一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法转让专利
申请号 : CN202010900469.6
文献号 : CN112011660B
文献日 : 2021-08-27
发明人 : 金昕 , 于学千 , 谭雨龙 , 詹望 , 苗宁
申请人 : 燕山大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法,其特征在于,其包括:S1:制备泡沫铜填充管:
选取所需孔隙率和孔隙尺寸的开孔泡沫铜坯料,放入型腔中,进行预热,控制预热温度为600℃~700℃,浇注熔融铝水,控制浇注温度为700℃~800℃,加压使得熔融铝水填满泡沫铜孔隙,冷却,得到开孔泡沫铜复合体坯料;
将所述开孔泡沫铜复合体坯料的孔隙填满后,进行线切割,得到开孔泡沫铜复合体型芯,再将所述开孔泡沫铜复合体型芯置于铸模的型腔中,其中所述铸模用于制备所述高炉冷却壁的冷却管体;
对所述开孔泡沫铜复合体型芯和所述铸模进行预热,并保温处理,浇注融化温度为
1200℃~1400℃的熔融金属铜液,冷却后得到泡沫铜填充管铸造坯料;再对所述泡沫铜填充管铸造坯料进行粗加工,使所述泡沫铜填充管铸造坯料在其端部露出所述开孔泡沫铜复合体型芯后,去除填充在所述开孔泡沫铜复合体型芯孔隙中的复合物,经过精加工后,得到泡沫铜填充管;
S2:制备冷却管组:
用所述泡沫铜填充管制备冷却水管,并在所述冷却水管的两端分别垂直连接入水管和出水管,得到冷却管组;
S3:制备高炉冷却壁:
将多个所述冷却管组布置于砂箱中,并使所述入水管和所述出水管的管口置于所述砂箱表面,浇注熔融金属铜液,同时对所述冷却管组通入氮气进行冷却,得到高炉冷却壁铸造坯料,再经过精加工,得到高炉冷却壁。
2.根据权利要求1所述的具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法,其特征在于,步骤S1中对所述铸模进行预热的温度为550℃~600℃,并在此温度下进行保温处理;浇注熔融金属铜液,浇注温度为1200℃~1400℃,所述铸模设有加快开孔泡沫铜填充管铸造坯料冷却的水冷装置;冷却后,拆除与所述开孔泡沫铜‑铝复合体型芯连接的铸模型腔,得到开孔泡沫铜填充管铸造坯料。
3.根据权利要求1所述的具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法,其特征在于,步骤S1中去除填充在所述开孔泡沫铜复合体型芯孔隙中的复合物的方法为:将加工后的所述泡沫铜填充管铸造坯料加热至700℃~800℃,使位于泡沫铜‑铝复合体中的金属铝完全熔除。
4.根据权利要求1所述的具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法,其特征在于,步骤S2中,制备所述冷却管组的方法包括:直接将所述泡沫铜填充进行弯折处理,得到依次连接的入水管、冷却水管和出水管;或者,将普通铜管分别加工成入水管和出水管,将所述泡沫铜填充管加工成所述冷却水管,再将所述入水管和所述出水管焊接于所述冷却水管的两端。
说明书 :
一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法
技术领域
背景技术
无缝金属管制作的冷却通道。冷却壁的冷却通道内通入高压、高速流动的冷却液,将冷却壁
的热量快速带走,维护工业炉窑安全稳定的运行。冷却壁是高炉的冷却设备,是用来保证高
炉在高温条件下抵御热流侵袭的关键设备。
面积较小,使得系统组成复杂、设备繁多、能源消耗高、水量消耗大,且运行维护成本较高,
另外由于水冷管繁多,增加了冷却壁的安装难度。
发明内容
炉冷却壁在冷却过程中冷却水与冷却水管的有效冷却面积低、冷却水管易破损的问题。
其中所述铸模用于制备所述高炉冷却壁的冷却管体;
填充管铸造坯料进行粗加工,使所述泡沫铜填充管铸造坯料在其端部露出所述开孔泡沫铜
复合体型芯后,去除填充在所述开孔泡沫铜复合体型芯孔隙中的复合物,经过精加工后,得
到泡沫铜填充管;
铸造坯料,再经过精加工,得到高炉冷却壁。
造,冷却后不进行盐脱溶处理;
注温度为700℃~800℃,加压使得熔融铝水填满泡沫铜孔隙,冷却。
进行保温处理。
泡至所述泡沫铜型芯孔隙中的盐颗粒完全溶出。
保温处理。
800℃,使位于泡沫铜‑铝复合体中的金属铝完全熔除。
将普通铜管分别加工成入水管和出水管,将所述泡沫铜填充管加工成所述冷却水管,再将
所述入水管和所述出水管焊接于所述冷却水管的两端。
而且制备成本低,当流动的冷却水流过这种具有通孔结构的材料中时,由于泡沫铜结构中
高的比表面积和复杂的三维流动状态,热量以强制对流形式通过流过孔穴的液体进行散
发,使泡沫铜具有优良的散热、换热能力。因此,这种填充有泡沫铜的冷却水管,即泡沫铜填
充管的换热性能好,从而提高了高炉冷却壁的换热性能。
的工作效率。
降低。
附图说明
沫铜填充管、12—冷却水管、13—开孔泡沫铜‑铝复合体型芯。
具体实施方式
条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为
可以通过市售购买获得的常规产品。
资源,并能减小高炉冷却水系统规模。
却管组9的管体内填充有开孔泡沫铜8材料,冷却管组9和开孔泡沫铜8的材料均为纯铜。冷
却管组9的冷却水管12预埋于冷却壁本体1内,进水管4和出水管5均与冷却水管12垂直,且
进水管4和出水管5的端部均伸出冷却壁本体1。冷却壁本体1通过螺栓组件安装在高炉炉壳
上,冷却壁本体1的高炉冷却面上间隔设有多道燕尾凹槽2,燕尾凹槽2与镶砖铸件的燕尾榫
连接,形成冷却墙体;冷却壁本体1上设有定位凸台6和定位孔7,用于高炉冷却壁的安装定
位,吊环组件3设置在高炉冷却壁本体1的与冷却管组9垂直的侧面上。
管12的长度短于冷却壁本体1长度。进水管4和出水管5与冷却水管12的连接处呈直角;
计要求:首先通过孔隙率和孔隙尺寸选取耐高温和易水溶的盐颗粒,将其布置到金属型腔
中并压实,然后浇注泡沫铜填充管11的所需填充材料金属铜的熔融金属液进行渗流铸造,
冷却后不进行盐脱溶处理,最后得到未盐脱溶处理的泡沫铜坯料。
对未盐脱溶处理开孔泡沫铜型芯10和模具整体进行预热,控制预热温度低于未盐脱溶处理
开孔泡沫铜型芯中的开孔泡沫铜的熔点,控制预热温度为900℃~1000℃,为了防止未盐脱
溶处理开孔泡沫铜型芯预热温度过高产生融化变形和防止下述步骤中遇到高温熔融金属
铜液产生热应力,并进行保温处理;浇注熔融金属铜液,浇注温度为1200℃~1400℃,为了
使泡沫铜填充管的金属壁与未盐脱溶处理开孔泡沫铜型芯的开孔泡沫铜冶金结合,该铸模
设有加快开孔泡沫铜填充管铸造坯料冷却的水冷装置,防止未盐脱溶处理开孔泡沫铜型芯
温度过高产生融化变形。冷却后,拆除与未盐脱溶处理开孔泡沫铜型芯10连接的铸模型腔,
得到泡沫铜填充管铸造坯料。
体型芯,其为了便于下列步骤S5溶出的未盐脱溶处理开孔泡沫铜型芯10的开孔泡沫铜孔隙
中的盐颗粒与水溶液接触。
开孔泡沫铜填充管铸造坯料进行烘干处理。
得到泡沫铜填充管11,如图4所示。将泡沫铜填充管11根据进水管4、出水管5和冷却水管12
的尺寸进行弯折加工,分别形成出水管5、冷却水管12和进水管4,得到冷却管组9,如图5和
图6所示;或者将泡沫铜填充管11进行分段焊接,根据入水管4和出水管5的尺寸,将普通铜
管分别加工成入水管4和出水管5,根据冷却水管12设计尺寸,截取泡沫铜填充管11作为冷
却水管12,两端分别焊接进水管4和出水管5,得到冷却管组9,如图7和图8所示。然后用砂纸
对该冷却管组9进行打磨,为了除去冷却管组9表面的氧化层,便于使冷却壁本体1与冷却管
组9铸造为一体,然后用无水乙醇清洗冷却管组9的表面,除去冷却管组9的表面油渍,为了
防止油渍高温分解,影响冷却壁本体1与冷却管组9铸造为一体。
伸出砂箱表面,浇注熔融金属铜液,浇注温度为1200℃~1400℃,为了使泡沫铜填充管的金
属壁与冷却壁本体1冶金结合,同时对冷却管组9通入氮气进行冷却,防止冷却管组9融化变
形。
成。
计要求:首先,选取所需孔隙率和孔隙尺寸的开孔泡沫铜坯料,然后浇注熔融复合体金属铝
的金属液,加压使得熔融复合体金属铝的金属液填满开孔泡沫铜坯料的孔隙,冷却后得到
开孔泡沫铜‑铝复合体坯料。
孔泡沫铜‑铝复合体型芯13和模具整体进行预热,控制预热温度低于开孔泡沫铜‑铝复合体
型芯中的复合体金属铝的熔点,控制预热温度为550℃~600℃,为了保证开孔泡沫铜‑铝复
合体型芯13预热温度过高导致复合体金属铝融化和防止下述步骤中遇到高温熔融金属铜
液产生热应力,并进行保温处理;浇注熔融金属铜液,浇注温度为1200℃~1400℃,为了使
开孔泡沫铜填充管的金属壁与开孔泡沫铜‑铝复合体型芯13中的开孔泡沫铜冶金结合,该
铸模设有加快开孔泡沫铜填充管铸造坯料冷却的水冷装置,防止未盐脱溶处理开孔泡沫铜
型芯温度过高产生融化变形。冷却后,拆除与开孔泡沫铜‑铝复合体型芯13连接的铸模型
腔,得到开孔泡沫铜填充管铸造坯料。
露出开孔泡沫铜‑铝复合体型芯13,为了便于下列步骤S5熔出开孔泡沫铜‑铝复合体型芯13
的开孔泡沫铜孔隙中复合体金属铝。
合体型芯13中复合体金属熔除。
得到泡沫铜填充管11。将泡沫铜填充管11根据进水管4、出水管5和冷却水管12的尺寸进行
弯折加工,分别形成出水管5、冷却水管12和进水管4,得到冷却管组9,如图10所示;或者将
泡沫铜填充管11进行分段焊接,根据入水管4和出水管5的尺寸,将普通铜管分别加工成入
水管4和出水管5,根据冷却水管12设计尺寸,截取泡沫铜填充管11作为冷却水管12,两端分
别焊接进水管4和出水管5,得到冷却管组9,如图11所示。然后用砂纸对该冷却管组9进行打
磨,为了除去冷却管组9表面的氧化层,便于使冷却壁本体1与冷却管组9铸造为一体,然后
用无水乙醇清洗冷却管组9的表面,除去冷却管组9的表面油渍,为了防止油渍高温分解,影
响冷却壁本体1与冷却管组9铸造为一体。
伸出砂箱表面,浇注熔融金属铜液,浇注温度为1200℃~1400℃,为了使泡沫铜填充管的金
属壁与冷却壁本体1冶金结合,同时对冷却管组9通入氮气进行冷却,防止冷却管组9融化变
形。
成。
做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。