撇渣器的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种撇渣器的生产方法，在铜水中添加成渣剂和硅铁合金块；将冷却水管放入浇注模型中，在冷却水管中通过液态冷态介质和复合固体冷却介质；用铜水浇注冷却板基体，将冷却水管的中部浇注在基体内；在浇筑过程中让浇注模型横卧，冒口偏重一侧造型，模型合箱后将模型冒口一侧垫高；采用上下两层内浇口进行阶梯浇注，形成顺序凝固。可有效避免冷却水管在铸造过程中变形或局部熔穿；避免冷却板基体和冷却水管间产生气隙；避免发生完全重熔和完全再结晶，精确实现冷却水管外表面的微熔，提高冷却板的冷却效果；强化了铜基体的机械性能；降低撇渣器耐材表面的温度，间接降低了撇渣器服役环境的温度，提高了撇渣器使用寿命。
【专利说明】撇渣器的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种撇渣器的生产方法，具体讲是涉及一种应用于冶金行业的冷却装置，属于钢铁冶金行业【技术领域】。
【背景技术】
[0002]撇渣器，是促进高炉出铁过程中高温液态炉渣(1400-1500 °C )、铁水(1400-160(TC)有效分离的装置。撇渣器上接高炉主铁沟，下接支铁沟，旁路连接渣沟，在出铁场上处于核心节点位置，也是保证渣铁有效分离的唯一节点，对高炉出铁过程的稳定、顺行十分重要。从广义上来讲，撇渣器由前沟槽、砂坝、挡板(亦称为过梁或大闸)、过道、小井(铁水出口，接流向铁水罐的支沟)和放残铁孔道组成。当前，诸多学者将挡板简称为撇渣器。撇渣器的主要组成部分为内侧的不同性能的耐火材料及外侧的高温钢壳。撇渣器长期受到高温铁水的冲刷和炉渣的化学侵蚀，其服役环境十分恶劣。
[0003]在实际生产过程中，撇渣器被悬挂在充满了液态炉渣和铁水的主铁沟中，其底部与主铁沟之间有一个通道，即上述的过道，主铁沟内的炉渣和铁水因其密度不同(熔渣的密度3.0 t/m3，铁水的密度7.0t/m3),自然分层。对于炉渣，由于密度小浮在铁水的上面，被撇渣器挡住后转而流向渣沟；对于铁水，由于密度大沉在下面，可以通过撇渣器与主铁沟之间的间隙(即上文所述的过道)，流向铁沟。据此，撇渣器完成高温液态的炉渣、铁水的分流。
[0004]在高炉出铁过程中，撇渣器关系到高炉操作的稳定、顺行，在高炉炼铁过程的作用十分重要，撇渣器在服役过程中，主要经受以下几种因素的持续破坏:(1)高温铁水的机械冲刷；(2 )高温条件下的炉渣化学侵蚀；(3 )高炉间歇出铁、出渣时引发的热震侵蚀。三种因素交替作用，相互加强，大大降低了撇渣器的服役寿命。然而，随着现代高炉技术的不断发展，高炉呈现出明显的大型化趋势，出铁、出渣时间不断延长，伴随着高温条件下持续的机械冲刷和化学侵蚀，撇渣器的服役环境进一步恶化，加剧了撇渣器的破坏。在日常高炉炉前操作时，经常由于撇渣器工作不正常而直接影响到高炉生产，打乱了高炉正常生产节奏。由于撇渣器服役寿命达不到要求，造成炉前工艺休风与设备计划休风不同步，造成无计划休风率高、消耗高、产量低，因此对撇渣器的技术改进成为高炉的重中之重。
[0005]撇渣器损毁的主要表现形式为挡板下部的冲刷侵蚀、中间耐材开裂。直到挡板的下部被大量冲刷掉以后，炉渣从开裂通过并进入到后续的铁水沟中，失去撇渣功能。为避免这种情况，现场需要频繁的对撇渣器进行维修，既增加了人工成本、物料成本，也限制了高炉产量，给炼铁企业造成了较大的经济损失。如何进一步提高撇渣器寿命，已成为了广大炼铁工作者面临的一项紧迫技术难题。
[0006]鉴于对撇渣器服役环境的分析，其最大的破坏因素可归结于两点:(I)高温。高温条件及由此产生的热应力对耐材持续破坏,耐材易发生结构性剥落,耐材的持续剥落将危及耐材的服役寿命。另一方面，当高温间歇出现时，将对撇渣器形成强烈的热震侵蚀，加速了撇渣器耐材的剥落；(2)化学侵蚀。由于炉渣成分与耐材成分相似，根据“相似相溶”原理，材料在于炉渣接触的过程中，容易生成低熔点的化学物质，低熔点的化学物质在高温炉渣冲刷时迅速液化并进入炉渣，耐材此时发生了 “熔损”反应，高温环境进一步促使了熔损反应的进行，随着熔损反应持续进行，耐材的化学侵蚀过程持续发生。因而，提高撇渣器寿命的关键问题应该是降低其服役环境的温度，然而，现有的撇渣器尚未采取有效地降温手段，尚未找到降低其服役环境温度的有效措施。
[0007]鉴于对撇渣器服役环境和破坏机理的分析，提出延长撇渣器寿命的改进措施:对撇渣器的耐材采取强制冷却的方式，降低撇渣器耐材服役环境的温度。当耐材的温度降低后，可以有效减小热应力，以及由此引发的“热震”效应，进而延长撇渣器使用寿命。同时，也解决了上述的化学侵蚀问题，当炉渣与撇渣器的耐材发生化学反应时，形成的低熔点物质、未与耐材发生反应的炉渣也同时被冷却，基于已发生化学变化的反应层，炉渣被牢固地粘结在耐材上，形成了一层致密的半凝固状态的保护膜，保护膜导热性差，隔绝了高温炉渣与撇渣器耐材的直接接触，可以保护撇渣器免受高温侵蚀，在低温状态下，化学反应速率大大降低，降低了炉渣与耐材的化学侵蚀。
[0008]通过采取给撇渣器安装冷却器的方式，对撇渣器的耐材进行强化冷却，可直接降低撇渣器耐材的温度，促使耐材表面的炉渣发生冷凝，形成一层致密的半凝固状态的保护膜壳，对耐材形成一种“自保护”层，进而延长器使用寿命。传统的冷却器主要铸铁材质和纯铜材质。然而，当前使用最广泛的球墨铸铁冷却板存在以下不足:(1)球墨铸铁铸冷却板须在冷却通道外涂抹防渗碳涂层，使通道与基体之间形成气隙，而气隙使得冷却壁传热阻力增加1000以上，恶化传热效果，增加冷却板工作面温度，加速冷却壁的破损；(2)球墨铸铁基体上布满了大小不同的球状石墨(粒径0.025~0.150mm),球状石墨被氧化后将形成大量的微小孔洞，形成了发生裂缝和裂纹的诱因，降低冷却板服役寿命；(3)在浇铸大型球墨铸件时，C、S、P在柱状结晶过程中容易被推向液态区，在中心等轴晶区形成一个偏析物富集区，促进了基体裂纹的产生和扩展，不利于提高冷却板寿命；(4)当温度大于709°C时，球墨铸铁的基体组织将发生不 可逆相变，膨胀系数和内应力急剧增长，其破损速度加快；(5)球墨铸铁导热性和抗热震性能较差，其导热系数仅为30w.m-2 ^IT1,不利于冷却壁的高效冷却。然而，当冷却板的基体和冷却水管都采用金属铜时，也存在如下不足:(I)冷却水管也采用金属铜，进一步抬高了生产成本；(2)铜质冷却水管在铸造过程中容易发生熔穿和变形，生产过程成品率低；(3)铜基体在实际使用过程中由于强度低，在反复的受热膨胀、变形过程中，容易破损，进而发生漏水事故，造成安全隐患。
【发明内容】
[0009]目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种撇渣器的生产方法，撇渣器由双金属复合而成，主要包括冷却板基体和冷却水管，冷却板由无氧铜材质作为冷却板基体，由经过轧制的钢管作为冷却水管，铜基体与冷却水管一次铸造成型。
[0010]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种撇渣器的生产方法，其特征在于，所述撇渣器包括冷却基体和内置的冷却水管，冷却基体为长方体结构，冷却基体的底面和两对应侧面均匀平行分布有多个梯形体凹槽形成便于散热的翅片，冷却水管沿着冷却基体内部多次U形折弯连续布置，冷却水管的进水口和出水口均设置在冷却基体的上表面；所述冷却基体内部开设有多个通孔；生产方法包括以下步骤: (1)、采用中频感应炉冶炼铜水，在冶炼铜水末期，分二次加入成渣剂，使其均匀覆盖在铜水表面；
(2)、在铜水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40mm的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加；
(3)、配制复合固体冷却介质，配制好后，将复合固体冷却介质在大气环境下，进行高温灼烧，灼烧温度控制在900-1300°C，去除烧结成块的粘结物；
(4)、配备可循环利用的液态冷却介质；
(5)、将经过轧制的冷却水管按要求放入浇注模型中，在冷却水管的两端通过耐高温的软管外接高压水泵，高压水泵的压力为5-15Mpa ;在铜水浇注前，预先在冷却水管内通入循环的液态冷却介质，在铜水浇注过程中，将复合固体冷却介质加入到循环的液态冷却介质中，以保证冷却水管表面微熔；
(6)、用加入硅铁合金块的铜水浇注冷却板基体，将冷却水管的中部浇注在冷却板基体中，两端从基体内伸出，控制铜水过热度在40-80°C范围；
(7)、在造型过程中，让浇注模型横卧，冒口偏重一侧造型，模型合箱后将模型冒口一侧垫高，使整体砂箱与地面成10-15度；在浇注过程中采用上下两层内浇口进行阶梯浇注，两层内浇口的间隔为10-50cm，据此控制冷却板的凝固过程，促使其形成顺序凝固；
(8 )、冷却，卸掉模型，撇渣器制成。
[0011]所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述硅铁合金块的成分和质量百分比为:稀土元素15-20%、硅20-30%、铁50-65% ;硅铁合金块加入比例为1-1Okg/吨铜水。
[0012]所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述复合固体冷却介质的组分和质量百分比为，Cr2O3:45-47%, SiO2:1_2%，CaO:0.5-1%, FeO:20-30%, MgO: 10-15%，AL2O3:10-20%，余量为粒度70-100目的碳粉。
[0013]所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述的复合固体冷却介质，其加入量为:1-1Okg/吨铜水。
[0014]所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:成渣剂的原料组分和质量百分比为30-50% 的 CaO, 10-30% 的 SiO2, 4-10% 的 AL, 15_25%A1203，10-15% 的 MgO0
[0015]所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述的液态冷却介质，其流速为1-1Om/
So
[0016]所述的冷却水管的横截面为椭圆形，所述的椭圆形的短轴和长轴的长度之比为
0.5—0.7 o
[0017]有益效果:本发明提供的撇渣器的生产方法，采用本发明可以有效避免冷却水管在铸造过程中发生变形或熔穿；避免冷却板基体和冷却水管间产生气隙；避免冷却水管在铸造过程中发生完全重熔和完全再结晶，破坏冷却水管原有的轧制性能；精确实现冷却水管外表面的微熔，解决了冷却水管在浇注过程中熔穿和内表面氧化问题，延长冷却板寿命进而延长高炉撇渣器的寿命，节约生产成本；使得钢质冷却水管与铜质冷却板基体紧密结合，提高冷却板的抗变形能力；控制凝固方式，实现顺序凝固，提高冷却板的机械性能；采用双金属复合的方式，强化了铜基体的机械性能。采取对撇渣器的耐材进行强制冷却的方式，可对撇渣器耐材形成立体式的三维冷却效果，降低撇渣器耐材表面的温度，间接降低了撇渣器服役环境的温度，降低了高温和化学侵蚀对撇渣器耐材的破坏，提高了撇渣器使用寿命；具有以下优点:
(1)撇渣器采用了铜基体，与普通铸铁冷却板相比，铜的导热性能更好。整体上提升了冷却板的冷却能力，进而可以降低冷却水的使用量；
(2)采用经过轧制的钢冷却水管，避免了冷却水管在铸造过程中容易发生熔穿，且成品率低下的问题(铜的熔点约为1083°C，钢的熔点约为1530°C，所以在铸造过程中，埋入的钢管遇到液态铜时不会发生熔穿)；
(3)冷却水管与基体一次铸造成型，减少了焊接过程，提高了生产效率，降低了生产成
本；
(4)冷却水管采用多次弯曲的方式，可对撇渣器耐材形成立体式的三维冷却效果，降低撇渣器耐材表面的温度，间接降低了撇渣器服役环境的温度，从而延长其使用寿命；
(5)铜基体上有多个通孔，在保证基体强度的同时，减少了金属铜的消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1和图2为本发明的结构示意图。
[0019]图中:冷却板基体1、冷却水管2、翅片3、通孔4。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0021]如图1和图2所示，为一种撇渣器，包括冷却基体I和内置的冷却水管2，所述冷却基体I为长方体结构，所述冷却基体的底面和两对应侧面均匀平行分布有多个梯形体凹槽形成便于散热的翅片3，所述冷却水管2沿着冷却基体I内部多次U形折弯连续布置，冷却水管2的进水口和出水口均设置在冷却基体的上表面；所述冷却基体内部开设有多个长方体通孔4 ;由无氧铜作为冷却板基体,基体内置经过轧制的钢管作为冷却水管。
[0022]本发明撇渣器的生产方法，包括以下步骤:(I)采用中频感应炉将铜块冶炼为铜水，当炉内的铜块完全熔化至“清水”状态时，为冶炼末期，按照每吨铜水加入30-60kg成渣剂的比例向铜水表面加入成渣剂，分为两次平均加入，两次加入时间相隔1-3分钟；
成渣剂的原料组分和质量百分比为30-50%的CaO，10-30%的SiO2, 4-10%的AL，15-25%A1203，10-15% 的 MgO0
[0023](2)、在铜水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30_40mm的硅铁合金块，按照每吨铜水加入1-1Okg硅铁合金块的比例，采用机械喷入的方式添加，避免合金漂浮在熔化的成渣剂上，合金添加完毕后，静置，等待浇注；
硅铁合金块的成分和质量百分比为:稀土元素15-20%、硅20-30%、铁50-65%。
[0024](3)、配制复合固体冷却介质，配制好后，将复合固体冷却介质在大气环境下，进行高温灼烧，灼烧温度控制在900-1300°C，时间控制在1-3分钟，边灼烧，边搅动复合固体冷却介质，并及时去除烧结成块的粘结物；
复合固体冷却介质的组分和质量百分比为，Cr2O3:45-47%, SiO2:1_2%，CaO:0.5-1%,FeO:20-30%, MgO: 10-15%，AL2O3:10-20%，其余量为粒度 70-100 目的碳粉。
[0025](4)、配备可循环利用的液态冷却介质，其主要成分为耐高温无机油A ；
(5)、将经过轧制的冷却水管按要求放入浇注模型中，在冷却水管的两端通过耐高温的软管外接高压水泵，高压水泵的压力为5-15Mpa ;在铜水浇注前，预先在冷却水管内通入循环的液态冷却介质，在铜水浇注过程中，将复合固体冷却介质加入到循环的液态冷却介质中，以保证冷却水管表面微熔；
(6)、用加入硅铁合金块的铜水浇注冷却板基体，将冷却水管的中部浇注在冷却板基体中，两端从基体内伸出，温度控制在1120-1160°C，使铜水过热度在40-80°C范围；
(7)、在造型过程中，让浇注模型横卧，冒口偏重一侧造型，模型合箱后将模型冒口一侧垫高，使整体砂箱与地面成10-15度；在浇注过程中采用上下两层内浇口进行阶梯浇注，两层内浇口的间隔为10-50cm，控制冷却板的凝固过程，促使其形成顺序凝固；
(8)、将上述浇注好的冷却板放在阴凉避风处自然冷却24小时后，卸掉模型，完成的铜基体内铸入钢冷却水管的部分。
[0026]本发明打破传统的气体冷却模式，避免使用当前不得已而采用的对材料性能不利的内冷铁块，实现精确控制吸热量，保证冷却水管2外表面不发生重熔和再结晶，解决了冷却水管2在浇注过程中熔穿和氧化的问题，促使冷却水管2表面在浇注过程中微熔，并使得冷却水管2在浇注后与冷却板基体I紧密结合，保持了冷却水管2在原有轧制条件下的晶粒形态和结构性能，保持了冷却水管2原有的良好的轧制性能。并且，可以根据不同的需要，改变复合固体冷却介质的配比，改变传热效率，从而控制冷却水管2的表面微熔，保证结合效果。
[0027]本发明提供的撇渣器的生产方法，基于铜-钢双金属熔合而成，采用无氧铜作为冷却板基体，采用轧制的钢管作为冷却水管，基体与冷却水管一次铸造成型，包括:在铜水中添加成渣剂和硅铁合金块；将冷却水管放入浇注模型中，在冷却水管中通过液态冷态介质和复合固体冷却介质；用铜水浇注冷却板基体，将冷却水管的中部浇注在基体内；在浇筑过程中让浇注模型横卧，冒口偏重一侧造型，模型合箱后将模型冒口一侧垫高；采用上下两层内浇口进行阶梯浇注，形成顺序凝固；冷却，卸掉模型。本发明可有效避免冷却水管在铸造过程中变形或局部熔穿；避免冷却板基体和冷却水管间产生气隙；避免发生完全重熔和完全再结晶，精确实现冷却水管外表面的微熔，提高冷却板的冷却效果；通过内置的轧制钢管，强化了铜基体的机械性能。可对撇渣器耐材形成立体式的三维冷却效果，降低撇渣器耐材表面的温度，间接降低了撇渣器服役环境的温度，降低了高温和化学侵蚀对撇渣器耐材的破坏，提高了撇渣器使用寿命。
[0028]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种撇渣器的生产方法，其特征在于，所述撇渣器包括冷却基体和内置的冷却水管，冷却基体为长方体结构，冷却基体的底面和两对应侧面均匀平行分布有多个梯形体凹槽形成便于散热的翅片，冷却水管沿着冷却基体内部多次U形折弯连续布置，冷却水管的进水口和出水口均设置在冷却基体的上表面；所述冷却基体内部开设有多个通孔；生产方法包括以下步骤: (1)、采用中频感应炉冶炼铜水，在冶炼铜水末期，分二次加入成渣剂，使其均匀覆盖在铜水表面； (2)、在铜水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40mm的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加； (3)、配制复合固体冷却介质，配制好后，将复合固体冷却介质在大气环境下，进行高温灼烧，灼烧温度控制在900-1300°C，去除烧结成块的粘结物； (4)、配备可循环利用的液态冷却介质； (5)、将经过轧制的冷却水管按要求放入浇注模型中，在冷却水管的两端通过耐高温的软管外接高压水泵，高压水泵的压力为5-15Mpa ;在铜水浇注前，预先在冷却水管内通入循环的液态冷却介质，在铜水浇注过程中，将复合固体冷却介质加入到循环的液态冷却介质中，以保证冷却水管表面微熔； (6)、用加入硅铁合金块的铜水浇注冷却板基体，将冷却水管的中部浇注在冷却板基体中，两端从基体内伸出，控制铜水过热度在40-80°C范围； (7)、在造型过程中，让浇注模型横卧，冒口偏重一侧造型，模型合箱后将模型冒口一侧垫高，使整体砂箱与地面成10-15度；在浇注过程中采用上下两层内浇口进行阶梯浇注，两层内浇口的间隔为10-50cm，据此控制冷却板的凝固过程，促使其形成顺序凝固； (8 )、冷却，卸掉模型，撇渣器制成。
2.根据权利要求1所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述硅铁合金块的成分和质量百分比为:稀土元素15-20%、硅20-30%、铁50-65% ;硅铁合金块加入比例为1-1Okg/吨铜水。
3.根据权利要求1所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述复合固体冷却介质的组分和质量百分比为，Cr2O3:45-47%, SiO2:1_2%，CaO:0.5-1%, FeO:20-30%, MgO: 10-15%，AL2O3:10-20%，余量为粒度70-100目的碳粉。
4.根据权利要求1所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述的复合固体冷却介质，其加入量为:1-1Okg/吨铜水。
5.根据权利要求1所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:成渣剂的原料组分和质量百分比为 30-50% 的 CaO, 10-30% 的 SiO2, 4-10% 的 AL, 15_25%A1203，10-15% 的 MgO0
6.根据权利要求1所述的撇渣器的生产方法，其特征在于:所述的液态冷却介质，其流速为 1-lOm/s。
【文档编号】C21B7/14GK103611921SQ201310644765
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】王志斌, 潘宏伟, 樊旭初, 邢涛 申请人:江苏联兴成套设备制造有限公司