[发明专利]电炉水冷铸钢炉盖的铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金高温炉窑，具体讲是涉及一种用于冶金高温炉窑的电炉水冷铸钢炉盖的铸造方法，属于炼钢冶金技术领域。

背景技术

电炉水冷炉盖是为冶金高温炉窑提供冷却的设备，能够保护冶金高温炉窑免受炉体内高温流体的侵蚀和机械磨损，延长冶金高温炉窑寿命，保证其安全稳定生产。冷却设备一旦出现问题，冶金高温窑炉必须全面停产检修，将会带来重大经济损失。所以，电炉水冷炉盖的寿命和性能决定冶金高温炉窑的寿命，是冶金高温炉窑长寿高效、节能的重要保证。

当前国内外冶金工业普遍采用的电炉水冷炉盖材质以铸铁为主，但是，铸铁电炉水冷炉盖存在诸多不足。以使用最广泛的球墨铸铁电炉水冷炉盖为例，其存在以下不足：(1)球墨铸铁电炉水冷炉盖必须在冷却通道外附加防渗碳涂层，使通道与基体之间形成气隙，而气隙使得电炉水冷炉盖传热阻力显著增加，恶化电炉水冷炉盖的传热效果，增加电炉水冷炉盖工作面温度，加速电炉水冷炉盖的破损；(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)，球状石墨被氧化后相当于形成了无数微小的孔洞，构成了发生裂缝和裂纹的发源地，加速了裂缝和裂纹的扩展，从而导致电炉水冷炉盖使用寿命变短，增加资源消耗，不利于电炉水冷炉盖长寿、节能；(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，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，促进了球墨铸铁裂缝或裂纹的产生和扩展，不利于电炉水冷炉盖长寿；(4)球墨铸铁的线膨胀系数在600℃以下变化较平稳，但在600℃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℃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30w·m^-2·K^-1，不利于电炉水冷炉盖的高效冷却。

由于铸钢材料的特殊性和浇注工艺的难度，因此国外对电炉水冷铸钢炉盖在冶金工业的应用问题研究较少，其研究成果较少见诸报导。但是，由于国内冶金工业对电炉水冷炉盖需求很大，并且基于铸钢材料的优越性，对电炉水冷铸钢炉盖进行了初步研究。

国内个别企业对电炉水冷铸钢炉盖的生产进行了实践，但结果差强人意。主要原因包含五个方面，第一，在浇注电炉水冷炉盖的过程中，冷却水管极易被高温钢水熔穿，废品率高；第二，在浇注过程中，在冷却水管外表面焊接大量冷铁，冷铁在浇筑过程中熔化不完全，破坏冷却水管和电路水冷炉盖基体的整体机械性能，并促使气隙产生，严重恶化电炉水冷炉盖的传热性能；第三，在浇注过程中，冷却水管内部易发生氧化，产品质量大大降低；第四，钢水洁净化技术在电炉水冷铸钢铸钢一次浇注成型过程中缺乏系统研究，产品性能不稳定；第五，冶金工业的电炉水冷炉盖属于厚大铸件，而厚大铸件的气孔、疏松、偏析等质量缺陷在铸造行业一直尚未完全解决。另外，针对电炉水冷铸钢炉盖的热处理工艺缺乏系统研究，尚未提出热处理规范。因此，电炉水冷铸钢炉盖成品率很低，性能不佳，寿命也不长。

目前，有些文献从理论上对电炉水冷铸钢炉盖及其类似的炉盖进行了研究，主要侧重于传热分析、建立数学模型优化设计，对电炉水冷铸钢炉盖发展起到了积极的推动作用。但电炉水冷铸钢炉盖的实际生产过程中存在的问题涉及到诸多方面，其应用和推广需要综合考虑各个方面：建立数学模型进行传热学计算，基体材料的选择，设计参数的选择，钢水洁净化冶炼，铸钢冷却凝固控制，电炉水冷铸钢炉盖热处理，性能检测和评估等。单纯从某一个角度考虑并不能很好的解决问题，需要交叉多学科的基本原理进行系统研究。由于上述限制，目前对于铸钢在电炉水冷炉盖上的应用还是不能达到工业应用的要求。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用新的铸钢基体材料取代传统的铸铁材料，采用新的制造工艺克服气隙热阻的产生，打破传统的气体冷却模式，避免使用当前不得已而采用的内冷铁块，实现精确控制吸热量，保证冷却水管外表面不发生重熔和再结晶，促使冷却水管表面在浇注过程中微熔，并使得冷却水管在浇注后与基体紧密结合；优化控制电炉水冷铸钢炉盖的铸造工艺，有效减少元素偏析；通过添加特殊合金和优化热处理工艺提高电炉水冷铸钢炉盖性能的电炉水冷铸钢炉盖的铸造方法。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电炉水冷铸钢炉盖的铸造方法，其特征在于采用铸钢材料浇注基体和冷却水管，包括以下步骤：