一种高炉冷却壁及其制造方法与流程

本发明涉及高炉冷却壁领域，是一种在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁中“铸入”紫铜棒或紫铜梳形板或紫铜波纹板或紫铜多折板或者紫铜传热原件的冷却壁及其制造方法。

背景技术：

在中国乃至世界范围内，炼铁高炉使用的冷却壁大致有以下几种：一是灰铸铁冷却壁；二是球墨铸铁冷却壁；三是铸铜（下面所述“铜”皆指紫铜或者1#电解铜）冷却壁；四是铜板坯钻孔冷却壁；五是铸钢冷却壁；六是铜钢复合式冷却壁。在铜钢复合式冷却壁中又有铜板与钢板通过机械方式复合的（即通过螺栓或者铆钉进行复合的）、铜板与铸铁（球墨铸铁）或者铸钢通过铸造方式复合的，以及铜板与钢板通过爆炸焊接方式复合的三种。在当前，灰铸铁冷却壁、球墨铸铁冷却壁、铸铜冷却壁和铜板坯钻孔冷却壁是主流产品，使用量较大；其中灰铸铁冷却壁主要使用在高炉炉缸部位；铸铜冷却壁起初主要使用在炉缸铁口周围，随后有的高炉也将其使用在容易发生“象脚”侵蚀的炉缸环带上，也有在炉腹、炉腰及炉身下部高温区域使用的案例，当前某大型高炉已经打算在炉缸全面应用；球墨铸铁冷却壁和铜板坯钻孔冷却壁以及铸钢冷却壁，主要使用在高炉炉腹、炉腰及炉身下部高温区域，其中铸钢冷却壁主要在一些小型高炉（现在指1000立方米以下的高炉）使用；铜板与钢板通过机械方式复合的铜钢复合式冷却壁已经在山东济钢2#350立方米高炉经过了实际应用，但还未大面积推广；铜板与铸铁或者铸钢通过铸造方式复合的，以及铜板与钢板通过爆炸焊接方式复合的铜钢复合式冷却壁，目前仍在研制开发之中，还未见实际试用的报道。

由于高炉炉腹、炉腰及炉身下部是高炉的高温区域，也是高炉冷却壁最容易损坏的区域。上世纪90年代以前上述区域全是使用灰铸铁冷却壁，由于其寿命较短，自上世纪90年代初开始大面积推广使用球墨铸铁冷却壁，但其寿命仍不尽人意，至上世纪90年代末又开始开发铸钢冷却壁，由于铸钢冷却壁与球墨铸铁冷却壁对比，其使用寿命虽有提高但仍不十分明显，其原因在于，两者导热性能相近，其传热效率均不能满足高炉冷却壁长寿的需要，因此，自2000年起特别是在大型高炉开始推广使用铜板坯钻孔冷却壁，使用这种铜冷却壁后炉体寿命有了明显延长，但就其紫铜材质本身来讲肯定是造价较高，特别是一些小型高炉仍然显得难以接受；另外，通过研究发现，高炉不管是采用什么材质的冷却壁，只有“热面”即朝向炉内的一面（即直接接触高温的一面）才容易损坏，而“冷面”即朝向炉壳的一面不容易损坏，由此看出，如果高炉使用“全紫铜冷却壁”（铸铜冷却壁和铜板坯钻孔冷却壁）实际上也是一种“浪费”，因为冷却壁的“冷面”不容易损坏，因此，其“冷面”就没有必要采用高级的紫铜材料，完全可以采用铸铁或者铸钢或者普通钢材，只要在“热面”采用优质紫铜材料就可以了，这就是当前业内竞相研究开发铜钢复合式冷却壁的原因所在。特别是铜板与钢板通过机械方式复合的冷却壁已经通过了实际应用的检验，证明是完全可行的。鉴于铜板与钢板通过机械方式复合的铜钢复合式冷却壁成功应用的经验，发明人提出一种更加简单的“复合”方式：即选用经过轧制的组织密度更高的导热性能更好的紫铜棒或者紫铜板作为冷却壁传热材料，将其“铸入”铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁中，制成一种新型复合式冷却壁，这种冷却壁不仅能够大幅度降低造价，而且能够大幅度提高铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁的使用寿命，非常有利于降低钢铁企业建设成本、生产成本及维修费用。

从机械设计手册中查到：紫铜的导热系数为338千卡，而铸铁（球墨铸铁）或者铸钢的导热系数仅为40~80千卡，充分说明铸铁（球墨铸铁）或者铸钢其导热或称传热性能比紫铜相差甚远；发明人曾经参与过关于球墨铸铁和铸钢冷却壁传热方面的实验，通过实验得知：当球墨铸铁冷却壁“热面”即朝向炉内的一面，在带有一层60mm的粘土砖情况下，其表面温度达到938℃时，其冷却壁的“冷面”即朝向炉壳的一面的表面温度为88℃，冷却水温差1.10℃；铸钢冷却壁“热面”即朝向炉壳的一面，同样在带有一层60mm的粘土砖情况下，其表面温度1121℃时，其冷却壁的“冷面”即朝向炉壳的一面的表面温度为59℃，冷却水温差1.66℃；通过上述参数对比能够说明在冷却水流速、流量相同的情况下铸钢冷却壁的传热（冷却）效果要优于球墨铸铁冷却壁；不难想象，如果在球墨铸铁或者铸钢冷却壁内从内表面（热面）到外表面（冷面）再“铸入”许多紫铜棒或紫铜板，就能够更好地将其“热面”的热量向后传递，并且通过冷却水将热量带走，其铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁的传热效率（冷却效果）将会大大提高，而且还会降低冷却壁内表面（热面）温度，只要冷却壁内表面（热面）温度有所降低就容易凝结具有保护作用的“渣皮”，就能够提高铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁的使用寿命，就能够为钢铁企业降低生产成本、降低维修费用。

技术实现要素：

本发明的目的和技术任务是针对已有高炉铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁的不足和全铜冷却壁造价高的问题，提供一种在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁中“铸入”紫铜棒或紫铜梳形板或紫铜波纹板或紫铜多折板或者紫铜传热原件的冷却壁以及其制造方法，为高炉提供一种低成本低造价又长寿的冷却壁，为钢铁企业提高经济效益。

所述的一种高炉冷却壁及其制造方法的第一种实现形式，是在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体中“铸入”紫铜棒。它的主要构件有铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体、冷却水管、冷却水出水管、冷却水进水管、紫铜棒、耐火材料；冷却水管两端分别与冷却水出水管和冷却水进水管的一端连通，冷却水管整体及冷却水出水管和冷却水进水管的一端被铸造在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体中；紫铜棒的一端被铸造在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体中，另一端的空隙间填充有耐火材料。

所述的冷却水管、冷却水出水管、冷却水进水管可以分段制造并通过焊接方式将其连通，也可以选取整根水管通过折弯方式制成。

所述的耐火材料可以在铸有紫铜棒的冷却壁浇铸完成后，通过浇筑或者捣打方式填充（属于“冷镶”工艺）；也可以在铸造前先通过浇筑或者捣打耐火材料将紫铜棒的一端（即需要填充耐火材料的一端）先“埋入”耐火材料中，然后浇铸铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体使之成为一体（属于“热镶”工艺）；还可以将铸有紫铜棒的冷却壁先安装到高炉上，然后通过炉内喷涂的方法将耐火材料填充在紫铜棒之间；所述的耐火材料可以是碳素捣打料或碳化硅捣打料，也可以是铝碳质捣打料或者浇注料，还可以使用喷涂料，还可以依照紫铜棒之间的具体尺寸制成异型耐火砖并通过镶嵌的方法砌筑上去（属于真正的冷镶砖工艺）。

所述的紫铜棒可以直接采用完全等径的紫铜棒，也可以在紫铜棒圆周上加工出若干个环形凹槽，还可以在其圆周加工上螺纹，以便于增加换热面积。

所述的铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体在其浇铸时，应该将浇铸温度控制在接近铁水或者钢水凝固的临界温度（1150℃）时进行，同时结合采用较快的浇铸速度，以防止紫铜棒被熔化。

所述的紫铜棒可以采取向两端延长的方法解决散热和防止熔化问题，等铸造完成后再将延长部分切掉；也可以利用特制的砂箱，将紫铜棒的非铸造“铸入”端的端部放在砂箱的网格板上以促进其散热；还可以在砂箱内通过专门设置钢板条的方法以帮助紫铜棒进行散热。

所述的紫铜棒是沿冷却水管两侧进行布置的；每个紫铜棒之间（纵向和横向）的布置间距为30mm—150mm；所述的紫铜棒的直径为20mm—70mm；紫铜棒的长度＝铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体的厚度＋耐火材料的厚度，耐火材料的厚度＝紫铜棒在耐火材料内的长度，为50mm—150mm。

所述的一种高炉冷却壁及其制造方法的第二种实现形式，是将紫铜梳形板与铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体进行结合，相当于用紫铜梳形板代替第一种实现形式中所述的紫铜棒；紫铜梳形板横向使用，其梳齿铸入铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体，在若干梳背之间填充耐火材料；梳齿的长度等于铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体的厚度，梳背的宽度等于耐火材料的厚度，为50mm—150mm；紫铜梳形板的厚度为20mm—50mm，若干紫铜梳形板之间的平行排列距离为50mm—150mm，梳齿与梳齿之间的距离为30mm—150；为了解决铸造后收缩不一致的问题，可以将紫铜梳形板沿双点划线所指位置切开以预留收缩缝；也可以以双点划线所指位置为边界制成“单齿”形状的组件，在铸造前打砂箱时再进行拼装，并在梳背的双点划线所指位置预留出收缩缝；所述的紫铜梳形板也可以竖着用或斜着用。

所述的各紫铜梳形板之间的耐火材料可以在铸有紫铜梳形板的冷却壁浇铸完成后，通过浇筑或者捣打方式填充（属于“冷镶”工艺）；也可以在铸造前先通过浇筑或者捣打耐火材料将紫铜梳形板的梳背先“埋入”耐火材料中，然后浇铸铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体使之成为一体（属于“热镶”工艺）；还可以将铸有紫铜梳形板的冷却壁先安装到高炉上，然后通过炉内喷涂的方法将耐火材料填充在紫铜梳形板之间，还可以按照紫铜梳形板与紫铜梳形板之间的具体尺寸制成异型耐火砖，并采用镶嵌的方法砌筑上去（属于真正的冷镶砖工艺）。

所述的一种高炉冷却壁及其制造方法的第三种实现形式，是将紫铜波纹板或紫铜多折板与铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体进行结合，相当于用紫铜波纹板或紫铜多折板代替第一种实现形式或第二种实现形式中所述的紫铜棒或紫铜梳形板；其紫铜波纹板或紫铜多折板上有用于穿冷却水管的孔或用于跨过冷却水管的开口；紫铜波纹板或紫铜多折板横向使用，其带有用于穿冷却水管的孔或带有用于跨过冷却水管的开口的一侧铸入铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体，其无孔侧（以附图中横向双点划线所示部位为界）各紫铜波纹板或紫铜多折板之间填充耐火材料（其耐火材料的选择和填充方法参照紫铜梳形板所述执行）；紫铜波纹板或紫铜多折板的厚度为10mm—30mm，每个紫铜波纹板或紫铜多折板之间平行排列的间隔距离为50mm—150mm；所述的紫铜波纹板或紫铜多折板也可以竖着用或斜着用。

本发明的一种在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁中“铸入”紫铜棒或紫铜梳形板或紫铜波纹板或紫铜多折板或者紫铜传热原件的冷却壁与现有技术相比，具有以下突出的优点和有益效果：该冷却壁是通过将紫铜棒或紫铜梳形板或紫铜波纹板或紫铜多折板或者紫铜传热原件“铸入”铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁的方法，将紫铜棒或紫铜梳形板或紫铜波纹板或紫铜多折板以及紫铜传热原件良好的导热性能和传热优势发挥在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁上，能够最大限度地将冷却壁内表面（热面）的热量向后传递，并且迅速通过冷却水将热量带走，因此，能够提高铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁的换热效率和冷却效果，能够降低冷却壁内表面（热面）温度，只要冷却壁内表面温度有所降低，就容易凝结具有保护作用的“渣皮”，就能够提高铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁使用寿命，就能够为钢铁企业降低生产成本、降低维修费用。该冷却壁制造工艺简单，只要在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁的浇铸过程中解决好紫铜棒或紫铜梳形板或紫铜波纹板或紫铜多折板或者紫铜传热原件的散热问题并控制好浇铸温度和浇铸速度就能够实现，其造价明显要比铜板坯钻孔冷却壁和铸铜冷却壁低很多，其使用寿命至少要比球墨铸铁冷却壁或铸钢冷却壁提高一倍以上。

附图说明

附图1是本发明铸有紫铜棒的冷却壁纵剖面示意图；

附图2是本发明铸有紫铜棒的冷却壁横剖面示意图；

附图3是带有环形凹槽的紫铜棒的示意图；

附图4是紫铜“梳形板”示意图；

附图5是紫铜波纹板主视示意图；

附图6是紫铜波纹板俯视示意图；

附图7是带有“用于跨过冷却水管的开口”的紫铜波纹板的俯视示意图；

附图8是紫铜多折板主视示意图；

附图9是紫铜多折板俯视示意图；

附图10是带有“用于跨过冷却水管的开口”的紫铜多折板的俯视示意图。

附图标记说明：图中1、铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体，2、冷却水管，3、冷却水出水管，4、冷却水进水管，5、紫铜棒，6、耐火材料，7、环形凹槽，8、紫铜梳形板，9、梳齿，10、梳背，11、双点划线，12、紫铜波纹板，13、用于穿冷却水管的孔，14、紫铜多折板，15、用于跨过冷却水管的开口。

具体实施方式

参照说明书及附图并结合具体实施例，对本发明的一种高炉冷却壁及其制造方法作以下详细地说明。

实施例一：在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）中“铸入”紫铜棒（5），其主要构件有铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）、冷却水管（2）、冷却水出水管（3）、冷却水进水管（4）、紫铜棒（5）、耐火材料（6）；冷却水管（2）两端分别与冷却水出水管（3）和冷却水进水管（4）的一端连通，冷却水管（2）整体及冷却水出水管（3）和冷却水进水管（4）的一端被铸造在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）中；紫铜棒（5）的一端被铸造在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）中，另一端的空隙间填充有耐火材料（6）。

所述的冷却水管（2）、冷却水出水管（3）、冷却水进水管（4）可以分段制造并通过焊接方式将其连通，也可以选取整根水管通过折弯方式制成。

所述的耐火材料（6）可以在铸有紫铜棒（5）的冷却壁浇铸完成后，通过浇筑或者捣打方式填充（属于“冷镶”工艺）；也可以在铸造前先通过浇筑或者捣打耐火材料（6）将紫铜棒（5）的一端先“埋入”耐火材料（6）中，然后浇铸铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）使之成为一体（属于“热镶”工艺）；还可以将铸有紫铜棒（5）的冷却壁先安装到高炉上，然后通过炉内喷涂的方法将耐火材料（6）填充在紫铜棒（5）之间；所述的耐火材料（6）可以是碳素捣打料或碳化硅捣打料，也可以是铝碳质捣打料或者浇注料，还可以使用喷涂料，还可以依照紫铜棒（5）之间的具体尺寸制成异型砖，在冷却壁浇铸完成后通过镶嵌的方法砌筑上去（属于真正的冷镶砖工艺）。

所述的紫铜棒（5）可以直接采用完全等径的紫铜棒，也可以在紫铜棒圆周上加工出若干个环形凹槽（7），还可以在其圆周加工上螺纹，以便于增加换热面积。

所述的铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）在其浇铸时，应该将浇铸温度控制在接近铁水或者钢水凝固的临界温度（1150℃）时进行，同时结合采用较快的浇铸速度，以防止紫铜棒（5）被熔化。

所述的紫铜棒（5）可以采取向两端延长的方法解决散热和防止熔化问题，等铸造完成后再将延长部分切掉；也可以利用特制的砂箱，将紫铜棒（5）的非铸造“铸入”端的端部放在砂箱的网格板上以促进其散热；还可以在砂箱内通过专门设置钢板条的方法以帮助紫铜棒（5）进行散热。

所述的紫铜棒（5）是沿冷却水管（2）两侧进行布置的，每个紫铜棒（5）之间（纵向和横向）的布置间距为30mm—150mm；所述的紫铜棒的直径为20mm—70mm；紫铜棒的长度＝铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体的厚度＋耐火材料的厚度，耐火材料的厚度＝紫铜棒在耐火材料内的长度，为50mm—150mm。

实施例二：是将紫铜梳形板（8）与铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）进行结合，相当于用紫铜梳形板（8）代替实施例一中所述的紫铜棒（5）；紫铜梳形板（8）横向使用，其梳齿（9）铸入铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1），在若干梳背（10）之间填充耐火材料；梳齿（9）的长度等于铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）的厚度，梳背（10）的宽度等于耐火材料的厚度，为50mm—150mm；紫铜梳形板（8）的厚度为20mm—50mm，若干紫铜梳形板（8）之间的平行排列距离为50mm—150mm，梳齿（9）与梳齿（9）之间的距离为30mm—150；为了解决铸造后收缩不一致的问题，可以将紫铜梳形板（8）沿双点划线（11）所指位置切开以预留收缩缝；也可以以双点划线（11）所指位置为边界制成“单齿”形状的组件，在铸造前打砂箱时再进行拼装，并在梳背（10）的双点划线（11）所指位置预留出收缩缝；所述的紫铜梳形板（8）也可以竖着用或斜着用。

所述的各紫铜梳形板（8）之间的耐火材料可以在铸有紫铜梳形板（8）的冷却壁浇铸完成后，通过浇筑或者捣打方式填充（属于“冷镶”工艺）；也可以在铸造前先通过浇筑或者捣打耐火材料将紫铜梳形板（8）的梳背（10）先“埋入”耐火材料中，然后浇铸铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）使之成为一体（属于“热镶”工艺）；还可以将铸有紫铜梳形板（8）的冷却壁先安装到高炉上，然后通过炉内喷涂的方法将耐火材料填充在紫铜梳形板（8）之间；还可以按照紫铜梳形板（8）与紫铜梳形板（8）之间的具体尺寸制成异型耐火砖，并采用镶嵌的方法砌筑上去（属于真正的冷镶砖工艺）。

实施例三：是将紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）与铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1）进行结合，相当于用紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）代替实施例一和实施例二中所述的紫铜棒（5）或紫铜梳形板（8）；其紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）上有用于穿冷却水管的孔（13）或用于跨过冷却水管的开口（15）；紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）横向使用，其带有用于穿冷却水管的孔（13）或带有用于跨过冷却水管的开口（15）的一侧铸入铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体（1），其无孔侧（以附图中横向双点划线所示部位为界）各紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）之间填充耐火材料（其耐火材料的选择和填充方法参照紫铜梳形板所述执行）；紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）的厚度为10mm—30mm，每个紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）之间平行排列的间隔距离为50mm—150mm；所述的紫铜波纹板（12）或紫铜多折板（14）也可以竖着用或斜着用。

以上详细描述了本发明三种较佳的具体的实施例。不管是采用圆形、矩形、方形还是多边形甚至“棒槌形”紫铜棒，还是采用整体式紫铜梳形板或者单齿组合式紫铜梳形板，还是采用紫铜波纹板或者紫铜多折板，也不管其厚度或者直径是否超出本专利给定的范围，只要是在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁本体中铸造有紫铜棒或者紫铜梳形板或者紫铜波纹板、紫铜多折板，以及在铸铁（球墨铸铁）或者铸钢冷却壁中铸入（埋设）用于加速传热的紫铜原件的，均属于本发明专利的保护范围；并且本领域普通技术人员无需付出创造性的劳动就可以根据本发明的构思另外作出诸多修改和变化的，或者本领域技术人员依照本发明的构思在现有技术的基础之上通过逻辑分析、推理或者是有限次的实验所得到的技术方案，也应属于本发明所确定的保护范围之内。