專利名稱：適用于高爐爐體的單體冷卻設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷卻設備，具體說是涉及一種適用于高爐爐體的單體冷卻設備。
高爐是鋼鐵聯合企業中生產鐵水的主體設備。高爐本體由爐基、框架、爐殼、單體冷卻設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備能否正常工作。(《煉鐵學術年會論文集》1998年度，第206頁--209頁，出版單位遼寧省金屬學會煉鐵學術委員會)因此，單體冷卻設備在高爐本體結構中起著至關重要的作用。
高爐的長壽，不僅是鋼鐵聯合企業中保持生產穩定均衡的需要，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心的問題之一，也是我國冶金工業“九五”技術攻關的課題。目前，高爐長壽技術雖然取得了很大的進步，但爐體(爐腹至爐身下部)壽命短的通病依然存在。單體冷卻設備采用密集式結構的高爐，單體冷卻設備破損后要進行更換，我國大多數采用單體冷卻設備的大、中型高爐，平均4-5年進行中、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備就開始破損，冷卻設備破損后向高爐內大量漏水，使高爐冶煉的焦比(每冶煉1噸鐵需要的焦炭數量)升高，大、中型高爐在單體冷卻設備大量破損后，焦比平均升高10-25kg/t.鐵。與此同時，單體冷卻設備向爐內漏的水在高溫下還會損壞高爐內襯中的炭質耐火材料。破損的單體冷卻設備查出關水后，爐殼失去冷卻保護，繼而發生變形、開裂，被迫進行大、中修。
目前，高爐用的單體冷卻設備主要有二種球墨鑄鐵冷卻壁和銅冷卻板。生產廠家有鞍鋼、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，單體冷卻設備失去磚襯保護、直接和高溫(800℃～1200℃)的煤氣流及爐料接觸，在熱應力和高溫的作用下，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℃(球墨鑄鐵的相變點溫度)。但是，在高爐爐腹至爐身下部，正常生產時工作溫度約1200℃-800℃，爐況不正常時溫度更高(≥1300℃)，所以單體冷卻設備的破損在所難免。為此，國內外積極研究應用銅冷卻壁，以達到延長單體冷卻設備的使用壽命。銅冷卻壁和銅冷卻板因造價太高(7.0萬元/噸)，大多數鋼鐵企業都無力承受，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)這一難點始終來取得突破。
本發明的目的就在于克服上述現有技術所存在的不足而提供一種適用于高爐爐體的單體冷卻設備，它不僅降低了單體冷卻設備的成本，而且也使單體冷卻設備的安全工作溫度≥1200℃，使用壽命達到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。
本發明的目的可通過以下措施實現本發明包括單體冷卻設備基體和置于其內的鋼管，所述單體冷卻設備基體由剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉組成的基料，和由木質磺酸鈣、磷酸二氫鋁組成的結合劑組成；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所述結合劑按下述重量百分比組成木質磺酸鈣 10-100％；磷酸二氫鋁 0-90％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料93-97％；結合劑 3-7％。
本發明可以選擇為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所述結合劑按下述重量百分比組成木質磺酸鈣 10％；磷酸二氫鋁 90％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料 93％；結合劑 7％。本發明優選為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所述結合劑接下述重量百分比組成木質磺酸鈣 55％；磷酸二氫鋁 45％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料 95％；結合劑 5％。本發明的最優選擇為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所述結合劑接下述重量百分比組成木質磺酸鈣 100％；
磷酸二氫鋁 0％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料97％；結合劑 3％。
本發明還可選擇為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所述結合劑按下述重量百分比組成木質磺酸鈣 80％；磷酸二氫鋁 20％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料96％；結合劑 4％。
作為對本發明的改進，所述鋼管為U形結構，在鋼管外表面設置有吸熱翅，以及在鋼管外表面設置有一耐高溫涂層。
由于本發明采用由剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉組成的基料，和由木質磺酸鈣、磷酸二氫鋁組成的結合劑按照上述配比組成非金屬單體冷卻設備基體材料，從而使得本發明具有以下優點(1)耐高溫性能經過測試，基體材料的荷重軟化點≥1600℃，熱面安全工作溫度可達1400℃，在通水冷卻的條件下，其熱面工作溫度可達1500℃也不會發生燒蝕，遠遠高于爐內1000℃～1200℃的工作溫度。因而可以保證使用壽命達到10年以上。(2)耐磨性由于基料屬于磨料，耐磨性遠遠高于金屬。在通水冷卻的條件下，可經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)體積穩定性其熱脹冷縮率遠小于球墨鑄鐵和鑄銅，700℃時球墨鑄鐵的膨脹系數為1 5.85×10-6％，碳化硅為3.5×10-6％，因而對固定在(焊接)爐殼上的冷卻水管所受的剪切力(熱膨脹產生的)很小，水冷管不會造成損壞。這一性能遠遠優于金屬冷卻設備。(4)抗熱剝落率和球墨鑄鐵一樣，都是50℃/分。(5)導熱性導熱系數在700℃的條件下，和球墨鑄鐵基本一樣(21～22W/m.k)，但遠低于鑄銅。但因基體材料耐高溫≥1400℃，因而導熱系數稍低一些也對使用壽命無影響。另外，導熱率低可以降低高爐冶煉時的散熱損失，提高了熱能利用率。(6)經濟效益和社會效益根據國家冶金局1996年的統計數據，我國現在≥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(現在仍然在生產的約250座左右)，合計爐容約149765M3。高爐采用非金屬單體冷卻設備后，爐體壽命達到10年以上，甚至10-15年不中修，其經濟效益和社會效益是相當可觀的。以一座1000M3的高爐為例，減少大、中修可節約308.5萬元/年，減少停產帶來的經濟損失106.5萬元/年。高爐長壽后生產穩定，減少爐役后期(單體冷卻設備破損后焦比升高)的生產指標下降，每噸生鐵焦比降低按5kg/t計算，節約99萬元/年，另外節約大中修的開爐費用2.4萬元/年，以上共節約516萬元/年。
按爐容平均粗略計算，則為0.516萬元/(年.M3)。全年可節約0.516萬元/(年.M3)×149765M3＝77278.74萬元/年；同時還可以節約數以萬噸計的金屬。
附圖的圖面說明如下
圖1為本發明的主視圖。
圖2為圖1的A-A向剖視圖。
圖3為本發明基體的立體視圖。
圖4為煉鋼高爐結構視圖。
本發明以下結合具體實施例(附圖)作進一步詳細說明實施例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步將木質磺酸鈣、磷酸二氫鋁接下述重量百分比混合均勻木質磺酸鈣10％；磷酸二氫鋁90％。
第3步將基料與結合劑接下述重量百分比加水均勻混合基料 93％；結合劑7％。
第4步將基料與結合劑的混合物料放入模具內制成如圖3所示的基體形狀，經振動加壓成型機成型后，干燥，置入氮化爐內在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內，然后用基料填實烘干固定。
實施例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步將木質磺酸鈣、磷酸二氫鋁按下述重量百分比混合均勻木質磺酸鈣55％；
磷酸二氫鋁 45％。
第3步將基料與結合劑按下述重量百分比加水均勻混合基料 95％；結合劑 5％。
第4步將基料與結合劑的混合物料放入模具內制成如圖3所示的基體形狀，經振動加壓成型機成型后，干燥，置入氮化爐內在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內，然后用基料填實烘干固定。
實施例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步將木質磺酸鈣、磷酸二氫鋁接下述重量百分比混合均勻木質磺酸鈣 100；磷酸二氫鋁 0％。
第3步將基料與結合劑按下述重量百分比加水均勻混合基料 97％；結合劑 3％。
第4步將基料與結合劑的混合物料放入模具內制成如圖3所示的基體形狀，經振動加壓成型機成型后，干燥，置入氮化爐內在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內，然后用基料填實烘干固定。
實施例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步將木質磺酸鈣、磷酸二氫鋁按下述重量百分比混合均勻木質磺酸鈣 80％；磷酸二氫鋁 20％。
第3步將基料與結合劑按下述重量百分比加水均勻混合基料96％；結合劑 4％。
第4步將基料與結合劑的混合物料放入模具內制成如圖3所示的基體形狀，經振動加壓成型機成型后，干燥，置入氮化爐內在1420--1500℃氮化處理。
第5步將U形鋼管3置于基體1的槽2內，然后用基料填實烘干固定。
權利要求
1.一種適用于高爐爐體的單體冷卻設備，它包括單體冷卻設備基體(1)和置于其內的鋼管(3)，其特征在于所述單體冷卻設備基體(1)是由剛玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉組成的基料，和由木質磺酸鈣、磷酸二氫鋁組成的結合劑組和而成；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所述結合劑按下述重量百分比組成木質磺酸鈣10-100％；磷酸二氫鋁0-90％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料 93-97％；結合劑3-7％。
2.根據權利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設備，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所述結合劑按下述重量百分比組成木質磺酸鈣 10％；磷酸二氫鋁 90％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料 93％；結合劑 7％。
3.根據權利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設備，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所述結合劑按下述重量百分比組成木質磺酸鈣 55％；磷酸二氫鋁 45％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料 95％；結合劑 5％。
4.根據權利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設備，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所述結合劑接下述重量百分比組成木質磺酸鈣 100％；磷酸二氫鋁 0％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料 97％；結合劑 3％。
5.根據權利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設備，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所述結合劑按下述重量百分比組成木質磺酸鈣 80％；磷酸二氫鋁 20％；c基料與結合劑按下述重量百分比組成基料 96％；結合劑4％。
6.根據權利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設備，其特征在于所述鋼管(3)為U形結構。
7.根據權利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卸設備，其特征在于在所述鋼管(3)外表面設置有吸熱翅(4)。
8.根據權利要求1所述的適用于高爐爐體的單體冷卻設備，其特征在于在所述鋼管(3)外表面設置有一耐高溫涂層。
全文摘要
一種適用于高爐爐體的單體冷卻設備,包括單體冷卻設備基體和置于其內的鋼管,所述單體冷卻設備基體由剛玉(Al
文檔編號C04B35/565GK1259579SQ9912494
公開日2000年7月12日 申請日期1999年12月23日 優先權日1999年12月23日
發明者張殿有, 張寧, 李志堅, 李獻明, 白周京, 張柯 申請人:李獻明, 張殿有