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CN1869568A - 新型低热阻铸铁冷却壁及其制造方法 - Google Patents

新型低热阻铸铁冷却壁及其制造方法 Download PDF

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CN1869568A CN 200610039213 CN200610039213A CN1869568A CN 1869568 A CN1869568 A CN 1869568A CN 200610039213 CN200610039213 CN 200610039213 CN 200610039213 A CN200610039213 A CN 200610039213A CN 1869568 A CN1869568 A CN 1869568A
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王东升
张六喜
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Nanjing Iron and Steel United Co Ltd
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Abstract

新型低热阻铸铁冷却壁，其特征在于冷却壁本体材质由球墨铸铁或灰铸铁构成，冷却壁中的冷却水通道由纯铜管构成。优化方案的冷却壁本体与纯铜管外壁之间的间隙小于0.1mm。所述的新型低热阻铸铁冷却壁的制造方法，步骤是：将定型的纯铜管放入按照冷却壁外型需要制作的砂箱中固定；用球墨铸铁或灰铸铁的铁水进行浇注的同时，对被浇注的纯铜管进行惰化蒸气冷却，浇铸成型。本发明的低热阻铸铁冷却壁及其制造方法改进了传统高炉冷却壁的结构和铸造工艺，消除了防渗碳涂层带来的热阻，使冷却水对冷却壁本体的换热效率增加；同时使冷却水管内壁结垢减缓，进一步提高了铸铁冷却壁的整体导热性能，延长了冷却壁的寿命。

Description

新型低热阻铸铁冷却壁及其制造方法
技术领域
本发明所属的技术领域为炼铁高炉及其他冶金炉、加热炉、燃烧炉等高温炉窑的炉体冷却技术，涉及一种新结构的新型低热阻铸铁冷却壁，以及这种冷却壁的制造方法。
背景技术
炼铁高炉及其他冶金炉、加热炉、燃烧炉等高温炉窑的炉体均需要冷却技术，即在炉壁内设置冷却壁(器)。传统的冷却壁(器)的材质主要有球墨铸铁、灰铸铁、低碳钢和纯铜冷却壁，任何材质的冷却壁(器)中都要设置冷却水通道。除了纯铜冷却壁之外，其它材质的冷却壁内的冷却水通道都使用低碳钢材质的无缝钢管。
1.铸铁冷却壁
铸铁冷却壁在制造过程中为了防止对冷却水管的渗碳，冷却壁的制造工艺上必须在无缝钢管的外表面涂上防渗碳涂层，然后再进行铸件的浇注；同时因两种材质热膨胀系数的差异，冷却水管与冷却壁本体必须留有空气间隙。由于在冷却水管与铸铁之间的涂层和涂层与铸铁之间的空气间隙(或称气缝)的存在从而大幅度降低了冷却壁的传热和冷却效果，加快了冷却壁的损坏进程。
2.铸钢冷却壁
铸钢冷却壁由于其本体材质是低碳钢，在制造过程中冷却水管不会被渗碳因此去除了低导热的防渗碳涂层，同时由于冷却壁本体材质与冷却水管材质相同，不用特意留有膨胀间隙，因此提高了冷却壁的整体导热性能。但是冷却水管的材质仍然为低碳钢，钢管内壁比较容易生成水垢。
3.冷却水管
除了纯铜冷却壁，冷却壁内的冷却水管都是低碳钢无缝管。用于冷却壁的冷却介质主要是开路冷却水循环、预处理冷却水循环、软水密闭循环冷却水、纯水密闭循环。冷却水水质好，在冷却水管内壁的结垢速度就慢。但不管使用什么样的冷却介质不可避免的要在冷却水管内壁产生结垢。使用开路循环水对不同材质的结垢速度为：A3钢＞20钢＞黄铜＞纯铜＞不锈钢＞铝；使用预处理循环水不同材质的结垢速度为：20钢＞A3钢＞铝＞纯铜＞黄铜＞不锈钢。水垢的导热系数是1.6～1.8W/m·k，仅为原材质的1/24～1/30，冷却水管内壁结构导致冷却水换热量大幅度降低和冷却壁本体温度大幅度上升，最终加速冷却壁的损坏进程。
发明内容
针对传统技术的上述三项不足，本发明的目的是提供一种新结构的新型低热阻铸铁冷却壁来替代以上的冷却壁(器)，这种新型冷却壁用球墨铸铁或灰铸铁制作；冷却水管材质选择纯铜材质无缝管，因此在制作时冷却水管外表面不需要喷涂防渗碳涂层，消除了防渗碳涂层所带来的热阻；并且冷却壁内的冷却通道材质是高导热率材质的纯铜管，大幅度增加了冷却壁的整体导热性能，因而是一种全新的低热阻高效冷却壁，在高炉炉身以及其它窑炉所有部位均可以采用这种新型铸铁冷却壁(器)取代传统的冷却壁，延长高炉寿命和提高高炉生产效益。同时本发明将提供这种新结构冷却壁的制造方法。
完成上述发明任务的技术方案是：新型低热阻铸铁冷却壁其特征在于：冷却壁本体材质是高熔点(≥1200℃)的球墨铸铁或灰铸铁，冷却壁中的冷却水通道由低熔点(1080℃)纯铜管构成，在浇注冷却壁时技术关键要保证低熔点的纯铜管不被熔穿和熔化。
1.所述的冷却水管，是抗渗碳、高导热率(340千卡/米·时·℃)、高延伸率(≥30)的纯铜管；
2.冷却壁本体与纯铜管外壁之间的间隙小于0.1mm；
3.所述的纯铜管选用6～8mm壁厚的纯铜管。
由于球墨铸铁和灰铸铁的铁水温度在1300～1380℃，而纯铜的熔点1083℃，如果采用传统的铸造方法，纯铜管将在铁水浇入时被融化，无法生产本发明的冷却壁。本申请提供以下工艺，
新型低热阻铸铁冷却壁的制造方法：
将定型的纯铜管放入按照冷却壁外型需要制作的砂箱中固定；
用球墨铸铁或灰铸铁的铁水进行浇注的同时，对被浇注的纯铜管进行惰化蒸气冷却，浇铸成型。
以上所述的“对纯铜管进行惰化蒸气冷却”可以采用以下方法：
1.浇口作为冒口除了考虑补缩作用外还要注意铸造时铁水热量的平均分布；
2.在被铸入铜管的周围布置一定数量的冷铁，降低高温铁水对纯铜管的冲刷熔化作用；
3.在铸造过程中对被铸入的纯铜管通以少量水，使其在被高温铁水加热的铜管内产生蒸汽吸收大量热量降低铜管所得到的热量，降低铜管的温度而防止铜管熔化；
根据铜管截面将水量控制在0.5～2.0kg/min；本专利的水量控制在0.8kg/min；
4.为了对铜管内通水产生的蒸汽均匀冷却铜管的所有部分，在通水的同时必须要通入惰性气体，一可以防止水蒸气在纯铜管内积留，二可以防止铸造过程高温对铜管的氧化；
本专利推荐采用的惰性气体是氮气；惰性气体的流速控制在8～15m/s。
本发明提供的新型低热阻铸铁冷却壁及其制造方法改进了传统高炉冷却壁的结构和铸造工艺，在铸铁材质中铸入抗渗碳、高导热率(340千卡/米·时·℃)、高延伸率(≥30)、缓结垢的纯铜管作为冷却水水管；消除了防渗碳涂层带来的热阻，从而使冷却水对冷却壁本体的换热效率增加；同时使用纯铜冷却水管其内壁结垢减缓，进一步提高铸铁冷却壁的整体导热性能，延长铸铁冷却壁的寿命。
附图说明
图1、图2分别为本发明结构示意图的剖视图和俯视图；
图3为本发明铸造砂箱及浇口示意图。
具体实施方式
实施例1，
新型低热阻铸铁冷却壁，以及它的制造工艺(控制冷却强度铸造工艺)，参见图1～图3：
新型低热阻铸铁冷却壁：冷却壁本体1材质是高熔点(≥1200℃)的球墨铸铁或灰铸铁，冷却壁中的冷却水通道2由低熔点(1080℃)纯铜管构成。冷却水管是抗渗碳、高导热率(340千卡/米·时·℃)、高延伸率(≥30)的纯铜管；冷却壁本体与纯铜管外壁之间的间隙小于0.1mm；纯铜管选用6～8mm壁厚的纯铜管。
以上结构的制备方法步骤如下：
将定型的纯铜管放入按照冷却壁外型需要制作的砂箱3中固定；
用球墨铸铁或灰铸铁的铁水进行浇注的同时，对被浇注的纯铜管进行惰化蒸气冷却，浇铸成型。
以上所述的“对纯铜管进行惰化蒸气冷却”采用以下方法：
采用雨淋铸造浇口、分散在铸入铜管长度的两侧。浇口作为冒口除了考虑补缩作用外还要注意铸造时铁水热量的平均分布。
为了防止纯铜管在铸造加工过程中被熔化，所以首先要在被铸入铜管的周围布置一定数量的冷铁，降低高温铁水对纯铜管的冲刷熔化作用。
在浇注的同时随通入铜管的惰性气体与通水，水进入铸造过程中被铁水加热的铜管内后产生蒸汽以此吸收高温铁水传导到铜管的热量防止铜管被熔化，根据铜管截面将水量控制在0.5～2.0kg/min。本实施例水量控制在0.8kg/min。
根据铸造时浇注铁水的温度，在开始浇注前对铜管内通以惰性气体(如氮气)，惰性气体的流速控制在8～15m/s。
铸造成品切除浇口、冒口后，对铜管内表面处理。
新型低热阻铸铁冷却壁铸造工艺的原理和注意事项：
1、铸造工艺的关键是必须对被铸入的铜管进行冷却，在不采取任何措施铸造冷却壁时，由于浇注的钢水温度远大于被铸入铜管的熔化温度，即使铁水凝固后其铁水的热容量也足以熔化被铸入的纯铜冷却水管。因此在铸造过程中对被铸入的纯铜管必须通以少量水，使其在被高温铁水加热的铜管内产生蒸汽吸收大量热量降低铜管所得到的热量，也就是说降低铜管的温度而防止铜管熔化。
2、同时为了对铜管内通水产生的蒸汽均匀冷却铜管的所有部分，在通水的同时必须要通入惰性气体，本专利使用的惰性气体是氮气，对铸造过程中的铜管通水的同时一起通惰性气体也防止在铸造过程中铜管内壁的氧化。
3、铸造时在铜管的一端同时通惰性气体和水，铜管的另一端必须保证惰性气体与水蒸汽的混合气体排放没有任何阻碍，防止混合冷却气体积聚于铜管内部产生安全事故。

Claims (7)

1、一种新型低热阻铸铁冷却壁，其特征在于，冷却壁本体材质由球墨铸铁或灰铸铁构成，冷却壁中的冷却水通道由纯铜管构成。
2、按照权利要求1所述的新型低热阻铸铁冷却壁，其特征在于，所述的纯铜管，是采用抗渗碳、高导热率、高延伸率、缓结垢的纯铜管。
3、按照权利要求1所述的新型低热阻铸铁冷却壁，其特征在于，所述的冷却壁本体与纯铜管外壁之间的间隙小于0.1mm。
4、按照权利要求1或2或3所述的高炉低热阻铸铁冷却壁，其特征在于，所述的所述的纯铜管选用6～8mm壁厚的纯铜管。
5、一种权利要求1所述的新型低热阻铸铁冷却壁的制造方法，其步骤是：
将定型的纯铜管放入按照冷却壁外型需要制作的砂箱中固定；
用球墨铸铁或灰铸铁的铁水进行浇注的同时，对被浇注的纯铜管进行惰化蒸气冷却，浇铸成型。
6、按照权利要求5所述的高炉的低热阻铸铁冷却壁的制造方法，其特征在于，所述的“对纯铜管进行惰化蒸气冷却”是指以下方法中的一种或几种：
浇口作为冒口除了考虑补缩作用外还要注意铸造时铁水热量的平均分布；
在被铸入铜管的周围布置一定数量的冷铁，降低高温铁水对纯铜管的冲刷熔化作用；
在铸造过程中对被铸入的纯铜管通以少量水，使水受热产生蒸汽；
在通水汽化冷却的同时通入惰性气体防止铜管内壁被高温氧化。
7、按照权利要求6所述的新型低热阻铸铁冷却壁的制造方法，其特征在于：
惰性气体的流速控制在8～15m/s；
水量控制在0.5～2.0kg/min。
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