本發(fā)明涉及冷卻壁技術領域，更具體地說，涉及一種冷卻壁及其加工方法。

背景技術：

煉鐵高爐中大量使用冷卻壁砌就，作為新一代高爐冷卻壁的鑄鋼冷卻壁與目前普遍采用的球墨鑄鐵冷卻壁相比，具有延伸率高、抗拉強度高、熔點高、抗熱沖擊性及整體導熱性能好等優(yōu)點。鑄鐵冷卻壁基體與冷卻水管材質相差很大，受基體材質和鑄造工藝的限制，基體與冷卻水管之間存在0.1～0.3mm的氣隙，導致熱阻增大。然而，鑄鋼冷卻壁基體與冷卻水管材質相同或相近，特別的鑄造技術使冷卻水管的外壁與基體熔合為一體無縫隙，而內壁不熔化、不變形。鑄鋼冷卻壁基體與冷卻管道融為一體，消除了球墨鑄鐵冷卻壁中基體與冷卻管之間的間隙，減少了熱阻，從而提高了高爐的使用壽命。用機械解剖和金相顯微鏡觀察熔合交界區(qū)域無氣隙和夾層，其組織為冶金結合組織。

鑄鋼冷卻壁的基體材質為熔點很高的低碳合金鋼，一般都選用與基體材質相同或相近的低碳鋼熱軋無縫鋼管作為冷卻管道，以取得良好的導熱效果。由于冷卻管道的形狀根據(jù)冷卻壁的具體使用場合往往設計成復雜不規(guī)則的形狀，所以一般只能采用鑄造工藝生產(chǎn)，然而在鑄造過程中，即使采用常用的氣冷、油冷等冷卻方式來降低冷卻管道溫度，但由于鑄鋼鋼水溫度很高，還是很容易使冷卻管道發(fā)生變形和熔穿，特別是可能在澆鑄過程中因急劇膨脹的熱氣流來不及排放而引起爆炸的危險，長期以來這一鑄造難題一直沒有得到很好解決。目前，在鑄鋼冷卻壁的鑄造過程中，防止冷卻水管熔穿，并使其“熔而不化”，是鑄造工藝中的最大難點，防熔穿措施主要有兩種：

(1)從外部防止冷卻水管熔穿。從外部防止冷卻水管熔穿，可以在水管外焊制一層隨型內冷鐵籠，或在水管外表涂刷隔熱涂層。此類方法雖然可以從一定程度上防止水管熔穿，但是如果設計不當，將會嚴重影響冷卻水管和冷卻壁本體之間的熔合率，使水管的散熱能力極大地降低，這也削弱了鑄鋼冷卻壁導熱性能好的優(yōu)勢。

(2)從內部防止冷卻水管熔穿。從內防止水管熔穿，可以在冷卻水管內部通入氣體/固體冷卻介質。通氣可以使用氮氣或者其他稀有氣體，通氣能夠防止水管內壁在澆鑄過程中被氧化，并且保護冷卻水管使其“熔而不穿”。幾乎所有形狀的冷卻水管都可以用通氣的方式來冷卻，但是通氣需要額外的通氣設備，并且通氣時的氣壓、流速等諸多參數(shù)需要根據(jù)具體情況，反復摸索才能得出。灌入固體冷卻介質到冷卻水管中是一種比較簡易并且可靠的方法，對灌入的固體介質的要求是：蓄熱能力大，有較強的激冷作用；熱膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好；不發(fā)生化學反應，不生成氣體；不熔化、不粘連管壁、易清理。通常使用多種材料混合而成，但是，固體冷卻介質的配比對于實現(xiàn)“熔而不穿”至關重要，且受多方面因素的影響，反復摸索才能得出。

通過專利檢索，關于鑄鋼冷卻壁的生產(chǎn)方法已有相關的技術方案公開。如中國專利申請?zhí)枺?014105920452，申請日：2014年10月29日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種高爐用鑄鋼冷卻壁及其制造方法，其步驟為：步驟一：將彎管前的冷卻水管的一端堵住，從冷卻水管的另一端裝填耐高溫填料；將裝填耐高溫填料后的冷卻水管在彎管機上按彎頭順序進行冷彎操作；步驟二：型砂的準備包括面砂和背砂的準備；步驟三、利用型砂進行造型；鑄鋼冷卻壁的澆鑄鋼水出鋼溫度控制在1610～1620℃，澆鑄溫度控制在1550～1560℃之內；步驟四、后續(xù)處理。該申請案使得冷卻水管與鑄鋼冷卻壁本體無縫隙熔合在一起，在高溫鋼水包熔下冷卻水管的管壁也不會熔穿，但該申請案需要配置專門的耐高溫填料，導致生產(chǎn)成本有所上升，行業(yè)內仍希望有一種更優(yōu)化的方案來解決冷卻水管的熔穿問題。

技術實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中高爐冷卻壁容易發(fā)生冷卻水管熔穿、影響冷卻效果的不足，提供了一種冷卻壁及其加工方法，通過嚴格控制加工過程，有效防止冷卻水管熔穿，使其達到“熔而不化”且“無縫隙熔合”的技術效果，有效保障冷卻壁的冷卻效果。

2.技術方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

本發(fā)明的一種冷卻壁的加工方法，包括以下步驟：

步驟一、冷卻壁木模制作：按照冷卻壁本體的結構形狀制作冷卻壁木模；

步驟二、砂型制作及冷卻水管的排布：將冷卻壁木模放入砂箱中，振實型砂造型，然后取出冷卻壁木模形成型腔，將冷卻水管排布在該型腔內；

步驟三、向型腔中注入鋼液開始澆鑄，鋼液流動方向為由下向上逐漸澆鑄；

步驟四、澆鑄后冷卻成型：澆鑄結束后先自然冷卻20～24h，再開箱自然冷卻2～3h，冷卻壁本體成型并取出；

步驟五、對冷卻壁本體進行清砂處理，去除表面浮砂；

步驟六、對冷卻壁本體進行試壓測試和通球檢測。

更進一步地，步驟一中冷卻壁木模上開設有嵌磚槽的內側面長寬尺寸均比冷卻壁本體大1.6％～1.8％，冷卻壁木模遠離嵌磚槽的外側面長寬尺寸均比冷卻壁本體大2.1％～2.2％。

更進一步地，步驟二中鋪設的冷卻水管下部沿長度方向間隔點焊固定有冷鐵。

更進一步地，步驟三中鋼液澆鑄前先鎮(zhèn)定3～5min。

更進一步地，冷鐵為長方體片狀結構，單片長度為5～6cm，寬度為4～5cm，冷卻水管下部冷鐵的總長度l1為冷卻水管延伸長度l2的1/35～1/20。

更進一步地，冷鐵的厚度h1為冷卻水管壁厚h2的1/2～2/3。

更進一步地，冷卻水管下部的冷鐵傾斜設置，且與水平面之間夾角α為5°～10°。

更進一步地，冷卻水管下部相鄰兩塊冷鐵傾斜方向相對，多片冷鐵在冷卻水管下部形成間隔反向式設置。

更進一步地，步驟三中鋼液澆鑄溫度為1500℃～1580℃。

本發(fā)明的一種冷卻壁，包括冷卻壁本體，該冷卻壁本體采用如上所述的加工方法制成。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術方案，與現(xiàn)有技術相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種冷卻壁的加工方法，通過在冷卻水管底部巧妙點焊片狀冷鐵，使其與澆鑄溫度、冷卻水管內耐高溫填料等因素等配合，在保障冷鐵充分完全熔化的同時，對冷卻水管管壁也具有良好的保護作用，使其熔而不化，與最終冷卻壁本體之間良好無縫隙熔合，保障了冷卻壁本體的良好冷卻效果。

(2)本發(fā)明的一種冷卻壁的加工方法，冷鐵為長方體片狀結構，冷鐵的厚度h1為冷卻水管壁厚h2的1/2～2/3，冷卻水管下部冷鐵的總長度l1為冷卻水管延伸長度l2的1/35～1/20，采用這種間隔薄片式結構極大地避免了鋼液一時之間難以將其完全熔化的風險，保障鋼液既能將冷鐵完全融化，又能避免將冷卻水管熔穿，使其達到“熔而不化”且“無縫隙熔合”的良好效果。

(3)本發(fā)明的一種冷卻壁的加工方法，冷卻水管下部的冷鐵傾斜設置，且與水平面之間夾角α為5°～10°，相鄰兩塊冷鐵傾斜方向相對，多片冷鐵在冷卻水管下部形成間隔反向式設置，使得鋼液逐漸向上漫延時，沿冷鐵的傾斜方向由外向內逐漸將其熔化，一方面有助于加速冷鐵的完全熔化，另一方面冷卻水管下部沿寬度方向鋼液的溫度較大范圍內都能得到逐漸式降溫，防止鋼液最終將上部冷卻水管熔穿，尤其是避免對冷卻水管底部及側壁邊緣的高溫沖刷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種冷卻壁的加工方法流程圖；

圖2為本發(fā)明中冷卻水管下方冷鐵的位置示意圖；

圖3為本發(fā)明中冷卻水管下方冷鐵的排布示意圖；

圖4為本發(fā)明中冷卻壁的試壓檢測狀態(tài)示意圖；

圖5為圖4的左視示意圖；

圖6為本發(fā)明中測壓組件的結構示意圖。

示意圖中的標號說明：1、冷卻壁本體；101、嵌磚槽；102、第一冷卻水管；111、冷鐵；2、測壓組件；201、固定環(huán)；202、頂緊件；203、連接桿；204、頂片；205、壓蓋；206、壓緊件。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內容，結合附圖對本發(fā)明作詳細描述。

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

實施例1

本實施例的一種冷卻壁的加工方法，包括以下步驟：

步驟一、冷卻壁木模制作及檢測：按照冷卻壁本體1的結構形狀制作冷卻壁木模，并對該冷卻壁木模的形狀尺寸精度進行檢測，選擇合格品進入下一工序；冷卻壁本體1的結構如圖4所示，按圖4中方位而言，冷卻壁本體1下部的底面為內側工作面，冷卻壁本體1的內側面上開設有嵌磚槽101，用于鑲嵌耐火磚；需要說明的是，冷卻壁木模上開設有嵌磚槽101的內側面長寬整體尺寸均比冷卻壁本體1大1.6％，冷卻壁木模遠離嵌磚槽101的外側面長寬整體尺寸均比冷卻壁本體1大2.1％，冷卻壁木模的預擴式設計有效避免了后續(xù)澆鑄及冷卻過程中因鋼液的收縮而導致的冷卻壁本體1尺寸精度不高的問題，有助于保障冷卻壁本體1的加工精度。

步驟二、砂型制作及冷卻水管的排布：將檢測合格的冷卻壁木模放入合適的砂箱中，并設置相應的澆道系統(tǒng)，然后振實型砂造型，取出冷卻壁木模則在砂箱內形成與冷卻壁本體1形狀相同的型腔，將冷卻水管排布在該型腔內，冷卻水管內部均已填充有可耐高溫的填充料，具體可填充鉻礦砂；本實施例的冷卻水管可采用單層或多層設計，如圖4所示為單層管設計，包括第一冷卻水管102。

步驟三、冷卻水管排布結束后，澆道系統(tǒng)向型腔中注入鋼液開始澆鑄，與型腔相通的分澆道的澆鑄口位于型腔的底部，鋼液流動方向為在型腔內由下向上逐漸澆鑄，如圖2所示箭頭方向為鋼液流動澆鑄方向；澆鑄溫度控制為1500°，澆鑄溫度過高，鋼液熱量過大，極易將冷卻水管熔穿，而澆鑄溫度過低，鋼液熱量過小，又容易導致冷卻水管的不熔合或熔合不充分；澆鑄用鋼液出澆包后先鎮(zhèn)定(靜置)3min，然后才開始進入澆道澆鑄，能有效排氣并將雜質沉降，減少后續(xù)鑄造缺陷；澆鑄時采用“兩頭慢、中間快”的澆鑄方式，先慢速開澆，當鋼液接近冷卻水管位置時，加速澆鑄，讓鋼液快速包裹冷卻水管，避免產(chǎn)生冷隔現(xiàn)象，當鋼液液面超過冷卻水管時，逐漸降速澆鑄，至鋼液進入冒口中后，改由冒口補注直到澆鑄結束。

值得說明的是，雖然冷卻水管內填充有鉻礦砂之類的可耐高溫填料，但鋼液高溫澆鑄時還是極易使冷卻水管發(fā)生變形甚至熔穿，尤其是冷卻水管蛇形排布時，其形狀復雜、彎曲角度大，受鋼液沖刷時更易產(chǎn)生變形熔穿問題，為此行業(yè)內始終在尋找對冷卻水管能更好保護的澆鑄方式。

本實施例為避免鋼液對冷卻水管的高溫熔穿，采用在第一冷卻水管102底部加設冷鐵111的方式來對靠近冷卻水管的鋼液溫度進行適當冷卻降溫，緩解其對冷卻水管的高溫沖刷。

行業(yè)內采用冷鐵直接焊接在冷卻水管外表面進行澆鑄其實早有應用，但應用效果卻良莠不齊，冷鐵的設置方式、排布位置等各方面因素都對最終的澆鑄效果有顯著影響，行業(yè)內也經(jīng)常出現(xiàn)冷鐵在澆鑄過程中熔化不完全、破壞冷卻水管和冷卻壁的整體機械性能、促使氣隙產(chǎn)生、嚴重惡化冷卻壁傳熱性能等問題，給生產(chǎn)實踐造成諸多難題。發(fā)明人基于此一直致力于對如何精確控制冷鐵對鋼液冷卻效果的研究，保障鋼液既能將冷鐵完全融化，又能避免將冷卻水管熔穿，使其達到“熔而不化”且“無縫隙熔合”的良好效果。經(jīng)過多年潛心研究及實踐驗證，發(fā)明人終于有了驚喜的發(fā)現(xiàn)！

本實施例中的冷鐵111為片狀結構，具體為長方體片狀結構(如圖3)，冷鐵111的厚度h1為冷卻水管壁厚h2的1/2，長方體片狀的冷鐵111單片長度為6cm，寬度為4cm，冷卻水管下部均勻間隔設有至少一塊冷鐵111，冷卻水管下部冷鐵111的總長度l1為冷卻水管延伸長度l2的1/20，如圖3所示，第一冷卻水管102的平直段底部點焊有4片冷鐵111。采用這種間隔薄片式結構極大地避免了鋼液一時之間難以將其完全熔化的風險，發(fā)明人多次驗證發(fā)現(xiàn)這種薄片規(guī)格冷鐵111澆鑄時能徹底熔化并無殘留。

為進一步保障冷鐵111對鋼液的均勻性冷卻效果，防止冷卻水管出現(xiàn)片段式熔穿、與冷卻壁本體1熔合狀態(tài)不一等現(xiàn)象，如圖2所示，冷卻水管下部的冷鐵111傾斜設置，且與水平面之間夾角α為5°，且如圖3所示，冷卻水管下部相鄰兩塊冷鐵111傾斜方向相對，多片冷鐵111在冷卻水管下部形成間隔反向式設置。冷鐵111的傾斜設置使得鋼液逐漸向上漫延時，沿冷鐵111的傾斜方向由外向內逐漸將其熔化，一方面有助于加速冷鐵111的完全熔化，另一方面冷卻水管下部沿寬度方向(圖2中左右方向)鋼液的溫度較大范圍內都能得到逐漸式降溫，防止鋼液最終將上部冷卻水管熔穿，尤其是避免對冷卻水管底部及側壁邊緣的高溫沖刷；且多片冷鐵111在冷卻水管下部形成間隔反向式設置(如圖3所示)，既防止兩片冷鐵111重合影響其完全熔化，又對冷卻水管兩側寬度方向的鋼液均進行適當?shù)臏亟?，鋼液在冷卻水管下方范圍內溫降均勻性及溫降范圍都有所改善，對實現(xiàn)冷卻水管熔而不穿的效果甚為重要。

本實施例通過在冷卻水管底部巧妙點焊片狀冷鐵111，使其與澆鑄溫度、冷卻水管內耐高溫填料等因素等配合，在保障冷鐵111充分完全熔化的同時，對冷卻水管管壁也具有良好的保護作用，使其熔而不化，與最終冷卻壁本體1之間良好無縫隙熔合，保障了冷卻壁本體1的良好冷卻效果。

步驟四、澆鑄后冷卻成型：澆鑄結束后先自然冷卻24h，再開箱自然冷卻2h，從而消除鑄造內應力，細化組織，并防止冷卻壁本體1變形，成型后，取出冷卻壁本體1并做后續(xù)清理。

步驟五、對冷卻壁本體1進行清砂處理，去除表面浮砂，并回收冷卻水管內填充的鉻礦砂；

步驟六、對冷卻壁本體1進行試壓測試和通球檢測，測試合格后再對冷卻壁本體1進行精整處理，完善其表面質量，最終得到一種冷卻壁。

過球測試時，球的直徑為冷卻水管內徑的0.75～0.76倍，將球放入冷卻水管一端，用高壓風管通風過球，使球從冷卻水管的另一端飛出即為合格。本實施例加工出的冷卻壁性能優(yōu)良，試壓和過球測試的合格率均接近100％，作業(yè)人員經(jīng)大量實踐驗證均未發(fā)現(xiàn)冷卻水管熔穿或漏水現(xiàn)象，應用安全性得到有效保障。

本實施例加工出的冷卻壁，包括冷卻壁本體1，如圖4所示，冷卻壁本體1的內側面開設有供鑲嵌耐火磚的嵌磚槽101，冷卻壁本體1的外側面上則分別開設有相對應的進水口和出水口，內部冷卻水管的端部對應通過進/出水口延伸至冷卻壁本體1的外側，試壓測試時則采用測壓組件2進行，兩個測壓組件2配合作為一組使用，如圖5所示，分別對應套設在一根冷卻水管的進水端和出水端，通過檢測進水端和出水端的壓降進行判斷。

如圖6所示，測壓組件2包括套設在外側冷卻水管上的固定環(huán)201，固定環(huán)201的側壁上沿周向環(huán)繞設有頂緊件202(具體可采用頂緊螺栓)，固定環(huán)201上方通過連接桿203固連有壓蓋205，壓蓋205上方設有壓緊件206(具體可采用壓緊螺栓)，壓蓋205下方則設有頂片204，使用時將測壓組件2套設在冷卻水管上，頂緊件202從多向頂緊冷卻水管側壁，頂片204壓在冷卻水管的進水端/出水端并通過壓緊件206壓緊，頂片204內還設有密封墊，壓在冷卻水管進水端的頂片204與高壓水管相連，通過該高壓水管向該冷卻水管內注水，高壓水管上設有壓力表；壓在該冷卻水管出水端的頂片204則與排水管相連，值得注意的是，本實施例中該排水管上相鄰設有兩個測壓元件，且兩個測壓元件分別與上位機電連接。具體地，該測壓元件可采用壓力變送器，將壓力信號轉換為模擬信號并傳輸給上位機，上位機將接收的信號進行顯示與自動化處理，將該冷卻水管進水端和出水端的水壓進行比較，一旦壓降超出一定范圍則說明冷卻水管內部有漏水等異常現(xiàn)象，上位機內還設有報警裝置，一旦發(fā)生異常則及時報警，提醒作業(yè)人員。本實施例通過壓力信號的轉換與上位機的自動化數(shù)據(jù)處理，無需作業(yè)人員直接去讀取/計算壓力數(shù)據(jù)，既減輕了勞動強度，又避免了因人工讀取/計算錯誤而引起的檢測誤差，提高了檢測精度。

本實施例在排水管上設置兩個測壓元件，與傳統(tǒng)的設置單個測壓元件相比能極大地提高試壓測試的準確性，便于及時發(fā)現(xiàn)兩個測壓元件是否均處于正常工作狀態(tài)，兩個測壓元件的壓差超出一定范圍時，則說明有測壓元件處于異常狀態(tài)，此時可以對測壓元件的準確性進行檢測確認，如此能夠有效避免因單個測壓元件損壞未及時發(fā)現(xiàn)而導致的檢測誤差，兩個測壓元件共同設置還能在某一測壓元件損壞時仍可以保持正常檢測，不影響檢測進度。

實施例2

本實施例的一種冷卻壁的加工方法，基本同實施例1，所不同的是：

本實施例步驟一中中冷卻壁木模上開設有嵌磚槽101的內側面長寬整體尺寸均比冷卻壁本體1大1.8％，冷卻壁木模遠離嵌磚槽101的外側面長寬整體尺寸均比冷卻壁本體1大2.2％。

本實施例中冷鐵111的厚度h1為冷卻水管壁厚h2的2/3，長方體片狀的冷鐵111單片長度為5cm，寬度為5cm，冷卻水管下部冷鐵111的總長度l1為冷卻水管延伸長度l2的1/35，冷卻水管下部的冷鐵111傾斜設置，且與水平面之間夾角α為10°。

本實施例步驟三中鋼液澆鑄前先鎮(zhèn)定5min，鋼液澆鑄溫度為1580℃。

本實施例步驟四中澆鑄結束后先自然冷卻20h，再開箱自然冷卻3h。

實施例3

本實施例的一種冷卻壁的加工方法，基本同實施例1，所不同的是：

本實施例步驟一中中冷卻壁木模上開設有嵌磚槽101的內側面長寬整體尺寸均比冷卻壁本體1大1.7％，冷卻壁木模遠離嵌磚槽101的外側面長寬整體尺寸均比冷卻壁本體1大2.2％。

本實施例中長方體片狀的冷鐵111單片長度為5.5cm，寬度為4.5cm，冷卻水管下部冷鐵111的總長度l1為冷卻水管延伸長度l2的1/30，冷卻水管下部的冷鐵111傾斜設置，且與水平面之間夾角α為8°。

本實施例步驟三中鋼液澆鑄前先鎮(zhèn)定4min，鋼液澆鑄溫度為1550℃。

本實施例步驟四中澆鑄結束后先自然冷卻22h，再開箱自然冷卻2.5h。

以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。