强、寿命长等特点，单一材质的钢球难以满足高炉渣余热回收工艺要求。
双金属复合的方法有铸造复合、扩散连接、冷轧、挤压、爆炸焊、等离子活化烧结、搅拌摩擦焊等。其中，固液复合铸造是一种十分简单、经济、有效的双金属复合方法。
固液复合铸造技术是将覆层金属液浇注到已预制好的基体金属上或将已表面处理好的基体金属沉没于覆层金属液中，通过两种金属间的扩散反应形成连续的金属间扩散区从而形成复合材料的工艺方法。许多研究都使用复合铸造来连接相同或相异金属对，如钢/ 铸铁、钢/铝、铜/铝、铝/铝、镁/镁、铝/镁、钛/铝等。
但是，现有技术中的钢球难以满足钢球冷淬法高炉渣余热回收工艺要求，而且高炉渣余热回收工艺专用复合钢球的相关制作技术相对较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，克服现有技术存在的不足，生产出的复合钢球具备导热系数大、蓄热放热速度快、抗高温冲击能力强、寿命长等特点，可满足高炉渣干式余热回收工艺的要求。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，采用铜球作为复合钢球的内芯，通过浇铸的方式在铜球外表面复合钢球外壳，具体包括如下步骤：
1)在填充砂型组装模具时，先将铜球用支架和浇道固定于砂型中间，并固定好排气孔用排气铝管；
2)铜球与钢球外壳的体积比为1：2.82-1：10；
3)复合钢球外壳钢水熔化至1510℃-1460℃，并保温15-30min，加入脱氧剂脱氧；
4)向砂型中浇注复合钢球外壳钢水，浇注温度为1460℃-1340℃；
5)砂型中钢水自然冷却20-40min后，将砂型固定夹具打开；砂型继续自然冷却20-40min后，将砂型模具打开，得到外壳材料为铁素体钢的复合钢球。
所述复合钢球外壳铸造厚度为2.80-48.96mm。
所述铜球的含铜量75％-100％，直径10-40mm。
所述支架支架为Φ1mm-Φ3mm的铁丝或钢丝制成。
所述排气孔用排气铝管厚度为0.5-1mm，孔径为1.5-3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)复合钢球内部的铜芯导热系数大，与液态高炉渣接触后可实现快速换热储热，而外部的铁素体钢的熔点高、强度高、韧性好、使用寿命长，可满足高炉渣干式余热回收工艺的连续使用要求。
2)复合钢球由于外部为钢质壳体，可在完成高炉渣余热回收后通过磁选工艺实现钢球的回收再利用。
3)复合钢球具有内铜、外钢的结构，铜芯换热速度快，钢壳熔点高、强度高、不易开裂，复合钢球的抗高温冲击能力更强。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，采用铜球作为复合钢球的内芯，通过浇铸的方式在铜球外表面复合钢球外壳，具体包括如下步骤：
1)在填充砂型组装模具时，先将铜球用支架和浇道固定于砂型中间，并固定好排气孔用排气铝管；
将支架和排气孔固定好后开始填砂，制造砂型，并进行烘干；将烘干的砂箱进行组装固定，准备铸造。
2)铜球与钢球外壳的体积比为1：2.82-1：10；
铜球与外壳材料的体积比过小时，钢水冷却速度过快，难以完全包覆铜球；体积比过大时，钢水热量大，将使铜球表面熔化过多，容易出现漏铜现象。
3)复合钢球外壳钢水熔化至1510℃-1460℃，并保温15-30min，加入脱氧剂脱氧；完成脱氧操作后将表面浮渣清理干净，之后将钢水转入中间包中。
4)向砂型中浇注复合钢球外壳钢水，浇注温度为1460℃-1340℃。
将中间包转运至砂型上方，将钢水缓慢均匀地浇入砂型中。钢水浇铸温度过高时将导致钢水温度过高，钢水流动速度过大，将导致铜芯熔化，铜球易偏离中心位置；钢水浇注温度偏低时，易导致复合钢球灌注不充分，外形不完整、空心化等问题。
5)砂型中钢水自然冷却20-40min后，将砂型上固定夹具打开解开；砂型继续自然冷却20-40min后，将砂型模具打开，得到外壳材料为铁素体钢的复合钢球。
6)将铸造复合球和浇道金属体分离开。边角清理结束后即为成品复合球。
所述复合钢球外壳铸造厚度为2.80-48.96mm。
所述铜球的含铜量75％-100％，直径10-40mm。
铜球的含铜量较低时，铜球内芯的储热放热速度和储热量将明显下降，并将明显降低其相对纯钢球作为高炉渣余热回收用储热放热介质的优势。
所述支架为Φ1mm-Φ3mm的铁丝或钢丝制成。
所述排气孔用排气铝管厚度为0.5-1mm，孔径为1.5-3mm。
排气孔用排气铝管孔径较小时，浇注排气不足，将导致复合钢球出现中空现象，复合钢球的强度和导热系数明显下降；排气孔用排气铝管孔径较大时，将导致钢液冷凝回缩比例大，复合钢球补缩孔粗大，外形不完整，且易出现铜芯熔化导致的漏铜问题。
所述复合钢球平均比热为435-460J/kg·K，20℃条件下导热系数为150-226W/m·K。
实施例1
一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，包括以下步骤：
1)铜球支架。将铜球用铁质支架和浇道固定于砂型中间。
2)埋入砂型。将支架和排气孔固定好后开始填砂，制造砂型，并进行烘干。
3)模具组装。将烘干的砂箱进行组装固定，准备铸造。
4)钢材熔化。将复合钢球外壳用钢材进行熔化，加热至1420℃并保温20min。
5)脱氧出钢。向熔化好的钢水中放入脱氧剂，完成脱氧操作后将表面浮渣清理干净，之后将钢水转入中间包中。
6)砂型浇铸。将中间包转运至砂型上方，将钢水缓慢均匀地浇入砂型中。浇铸温度1460℃。
7)砂型冷却。使砂型中的钢水自然冷却35min后，将砂型上固定夹具打开。
8)打开模具。砂型继续冷却自然冷却35min后，将砂型模具打开。
9)产品模型分离。将铸造复合球和浇道金属体分离开。
10)成品。边角清理结束后即为成品复合球。
复合钢球外壳用钢材为铁素体钢，铸造厚度为8mm。
复合钢球内芯为铜球，含铜量100％，直径26mm。
铜球与外壳材料的体积比为1:4.215。
排气孔用排气铝管厚度为0.5mm，孔径为2mm。
经检验，该复合钢球平均比热为452J/kg·K，20℃条件下导热系数为211W/m·K。其在700-1000℃条件下储热放热量和放热速度均优于低铬铸铁球。

Claims (5)

1.一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，其特征在于，以铁素体钢为复合钢球的外壳材料，采用铜球作为复合钢球的内芯，通过浇铸的方式在铜球外表面复合钢球外壳，具体包括如下步骤：
1)在填充砂型组装模具时，先将铜球用支架和浇道固定于砂型中间，并固定好排气孔用排气铝管；
2)铜球与钢球外壳的体积比为1：2.82-1：10；
3)复合钢球外壳钢水熔化至1510℃-1460℃，并保温15-30min，加入脱氧剂脱氧；
4)向砂型中浇注复合钢球外壳钢水，浇注温度为1460℃-1340℃；
5)砂型中钢水自然冷却20-40min后，将砂型固定夹具打开；砂型继续自然冷却20-40min后，将砂型模具打开，得到外壳材料为铁素体钢的复合钢球。
2.根据权利要求1所述的一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，其特征在于，所述复合钢球外壳铸造厚度为2.80-48.96mm。
3.根据权利要求1所述的一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，其特征在于，所述铜球的含铜量75％-100％，直径10-40mm。
4.根据权利要求1所述的一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，其特征在于，所述支架为Φ1mm-Φ3mm的铁丝或钢丝制成。
5.根据权利要求1所述的一种高炉渣干式余热回收用复合钢球的制造方法，其特征在于，所述的排气孔用排气铝管厚度为0.5-1mm，孔径为1.5-3mm。
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