渣沟冷却器的生产方法

渣沟冷却器的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种渣沟冷却器的生产方法，包括以下步骤：冷却板基体内铸入轧制钢管冷却水管；铸造铸钢板；冷却板基体和冷却水管结合体上装配外置铸钢板；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。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；通过外置起加强作用的铸钢板，强化了铜基体的机械性能，延长冷却板寿命进而延长渣沟寿命。
【专利说明】渣沟冷却器的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种渣沟冷却器的生产方法，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]在炼铁高炉生产过程中，渣沟是高温液态炉渣(1400-1500°C )排放的唯一通道，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，其主要组成部分为内侧的不同性能的耐火材料(一般只包含永久层和工作层)及外侧的钢壳，内侧的耐火材料与高温液态炉渣直接接触，服役环境十分恶劣。渣沟在服役过程中，主要经受以下几种因素的破坏作用:(1)高温液态熔渣的机械冲刷；(2 )炉渣的化学侵蚀；(3 )高炉间歇排渣时引发的热震侵蚀。三种因素交替作用，相互加强，大大降低了渣沟的服役寿命。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，出渣量时间不断延长，伴随着高温炉渣的机械冲刷和化学侵蚀，渣沟的服役环境进一步恶化，加剧了渣沟的破坏。目前各炼铁厂均提出使用寿命要求不休风一次通铁量30万吨(寿命周期过程中不得制模修补)，要求很高，现场需要频繁的对渣沟进行维修，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。如何进一步提高渣沟寿命，已成为了广大炼铁工作者面临的一项紧迫技术难题。
[0003]鉴于对渣沟服役环境的分析，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，将对渣沟形成强烈的热震侵蚀，加速了渣沟耐材的剥落；(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，随着熔损反应地持续进行，耐材的化学侵蚀过程持续发生。因而，提高渣沟寿命的关键问题应该是降低其服役环境的温度，然而，现有的渣沟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。
[0004]鉴于对渣沟服役环境和破坏机理的分析，提出延长渣沟寿命的改进措施:对渣沟的耐材采取强制冷却的方式，降低渣沟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，进而延长渣沟使用寿命。同时，也解决了上述的化学侵蚀问题，当炉渣与渣沟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，通过反应层，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，隔绝了高温炉渣与渣沟耐材的直接接触，可以保护渣沟免受高温侵蚀，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。
[0005]通过采取给渣沟安装冷却器的方式，对渣沟的耐材进行强化冷却，可直接降低渣沟耐材的温度，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 ? K—1，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】

[0006]目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种渣沟冷却器的生产方法，渣沟冷却器包括冷却板基体、冷却水管和铸钢板。
[0007]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种渣沟冷却器的生产方法，所述渣沟冷却器包括无氧铜材质的冷却板基体、轧制钢管冷却水管和与基体相咬合的起加强作用的铸钢板，生产方法包括以下步骤: A)冷却板基体内铸入轧制钢管冷却水管:
(al)、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；
(a2)、在铜水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40_的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加；
(a3)、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；
(a4)、配备可循环利用的液态冷却介质；
(a5)、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；
(a6)、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；
(a7)、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；
(a8)、冷却，卸掉模型，冷却板基体和冷却水管结合体制成；
B)铸造铸钢板: (bl)、采用中频感应炉冶炼钢水，在冶炼钢水末期，分二次加入成渣剂，使其均匀覆盖在铜水表面；
(b2)、在钢水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40_的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加；
(b3)、融合二级阶梯浇注和倾斜浇注的优势，即在造型过程中，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，据此控制凝固过程，促使其形成顺序凝固；
(b4)、冷却，卸掉模型，完成铸钢板的制作；
C)冷却板基体和冷却水管结合体上装配外置铸钢板:
(Cl)将上述已经完成的冷却板基体和冷却水管结合体部分预热到200-350°C，预热过程在密封的加热炉内完成，加热炉在升温前需通入氩气吹扫，氩气量为加热炉有效容积的1.5-2倍；加热过程中加热炉内持续通入循环氩气，氩气流量为每分钟10-30L/min，升温速率控制在5-10°C /min ；
(c2)达到预热温度后，从加热炉内取出冷却板基体和冷却水管结合体部分，将带有“燕尾”的铜基体外置铸钢板沿着冷却板基体内表面的“燕尾槽”插入，插入后将装配后的整体及时送入加热炉，在加热炉内冷却到100°C以下，取出冷却至室温；
(c3)冷却至室温后，在燕尾槽的空隙内，灌入碳素捣打料并捣打密实，使得冷却板基体和铸钢板无缝咬合接触；即得成型的渣沟冷却器。
[0008]所述的渣沟冷却器的生产方法，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。
[0009]所述的渣沟冷却器的生产方法，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。
[0010]所述的渣沟冷却器的生产方法，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。
[0011]所述的渣沟冷却器的生产方法，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 MgO;所述的成渣剂的加入比例为30-60kg/吨铜水。
[0012]所述的渣沟冷却器的生产方法，其特征在于:所述的液态冷却介质，其流速为1-lOm/s。
[0013]有益效果:本发明提供的渣沟冷却器的生产方法，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渣沟的寿命，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，强化了冷却器的冷却效果，同时强化了铜基体的机械性能；采取对渣沟的耐材进行强制冷却的方式，降低了高温和化学侵蚀对渣沟耐材的破坏，提高了渣沟使用寿命；双金属强化冷却板包括无氧铜基体、经过轧制的钢冷却水管、与铜基体相互咬合的铸钢板，冷却板由无氧铜作为冷却板基体，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；铜基体与外置的冷却钢板以物理连接的方式相互咬合，并在咬合的“燕尾槽”区域注入碳素捣打料；这种新型冷却板具有以下优势:
(1)冷却板采用了铜基体，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)与纯铜冷却板相比，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)与轧制纯铜冷却板相比，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)在铜基体的内部埋入钢管，外部“咬合”铸钢板的方式，提高了冷却板的抗变形的能力和机械性能，进而延长冷却板的使用寿命；
(5)铜基体与外部“咬合”的铸钢板采用物理连接的方式，产品的运输、安装都较简便。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1和图2为本发明渣沟冷却器的结构示意图。
[0015]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】
[0016]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0017]如图1和图2所示，为一种渣沟冷却器，包括冷却基体1、冷却水管2和铸钢板3，冷却基体的断面为半圆环形结构，包括内环面4、外环面5、两个半圆环断面6和两个矩形断面7 ;所述内环面4上均匀分布有多个平行设置的燕尾形凹槽8 ;所述铸钢板3形状尺寸与冷却基体I相配合，下表面设置有多条与内环面上燕尾形凹槽相配合的突起的燕尾肋片9 ；所述冷却基体自一矩形断面7穿入内部均匀正交往返穿设相连通的冷却水管3，所述冷却水管的进水口和出水口分别开设在两个矩形断面7上。
[0018]本发明渣沟冷却器的生产方法，包括以下步骤:
A)冷却板基体内铸入轧制钢管冷却水管:
(al)、采用中频感应炉将金属铜块冶炼为铜水，当炉内的铜块完全熔化至“清水”状态时，视为冶炼末期。此时，按照每吨铜水加入30-60kg的原则向铜水表面加入成渣剂，平均分为两次加入，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 MgO ；
(a2)、在铜水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40_的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加；
(a3)、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；
(a4)、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 ； (a5)、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；
(a6)、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；
(a7)、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；
(a8)、冷却，卸掉模型，冷却板基体和冷却水管结合体制成；
B )铸造铸钢板:
(bl)、采用中频感应炉冶炼钢水，在冶炼钢水末期，分二次加入成渣剂，使其均匀覆盖在铜水表面；
(b2)、在钢水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40_的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加；
(b3)、融合二级阶梯浇注和倾斜浇注的优势，即在造型过程中，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，据此控制凝固过程，促使其形成顺序凝固；
(b4)、冷却，卸掉模型，完成铸钢板的制作；
C)冷却板基体和冷却水管结合体上装配外置铸钢板:
(Cl)将上述已经完成的冷却板基体和冷却水管结合体部分预热到200-350°C，预热过程在密封的加热炉内完成，加热炉在升温前需通入氩气吹扫，氩气量为加热炉有效容积的
1.5-2倍；加热过程中加热炉内持续通入循环氩气，氩气流量为每分钟10-30L/min，升温速率控制在5-10°C /min ；
(c2)达到预热温度后，从加热炉内取出冷却板基体和冷却水管结合体部分，将带有“燕尾”的铜基体外置铸钢板沿着冷却板基体内表面的“燕尾槽”插入，插入后将装配后的整体及时送入加热炉，在加热炉内冷却到100°C以下，取出冷却至室温；
(c3)冷却至室温后，在燕尾槽的空隙内，灌入碳素捣打料并捣打密实，使得冷却板基体和铸钢板无缝咬合接触；即得成型的渣沟冷却器。
[0019]所述的渣沟冷却器的生产方法，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。
[0020]所述的渣沟冷却器的生产方法，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。
[0021]所述的渣沟冷却器的生产方法，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。
[0022]所述的渣沟冷却器的生产方法，其特征在于:所述的液态冷却介质，其流速为1-lOm/s。[0023]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】
1.一种渣沟冷却器的生产方法，所述渣沟冷却器包括无氧铜材质的冷却板基体、轧制钢管冷却水管和与基体相咬合的起加强作用的铸钢板，生产方法包括以下步骤: A)冷却板基体内铸入轧制钢管冷却水管: (al )、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； (a2)、在铜水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40_的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加； (a3)、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； (a4)、配备可循环利用的液态冷却介质； (a5)、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； (a6)、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； (a7)、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； (a8)、冷却，卸掉模型，冷却板基体和冷却水管结合体制成； B)铸造铸钢板: (bl)、采用中频感应炉冶炼钢水，在冶炼钢水末期，分二次加入成渣剂，使其均匀覆盖在铜水表面； (b2)、在钢水出炉前，在感应炉内一次性添加粒度为30-40_的硅铁合金块，采用机械喷入的方式添加； (b3)、融合二级阶梯浇注和倾斜浇注的优势，即在造型过程中，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，据此控制凝固过程，促使其形成顺序凝固； (b4)、冷却，卸掉模型，完成铸钢板的制作； C)冷却板基体和冷却水管结合体上装配外置铸钢板: (Cl)将上述已经完成的冷却板基体和冷却水管结合体部分预热到200-350°C，预热过程在密封的加热炉内完成，加热炉在升温前需通入氩气吹扫，氩气量为加热炉有效容积的1.5-2倍；加热过程中加热炉内持续通入循环氩气，氩气流量为每分钟10-30L/min，升温速率控制在5-10°C /min ； (c2)达到预热温度后，从加热炉内取出冷却板基体和冷却水管结合体部分，将带有“燕尾”的铜基体外置铸钢板沿着冷却板基体内表面的“燕尾槽”插入，插入后将装配后的整体及时送入加热炉，在加热炉内冷却到100°C以下，取出冷却至室温； (c3)冷却至室温后，在燕尾槽的空隙内，灌入碳素捣打料并捣打密实，使得冷却板基体和铸钢板无缝咬合接触；即得成型的渣沟冷却器。
2.根据权利要求1所述的渣沟冷却器的生产方法，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所述的渣沟冷却器的生产方法，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所述的渣沟冷却器的生产方法，其特征在于:所述的复合固体冷却介质，其加入量为:l_10kg/吨铜水。
5.根据权利要求1所述的渣沟冷却器的生产方法，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 MgO ;所述的成渣剂的加入比例为30-60kg/吨铜水。
6.根据权利要求1所述的渣沟冷却器的生产方法，其特征在于:所述的液态冷却介质，其流速为l-10m/s。
【文档编号】B22D19/00GK103615901SQ201310644842
【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, 陈和平, 潘宏伟, 程树森, 邢涛 申请人:江苏联兴成套设备制造有限公司