CN109079123A - 一种高炉渣干式余热回收用复合铸段的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高炉渣干式余热回收用复合铸段的制造方法，采用铜球作为复合铸段的内芯，通过钢模浇铸的方式使内芯铜球与外壳材料形成复合铸段，复合铸段外壳钢材采用铁素体钢，铜球与外壳材料的体积比为1：4‑1：15；浇注温度为1510℃‑1380℃。本发明的复合铸段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。复合铸段的外部钢质壳体，可通过磁选工艺实现铸段的回收再利用。复合铸段具有内铜、外钢的结构，铜芯换热速度快，抗高温冲击能力更强。复合铸段采用钢模生产，铸造工艺排气工艺难度小，钢水包裹铜球居中程度高。

Description

一种高炉渣干式余热回收用复合铸段的制造方法

技术领域

本发明涉及复合铸段制造技术邻域，尤其涉及一种高炉渣干式余热回收用复合铸段的制造方法。

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而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

本发明的目的在于提供一种高炉渣干式余热回收用复合铸段的制造方法，克服现有技术存在的不足，生产出的复合铸段具备导热系数大、蓄热放热速度快、抗高温冲击能力强、寿命长、可规模化生产等特点，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铸段的制造方法，采用铜球作为复合铸段的内芯，通过钢模浇铸的方式使内芯铜球与外壳材料形成复合铸段，具体包括如下步骤：

1)将铜球用支架固定于钢模中间并将钢模组装固定；

2)铜球与外壳材料的体积比为1：4-1：15；

3)复合铸段外壳钢水熔化至1510℃-1460℃，并保温20-40min后加入脱氧剂脱氧；

4)向钢模中浇注复合铸段外壳钢水，浇注温度为1510℃-1380℃；

5)钢模中钢水自然冷却20-40min后，将钢模固定夹具打开；钢模继续自然冷却20-40min后，将钢模模具打开，得到外壳钢材为铁素体钢的复合铸段。

所述复合铸段外壳的最小铸造厚度为3.55-34.27mm。

所述铜球的含铜量75％-100％，直径10-40mm。

所述支架为Φ2mm-Φ4mm的铁丝或钢丝制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)复合铸段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)复合铸段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铸段的回收再利用。

3)复合铸段具有内铜、外钢的结构，铜芯换热速度快，钢壳熔点高、强度高、不易开裂，复合铸段的抗高温冲击能力更强。

4)复合铸段由于直接采用钢模生产，铸造工艺排气等工艺难度较小，而且钢模吸热量大，可接受浇铸温度高，无补缩气孔，钢水包裹铜球居中程度高，适宜规模化生产。

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铸段的制造方法，采用铜球作为复合铸段的内芯，通过钢模浇铸的方式使内芯铜球与外壳材料形成复合铸段，具体包括如下步骤：

1)将铜球用铁质支架固定于钢模中间并将钢模组装固定。

2)铜球与外壳材料的体积比为1：4-1：15；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)复合铸段外壳钢水熔化至1510℃-1460℃，并保温20-40min后加入脱氧剂脱氧；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)向钢模中浇注复合铸段外壳钢水，浇注温度为1510℃-1380℃；

将中间包转运至钢模上方，将钢水缓慢均匀地浇入钢模中。钢水浇注温度过高时将导致钢水温度过高，钢水流动性过大，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)钢模中钢水自然冷却20-40min后，将钢模固定夹具打开；钢模继续自然冷却20-40min后，将钢模模具打开，得到外壳钢材为铁素体钢的复合铸段。

6)产品模型分离，并将复合铸段和浇道金属体分离开。边角清理结束后即为成品复合铸段。

所述复合铸段外壳的最小铸造厚度为3.55-34.27mm。

所述铜球的含铜量75％-100％，直径10-40mm。

所述支架为Φ2mm-Φ4mm的铁丝或钢丝制成。

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。

复合铸段平均比热为435-460J/kg·K，20℃条件下导热系数为150-226W/m·K。

复合铸段的外形为中间段为圆柱体，两端为球缺形，因与球形产品不同，故称为铸段。

实施例1：

一种高炉渣干式余热回收用复合铸段的制造方法，包括以下步骤：

1)铜球支架。将铜球用铁质支架分别固定于钢模中间。

2)模具组装。将钢模组装固定，准备铸造。

3)钢材熔化。将复合铸段外壳用钢材进行熔化，并保温30min。

4)脱氧出钢。向熔化好的钢水中加入脱氧剂，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。

5)钢模浇铸。将中间包转运至钢模上方，将钢水缓慢均匀地浇入模具中。

6)模具冷却。使模具中的钢水自然冷却30min后，将模具固定装置解开。

7)打开模具。模具继续冷却自然冷却35min后，将模具打开。

8)产品模型分离。将复合铸段和浇道金属体分离开。

9)成品。边角清理结束后即为成品复合铸段。

复合铸段外壳用钢材为铁素体钢，最小铸造厚度为13mm。

复合铸段内芯为铜球，含铜量100％，直径28mm。

铜球与外壳材料的体积比为1:6。

经检验，复合铸段平均比热为448J/kg·K，20℃条件下导热系数为205W/m·K。复合铸段在700-1000℃条件下储热放热量和放热速度均优于低铬铸铁球。

Claims (4)

1.一种高炉渣干式余热回收用复合铸段的制造方法，其特征在于，采用铜球作为复合铸段的内芯，通过钢模浇铸的方式使内芯铜球与外壳材料形成复合铸段，具体包括如下步骤：

1)将铜球用支架固定于钢模中间并将钢模组装固定；

2)铜球与外壳材料的体积比为1：4-1：15；

3)复合铸段外壳钢水熔化至1510℃-1460℃，并保温20-40min后加入脱氧剂脱氧；

4)向钢模中浇注复合铸段外壳钢水，浇注温度为1510℃-1380℃；

5)钢模中钢水自然冷却20-40min后，将钢模固定夹具打开；钢模继续自然冷却20-40min后，将钢模模具打开，得到外壳钢材为铁素体钢的复合铸段。

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铸段的制造方法，其特征在于，所述复合铸段外壳的最小铸造厚度为3.55-34.27mm。

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铸段的制造方法，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铸段的制造方法，其特征在于，所述支架为Φ2mm-Φ4mm的铁丝或钢丝制成。