专利名称：高导热铜钢复合铸造高炉冷却壁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高导热铜钢复合铸造高炉冷却壁，是由冷却壁本体(1)、镶入的铜件(2)、冷却水管(3)及其它连接件组成。是高炉炉体的重要冷却设备，该发明属炼铁技术领域。
背景技术：
在高炉冶炼过程中，在炉腹、炉腰及炉身下部，由于砖衬损坏，导致冷却壁表面直接暴露在炉内，受到剧烈的热负荷作用和冲击、渣铁侵蚀、强烈的煤气流冲刷和炉料的机械磨损等，所以此区域的冷却壁是历来冷却壁破损最严重的部位。严重影响高炉的使用寿命。
传统的冷却壁的材质分别为灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁、铜和铸钢。铸铁冷却壁的材质为灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁等，由于在长期高温下使用时，由于热疲劳产生龟裂，冷却水管的渗碳、生铁的晶粒长大等原因，使用寿命较低；铸钢冷却壁的材质为普通低碳钢，有整体铸造型、铸焊结合型、无缝钢管镶嵌铸造等型式，其寿命较铸铁冷却壁有所提高，但其冷却能力还有所不足，相应铸钢冷却壁寿命提高也就有限；铜冷却壁的材质为铜，铜具有最高的导热率，约为钢和铸铁的10倍，因此铜冷却壁具有良好的冷却能力和较长的使用寿命，但价格昂贵，难于广泛推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种在高低温强度、韧性、耐磨性等方面优于铜、铸铁和普通铸钢，在导热性优于铸铁和铸钢，使用寿命长，制造成本低的新型高炉冷却壁—高导热铜钢复合铸造高炉冷却壁。
本发明的目的是这样实现的第一，本发明将导热率高出钢铁近10倍的铜镶嵌铸造入冷却壁本体中，将冷却壁高温受热面和冷却水管直接连为一体，使受热面接收的热能很快地通过铜件传导到冷却水中而被带走，而且与铜件侧面接触的钢本体上的热能也可以传导到铜件上，进而传导到水管上而被水带走，从而大大地提高了冷却壁的冷却能力。
第二，本发明冷却壁本体材质为微合金化钢，由于加入V、Ti、Nb等微合金化元素，使这种铸钢的综合性能得到提高。V、Ti、Nb等元素加入低碳钢后，与C、N可以形成MC(C，N)型化合物，使高温和低温强度得到提高，韧性得到改善。抗氧化，热疲劳性能，耐磨性也得到提高。同时，钢的导热性随含碳量的提高而降低，而微合金化的结果使钢基体中的含碳量降低，导热率得到提高，使冷却壁的力学和物理化学性能均优于普通低碳钢冷却壁。
第三，被镶嵌复合铸造入冷却壁的冷却水管在此前对外表面进行喷涂锌、铝或热镀锡，使水管外表面在铸造中与冷却壁本体之间形成冶金结合，以消除结合间隙，利于消除热阻，提高冷却壁的冷却能力。
第四，所镶铸入的铜件用钢板或钢管包覆的，钢板或钢管的表面是经喷涂锌、铝或热镀锡处理的，它们与铜件和冷却壁本体间均形成冶金结合，并在铸造时使铜件不被钢水熔化掉。
第五，所镶铸入的铜件在冷却壁本体铸成后先经喷涂锌、铝或热镀锡处理后，再镶铸铜件，保证铜件和冷却壁本体间均形成冶金结合。
本发明具有以下特点①冷却壁本体材料为自主开发的高强度铸钢新材料，其中关键区域采用铜介质，即能靠铸钢抵抗渣铁侵蚀、强烈的煤气流冲刷和炉料的机械磨损，又能靠铜实施高效冷却，建立无过热冷却体系，在冷却壁表面形成稳定渣皮，用渣皮保护冷却壁。该技术实现了高强度高冷却的有机结合，满足高炉长寿要求。
②设计灵活，冷却壁的结构形式可多样化，可设计为适于大、中型高炉采用的双排管捣料型或镶砖型冷却壁，也可可设计为适于小型高炉的普通捣料型或镶砖型冷却壁，以满足大、中、小型高炉的不同技术要求。
③高导热铜钢复合铸造高炉冷却壁同时兼顾经济的要求，投资低，最终实现高效、经济、合理长寿。该技术市场潜力大和市场价值高，经济效益可观。
图1 I型冷却壁主视2 I型冷却壁左视3 I型冷却壁剖面4 II型冷却壁主视5 II型冷却壁左视6 II型冷却壁剖面7 III型冷却壁主视8 III型冷却壁左视9 III型冷却壁剖面10 IV型冷却壁主视11 IV型冷却壁左视12 IV型冷却壁剖面图上述图均为高导热铜钢复合铸造高炉冷却壁结构示意图，以上各图中(1)为冷却壁本体，其材质为微合全化低碳钢的成分为wt％Fe99.22～98.57％C0.15～0.25％Si0.20～0.40％ Mn 0.30～0.60％P ≤0.04％ S≤0.04％V/Ti/Nb(单独或组合加入)0.05～0.10％(2)为铜件。(3)为冷却水管。(4)为镶铸耐火砖或耐火捣料。
具体实施例方式
实施例1如图1、图2、图3所示，镶嵌铸入的铜件(2)分布呈行、列式排列，并与水管(3)焊为一体，形成一个高导热的热传导系统，(4)为镶铸耐火砖或耐火捣料，其原理如前所述。而其它常规结构体根据高炉炉型具体设计。其冷却壁本体(1)微合全化低碳钢的成分为wt％Fe99.22～98.57％ C 0.15～0.25％Si0.20～0.40％ Mn0.30～0.60％P ≤0.04 S ≤0.04V/Ti/Nb0.05～0.10实施例2如图4、图5、图6所示，冷却壁本体(1)微合全化钢的成分如实施例1。镶嵌铸入的铜件(2)，镶嵌结构在实施例1的基础上增加宽度与冷却水管平行的铜件(2)，冷端与水管(3)连为一体，热端与燕尾槽槽底相通，(4)为镶铸耐火砖或耐火捣料。进一步提高冷却壁的冷却能力。
实施例3如图7、图8、图9所示，冷却壁冷面为冷却壁本体(1)，其材质微合金化钢的成分如实施例1。冷却壁燕尾槽的肋臂全为镶嵌铸入的铜件(2)。(3)为冷却水管，(4)为镶铸耐火砖或耐火捣料。
实施例4如图10、图11、图12所示，冷却壁冷面为冷却壁本体(1)，其材质微合金化钢的成分如实施例1。冷却壁的热面全为镶嵌铸入的铜件(2)。(3)为冷却水管，(4)为镶铸耐火砖或耐火捣料。
权利要求
1.一种高导热铜钢复合铸造高炉冷却壁由冷却壁本体(1)、镶入的铜件(2)、冷却水管(3)及其它连接件组成。其特征是冷却壁本体及镶入的铜件和冷却水管是用复合铸造工艺方法制造为一体的。
2.根据权利要求1所述的冷却壁，其特征在于镶入的铜件(2)为纯铜制作。
3.根据权利要求1所述的冷却壁，其特征在于冷却壁本体(1)是由V、Ti、Nb等微量元素合金化的低碳钢铸造而成的。
4.根据权利要求1所述的冷却壁，其特征在于是冷却水管(3)的外表面是经过喷涂锌、铝或热镀锡处理，在铸造过程中使其与冷却壁本体(1)之间形成冶金结合而无间隙。
5.根据权利要求1所述的冷却壁，其特征在于所镶入的铜件(2)是用钢板或钢管包覆的，钢板或钢管的表面是经喷涂锌、铝或热镀锡处理的，它们与铜件(2)和冷却壁本体(1)间均形成冶金结合。
6.根据权利要求1所述的冷却壁，其特征在于冷却壁本体(1)先经喷涂锌、铝或热镀锡处理后，再镶铸铜件(2)，保证铜件(2)和冷却壁本体(1)间均形成冶金结合。
全文摘要
高导热铜钢复合铸造高炉冷却壁。由纯铜和微合金化钢，用复合铸造的方法制造成，具有高导热性和刚性，高温强度和耐磨性，良好的抗热震和耐炉渣冲刷的能力；镶铸入的水管表面作喷涂锌、铝或热镀锡处理，使冷却水管外表面与本体间形成冶金结合；镶入的铜件与冷却水管焊接或铸造在一起；进出水管、保护管与高炉炉壳的连接固定方式，依据炉型和用户要求设计而成。本发明公开的高炉冷却壁具有优于其它非铜材质冷却壁的冷却能力，其高温强度、耐冲刷性和抗热震性优于其它各种材质的冷却壁，可满足现代大中型高炉长寿达15年的要求。该发明属炼铁技术领域。
文档编号C21B7/10GK1456687SQ0312099
公开日2003年11月19日 申请日期2003年3月27日 优先权日2003年1月9日
发明者崔庆礼, 孙健, 钱世崇 申请人:孙健