專利名稱：新型低熱阻鑄鐵冷卻壁及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明所屬的技術領域為煉鐵高爐及其他冶金爐、加熱爐、燃燒爐等高溫爐窯的爐體冷卻技術，涉及一種新結構的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁，以及這種冷卻壁的制造方法。
背景技術：
煉鐵高爐及其他冶金爐、加熱爐、燃燒爐等高溫爐窯的爐體均需要冷卻技術，即在爐壁內設置冷卻壁(器)。傳統的冷卻壁(器)的材質主要有球墨鑄鐵、灰鑄鐵、低碳鋼和純銅冷卻壁，任何材質的冷卻壁(器)中都要設置冷卻水通道。除了純銅冷卻壁之外，其它材質的冷卻壁內的冷卻水通道都使用低碳鋼材質的無縫鋼管。
1.鑄鐵冷卻壁鑄鐵冷卻壁在制造過程中為了防止對冷卻水管的滲碳，冷卻壁的制造工藝上必須在無縫鋼管的外表面涂上防滲碳涂層，然后再進行鑄件的澆注；同時因兩種材質熱膨脹系數的差異，冷卻水管與冷卻壁本體必須留有空氣間隙。由于在冷卻水管與鑄鐵之間的涂層和涂層與鑄鐵之間的空氣間隙(或稱氣縫)的存在從而大幅度降低了冷卻壁的傳熱和冷卻效果，加快了冷卻壁的損壞進程。
2.鑄鋼冷卻壁鑄鋼冷卻壁由于其本體材質是低碳鋼，在制造過程中冷卻水管不會被滲碳因此去除了低導熱的防滲碳涂層，同時由于冷卻壁本體材質與冷卻水管材質相同，不用特意留有膨脹間隙，因此提高了冷卻壁的整體導熱性能。但是冷卻水管的材質仍然為低碳鋼，鋼管內壁比較容易生成水垢。
3.冷卻水管除了純銅冷卻壁，冷卻壁內的冷卻水管都是低碳鋼無縫管。用于冷卻壁的冷卻介質主要是開路冷卻水循環(huán)、預處理冷卻水循環(huán)、軟水密閉循環(huán)冷卻水、純水密閉循環(huán)。冷卻水水質好，在冷卻水管內壁的結垢速度就慢。但不管使用什么樣的冷卻介質不可避免的要在冷卻水管內壁產生結垢。使用開路循環(huán)水對不同材質的結垢速度為A3鋼＞20鋼＞黃銅＞純銅＞不銹鋼＞鋁；使用預處理循環(huán)水不同材質的結垢速度為20鋼＞A3鋼＞鋁＞純銅＞黃銅＞不銹鋼。水垢的導熱系數是1.6～1.8W/m·k，僅為原材質的1/24～1/30，冷卻水管內壁結構導致冷卻水換熱量大幅度降低和冷卻壁本體溫度大幅度上升，最終加速冷卻壁的損壞進程。

發(fā)明內容
針對傳統技術的上述三項不足，本發(fā)明的目的是提供一種新結構的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁來替代以上的冷卻壁(器)，這種新型冷卻壁用球墨鑄鐵或灰鑄鐵制作；冷卻水管材質選擇純銅材質無縫管，因此在制作時冷卻水管外表面不需要噴涂防滲碳涂層，消除了防滲碳涂層所帶來的熱阻；并且冷卻壁內的冷卻通道材質是高導熱率材質的純銅管，大幅度增加了冷卻壁的整體導熱性能，因而是一種全新的低熱阻高效冷卻壁，在高爐爐身以及其它窯爐所有部位均可以采用這種新型鑄鐵冷卻壁(器)取代傳統的冷卻壁，延長高爐壽命和提高高爐生產效益。同時本發(fā)明將提供這種新結構冷卻壁的制造方法。
完成上述發(fā)明任務的技術方案是新型低熱阻鑄鐵冷卻壁其特征在于冷卻壁本體材質是高熔點(≥1200℃)的球墨鑄鐵或灰鑄鐵，冷卻壁中的冷卻水通道由低熔點(1080℃)純銅管構成，在澆注冷卻壁時技術關鍵要保證低熔點的純銅管不被熔穿和熔化。
1.所述的冷卻水管，是抗?jié)B碳、高導熱率(340千卡/米·時·℃)、高延伸率(≥30)的純銅管；2.冷卻壁本體與純銅管外壁之間的間隙小于0.1mm；3.所述的純銅管選用6～8mm壁厚的純銅管。
由于球墨鑄鐵和灰鑄鐵的鐵水溫度在1300～1380℃，而純銅的熔點1083℃，如果采用傳統的鑄造方法，純銅管將在鐵水澆入時被融化，無法生產本發(fā)明的冷卻壁。本申請?zhí)峁┮韵鹿に?，新型低熱阻鑄鐵冷卻壁的制造方法將定型的純銅管放入按照冷卻壁外型需要制作的砂箱中固定；用球墨鑄鐵或灰鑄鐵的鐵水進行澆注的同時，對被澆注的純銅管進行惰化蒸氣冷卻，澆鑄成型。
以上所述的“對純銅管進行惰化蒸氣冷卻”可以采用以下方法1.澆口作為冒口除了考慮補縮作用外還要注意鑄造時鐵水熱量的平均分布；2.在被鑄入銅管的周圍布置一定數量的冷鐵，降低高溫鐵水對純銅管的沖刷熔化作用；3.在鑄造過程中對被鑄入的純銅管通以少量水，使其在被高溫鐵水加熱的銅管內產生蒸汽吸收大量熱量降低銅管所得到的熱量，降低銅管的溫度而防止銅管熔化；根據銅管截面將水量控制在0.5～2.0kg/min；本專利的水量控制在0.8kg/min；4.為了對銅管內通水產生的蒸汽均勻冷卻銅管的所有部分，在通水的同時必須要通入惰性氣體，一可以防止水蒸氣在純銅管內積留，二可以防止鑄造過程高溫對銅管的氧化；本專利推薦采用的惰性氣體是氮氣；惰性氣體的流速控制在8～15m/s。
本發(fā)明提供的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁及其制造方法改進了傳統高爐冷卻壁的結構和鑄造工藝，在鑄鐵材質中鑄入抗?jié)B碳、高導熱率(340千卡/米·時·℃)、高延伸率(≥30)、緩結垢的純銅管作為冷卻水水管；消除了防滲碳涂層帶來的熱阻，從而使冷卻水對冷卻壁本體的換熱效率增加；同時使用純銅冷卻水管其內壁結垢減緩，進一步提高鑄鐵冷卻壁的整體導熱性能，延長鑄鐵冷卻壁的壽命。


圖1、圖2分別為本發(fā)明結構示意圖的剖視圖和俯視圖；圖3為本發(fā)明鑄造砂箱及澆口示意圖。
具體實施例方式
實施例1，新型低熱阻鑄鐵冷卻壁，以及它的制造工藝(控制冷卻強度鑄造工藝)，參見圖1～圖3
新型低熱阻鑄鐵冷卻壁冷卻壁本體1材質是高熔點(≥1200℃)的球墨鑄鐵或灰鑄鐵，冷卻壁中的冷卻水通道2由低熔點(1080℃)純銅管構成。冷卻水管是抗?jié)B碳、高導熱率(340千卡/米·時·℃)、高延伸率(≥30)的純銅管；冷卻壁本體與純銅管外壁之間的間隙小于0.1mm；純銅管選用6～8mm壁厚的純銅管。
以上結構的制備方法步驟如下將定型的純銅管放入按照冷卻壁外型需要制作的砂箱3中固定；用球墨鑄鐵或灰鑄鐵的鐵水進行澆注的同時，對被澆注的純銅管進行惰化蒸氣冷卻，澆鑄成型。
以上所述的“對純銅管進行惰化蒸氣冷卻”采用以下方法采用雨淋鑄造澆口、分散在鑄入銅管長度的兩側。澆口作為冒口除了考慮補縮作用外還要注意鑄造時鐵水熱量的平均分布。
為了防止純銅管在鑄造加工過程中被熔化，所以首先要在被鑄入銅管的周圍布置一定數量的冷鐵，降低高溫鐵水對純銅管的沖刷熔化作用。
在澆注的同時隨通入銅管的惰性氣體與通水，水進入鑄造過程中被鐵水加熱的銅管內后產生蒸汽以此吸收高溫鐵水傳導到銅管的熱量防止銅管被熔化，根據銅管截面將水量控制在0.5～2.0kg/min。本實施例水量控制在0.8kg/min。
根據鑄造時澆注鐵水的溫度，在開始澆注前對銅管內通以惰性氣體(如氮氣)，惰性氣體的流速控制在8～15m/s。
鑄造成品切除澆口、冒口后，對銅管內表面處理。
新型低熱阻鑄鐵冷卻壁鑄造工藝的原理和注意事項
1、鑄造工藝的關鍵是必須對被鑄入的銅管進行冷卻，在不采取任何措施鑄造冷卻壁時，由于澆注的鋼水溫度遠大于被鑄入銅管的熔化溫度，即使鐵水凝固后其鐵水的熱容量也足以熔化被鑄入的純銅冷卻水管。因此在鑄造過程中對被鑄入的純銅管必須通以少量水，使其在被高溫鐵水加熱的銅管內產生蒸汽吸收大量熱量降低銅管所得到的熱量，也就是說降低銅管的溫度而防止銅管熔化。
2、同時為了對銅管內通水產生的蒸汽均勻冷卻銅管的所有部分，在通水的同時必須要通入惰性氣體，本專利使用的惰性氣體是氮氣，對鑄造過程中的銅管通水的同時一起通惰性氣體也防止在鑄造過程中銅管內壁的氧化。
3、鑄造時在銅管的一端同時通惰性氣體和水，銅管的另一端必須保證惰性氣體與水蒸汽的混合氣體排放沒有任何阻礙，防止混合冷卻氣體積聚于銅管內部產生安全事故。
權利要求
1.一種新型低熱阻鑄鐵冷卻壁，其特征在于，冷卻壁本體材質由球墨鑄鐵或灰鑄鐵構成，冷卻壁中的冷卻水通道由純銅管構成。
2.按照權利要求1所述的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁，其特征在于，所述的純銅管，是采用抗?jié)B碳、高導熱率、高延伸率、緩結垢的純銅管。
3.按照權利要求1所述的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁，其特征在于，所述的冷卻壁本體與純銅管外壁之間的間隙小于0.1mm。
4.按照權利要求1或2或3所述的高爐低熱阻鑄鐵冷卻壁，其特征在于，所述的所述的純銅管選用6～8mm壁厚的純銅管。
5.一種權利要求1所述的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁的制造方法，其步驟是將定型的純銅管放入按照冷卻壁外型需要制作的砂箱中固定；用球墨鑄鐵或灰鑄鐵的鐵水進行澆注的同時，對被澆注的純銅管進行惰化蒸氣冷卻，澆鑄成型。
6.按照權利要求5所述的高爐的低熱阻鑄鐵冷卻壁的制造方法，其特征在于，所述的“對純銅管進行惰化蒸氣冷卻”是指以下方法中的一種或幾種澆口作為冒口除了考慮補縮作用外還要注意鑄造時鐵水熱量的平均分布；在被鑄入銅管的周圍布置一定數量的冷鐵，降低高溫鐵水對純銅管的沖刷熔化作用；在鑄造過程中對被鑄入的純銅管通以少量水，使水受熱產生蒸汽；在通水汽化冷卻的同時通入惰性氣體防止銅管內壁被高溫氧化。
7.按照權利要求6所述的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁的制造方法，其特征在于惰性氣體的流速控制在8～15m/s；水量控制在0.5～2.0kg/min。
全文摘要
新型低熱阻鑄鐵冷卻壁，其特征在于冷卻壁本體材質由球墨鑄鐵或灰鑄鐵構成，冷卻壁中的冷卻水通道由純銅管構成。優(yōu)化方案的冷卻壁本體與純銅管外壁之間的間隙小于0.1mm。所述的新型低熱阻鑄鐵冷卻壁的制造方法，步驟是將定型的純銅管放入按照冷卻壁外型需要制作的砂箱中固定；用球墨鑄鐵或灰鑄鐵的鐵水進行澆注的同時，對被澆注的純銅管進行惰化蒸氣冷卻，澆鑄成型。本發(fā)明的低熱阻鑄鐵冷卻壁及其制造方法改進了傳統高爐冷卻壁的結構和鑄造工藝，消除了防滲碳涂層帶來的熱阻，使冷卻水對冷卻壁本體的換熱效率增加；同時使冷卻水管內壁結垢減緩，進一步提高了鑄鐵冷卻壁的整體導熱性能，延長了冷卻壁的壽命。
文檔編號B22D11/04GK1869568SQ20061003921
公開日2006年11月29日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權日2006年3月31日
發(fā)明者朱俊虹, 王東升, 張六喜 申請人:南京鋼鐵聯合有限公司