專利名稱：適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻設(shè)備，具體說是涉及一種適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備。
高爐是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中生產(chǎn)鐵水的主體設(shè)備。高爐本體由爐基、框架、爐殼、單體冷卻設(shè)備和爐襯五部分組成。其中，高爐的使用壽命基本上取決于單體冷卻設(shè)備能否正常工作。(《煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)論文集》1998年度，第206頁--209頁，出版單位遼寧省金屬學(xué)會(huì)煉鐵學(xué)術(shù)委員會(huì))因此，單體冷卻設(shè)備在高爐本體結(jié)構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用。
高爐的長壽，不僅是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中保持生產(chǎn)穩(wěn)定均衡的需要，也是降低生鐵成本，提高在市場上競爭力的需要。因此，高爐長壽是世界各國煉鐵界最關(guān)心的問題之一，也是我國冶金工業(yè)“九五”技術(shù)攻關(guān)的課題。目前，高爐長壽技術(shù)雖然取得了很大的進(jìn)步，但爐體(爐腹至爐身下部)壽命短的通病依然存在。單體冷卻設(shè)備采用密集式結(jié)構(gòu)的高爐，單體冷卻設(shè)備破損后要進(jìn)行更換，我國大多數(shù)采用單體冷卻設(shè)備的大、中型高爐，平均4-5年進(jìn)行中、大修一次。而在高爐冶煉中，原、燃料條件較差的高爐(鞍鋼、本鋼、太鋼等)一般在開爐一年左右單體冷卻設(shè)備就開始破損，冷卻設(shè)備破損后向高爐內(nèi)大量漏水，使高爐冶煉的焦比(每冶煉1噸鐵需要的焦炭數(shù)量)升高，大、中型高爐在單體冷卻設(shè)備大量破損后，焦比平均升高10-25kg/t.鐵。與此同時(shí)，單體冷卻設(shè)備向爐內(nèi)漏的水在高溫下還會(huì)損壞高爐內(nèi)襯中的炭質(zhì)耐火材料。破損的單體冷卻設(shè)備查出關(guān)水后，爐殼失去冷卻保護(hù)，繼而發(fā)生變形、開裂，被迫進(jìn)行大、中修。
目前，高爐用的單體冷卻設(shè)備主要有二種球墨鑄鐵冷卻壁和銅冷卻板。生產(chǎn)廠家有鞍鋼、首鋼、武鋼、寶銅、無錫耐熱鑄造廠等。開爐半年以后，爐腹至爐身下部的磚襯被侵蝕掉之后，單體冷卻設(shè)備失去磚襯保護(hù)、直接和高溫(800℃～1200℃)的煤氣流及爐料接觸，在熱應(yīng)力和高溫的作用下，造成球墨鑄鐵冷卻壁本體裂紋，冷卻水管破裂和燒蝕損壞。另外，金屬單體冷卻設(shè)備熱面的安全工作溫度≤450℃，所能承受的最高溫度為770℃(球墨鑄鐵的相變點(diǎn)溫度)。但是，在高爐爐腹至爐身下部，正常生產(chǎn)時(shí)工作溫度約1200℃-800℃，爐況不正常時(shí)溫度更高(≥1300℃)，所以單體冷卻設(shè)備的破損在所難免。為此，國內(nèi)外積極研究應(yīng)用銅冷卻壁，以達(dá)到延長單體冷卻設(shè)備的使用壽命。銅冷卻壁和銅冷卻板因造價(jià)太高(7.0萬元/噸)，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)都無力承受，且球墨鑄鐵冷卻壁及銅冷卻板的安全工作溫度必須低于770℃(1999年4月出版的《鋼鐵》雜志第34卷第4期第7頁)這一難點(diǎn)始終來取得突破。
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足而提供一種適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，它不僅降低了單體冷卻設(shè)備的成本，而且也使單體冷卻設(shè)備的安全工作溫度≥1200℃，使用壽命達(dá)到10年以上不破損，從而確保高爐10年以上不中修的長壽目標(biāo)。
本發(fā)明的目的可通過以下措施實(shí)現(xiàn)本發(fā)明包括單體冷卻設(shè)備基體和置于其內(nèi)的鋼管，所述單體冷卻設(shè)備基體由剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉組成的基料，和由木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁組成的結(jié)合劑組成；a所述基料按下述重量百分比組成碳化硅(SiC) 50％-95％；剛玉(AL2O3) 0％-50％；硅(Si)粉5％-10％，180--500目；b所述結(jié)合劑按下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 10-100％；磷酸二氫鋁 0-90％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料93-97％；結(jié)合劑 3-7％。
本發(fā)明可以選擇為a所述基料按下述重量百分比組成
碳化硅(SiC)51％；剛玉(AL2O3)40％；硅(Si)粉 9，180目；b所述結(jié)合劑按下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 10％；磷酸二氫鋁 90％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料 93％；結(jié)合劑 7％。本發(fā)明優(yōu)選為a所述基料按下述重量百分比組成碳化硅(SiC)65％；剛玉(AL2O3)23％；硅(Si)粉 12％，250目；b所述結(jié)合劑接下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 55％；磷酸二氫鋁 45％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料 95％；結(jié)合劑 5％。本發(fā)明的最優(yōu)選擇為a所述基料按下述重量百分比組成碳化硅(SiC)83％；剛玉(AL2O3)11％；硅(Si)粉 6％，500目；b所述結(jié)合劑接下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 100％；
磷酸二氫鋁 0％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料97％；結(jié)合劑 3％。
本發(fā)明還可選擇為a所述基料按下述重量百分比組成碳化硅(SiC) 95％；剛玉(AL2O3) 0％；硅(Si)粉5％，350目；b所述結(jié)合劑按下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 80％；磷酸二氫鋁 20％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料96％；結(jié)合劑 4％。
作為對(duì)本發(fā)明的改進(jìn)，所述鋼管為U形結(jié)構(gòu)，在鋼管外表面設(shè)置有吸熱翅，以及在鋼管外表面設(shè)置有一耐高溫涂層。
由于本發(fā)明采用由剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉組成的基料，和由木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁組成的結(jié)合劑按照上述配比組成非金屬單體冷卻設(shè)備基體材料，從而使得本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)耐高溫性能經(jīng)過測試，基體材料的荷重軟化點(diǎn)≥1600℃，熱面安全工作溫度可達(dá)1400℃，在通水冷卻的條件下，其熱面工作溫度可達(dá)1500℃也不會(huì)發(fā)生燒蝕，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于爐內(nèi)1000℃～1200℃的工作溫度。因而可以保證使用壽命達(dá)到10年以上。(2)耐磨性由于基料屬于磨料，耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬。在通水冷卻的條件下，可經(jīng)受住高溫煤氣流和爐料的沖刷磨損，因此可延長使用壽命。(3)體積穩(wěn)定性其熱脹冷縮率遠(yuǎn)小于球墨鑄鐵和鑄銅，700℃時(shí)球墨鑄鐵的膨脹系數(shù)為1 5.85×10-6％，碳化硅為3.5×10-6％，因而對(duì)固定在(焊接)爐殼上的冷卻水管所受的剪切力(熱膨脹產(chǎn)生的)很小，水冷管不會(huì)造成損壞。這一性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于金屬冷卻設(shè)備。(4)抗熱剝落率和球墨鑄鐵一樣，都是50℃/分。(5)導(dǎo)熱性導(dǎo)熱系數(shù)在700℃的條件下，和球墨鑄鐵基本一樣(21～22W/m.k)，但遠(yuǎn)低于鑄銅。但因基體材料耐高溫≥1400℃，因而導(dǎo)熱系數(shù)稍低一些也對(duì)使用壽命無影響。另外，導(dǎo)熱率低可以降低高爐冶煉時(shí)的散熱損失，提高了熱能利用率。(6)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益根據(jù)國家冶金局1996年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國現(xiàn)在≥2000M3高爐20座，1000～1999M3的高爐28座，500～999M3的高爐30座，100～499M3的高爐265座(現(xiàn)在仍然在生產(chǎn)的約250座左右)，合計(jì)爐容約149765M3。高爐采用非金屬單體冷卻設(shè)備后，爐體壽命達(dá)到10年以上，甚至10-15年不中修，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是相當(dāng)可觀的。以一座1000M3的高爐為例，減少大、中修可節(jié)約308.5萬元/年，減少停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失106.5萬元/年。高爐長壽后生產(chǎn)穩(wěn)定，減少爐役后期(單體冷卻設(shè)備破損后焦比升高)的生產(chǎn)指標(biāo)下降，每噸生鐵焦比降低按5kg/t計(jì)算，節(jié)約99萬元/年，另外節(jié)約大中修的開爐費(fèi)用2.4萬元/年，以上共節(jié)約516萬元/年。
按爐容平均粗略計(jì)算，則為0.516萬元/(年.M3)。全年可節(jié)約0.516萬元/(年.M3)×149765M3＝77278.74萬元/年；同時(shí)還可以節(jié)約數(shù)以萬噸計(jì)的金屬。
附圖的圖面說明如下

圖1為本發(fā)明的主視圖。
圖2為圖1的A-A向剖視圖。
圖3為本發(fā)明基體的立體視圖。
圖4為煉鋼高爐結(jié)構(gòu)視圖。
本發(fā)明以下結(jié)合具體實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1第1步將剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉按照下述重量百分比混合均勻碳化硅(SiC) 51％；剛玉(AL2O3) 40％；硅(Si)粉 9％，粒度180目。
第2步將木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁接下述重量百分比混合均勻木質(zhì)磺酸鈣10％；磷酸二氫鋁90％。
第3步將基料與結(jié)合劑接下述重量百分比加水均勻混合基料 93％；結(jié)合劑7％。
第4步將基料與結(jié)合劑的混合物料放入模具內(nèi)制成如圖3所示的基體形狀，經(jīng)振動(dòng)加壓成型機(jī)成型后，干燥，置入氮化爐內(nèi)在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內(nèi)，然后用基料填實(shí)烘干固定。
實(shí)施例2第1步將剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉按照下述重量百分比混合均勻碳化硅(SiC) 65％；剛玉(AL2O3) 23％；硅(Si)粉 12％，粒度250目。
第2步將木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁按下述重量百分比混合均勻木質(zhì)磺酸鈣55％；
磷酸二氫鋁 45％。
第3步將基料與結(jié)合劑按下述重量百分比加水均勻混合基料 95％；結(jié)合劑 5％。
第4步將基料與結(jié)合劑的混合物料放入模具內(nèi)制成如圖3所示的基體形狀，經(jīng)振動(dòng)加壓成型機(jī)成型后，干燥，置入氮化爐內(nèi)在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內(nèi)，然后用基料填實(shí)烘干固定。
實(shí)施例3第1步將剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉按照下述重量百分比混合均勻碳化硅(SiC)83％；剛玉(AL2O3)11％；硅(Si)粉 6％，粒度500目。
第2步將木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁接下述重量百分比混合均勻木質(zhì)磺酸鈣 100；磷酸二氫鋁 0％。
第3步將基料與結(jié)合劑按下述重量百分比加水均勻混合基料 97％；結(jié)合劑 3％。
第4步將基料與結(jié)合劑的混合物料放入模具內(nèi)制成如圖3所示的基體形狀，經(jīng)振動(dòng)加壓成型機(jī)成型后，干燥，置入氮化爐內(nèi)在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內(nèi)，然后用基料填實(shí)烘干固定。
實(shí)施例4第1步將剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉按照下述重量百分比混合均勻
碳化硅(SiC) 95％；剛玉(AL2O3) 0％；硅(Si)粉5％，粒度350目。
第2步將木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁按下述重量百分比混合均勻木質(zhì)磺酸鈣 80％；磷酸二氫鋁 20％。
第3步將基料與結(jié)合劑按下述重量百分比加水均勻混合基料96％；結(jié)合劑 4％。
第4步將基料與結(jié)合劑的混合物料放入模具內(nèi)制成如圖3所示的基體形狀，經(jīng)振動(dòng)加壓成型機(jī)成型后，干燥，置入氮化爐內(nèi)在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內(nèi)，然后用基料填實(shí)烘干固定。
權(quán)利要求
1.一種適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，它包括單體冷卻設(shè)備基體(1)和置于其內(nèi)的鋼管(3)，其特征在于所述單體冷卻設(shè)備基體(1)是由剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉組成的基料，和由木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁組成的結(jié)合劑組和而成；a所述基料按下述重量百分比組成碳化硅(SiC) 50％-95％；剛玉(AL2O3) 0％-50％；硅(Si)粉 5％-10％，180--500目；b所述結(jié)合劑按下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣10-100％；磷酸二氫鋁0-90％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料 93-97％；結(jié)合劑3-7％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，其特征在于a所述基料接下述重量百分比組成碳化硅(SiC) 51％；剛玉(AL2O3) 40％；硅(Si)粉 9，180目；b所述結(jié)合劑按下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 10％；磷酸二氫鋁 90％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料 93％；結(jié)合劑 7％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，其特征在于a所述基料接下述重量百分比組成碳化硅(SiC) 65％；剛玉(AL2O3) 23％；硅(Si)粉 12％，250目；b所述結(jié)合劑按下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 55％；磷酸二氫鋁 45％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料 95％；結(jié)合劑 5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，其特征在于a所述基料按下述重量百分比組成碳化硅(SiC) 83％；剛玉(AL2O3) 11％；硅(Si)粉 6％，500目；b所述結(jié)合劑接下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 100％；磷酸二氫鋁 0％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料 97％；結(jié)合劑 3％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，其特征在于a所述基料按下述重量百分比組成碳化硅(SiC) 95％；剛玉(AL2O3) 0％；硅(Si)粉 5％，350目；b所述結(jié)合劑按下述重量百分比組成木質(zhì)磺酸鈣 80％；磷酸二氫鋁 20％；c基料與結(jié)合劑按下述重量百分比組成基料 96％；結(jié)合劑4％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，其特征在于所述鋼管(3)為U形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卸設(shè)備，其特征在于在所述鋼管(3)外表面設(shè)置有吸熱翅(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備，其特征在于在所述鋼管(3)外表面設(shè)置有一耐高溫涂層。
全文摘要
一種適用于高爐爐體的單體冷卻設(shè)備,包括單體冷卻設(shè)備基體和置于其內(nèi)的鋼管,所述單體冷卻設(shè)備基體由剛玉(Al
文檔編號(hào)C04B35/565GK1259579SQ9912494
公開日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1999年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者張殿有, 張寧, 李志堅(jiān), 李獻(xiàn)明, 白周京, 張柯 申請(qǐng)人:李獻(xiàn)明, 張殿有