[发明专利]一种冷却壁及其加工方法

说明书

本发明公开了一种冷却壁及其加工方法，属于冷却壁领域。本发明的加工工艺，包括以下步骤：一、冷却壁木模制作；二、砂型制作及冷却水管的排布：将冷却壁木模放入砂箱中，振实型砂造型，取出冷却壁木模形成型腔，将冷却水管排布在该型腔内；冷却水管包括第一冷却水管、第二冷却水管和第三冷却水管；三、向型腔中注入钢液开始浇铸；四、浇铸后冷却成型。本发明克服冷却壁容易发生冷却水管熔穿的不足，通过在冷却壁内铺设多层冷却管增强冷却效果，并严格控制加工过程，有效防止冷却水管熔穿，使其达到“熔而不化”且“无缝隙熔合”的技术效果。

技术领域

本发明涉及冷却壁技术领域，更具体地说，涉及一种冷却壁及其加工方法。

背景技术

炼铁高炉中大量使用冷却壁砌就，作为新一代高炉冷却壁的铸钢冷却壁与目前普遍采用的球墨铸铁冷却壁相比，具有延伸率高、抗拉强度高、熔点高、抗热冲击性及整体导热性能好等优点。铸铁冷却壁基体与冷却水管材质相差很大，受基体材质和铸造工艺的限制，基体与冷却水管之间存在0.1～0.3mm的气隙，导致热阻增大。然而，铸钢冷却壁基体与冷却水管材质相同或相近，特别的铸造技术使冷却水管的外壁与基体熔合为一体无缝隙，而内壁不熔化、不变形。铸钢冷却壁基体与冷却管道融为一体，消除了球墨铸铁冷却壁中基体与冷却管之间的间隙，减少了热阻，从而提高了高炉的使用寿命。用机械解剖和金相显微镜观察熔合交界区域无气隙和夹层，其组织为冶金结合组织。

铸钢冷却壁的基体材质为熔点很高的低碳合金钢，一般都选用与基体材质相同或相近的低碳钢热轧无缝钢管作为冷却管道，以取得良好的导热效果。由于冷却管道的形状根据冷却壁的具体使用场合往往设计成复杂不规则的形状，所以一般只能采用铸造工艺生产，然而在铸造过程中，即使采用常用的气冷、油冷等冷却方式来降低冷却管道温度，但由于铸钢钢水温度很高，还是很容易使冷却管道发生变形和熔穿，特别是可能在浇铸过程中因急剧膨胀的热气流来不及排放而引起爆炸的危险，长期以来这一铸造难题一直没有得到很好解决。目前，在铸钢冷却壁的铸造过程中，防止冷却水管熔穿，并使其“熔而不化”，是铸造工艺中的最大难点，防熔穿措施主要有两种：

(1)从外部防止冷却水管熔穿。从外部防止冷却水管熔穿，可以在水管外焊制一层随型内冷铁笼，或在水管外表涂刷隔热涂层。此类方法虽然可以从一定程度上防止水管熔穿，但是如果设计不当，将会严重影响冷却水管和冷却壁本体之间的熔合率，使水管的散热能力极大地降低，这也削弱了铸钢冷却壁导热性能好的优势。

(2)从内部防止冷却水管熔穿。从内防止水管熔穿，可以在冷却水管内部通入气体/固体冷却介质。通气可以使用氮气或者其他稀有气体，通气能够防止水管内壁在浇铸过程中被氧化，并且保护冷却水管使其“熔而不穿”。几乎所有形状的冷却水管都可以用通气的方式来冷却，但是通气需要额外的通气设备，并且通气时的气压、流速等诸多参数需要根据具体情况，反复摸索才能得出。灌入固体冷却介质到冷却水管中是一种比较简易并且可靠的方法，对灌入的固体介质的要求是：蓄热能力大，有较强的激冷作用；热膨胀系数小，热稳定性好；不发生化学反应，不生成气体；不熔化、不粘连管壁、易清理。通常使用多种材料混合而成，但是，固体冷却介质的配比对于实现“熔而不穿”至关重要，且受多方面因素的影响，反复摸索才能得出。

通过专利检索，关于铸钢冷却壁的生产方法已有相关的技术方案公开。如中国专利申请号：2014105920452，申请日：2014年10月29日，发明创造名称为：一种高炉用铸钢冷却壁及其制造方法，其步骤为：步骤一：将弯管前的冷却水管的一端堵住，从冷却水管的另一端装填耐高温填料；将装填耐高温填料后的冷却水管在弯管机上按弯头顺序进行冷弯操作；步骤二：型砂的准备包括面砂和背砂的准备；步骤三、利用型砂进行造型；铸钢冷却壁的浇铸钢水出钢温度控制在1610～1620℃，浇铸温度控制在1550～1560℃之内；步骤四、后续处理。该申请案使得冷却水管与铸钢冷却壁本体无缝隙熔合在一起，在高温钢水包熔下冷却水管的管壁也不会熔穿，但该申请案需要配置专门的耐高温填料，导致生产成本有所上升，行业内仍希望有一种更优化的方案来解决冷却水管的熔穿问题。

发明内容