專利名稱：一種鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻板制作工藝，特別是涉及一種鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板制作工藝。
背景技術(shù)：
目前我國冶金行業(yè)引進(jìn)的一批高爐項(xiàng)目在國內(nèi)廣泛地使用，有很多的設(shè)備配件比如鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板仍然依賴進(jìn)口，而進(jìn)口配件不但價(jià)格昂貴，且交貨不及時(shí)，對高爐正常運(yùn)行和檢修造成了很大的影響。目前國內(nèi)普遍采用焊接式制作鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板，本體與鋼套采用分體制作拼裝成型，采用這種制造方法生產(chǎn)的冷卻板，在特定高溫下工作，焊縫極易產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致漏水，影響了高爐的正常運(yùn)行。鑄鋼冷卻板目前主要應(yīng)用在現(xiàn)代大型高爐的爐體結(jié)構(gòu)中，目前國內(nèi)外高爐使用的冷卻板主要的以鑄銅冷卻板為主，由于鑄銅冷卻板造價(jià)昂貴，高爐成本一直降不下來，各鑄銅冷卻板的價(jià)格是鑄鋼冷卻板價(jià)的十倍以上。大設(shè)計(jì)院也引進(jìn)日本的設(shè)計(jì)方案，采用鑄鋼冷卻板使用，但在制造技術(shù)工藝上得不到解決，生產(chǎn)以 來的冷卻板達(dá)不到技術(shù)要求鋼液里面的夾渣物，得不到有效的控制，材料密度得不到提高易產(chǎn)生漏水的現(xiàn)象，國內(nèi)有很多單位采用焊接式的方法制作，由于冷卻板持久高溫工作，焊縫易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致冷卻板漏水影響高爐正常運(yùn)行，在高爐冷卻系統(tǒng)上一直克服不了這種難題。以使 用最廣泛的球墨鑄鐵冷卻板為例(I)球墨鑄鐵冷卻板制造過程中必須在埋入的冷卻水管外附加防滲碳涂層，使水管與基體之間形成氣隙，顯著增加傳熱阻力，提升冷卻板工作面溫度，惡化冷卻板的冷卻效果，加速冷卻板破損。(2 )球墨鑄鐵基體上布滿了大小不同的球狀石墨(粒徑O. 025 O. 150mm),球狀石墨被氧化后相當(dāng)于形成了無數(shù)微小的孔洞，形成了裂縫和裂紋的發(fā)源地，加速了裂縫和裂紋的擴(kuò)展，從而縮短冷卻板使用壽命，增加資源消耗，不利于冷卻板長壽節(jié)能。(3)在澆鑄大型球墨鑄鐵件時(shí)，C、S、P在柱狀結(jié)晶過程中容易被推向液態(tài)區(qū)，在中心等軸晶區(qū)形成一個(gè)偏析物富集區(qū)，使鑄件表面和中心的延伸率存在較大差異，表面延伸率大于中心部位一倍以上，促進(jìn)了裂縫和裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，不利于冷卻板長壽。(4)球墨鑄鐵的線膨脹系數(shù)在600°C以下變化較平穩(wěn)，但在600°C以上則隨溫度的升高而發(fā)生急劇的不可逆“生長”，當(dāng)溫度大于709°C時(shí)基體組織發(fā)生了相變，膨脹系數(shù)和內(nèi)應(yīng)力急劇增長，其破損速度加快。(5)球墨鑄鐵導(dǎo)熱性和抗熱震性能都較差，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為30 W · m-2K-l，不利于冷卻板的高效冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板制作工藝，有效的采用一種新型的制作工藝來進(jìn)行降低鋼液里面的夾渣物，提高鋼液的純靜電和密度，大幅度提高導(dǎo)熱系數(shù)和機(jī)械性能，同時(shí)又能保持冷卻板鋼套與本體一次性成型，優(yōu)化外形的形狀，方便了安裝，提高了整體的強(qiáng)度。為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板制作工藝，其特征在于包括以下步驟
(1)模具制作，
(2)彎管制作，
(3)造型，
(4)元素配比，在鋼水中加入重量比Crl3-17%、Ni7.5_9%、Mn7_10%進(jìn)行澆鑄，
(5)、冶煉，
(6)、澆鑄，
(7)、整理，
(8)、半成品試壓，
(9)、機(jī)加工，
(10)、包裝，
(11)、成品。本發(fā)明有益效果是1、熔點(diǎn)高(鑄鐵熔點(diǎn)1150°C，鑄鋼熔點(diǎn)1450°C)具有較好的導(dǎo)熱性、塑性、韌性和良好的焊接性；
2、球墨鑄鐵基體上布滿了大小不同的球狀石墨(粒徑0.025 0. 150mm)，球狀石墨被氧化后相當(dāng)于形成了無數(shù)微小的孔洞，形成了裂縫和裂紋的發(fā)源地，加速了裂縫和裂紋的擴(kuò)展，增加資源消耗；鑄鋼組織均勻、致密，其伸長率內(nèi)外基本一致；
3、在澆鑄大型球墨鑄鐵件時(shí)，C、S、P在柱狀結(jié)晶過程中容易被推向液態(tài)區(qū)，在中心等軸晶區(qū)形成一個(gè)偏析物富集區(qū)，使鑄件表面和中心的延伸率存在較大差異，表面延伸率大于中心部位一倍以上，促進(jìn)了裂縫和裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展；在大型鑄鋼件上不會(huì)出現(xiàn)表面和中心伸長率差別太大的問題；對于低碳鑄鋼還具有獨(dú)特的屈服現(xiàn)象，它可使局部承受應(yīng)力重新分布，使應(yīng)力集中處的應(yīng)力得到松弛，使鑄鋼抵抗熱應(yīng)力的能力得到提高；
D、球墨鑄鐵的線膨脹系數(shù)在600°C以下變化較平穩(wěn)，但在600°C以上則隨溫度的升高而發(fā)生急劇的不可逆“生長”，當(dāng)溫度大于709°C時(shí)基體組織發(fā)生了相變，膨脹系數(shù)和內(nèi)應(yīng)力急劇增長，其破損速度加快；鑄鋼在600 1000°C其線脹系數(shù)的變化趨勢平穩(wěn)，并不隨溫度提高而顯著增長，因而具有較高的高溫體積穩(wěn)定性和抗裂紋破損性能；
E、鑄鋼的耐熱疲勞性能相當(dāng)于球墨鑄鐵的3.5 8. 5倍，有利于阻止裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展；鑄鋼導(dǎo)熱性優(yōu)于球墨鑄鐵，其基體內(nèi)無球狀石墨，從根源上避免了因球狀石墨氧化后形成的孔洞助長裂紋的問題。本發(fā)明制造的鑄鋼冷卻板使用壽命可達(dá)8 10年，是鑄鐵冷卻板的3 5倍。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明內(nèi)腔水道截面示意圖。圖3本體與鋼套連接鑄件圖。圖4鑄件本體的工藝鑄造孔圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明，參照圖1-圖4所示，該鑄鋼冷卻板本體內(nèi)設(shè)置內(nèi)腔水道，鋼套與本體整體成型，主要增強(qiáng)了設(shè)備的機(jī)械性能和強(qiáng)度，提高材料的密度。在持久高溫下工作，設(shè)備不變形、不漏水，延長了使用壽命，達(dá)到了銅冷卻板的使用效果，大幅降低了生產(chǎn)和檢修成本。本發(fā)明的鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板采用了鑄件冒口系統(tǒng)的自補(bǔ)方式，結(jié)合壓補(bǔ)的澆鑄方法完成，在制造過程中，造型工藝尤為重要，澆冒口與澆道必須采用瓷管澆道，冒口位置的放置必須按工藝圖紙操作。泥芯采用一種超低碳樹脂配砂制作，其加入量不得超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，否則當(dāng)鋼水進(jìn)入型腔時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一股氣體侵入鋼液中，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，制造泥芯時(shí)，氣路的放置更加重要，采用網(wǎng)狀金屬管彎制而成，放在泥芯中間，保證泥芯中的氣體順利排放。冶煉技術(shù)是本發(fā)明的重要組成部分，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在冶煉過程中，必須嚴(yán)格按照工藝規(guī)定執(zhí)行，再在熔煉爐的設(shè)備上進(jìn)行創(chuàng)新，在熔煉爐爐體上設(shè)計(jì)安裝一套鋼液凈化器，來提高鋼液的純凈度，確保鋼液中無氣體，無夾渣物，控制材料中的S、P達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)，(S ≤ O.01，P≤O. 01)。具體的出鋼順序，熔煉溫度達(dá)到1650°C以上，再切斷電源鎮(zhèn)靜幾分鐘，進(jìn)入鋼液凈化器內(nèi)凈化，直至澆鑄溫度，而后采用型腔澆道直接連接凈化器出口進(jìn)行澆鑄，克服了空氣中水分對鋼液的侵入，保證了鑄件產(chǎn)品材料中無氣孔、無針孔現(xiàn)象，提高了材料的密度和金相組織，達(dá)到了試壓要求的標(biāo)準(zhǔn)。基體材料中的化學(xué)成分的配比，直接影響到產(chǎn)品機(jī)械性能、金相組織結(jié)構(gòu)、材料的強(qiáng)度和密度。通過多次實(shí)驗(yàn)表明，在鑄鋼冷卻板的材料配比過程中，必須要添加合理的稀有金屬如重稀土 Re、Ni等元素進(jìn)行細(xì)化晶粒，從而達(dá)到金相組織結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，提高材料密度。在添加金屬元素的過程中，必須要嚴(yán)格控制溫度和添加順序才能達(dá)到理想的效果。關(guān)于這方面的理論數(shù)據(jù)，由于涉及保密點(diǎn)，不便公開。熱處理是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，鑄鋼冷卻板鑄造完畢后必須按照工藝進(jìn)行熱處理。第一步進(jìn)行正火，溫度按步驟升到90(TC，保溫2小時(shí)出爐空冷；第二步300°回火，隨爐冷卻，按上述步驟操作，提高了產(chǎn)品材料的物理性能和機(jī)械性能。 本發(fā)明鑄鋼冷卻板內(nèi)水道的清砂處理，采用噴砂方法，從工藝孔進(jìn)行噴射，使水道壁平整光滑，冷卻板在工作的過程中，水道內(nèi)無任何阻力。工藝孔的堵塞焊接工藝是先對工藝孔進(jìn)行加工去毛刺，按工藝要求，制作焊縫坡口采用氬弧焊焊接，成型后，封閉水道進(jìn)出口進(jìn)行水壓試驗(yàn)，壓力3. OMPa保壓30分鐘無冒汗現(xiàn)象。采用鑄鋼材料取代球墨鑄鐵材料生產(chǎn)制造新型冷卻板，因冷卻板處在高爐的最高溫區(qū)域，在鋼水中加入Crl3-17%、Νi7. 5-9%, Mn7 10%等進(jìn)行澆鑄，提高了冷卻板的抗高溫蠕變性能、抗熱沖擊性能、抗熱疲勞性能；
2、通過鑄鋼工藝技術(shù)，解決冷卻板基體與冷卻水管無氣隙熔合澆鑄問題。冷卻板的冷卻水管通常采用的是熱軋20#鋼，原鑄鐵冷卻板高溫鑄鐵與冷卻水管熔合時(shí)，由于鐵的含碳量為3. 6%左右，而熱軋20#鋼的含碳量僅為O. 2%左右。因此，兩者熔合時(shí)，冷卻水管表面發(fā)生了劇烈的侵蝕和滲透，使水管表面增碳、硬化，使冷卻板基體與冷卻水管間產(chǎn)生氣隙，導(dǎo)熱性能嚴(yán)重下降；同時(shí)又因鑄鐵與鋼的線膨脹系數(shù)不一致，兩者熔合時(shí)容易導(dǎo)致冷卻水管破裂、閉合。為防止上述情況發(fā)生，原來的處理方式一般采用，在埋入的冷卻水管外附加防滲碳涂層O. 3-0. 5mm，這樣的結(jié)果是水管與鑄鐵基體之間形成氣隙，傳熱阻力顯著增加，提升冷卻板的工作面溫度，惡化冷卻板冷卻效果，加速冷卻板破損。
在普通鋼水中加入適量Cr、RE等元素，制成鑄鋼，該鑄鋼的含碳量以及線膨脹系數(shù)與冷卻水管保持基本一致，讓鋼水與冷卻水管進(jìn)行直接澆注，使之緊密結(jié)合，達(dá)到熱阻為
O,從而增加冷卻效果。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。 本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1. 一種鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板制作工藝，其特征在于包括以下步驟(1)模具制作，(2)彎管制作，(3)造型，(4)元素配比，在鋼水中加入重量比Crl3-17%、Ni7.5_9%、Mn7_10%進(jìn)行澆鑄，(5)、冶煉，(6)、澆鑄，(7)、整理，(8)、半成品試壓，(9)、機(jī)加工，(10)、包裝，(11)、成品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板制作工藝，其特征在于包括以下步驟(1)模具制作，(2)彎管制作，(3)造型，(4)元素配比，在鋼水中加入重量比Cr13-17%、Ni7.5-9%、Mn7-10%進(jìn)行澆鑄，(5)冶煉，(6)澆鑄，(7)整理，(8)半成品試壓，(9)機(jī)加工，(10)包裝，(11)成品。本發(fā)明提供了一種鑄鋼空腔水冷式爐腰冷卻板制作工藝，降低了鋼液里面的夾渣物，提高鋼液的純靜電和密度，大幅度提高導(dǎo)熱系數(shù)和機(jī)械性能，同時(shí)又能保持冷卻板鋼套與本體一次性成型，優(yōu)化外形的形狀，方便了安裝，提高了整體的強(qiáng)度。
文檔編號C22C38/58GK103045782SQ201210571348
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者程樹森, 王志斌, 嚴(yán)其虎, 朱大勝, 徐東 申請人:江蘇聯(lián)興成套設(shè)備制造有限公司