专利名称：一种铸钢空腔水冷式炉腰冷却板制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷却板制作工艺，特别是涉及一种铸钢空腔水冷式炉腰冷却板制作工艺。
背景技术：
目前我国冶金行业引进的一批高炉项目在国内广泛地使用，有很多的设备配件比如铸钢空腔水冷式炉腰冷却板仍然依赖进口，而进口配件不但价格昂贵，且交货不及时，对高炉正常运行和检修造成了很大的影响。目前国内普遍采用焊接式制作铸钢空腔水冷式炉腰冷却板，本体与钢套采用分体制作拼装成型，采用这种制造方法生产的冷却板，在特定高温下工作，焊缝极易产生裂缝，导致漏水，影响了高炉的正常运行。铸钢冷却板目前主要应用在现代大型高炉的炉体结构中，目前国内外高炉使用的冷却板主要的以铸铜冷却板为主，由于铸铜冷却板造价昂贵，高炉成本一直降不下来，各铸铜冷却板的价格是铸钢冷却板价的十倍以上。大设计院也引进日本的设计方案，采用铸钢冷却板使用，但在制造技术工艺上得不到解决，生产以 来的冷却板达不到技术要求钢液里面的夹渣物，得不到有效的控制，材料密度得不到提高易产生漏水的现象，国内有很多单位采用焊接式的方法制作，由于冷却板持久高温工作，焊缝易产生裂纹，导致冷却板漏水影响高炉正常运行，在高炉冷却系统上一直克服不了这种难题。以使 用最广泛的球墨铸铁冷却板为例(I)球墨铸铁冷却板制造过程中必须在埋入的冷却水管外附加防渗碳涂层，使水管与基体之间形成气隙，显著增加传热阻力，提升冷却板工作面温度，恶化冷却板的冷却效果，加速冷却板破损。(2 )球墨铸铁基体上布满了大小不同的球状石墨(粒径O. 025 O. 150mm),球状石墨被氧化后相当于形成了无数微小的孔洞，形成了裂缝和裂纹的发源地，加速了裂缝和裂纹的扩展，从而缩短冷却板使用寿命，增加资源消耗，不利于冷却板长寿节能。(3)在浇铸大型球墨铸铁件时，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，使铸件表面和中心的延伸率存在较大差异，表面延伸率大于中心部位一倍以上，促进了裂缝和裂纹的产生和扩展，不利于冷却板长寿。(4)球墨铸铁的线膨胀系数在600°C以下变化较平稳，但在600°C以上则随温度的升高而发生急剧的不可逆“生长”，当温度大于709°C时基体组织发生了相变，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都较差，其导热系数仅为30 W · m-2K-l，不利于冷却板的高效冷却。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种铸钢空腔水冷式炉腰冷却板制作工艺，有效的采用一种新型的制作工艺来进行降低钢液里面的夹渣物，提高钢液的纯静电和密度，大幅度提高导热系数和机械性能，同时又能保持冷却板钢套与本体一次性成型，优化外形的形状，方便了安装，提高了整体的强度。为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是一种铸钢空腔水冷式炉腰冷却板制作工艺，其特征在于包括以下步骤
(1)模具制作，
(2)弯管制作，
(3)造型，
(4)元素配比，在钢水中加入重量比Crl3-17%、Ni7.5_9%、Mn7_10%进行浇铸，
(5)、冶炼，
(6)、浇铸，
(7)、整理，
(8)、半成品试压，
(9)、机加工，
(10)、包装，
(11)、成品。本发明有益效果是1、熔点高(铸铁熔点1150°C，铸钢熔点1450°C)具有较好的导热性、塑性、韧性和良好的焊接性；
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)，球状石墨被氧化后相当于形成了无数微小的孔洞，形成了裂缝和裂纹的发源地，加速了裂缝和裂纹的扩展，增加资源消耗；铸钢组织均匀、致密，其伸长率内外基本一致；
3、在浇铸大型球墨铸铁件时，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，使铸件表面和中心的延伸率存在较大差异，表面延伸率大于中心部位一倍以上，促进了裂缝和裂纹的产生和扩展；在大型铸钢件上不会出现表面和中心伸长率差别太大的问题；对于低碳铸钢还具有独特的屈服现象，它可使局部承受应力重新分布，使应力集中处的应力得到松弛，使铸钢抵抗热应力的能力得到提高；
D、球墨铸铁的线膨胀系数在600°C以下变化较平稳，但在600°C以上则随温度的升高而发生急剧的不可逆“生长”，当温度大于709°C时基体组织发生了相变，膨胀系数和内应力急剧增长，其破损速度加快；铸钢在600 1000°C其线胀系数的变化趋势平稳，并不随温度提高而显著增长，因而具有较高的高温体积稳定性和抗裂纹破损性能；
E、铸钢的耐热疲劳性能相当于球墨铸铁的3.5 8. 5倍，有利于阻止裂纹的产生和扩展；铸钢导热性优于球墨铸铁，其基体内无球状石墨，从根源上避免了因球状石墨氧化后形成的孔洞助长裂纹的问题。本发明制造的铸钢冷却板使用寿命可达8 10年，是铸铁冷却板的3 5倍。
图1为本发明结构图。图2为本发明内腔水道截面示意图。图3本体与钢套连接铸件图。图4铸件本体的工艺铸造孔图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的内容作进一步说明，参照图1-图4所示，该铸钢冷却板本体内设置内腔水道，钢套与本体整体成型，主要增强了设备的机械性能和强度，提高材料的密度。在持久高温下工作，设备不变形、不漏水，延长了使用寿命，达到了铜冷却板的使用效果，大幅降低了生产和检修成本。本发明的铸钢空腔水冷式炉腰冷却板采用了铸件冒口系统的自补方式，结合压补的浇铸方法完成，在制造过程中，造型工艺尤为重要，浇冒口与浇道必须采用瓷管浇道，冒口位置的放置必须按工艺图纸操作。泥芯采用一种超低碳树脂配砂制作，其加入量不得超过规定的标准，否则当钢水进入型腔时，就会产生一股气体侵入钢液中，导致产品报废，制造泥芯时，气路的放置更加重要，采用网状金属管弯制而成，放在泥芯中间，保证泥芯中的气体顺利排放。冶炼技术是本发明的重要组成部分，是决定产品质量的关键因素。在冶炼过程中，必须严格按照工艺规定执行，再在熔炼炉的设备上进行创新，在熔炼炉炉体上设计安装一套钢液净化器，来提高钢液的纯净度，确保钢液中无气体，无夹渣物，控制材料中的S、P达到最低标准，(S ≤ O.01，P≤O. 01)。具体的出钢顺序，熔炼温度达到1650°C以上，再切断电源镇静几分钟，进入钢液净化器内净化，直至浇铸温度，而后采用型腔浇道直接连接净化器出口进行浇铸，克服了空气中水分对钢液的侵入，保证了铸件产品材料中无气孔、无针孔现象，提高了材料的密度和金相组织，达到了试压要求的标准。基体材料中的化学成分的配比，直接影响到产品机械性能、金相组织结构、材料的强度和密度。通过多次实验表明，在铸钢冷却板的材料配比过程中，必须要添加合理的稀有金属如重稀土 Re、Ni等元素进行细化晶粒，从而达到金相组织结构严密，提高材料密度。在添加金属元素的过程中，必须要严格控制温度和添加顺序才能达到理想的效果。关于这方面的理论数据，由于涉及保密点，不便公开。热处理是产品生产过程中一个重要环节，铸钢冷却板铸造完毕后必须按照工艺进行热处理。第一步进行正火，温度按步骤升到90(TC，保温2小时出炉空冷；第二步300°回火，随炉冷却，按上述步骤操作，提高了产品材料的物理性能和机械性能。 本发明铸钢冷却板内水道的清砂处理，采用喷砂方法，从工艺孔进行喷射，使水道壁平整光滑，冷却板在工作的过程中，水道内无任何阻力。工艺孔的堵塞焊接工艺是先对工艺孔进行加工去毛刺，按工艺要求，制作焊缝坡口采用氩弧焊焊接，成型后，封闭水道进出口进行水压试验，压力3. OMPa保压30分钟无冒汗现象。采用铸钢材料取代球墨铸铁材料生产制造新型冷却板，因冷却板处在高炉的最高温区域，在钢水中加入Crl3-17%、Νi7. 5-9%, Mn7 10%等进行浇铸，提高了冷却板的抗高温蠕变性能、抗热冲击性能、抗热疲劳性能；
2、通过铸钢工艺技术，解决冷却板基体与冷却水管无气隙熔合浇铸问题。冷却板的冷却水管通常采用的是热轧20#钢，原铸铁冷却板高温铸铁与冷却水管熔合时，由于铁的含碳量为3. 6%左右，而热轧20#钢的含碳量仅为O. 2%左右。因此，两者熔合时，冷却水管表面发生了剧烈的侵蚀和渗透，使水管表面增碳、硬化，使冷却板基体与冷却水管间产生气隙，导热性能严重下降；同时又因铸铁与钢的线膨胀系数不一致，两者熔合时容易导致冷却水管破裂、闭合。为防止上述情况发生，原来的处理方式一般采用，在埋入的冷却水管外附加防渗碳涂层O. 3-0. 5mm，这样的结果是水管与铸铁基体之间形成气隙，传热阻力显著增加，提升冷却板的工作面温度，恶化冷却板冷却效果，加速冷却板破损。
在普通钢水中加入适量Cr、RE等元素，制成铸钢，该铸钢的含碳量以及线膨胀系数与冷却水管保持基本一致，让钢水与冷却水管进行直接浇注，使之紧密结合，达到热阻为
O,从而增加冷却效果。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1. 一种铸钢空腔水冷式炉腰冷却板制作工艺，其特征在于包括以下步骤(1)模具制作，(2)弯管制作，(3)造型，(4)元素配比，在钢水中加入重量比Crl3-17%、Ni7.5_9%、Mn7_10%进行浇铸，(5)、冶炼，(6)、浇铸，(7)、整理，(8)、半成品试压，(9)、机加工，(10)、包装，(11)、成品。
全文摘要
本发明公开了一种铸钢空腔水冷式炉腰冷却板制作工艺，其特征在于包括以下步骤(1)模具制作，(2)弯管制作，(3)造型，(4)元素配比，在钢水中加入重量比Cr13-17%、Ni7.5-9%、Mn7-10%进行浇铸，(5)冶炼，(6)浇铸，(7)整理，(8)半成品试压，(9)机加工，(10)包装，(11)成品。本发明提供了一种铸钢空腔水冷式炉腰冷却板制作工艺，降低了钢液里面的夹渣物，提高钢液的纯静电和密度，大幅度提高导热系数和机械性能，同时又能保持冷却板钢套与本体一次性成型，优化外形的形状，方便了安装，提高了整体的强度。
文档编号C22C38/58GK103045782SQ201210571348
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者程树森, 王志斌, 严其虎, 朱大胜, 徐东 申请人:江苏联兴成套设备制造有限公司