一種銅基體內(nèi)置鋼管的雙金屬強化冷卻壁生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及冶金冷卻壁技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及一種銅基體內(nèi)置鋼管的雙金屬強化冷卻壁生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]冷卻壁是冶金行業(yè)常用的冷卻設(shè)備，在服役過程中，冷卻壁借助一定壓力和流量的冷卻水，將冶金行業(yè)中高溫爐窯產(chǎn)生的熱量及時帶走，保證高溫爐窯長期處于安全可靠的使用溫度之下，因而冷卻壁對傳熱性能和高溫條件下長期服役的要求較高。熱阻是傳熱過程中的阻力，熱阻越大傳熱阻力越大。對于冷卻壁而言，其熱阻主要包括冷卻壁基體、冷卻水管、基體與水管間的氣隙等。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，常用的57mm厚的鑄銅冷卻壁的總熱阻是120mm厚的傳統(tǒng)的鑄鐵冷卻壁的1/49。因此，銅基體是冷卻壁的最佳選擇。
[0003]然而，當冷卻壁的基體和冷卻水管都采用金屬銅時，也存在如下不足:(I)冷卻水管也采用金屬銅，進一步抬高了生產(chǎn)成本；(2)銅質(zhì)冷卻水管在鑄造過程中容易發(fā)生熔穿和變形，生產(chǎn)過程成品率低；(3)銅基體在實際使用過程中由于強度低，在反復的受熱膨脹、變形過程中，容易破損，進而發(fā)生漏水事故，造成安全隱患。
[0004]另外，也有個別學者提出采用軋制純銅作為基體的冷卻壁，然后通過鉆孔的方式加工冷卻通道。然而也存在如下不足:(I)鑄造而成的銅基體需要經(jīng)過軋制，進一步抬高了生產(chǎn)成本。(2)鉆孔過程中往往發(fā)生偏孔的問題，造成冷卻通道不對中，增加冷卻水輸入阻力，造成冷卻水輸送問題。(3)以鉆孔的方式加工冷卻通道，不能加工有拐角的通道，在冷卻通道的拐角處，仍需采用焊接的方式。焊縫處容易發(fā)生前述的滲漏問題，也存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的就在于提供一種銅基體內(nèi)置鋼管的雙金屬強化冷卻壁生產(chǎn)方法，它提升了冷卻壁的冷卻能力，進而可以降低冷卻水的使用量而且它還可以提高生產(chǎn)效率同時還降低了生產(chǎn)成本。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種銅基體內(nèi)置鋼管的雙金屬強化冷卻壁生產(chǎn)方法，它包括如下步驟:第一、將無氧銅作為基體并在基體內(nèi)鑄入經(jīng)過軋制的鋼管:(1)、采用中頻感應爐冶煉銅水，在冶煉銅水末期，分二次加入成渣劑，使其均勻覆蓋在銅水表面；(2)、在銅水出爐前，在感應爐內(nèi)一次性添加粒度為30-40_的硅鐵合金塊，采用機械噴入的方式添加；(3)、配制復合固體冷卻介質(zhì)，配制好后，將復合固體冷卻介質(zhì)在大氣環(huán)境下，進行高溫灼燒，灼燒溫度控制在900-1300°C，去除燒結(jié)成塊的粘結(jié)物；(4)、配備可循環(huán)利用的液態(tài)冷卻介質(zhì)；(5)、將用軋制鋼管制得的冷卻水管按要求放入澆注模型中，在冷卻水管的兩端通過耐高溫的軟管外接高壓水泵，高壓水泵的壓力為5-15Mpa ;在銅水澆注前，預先在冷卻水管內(nèi)通入循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)，在銅水澆注過程中，將復合固體冷卻介質(zhì)加入到循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)中，以保證冷卻水管表面微熔；(6)、用加入硅鐵合金塊的銅水澆注冷卻壁基體，將冷卻水管的中部澆注在冷卻壁基體中，兩端從基體內(nèi)伸出，控制銅水過熱度在40-80°C范圍；(7)、在造型過程中，讓澆注模型橫臥，冒口偏重一側(cè)造型，模型合箱后將模型冒口一側(cè)墊高，使整體砂箱與地面成10-15度；在澆注過程中采用上下兩層內(nèi)澆口進行階梯澆注，兩層內(nèi)澆口的間隔為10-50cm，據(jù)此控制新型冷卻壁的凝固過程，促使其形成順序凝固；(8)、冷卻，卸掉模型，新型冷卻壁制成。
[0007]第二、加工銅基體外置的鑄鋼板部分:(I)、采用中頻感應爐冶煉鋼水水，在冶煉鋼水末期，分二次加入成渣劑，使其均勻覆蓋在銅水表面；(2)、在鋼水出爐前，在感應爐內(nèi)一次性添加粒度為30-40_的硅鐵合金塊，采用機械噴入的方式添加；(3)、融合二級階梯澆注和傾斜澆注的優(yōu)勢，即在造型過程中，讓澆注模型橫臥，冒口偏重一側(cè)造型，模型合箱后將模型冒口一側(cè)墊高，使整體砂箱與地面成10-15度；在澆注過程中采用上下兩層內(nèi)澆口進行階梯澆注(兩層內(nèi)澆口的間隔為10-50cm)，據(jù)此控制凝固過程，促使其形成順序凝固；(4)、冷卻，卸掉模型，完成的銅基體外置鑄鋼板的部分。
[0008]第三、將鑄入鋼管的銅基體和銅基體外置的鑄鋼板部分進行裝配:(1)將上述已經(jīng)完成的銅基體內(nèi)鑄入鋼管部分預熱到500-650°C，預熱過程需要在密封良好的加熱爐內(nèi)完成，加熱爐在升溫前需通入氬氣吹掃，氬氣量為加熱爐有效容積的1.5-2倍。加熱過程中加熱爐內(nèi)需持續(xù)通入循環(huán)IS氣，IS氣流量為每分鐘10-30L/min,升溫速率需控制在5-10°C/min;(2)達到預熱溫度后，從加熱爐內(nèi)取出銅基體內(nèi)鑄入鋼管的部分，將帶有“燕尾”的銅基體外置鑄鋼板沿著銅基體內(nèi)鑄入鋼管部分的“燕尾槽”插入，插入后將裝配后的冷卻壁盡快送入加熱爐，在加熱爐內(nèi)緩慢冷卻到100°C以下，取出冷卻至室溫；(3)冷卻至室溫后，在燕尾槽的空隙內(nèi)，灌入碳素搗打料并搗打密實，使得上述兩部分緊密接觸；(4)完成新型冷卻壁的生產(chǎn)。
[0009]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的復合固體冷卻介質(zhì)為Cr203:45-47%, Si02:1-2%, CaO:0.5-1%, FeO:20-30%, MgO:10-15% ；AL203:10-20% ;其余成分是粒度為 70-100 目的碳粉。
[0010]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的成渣劑，其中包括80-85%的氧化鈣和10-15%的氧化鎂。
[0011]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的成渣劑，其加入比例為Ikg/噸銅水。
[0012]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的硅鐵合金塊，其成分為15-20%稀土元素、20-30% 硅、50-65% 金屬鐵。
[0013]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的硅鐵合金塊，其添加量0.1-0.7kg/噸銅水。
[0014]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的液態(tài)冷卻介質(zhì)，其流速為1-lOm/s。
[0015]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的復合固體冷卻介質(zhì)，其加入量為:l_10kg/噸銅水。
[0016]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的冷卻水管的橫截面為橢圓形，所述的橢圓形的短軸和長軸的長度之比為0.5?0.7。
[0017]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的冷卻水管為多根，所述銅基體和銅基體外置的鑄鋼板部分通過“燕尾”和“燕尾槽”相配合實現(xiàn)物理連接，銅基體和銅基體外置的鑄鋼板部分強化了采用了可強化銅基體的機械性能的雙金屬復合方式。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的提供一種銅基體內(nèi)鑄入鋼管、銅基體外咬合鑄造鋼板的雙金屬強化冷卻壁的生產(chǎn)方法。該雙金屬強化冷卻壁包括無氧銅基體、經(jīng)過軋制的鋼冷卻水管、與銅基體相互咬合的鑄造鋼板，冷卻壁由無氧銅作為冷卻壁基體，由經(jīng)過軋制的鋼管作為冷卻水管，銅基體與冷卻水管一次鑄造成型；銅基體與外置的冷卻鋼板以物理連接的方式相互咬合，并在咬合的“燕尾槽”區(qū)域注入碳素搗打料。這種新型冷卻壁具有以下優(yōu)勢:
[0019]1、冷卻壁采用了銅基體，與普通鑄鐵冷卻壁相比，銅的導熱性能更好，整體上提升了冷卻壁的冷卻能力，進而可以降低冷卻水的使用量；
[0020]2、與純銅冷卻壁相比，避免了冷卻水管在鑄造過程中容易發(fā)生熔穿，且成品率低下的問題(銅的熔點約為1083°C，鋼的熔點約為1530°C，所以在鑄造過程中，埋入的鋼管遇到液態(tài)銅時不會發(fā)生穿);
[0021]3、與軋制純銅冷卻壁相比，冷卻水管與基體一次鑄造成型減少了焊接過程，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；
[0022]4、在銅基體的內(nèi)部埋入鋼管，外部“咬合”鑄鋼板的方式，提高了冷卻壁的抗變形的能力和機械性能，進而延長冷卻壁的使用壽命；
[0023]5、銅基體與外部“咬合”的鑄鋼板采用物理連接的方式，產(chǎn)品的運輸、安裝都較簡便。
【附圖說明】
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[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:
[0025]圖1為本發(fā)明生產(chǎn)加工完成冷卻壁的結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖2為圖1的剖視圖
[0027]圖中:1、無氧銅基體；2、冷卻水管；3、外置的鑄鋼板【具體實施方式】:
[0028]以下所述僅為體現(xiàn)本發(fā)明原理的較佳實施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護范圍
[0029]如圖1、2所示為本發(fā)明加工完成的冷卻壁，該冷卻壁由無氧銅基體1、冷卻水管2和外置的鑄鋼板3構(gòu)成，該冷卻壁在無氧銅基體I內(nèi)鑄入冷卻水管2，外置的鑄鋼板3與無氧銅基體I通過燕尾槽實現(xiàn)連接，其具體實施例包括如下步驟:第一、將無氧銅作為基體并在基體內(nèi)鑄入經(jīng)過軋制的鋼管:(I)、采用中頻感應爐冶煉銅水，在冶煉銅水末期，分二次加入成渣劑，使其均勻覆蓋在銅水表面；(2)、在銅水出爐前，在感應爐內(nèi)一次性添加粒度為30-40mm的娃鐵合金塊,采用機械噴入的方式添加；(3)、配制復合固體冷卻介質(zhì)，配制好后，將復合固體冷卻介質(zhì)在大氣環(huán)境下，進行高溫灼燒，灼燒溫度控制在900-1300°C，去除燒結(jié)成塊的粘結(jié)物；(4)、配備可循環(huán)利用的液態(tài)冷卻介質(zhì)；(5)、將用軋制鋼管制得的冷卻水管按要求放入澆注模型中，在冷卻水管的兩端通過耐高溫的軟管外接高壓水泵，高壓水泵的壓力為5-15Mpa ;在銅水澆注前，預先在冷卻水管內(nèi)通入循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)，在銅水澆注過程中，將復合固體冷卻介質(zhì)加入到循環(huán)的液態(tài)冷卻介質(zhì)中，以保證冷卻水管表面微熔；(6)、用加入硅鐵合金塊的銅水澆注冷卻壁基體，將冷卻水管的中部澆注在冷卻壁基體中，兩