[發明專利]帶水冷的鑄鋼爐喉鋼磚的鑄造方法

有效

• 申請號: 200910027367.1
• 申請日: 2009-05-31
• 公開（公告）號: CN101634522A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 程樹森;樊旭初;潘宏偉
• 申請（專利權）人: 江蘇聯興成套設備制造有限公司
• 主分類號: F27D1/12
• 分類號: F27D1/12;C21C5/52;C21C7/00;B22D19/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司
• 代理人: 董建林;孫永生

技術領域

本發明涉及一種高溫冷卻裝置，具體講是涉及一種用于冶金高溫爐窯的帶 水冷的鑄鋼爐喉鋼磚的鑄造方法，屬于冶金煉鐵技術領域。

背景技術

爐喉鋼磚是為冶金高溫爐窯提供冷卻的設備，能夠保護冶金高溫爐窯免受 爐體內高溫流體的侵蝕和機械磨損，延長冶金高溫爐窯壽命，保證其安全穩定 生產。冷卻設備一旦出現問題，冶金高溫窯爐必須全面停產檢修，將會帶來重 大經濟損失。所以，爐喉鋼磚的壽命和性能決定冶金高溫爐窯的壽命，是冶金 高溫爐窯長壽高效、節能的重要保證。

當前國內外冶金工業普遍采用的爐喉鋼磚材質以鑄鐵為主，但是，鑄鐵爐 喉鋼磚存在諸多不足。以使用最廣泛的球墨鑄鐵爐喉鋼磚為例，其存在以下不 足：(1)球墨鑄鐵爐喉鋼磚必須在冷卻通道外附加防滲碳涂層，使通道與基體 之間形成氣隙，而氣隙使得爐喉鋼磚傳熱阻力顯著增加，惡化爐喉鋼磚的傳熱 效果，增加爐喉鋼磚工作面溫度，加速爐喉鋼磚的破損；(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于 形成了無數微小的孔洞，構成了發生裂縫和裂紋的發源地，加速了裂縫和裂紋 的擴展，從而導致爐喉鋼磚使用壽命變短，增加資源消耗，不利于爐喉鋼磚長 壽、節能；(3)在澆鑄大型球墨鑄件時，C、S、P在柱狀結晶過程中容易被推向 液態區，在中心等軸晶區形成一個偏析物富集區，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，促進了球墨鑄鐵裂縫或裂 紋的產生和擴展，不利于爐喉鋼磚長壽；(4)球墨鑄鐵的線膨脹系數在600℃以 下變化較平穩，但在600℃以上則隨溫度的升高而發生急劇的不可逆“生長”， 當溫度大于709℃時基體組織發生了相變，膨脹系數和內應力急劇增長，其破損 速度加快；(5)球墨鑄鐵導熱性和抗熱震性能都較差，其導熱系數僅為 30w·m^-2·K^-1，不利于爐喉鋼磚的高效冷卻。

由于鑄鋼材料的特殊性和澆注工藝的難度，因此國外對鑄鋼爐喉鋼磚在冶 金工業的應用問題研究較少，其研究成果較少見諸報導。但是，由于國內冶金 工業對爐喉鋼磚需求很大，并且基于鑄鋼材料的優越性，對鑄鋼爐喉鋼磚進行 了初步研究。

國內個別企業對鑄鋼爐喉鋼磚的生產進行了實踐，但結果差強人意。主要 原因包含五個方面，第一，在澆注爐喉鋼磚過程中，冷卻水管極易被高溫鋼水 熔穿，廢品率高；第二，在澆注過程中，在冷卻水管外表面焊接大量冷鐵，冷 鐵在澆筑過程中熔化不完全，破壞冷卻水管和爐喉鋼磚基體的整體機械性能， 并促使氣隙產生，嚴重惡化爐喉鋼磚傳熱性能；第三，在澆注過程中，冷卻通 道內部易發生氧化，產品質量大大降低；第四，鋼水潔凈化技術在鑄鋼爐喉鋼 磚一次澆注成型過程中缺乏系統研究，產品性能不穩定；第五，冶金工業的爐 喉鋼磚屬于厚大鑄件，而厚大鑄件的氣孔、疏松、偏析等質量缺陷在鑄造行業 一直尚未完全解決。另外，針對鑄鋼爐喉鋼磚的熱處理工藝缺乏系統研究，尚 未提出熱處理規范。因此，鑄鋼爐喉鋼磚成品率很低，性能不佳，壽命也不長。

目前，有些文獻從理論上對鑄鋼爐喉鋼磚及其類似的冷卻器進行了研究， 主要側重于傳熱分析、建立數學模型優化設計，對鑄鋼爐喉鋼磚發展起到了積 極的推動作用。但鑄鋼爐喉鋼磚的實際生產過程中存在的問題涉及到諸多方面， 其應用和推廣需要綜合考慮各個方面：建立數學模型進行傳熱學計算，基體材 料的選擇，設計參數的選擇，鋼水潔凈化冶煉，鑄鋼冷卻凝固控制，鑄鋼爐喉 鋼磚熱處理，性能檢測和評估等。單純從某一個角度考慮并不能很好的解決問 題，需要交叉多學科的基本原理進行系統研究。由于上述限制，目前對于鑄鋼 在爐喉鋼磚上的應用還是不能達到工業應用的要求。

發明內容

為了克服現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種利用新的鑄鋼 基體材料取代傳統的鑄鐵材料，采用新的制造工藝克服氣隙熱阻的產生，打破 傳統的氣體冷卻模式，避免使用當前不得已而采用的內冷鐵塊，實現精確控制 吸熱量，保證冷卻水管不發生重熔和再結晶，促使冷卻水管外表面在澆注過程 中微熔，并使得冷卻水管在澆注后與鋼磚基體緊密結合；優化控制帶水冷的鑄 鋼爐喉鋼磚的鑄造工藝，有效減少元素偏析；通過添加特殊合金和優化熱處理 工藝提高帶水冷的鑄鋼爐喉鋼磚性能的帶水冷的鑄鋼爐喉鋼磚的鑄造方法。

為達到上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：