CN1422712A - 无热阻铸钢冷却壁及铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金铸造技术领域。更适用于无热阻型铸钢冷却壁的铸造方法。该冷却壁的组成是在低碳铸钢冷却体内铸有冷却水管,特征是冷却壁本体与铸入的冷却水管外壁间为冶金熔合的铸钢冷却壁。该冷却壁的铸造方法是采用对冷却水管内壁冷却的一次铸造成型方法和两次增厚铸造成型的方法。本发明铸钢冷却壁及其制备方法与现有技术相比较,具有使用效果好和延长使用寿命,尤其是冷却壁与冷却水管之间不涂裹防渗碳涂层,不会产生热阻,提高了冷却壁整体的导热性能。
Description
技术领域：
本发明属于冶金铸造技术领域。更适用于采用铸钢制造高炉用无热阻型铸钢冷却壁的铸造方法。
背景技术：
目前在使用冷却壁作为炉体主要冷却设备的高炉中，均采用球墨铸铁冷却壁。为了将含碳量很低的无缝钢管作为冷却水管铸入铸铁基体内，同时要防止铸铁向钢管内渗碳，所以在铸铁冷却壁的铸造工艺中，必须在无缝钢管的外表面涂有防渗碳涂层，然后进行铸造，这样会在冷却水管与铸铁之间形成涂层间隙和涂层与铸铁之间产生空气间隙(气缝)，这些间隙的存在大大增加了冷却水管与冷却壁之间的热阻，严重降低了冷却壁的传热和冷却效果。同时由于球墨铸铁的力学性能，如延伸率：冷却壁的内外差异较大，在冷却壁中心部位的延伸率只相当于表面延伸率的一半，因而降低了铸铁冷却壁承受内应力的能力。再有，由于铸铁冷却壁的基体内分布着球状石墨，就相当于在铸铁基体内布满了裂纹发生地和裂纹扩展源，特别是在石墨被氧化后更加剧了裂纹的形成和扩展。
发明目的及内容：
本发明的目的是提出一种结构设计合理，制造方法可靠，产品使用效果好，能提高高炉炉体冷却设备寿命而延长高炉寿命的无热阻铸钢冷却壁及其铸造方法。
根据本发明的目的，我们所采用的解决方案是由铸钢取代球墨铸铁，其理由是本发明选择铸钢冷却壁的材质与将被铸入冷却壁中的冷却水管材质相近，如低碳钢或低碳低合金钢，由于它们的碳含量低，因此被铸入在铸钢冷却壁内的冷却水管表面不须涂裹任何防渗碳涂层，这样就能够有效的消除了冷却水管与铸钢冷却壁之间的涂层间隙，以及涂层与铸件之间的空气间隙。由于消除了这两层热阻，大幅度提高了冷却水与冷却壁之间的热交换能力，延长铸钢冷却壁的使用寿命。但是，由于铸钢冷却壁本体的重量远远大于被铸入在冷却壁内的冷却水管重量，在铸造冷却壁时，熔融钢水温度约比冷却水管材质熔点高100℃左右，这样很可能将冷却水管熔穿。本发明铸钢冷却壁的制造技术难点，是在铸造冷却壁时要使冷却水管外表面与浇注的钢液熔合，又不被熔穿，而且还要保持冷却水管原有的几何形状。因此本发明的高温炉炉体冷却设备用无热阻型铸钢冷却壁，该冷却壁的组成是在低碳铸钢冷却体内铸有冷却水管，其特征在于铸钢冷却壁内应铸有延伸率δ≥25％和C≤0.23％的低碳钢材质无缝管，并且冷却壁本体与铸入的冷却水管外壁两者间为冶金熔合的无热阻型铸钢冷却壁。这种高温炉炉体冷却设备用无热阻型铸钢冷却壁，其特征在于铸钢冷却壁内应铸有冷却水管是采用冷却壁本体与冷却水管外壁实现冶金熔合的铸造成型方法，其铸造方法有采用对冷却水管内壁进行控制冷却一次成型冷却壁的铸造方法和两次铸造成型冷却壁的铸造方法，第一种采用对冷却水管内进行控制冷却一次成型冷却壁的铸造工艺和第二种两次铸造成型冷却壁的铸造工艺过程分别是：采用第一种对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型冷却壁铸造工艺是，将装有空心砂芯的冷却水管成型后固定在铸模中，在铸模上设有主浇铸口，浇注采用底注式，在浇铸钢液时，应对冷却水管内砂芯的空心通入流量为3-12m/s的气体，进行控制冷却保护。在第一种一次成型的铸钢冷却壁铸造工艺中，所采用的冷却水管壁厚为6-12mm，铸钢冷却壁本体的厚度应是冷却水管外径的1.8-3.0倍，在冷却水管内所填入砂芯的空心直径应是冷却水管内径的20-50％。铸造该冷却壁的其它特征还有在第一种一次成型的铸钢冷却壁铸造工艺中的冷却水管上，应该有两处和两处以上的管壁外围设置冷铁。在第一种一次铸造成型铸钢冷却壁的铸造工艺中，铸模上的主浇注口下方应均匀分布设有2-5个的底注式分浇口。在铸造时所采取底注式分浇口应分散均匀布置，对于冒口除了要考虑补缩作用外，同时还要注意在铸造时的钢水热量平均分布等问题。在第一种一次成型的铸钢冷却壁铸造工艺中的冷却水管内，所装有的空心砂芯为96-03-0212AH-145铸造硅砂，和具有高耐火度和好的溃散性耐火砂芯中的任意一种。根据铸造时钢液的温度，对冷却管内砂芯空心通入的气体是氮气和空气中的任意一种气体进行控制冷却强度，通过空心砂芯的传导使冷却管内壁达到降温的目的。填入空心砂芯还可以防止在高温下冷却水管的变形。第二种两次铸造成型冷却壁的铸造工艺过程是，采用对铸入冷却壁的冷却水管进行增加其厚度的铸造，该工序的目的是使冷却水管外壁与熔融钢水熔合增厚时，而冷却水管不应被熔穿和变形，其最终增加厚度应满足该铸钢冷却壁成型铸造时，熔融钢水不应该使冷却水管被熔穿和变形为准。根据上述内容我们提出的高温炉炉体壁用无热阻型铸钢冷却壁，该冷却壁的组成是在低碳铸钢冷却壁内铸有冷却水管，其特征在于第二种两次增厚成型铸造冷却壁的铸造工艺过程是，第一次铸造对冷却水管进行非均匀增厚铸造，其工艺是将冷却水管成形后放入铸模中，采用底注式浇注，第一次对冷却水管铸造增厚量应为冷却水管壁厚的0.8-1.8倍；在第二种两次增厚成型铸造冷却壁的第二次铸造工艺是，将已经经过增厚的冷却水管再放入成型铸模中进行成型铸造，并且浇注的钢液与冷却水管外表面相熔合。
在本发明方法中的其它特征还有，在该铸钢冷却壁的铸造方法中，每次浇铸的温度应在1480℃-1640℃范围内。该铸钢冷却壁在铸造过程中所采用的铸钢为低碳铸钢，其碳含量应≤0.23％。另外铸造在铸钢冷却壁内的冷却水管是采用C≤0.23％的低碳钢和延伸率δ≤25％材质的无缝钢管制造而成。
本发明铸钢冷却壁中虽然铸入了冷却水管，但该冷却壁的特点在于冷却水管的管壁外表面不加任何涂层材料，因此也不会产生涂层隔热热阻，在采用本发明的铸造方法后，可以消除冷却壁本体与冷却水管之间的空气间隙。另外在本发明铸钢冷却壁中所用冷却水管应为C≤0.23％的低碳钢和δ≥25％材质的无缝钢管，而铸钢冷却壁所用材质为低碳铸钢，其碳含量应≤0.23％范围。由于铸钢冷却壁与铸入冷却水管的化学成份、力学、物理性能相近，所以在浇铸过程中，铸钢冷却壁和冷却水管的融合效果很好。再有在本发明铸钢冷却壁及冷却水管的材质中适量加入微合金化元素还可使冷却壁的使用性能有所提高，这样可提高高炉炉体的使用寿命。
本发明铸钢冷却壁及其制备方法与现有技术相比较，由于本发明冷却壁本体是采用C≤0.23％的低碳钢，和C≤0.23％的低碳钢δ≥25％材质的无缝钢管，用一次铸造成型方法和两次增厚铸造方法制造的无热阻型铸钢冷却壁使用效果好和延长使用寿命，尤其是冷却壁与冷却水管之间不涂裹任何防渗碳涂层，而且冷却壁本体能与冷却水管外表面实现冶金熔合成为一个整体，不存在涂层与空气间隙所带来的热阻，提高了冷却壁整体的导热性能。
附图说明：(见实施例)
具体实施方式：
本发明实施例是根据本发明铸钢冷却壁的材质与铸造方法所制定的，我们在实施例中选择铸钢冷却壁的材质为碳含量≤23％钢种的同时，也选择了冷却水管为C≤0.23％的低碳钢和δ≥25％材质的无缝冷却水管，根据设计按冷却壁要求制造成设定形状，然后进行铸模或其它制备工序。在采用本发明的方法中，我们根据冷却水管管壁厚度制定了相适应的生产工艺。为了与现有技术对比方便，我们也同时列举了几项对比的铸铁或铸钢冷却壁。本发明铸钢冷却壁的成型材质和铸造工艺与现有技术的制造方式相对比见下表。在对比表中，表1、为本发明实施例一次成型铸造的工艺方法；表2、为本发明实施例两次铸造的工艺方法；表3为现有技术铸造方法的实施例；表4为本发明实施例与现有技术实施例的产品传热对比表；表5为本发明实施例与现有技术实施例铸造的冷却壁使用效果对比。在各表中，序号1、2、3、4均为本发明铸钢冷却壁的实施例，序号5、6为现有技术铸钢冷却壁的实施例。在附图1中(实施例1)可看出铸钢冷却壁与冷却水管已冶金熔合成整体。附图2为实施例6、在图中可看到冷却壁与冷却水管之间有明显的间隙。在附图中：A为铸钢冷却壁本体；B为冷却水管；C为A与B之间分层。附图3为1150℃炉温时不同测量面平均温度(表面有65mm砖衬)，在图中纵座标为温度，横座标为a-f冷却壁厚上的各个温量面，，粗实线为实例5：冷却水流速：1.62mm/s；细实线为实例3、冷却水流速：1.06mm/s。通过上述的比较和附图3中、实例3与实例5热模拟试验各断面温度对比可以看出，采用本发明方法所制备的铸钢冷却壁，不但使用效果好和使用寿命长，而且结构设计合理，尤其是冷却壁与冷却水管之间不需涂裹任何防渗碳涂层，而且冷却壁铸钢能与冷却水管很好的融合成整体，不产生缝隙热阻，提高冷却壁的热交换能力和消除了冷却壁内可能产生内在裂纹的隐患。
表1、为本发明实施例一次成型铸造的工艺方法
表2、为本发明实施例两次铸造的工艺方法
表3为现有技术铸造方法的实施例
表4为本发明实施例与现有技术实施例的产品传热对比表
注：表中测温点与冷却水管内表面的距离分别为，测温点1为30mm，测温点2为24mm测温点3为16mm，测温点4为8mm表5本发明与现有技术铸造的冷却壁使用效果对比
| 实例号 | 冷却壁尺寸长×宽×厚(mm) | 冷却水管外径×壁厚数量 | 砂芯材料及砂芯空心直径 | 通气种类及流速 | 浇注温度 | 浇注方式及浇口数量 | 冷却壁本体与冷却水管外壁熔合情况 |
| 实例1 | 1560×180×120镶砖槽深45mm材质为低碳钢 | φ52×6mm1根水管，外表面喷砂除锈 | 砂芯为普通硅砂(ZGS96-42Q-30)空心直径φ15mm | 通入氮气冷却流速为4.5m/s | 1612℃ | 底注式浇注主浇口1个分浇口4个 | 70％部分实现冶金熔合 |
| 实例2 | 1560×760×150镶砖槽深45mm材质为低碳钢 | φ56×8mm4根水管，外表面喷砂除锈 | 砂芯为普通硅砂(ZGS96-42Q-30)空心直径φ18mm | 通入空气冷却4根水管通气流速均为8m/s | 1563℃ | 底注式浇注主浇口2个分浇口8个 | 钢管外壁与本体实现冶金熔合 |
| 实例号 | 冷却水管外径×壁厚数量 | 第一次铸造冷却水管增厚量 | 浇注方式及浇口数量 | 浇注温度 | 浇注钢液与冷却水管外壁熔合情况 | 第二次成型铸造外形尺寸 | 第二次成型铸造工艺 | 冷却壁本体与加厚的冷却水管外壁熔合情况 |
| 实例3 | φ52×6mm长度1360mm材质为低碳钢外表面喷砂除锈φ52×6mm长 | 在钢管内充填普通硅砂，冷却水管圆周均匀加厚达到15mm在钢管内充填普 | 底注式浇注主浇口1个分浇口3个冒口4个 | 1639℃ | 80％部分实现冶金熔合 | 与表1实例1成品尺寸相同 | 除了不在冷却水管内加空心砂芯与通气冷却外其它工艺条件和表1的条件相同 | 冷却壁本体与经过加厚的冷却水管外壁有70％以上部分实现冶金熔合 |
| 实例4 | 度1360mm材质为低碳钢外表面喷砂除锈 | 通硅砂，冷却水管圆周宽度上加厚30mm，高度上加厚20mm | 底注式浇注主浇口1个分浇口4个冒口3个 | 1601℃ | 65％部分实现冶金熔合 | 与表1实例2成品尺寸相同 |
| 实例号 | 冷却壁尺寸长×宽×厚(mm) | 冷却水管外径×壁厚数量 | 冷却水管外表面 | 通气种类及流速 | 浇注温度 | 浇注方式及浇口数量 | 冷却壁本体与冷却水管外壁熔合情况 |
| 实例5 | 冷却壁本体材质为球墨铸铁1560×760×150镶砖槽深75mm | φ52×6mm4根冷却水管 | 冷却水管的外表面涂敷0.25～0.35mm厚的Al2O3材质防渗碳涂层 | 不对冷却水管通任何气体冷却 | 1420℃ | 侧注式浇注主浇口1个分浇口4个 | 冷却水管在冷却壁本体内可以滑动，相互之间存在0.3mm间隙 |
| 实例6 | 冷却壁本体材质为低碳钢1560×760×150镶砖槽深75mm | φ56×8mm4根冷却水管 | 冷却水管的外表面进行喷砂除锈处理 | 4根水管均通入氮气冷却通气流速均为5m/s | 1563℃ | 底注式浇注主浇口2个分浇口8个 | 冷却水管与冷却壁本体没有熔合之处，其间隙为0.1mm左右 |
| 试验序号 | 试样 | 试验炉炉温℃ | 测温点温度(℃) | 冷却水状态 | 备注 | |||||
| 1点 | 2点 | 3点 | 4点 | 流速m/s | 进水温度℃ | 进出水温差℃ | ||||
| 1-1 | 本发明技术的铸钢冷却壁试样(实例1) | 500.7 | 122.0 | 58.8 | 52.2 | 46.5 | 2.0 | 18.96 | 0.33 | 试样为冷却水管外壁与冷却壁本体基本实现冶金熔合 |
| 1-2 | 501.3 | 109.0 | 56.7 | 50.5 | 45.2 | 3.0 | 19.99 | 0.21 | ||
| 1-3 | 501.7 | 101.0 | 56.0 | 50.0 | 45.0 | 4.0 | 20.88 | 0.16 | ||
| 1-4 | 500.2 | 92.7 | 55.5 | 50.0 | 44.7 | 5.0 | 21.90 | 0.12 | ||
| 6-1 | 现有技术的铸钢冷却壁试样(实例6) | 500.0 | 145.8 | 63.7 | 57.7 | 48.8 | 2.0 | 29.96 | 0.32 | 试样为冷却水管与冷却壁本体之间存在约0.1mm的间隙 |
| 6-2 | 500.3 | 144.0 | 62.0 | 56.0 | 47.5 | 3.0 | 30.32 | 0.22 | ||
| 6-3 | 500.3 | 143.0 | 61.0 | 55.0 | 46.7 | 4.0 | 30.48 | 0.16 | ||
| 6-4 | 500.7 | 147.8 | 65.8 | 59.8 | 49.3 | 1.5 | 30.80 | 0.45 | ||
| 使用冷却壁的种类 | 高炉容积及使用时间 | 应用效果对比 |
| 应用本发明实例2制造的冷却壁 | 2580m3高炉使用了3年零7个月 | 与实例2铸钢冷却壁同时安装的实例5球墨铸铁冷却壁已经损坏了69块，破损原因基本上是冷却壁基体严重龟裂、剥落，导致冷却水管裸露以及冷却水管破损，尚未损坏的球墨铸铁冷却壁的镶砖槽也被磨去很多。而实例2铸钢冷却壁的外形依然完好。经过测量实例2年损耗量小于2.7mm，而球墨铸铁冷却壁的年损耗量最小也大于18mm。 |
| 应用本发明实例6制造的冷却壁 | 350m3高炉在半年的时间里 | 实例6铸钢冷却壁使用四个月时，由于高炉炉况失常，球墨铸铁冷却壁损坏严重，高炉被迫进行检修发现：与实例6铸钢冷却壁相邻的实例5球墨铸铁冷却壁，其冷却水管已经裸露、甚至破裂漏水。而实例6铸钢冷却壁除在边角处被烧损外，冷却壁本体部分没有损坏，而且在冷却壁的热表面结有一层比较结实的渣皮，用钢钎都不容易打掉。 |
Claims (6)
1、一种高温炉炉体冷却设备的无热阻型铸钢冷却壁，该冷却壁的组成是在低碳铸钢冷却体内铸有冷却水管，其特征在于铸钢冷却壁内应铸有的冷却水管为延伸率δ≥25％和C≤0.23％的低碳钢材质无缝管，并且冷却壁本体与铸入的冷却水管外壁两者间为冶金熔合的无热阻型铸钢冷却壁。
2、一种高温炉炉体冷却设备的无热阻型铸钢冷却壁，其特征是该冷却壁的铸造方法有采用对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型的铸造方法和两次增厚铸造成型的铸造方法，第一种采用对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型铸造方法和第二种两次增厚铸造成型的铸造方法的工艺过程分别是：
1)第一种对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型冷却壁铸造工艺，是将装有空心砂芯的冷却水管成型后固定在铸模中，在铸模上设有主浇铸口，浇注采用底注式，在浇铸钢液时，应对冷却水管内砂芯的空心通入流量为3-12m/s的气体，进行控制冷却保护；
2)在第一种对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型冷却壁铸造工艺中，所采用的冷却水管壁厚为6-12mm，冷却壁铸造的本体厚度应是冷却水管外径的1.8-3.0倍，在冷却水管内所填入的空心砂芯的空心直径应是冷却水管直径的20-50％；
3)、第二种两次增厚成型铸造冷却壁的铸造工艺过程是，第一次铸造对冷却水管进行非均匀增厚铸造，其工艺是将冷却水管成形后放入铸模中，采用底注式浇注，第一次对冷却水管铸造增厚量应为冷却水管壁厚的0.8-1.8倍；
4)、在第二种两次增厚成型铸造冷却壁的第二次铸造工艺中，是将已经经过增厚的冷却水管再放入铸模中进行成型铸造，并且浇注的钢液与冷却水管外表面相熔合。
3、根据权利要求2所述无热阻型铸钢冷却壁的铸造方法，其特征在于第一种采用对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型铸造方法和第二种两次增厚铸造成型的铸造方法的每次铸造温度应在1480℃-1640℃范围内。
4、根据权利要求2所述无热阻型铸钢冷却壁的铸造方法，其特征在于铸钢冷却壁是采用碳含量≤0.23％的低碳铸钢。
5、根据权利要求2所述无热阻型铸钢冷却壁的铸造方法，其特征是在第一种对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型冷却壁的铸造工艺中，铸模上的主浇注口下方应均匀分布设有2-5个底注式分浇口。
6、根据权利要求2所述无热阻型铸钢冷却壁的铸造方法，其特征在于第一种对冷却水管内壁控制冷却的一次铸造成型冷却壁的铸造工艺中，在对铸造成型铸钢冷却壁进行浇铸钢液时，对冷却水管内砂芯的空心通入的气体为氮气或空气中任意一种气体，来进行控制其冷却强度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050810 Termination date: 20100114 |