适用于高炉炉体的单体冷却设备制造技术

一种适用于高炉炉体的单体冷却设备，包括单体冷却设备基体和置于其内的钢管，所述单体冷却设备基体由刚玉（Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］）、碳化硅（ＳｉＣ）、硅（Ｓｉ）粉组成的基料，和由木质磺酸钙、磷酸二氢铝组成的结合剂组成；由于本发明专利技术采用上述配比组成非金属单体冷却设备，从而使得本发明专利技术具有耐高温性，单体冷却设备热面安全工作温度可达１４００℃，提高了耐磨性，体积稳定，导热系数低和较好的经济效益和社会效益的优点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冷却设备，具体说是涉及一种适用于高炉炉体的单体冷却设备。高炉是钢铁联合企业中生产铁水的主体设备。高炉本体由炉基、框架、炉壳、单体冷却设备和炉衬五部分组成。其中，高炉的使用寿命基本上取决于单体冷却设备能否正常工作。(《炼铁学术年会论文集》1998年度，第206页--209页，出版单位辽宁省金属学会炼铁学术委员会)因此，单体冷却设备在高炉本体结构中起着至关重要的作用。高炉的长寿，不仅是钢铁联合企业中保持生产稳定均衡的需要，也是降低生铁成本，提高在市场上竞争力的需要。因此，高炉长寿是世界各国炼铁界最关心的问题之一，也是我国冶金工业“九五”技术攻关的课题。目前，高炉长寿技术虽然取得了很大的进步，但炉体(炉腹至炉身下部)寿命短的通病依然存在。单体冷却设备采用密集式结构的高炉，单体冷却设备破损后要进行更换，我国大多数采用单体冷却设备的大、中型高炉，平均4-5年进行中、大修一次。而在高炉冶炼中，原、燃料条件较差的高炉(鞍钢、本钢、太钢等)一般在开炉一年左右单体冷却设备就开始破损，冷却设备破损后向高炉内大量漏水，使高炉冶炼的焦比(每冶炼1吨铁需要的焦炭数量)升高，大、中型高炉在单体冷却设备大量破损后，焦比平均升高10-25kg/t.铁。与此同时，单体冷却设备向炉内漏的水在高温下还会损坏高炉内衬中的炭质耐火材料。破损的单体冷却设备查出关水后，炉壳失去冷却保护，继而发生变形、开裂，被迫进行大、中修。目前，高炉用的单体冷却设备主要有二种球墨铸铁冷却壁和铜冷却板。生产厂家有鞍钢、首钢、武钢、宝铜、无锡耐热铸造厂等。开炉半年以后，炉腹至炉身下部的砖衬被侵蚀掉之后，单体冷却设备失去砖衬保护、直接和高温(800℃～1200℃)的煤气流及炉料接触，在热应力和高温的作用下，造成球墨铸铁冷却壁本体裂纹，冷却水管破裂和烧蚀损坏。另外，金属单体冷却设备热面的安全工作温度≤450℃，所能承受的最高温度为770℃(球墨铸铁的相变点温度)。但是，在高炉炉腹至炉身下部，正常生产时工作温度约1200℃-800℃，炉况不正常时温度更高(≥1300℃)，所以单体冷却设备的破损在所难免。为此，国内外积极研究应用铜冷却壁，以达到延长单体冷却设备的使用寿命。铜冷却壁和铜冷却板因造价太高(7.0万元/吨)，大多数钢铁企业都无力承受，且球墨铸铁冷却壁及铜冷却板的安全工作温度必须低于770℃(1999年4月出版的《钢铁》杂志第34卷第4期第7页)这一难点始终来取得突破。本专利技术的目的就在于克服上述现有技术所存在的不足而提供一种适用于高炉炉体的单体冷却设备，它不仅降低了单体冷却设备的成本，而且也使单体冷却设备的安全工作温度≥1200℃，使用寿命达到10年以上不破损，从而确保高炉10年以上不中修的长寿目标。本专利技术的目的可通过以下措施实现本专利技术包括单体冷却设备基体和置于其内的钢管，所述单体冷却设备基体由刚玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉组成的基料，和由木质磺酸钙、磷酸二氢铝组成的结合剂组成；a所述基料按下述重量百分比组成碳化硅(SiC) 50％-95％；刚玉(AL2O3) 0％-50％；硅(Si)粉5％-10％，180--500目；b所述结合剂按下述重量百分比组成木质磺酸钙 10-100％；磷酸二氢铝 0-90％；c基料与结合剂按下述重量百分比组成基料93-97％；结合剂 3-7％。本专利技术可以选择为a所述基料按下述重量百分比组成碳化硅(SiC)51％；刚玉(AL2O3)40％；硅(Si)粉 9，180目；b所述结合剂按下述重量百分比组成木质磺酸钙 10％；磷酸二氢铝 90％；c基料与结合剂按下述重量百分比组成基料 93％；结合剂 7％。本专利技术优选为a所述基料按下述重量百分比组成碳化硅(SiC)65％；刚玉(AL2O3)23％；硅(Si)粉 12％，250目；b所述结合剂接下述重量百分比组成木质磺酸钙 55％；磷酸二氢铝 45％；c基料与结合剂按下述重量百分比组成基料 95％；结合剂 5％。本专利技术的最优选择为a所述基料按下述重量百分比组成碳化硅(SiC)83％；刚玉(AL2O3)11％；硅(Si)粉 6％，500目；b所述结合剂接下述重量百分比组成木质磺酸钙 100％；磷酸二氢铝 0％；c基料与结合剂按下述重量百分比组成基料97％；结合剂 3％。本专利技术还可选择为a所述基料按下述重量百分比组成碳化硅(SiC) 95％；刚玉(AL2O3) 0％；硅(Si)粉5％，350目；b所述结合剂按下述重量百分比组成木质磺酸钙 80％；磷酸二氢铝 20％；c基料与结合剂按下述重量百分比组成基料96％；结合剂 4％。作为对本专利技术的改进，所述钢管为U形结构，在钢管外表面设置有吸热翅，以及在钢管外表面设置有一耐高温涂层。由于本专利技术采用由刚玉(AL2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si)粉组成的基料，和由木质磺酸钙、磷酸二氢铝组成的结合剂按照上述配比组成非金属单体冷却设备基体材料，从而使得本专利技术具有以下优点(1)耐高温性能经过测试，基体材料的荷重软化点≥1600℃，热面安全工作温度可达1400℃，在通水冷却的条件下，其热面工作温度可达1500℃也不会发生烧蚀，远远高于炉内1000℃～1200℃的工作温度。因而可以保证使用寿命达到10年以上。(2)耐磨性由于基料属于磨料，耐磨性远远高于金属。在通水冷却的条件下，可经受住高温煤气流和炉料的冲刷磨损，因此可延长使用寿命。(3)体积稳定性其热胀冷缩率远小于球墨铸铁和铸铜，700℃时球墨铸铁的膨胀系数为1 5.85×10-6％，碳化硅为3.5×10-6％，因而对固定在(焊接)炉壳上的冷却水管所受的剪切力(热膨胀产生的)很小，水冷管不会造成损坏。这一性能远远优于金属冷却设备。(4)抗热剥落率和球墨铸铁一样，都是50℃/分。(5)导热性导热系数在700℃的条件下，和球墨铸铁基本一样(21～22W/m.k)，但远低于铸铜。但因基体材料耐高温≥1400℃，因而导热系数稍低一些也对使用寿命无影响。另外，导热率低可以降低高炉冶炼时的散热损失，提高了热能利用率。(6)经济效益和社会效益根据国家冶金局1996年的统计数据，我国现在≥2000M3高炉20座，1000～1999M3的高炉28座，500～999M3的高炉30座，100～499M3的高炉265座(现在仍然在生产的约250座左右)，合计炉容约149765M3。高炉采用非金属单体冷却设备后，炉体寿命达到10年以上，甚至10-15年不中修，其经济效益和社会效益是相当可观的。以一座1000M3的高炉为例，减少大、中修可节约308.5万元/年，减少停产带来的经济损失106.5万元/年。高炉长寿后生产稳定，减少炉役后期(单体冷却设备破损后焦比升高)的生产指标下降，每吨生铁焦比降低按5kg/t计算，节约99万元/年，另外节约大中修的开炉费用2.4万元/年，以上共节约516万元/年。按炉容平均粗略计算，则为0.516万元/(年.M3)。全年可节约0.516万元/(年.M3)×149765M3＝77278.74万元/年；同时还可以节约数以万吨计的金属。附图的图面说明如下附图说明图1为本专利技术的主视图。图2为图1的A-A向剖视图。图3为本专利技术基体的立体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于高炉炉体的单体冷却设备，它包括单体冷却设备基体（１）和置于其内的钢管（３），其特征在于：所述单体冷却设备基体（１）是由刚玉（ＡＬ２Ｏ３）、碳化硅（ＳｉＣ）、硅（Ｓｉ）粉组成的基料，和由木质磺酸钙、磷酸二氢铝组成的结合剂组和而成； ａ：所述基料按下述重量百分比组成：碳化硅（ＳｉＣ） ５０％－９５％；刚玉（ＡＬ２Ｏ３） ０％－５０％；硅（Ｓｉ）粉 ５％－１０％，１８０－－５００目；ｂ：所述结合剂按下述重量百分比组成：木质磺酸钙 １０－１００％； 磷酸二氢铝 ０－９０％；ｃ：基料与结合剂按下述重量百分比组成：基料 ９３－９７％；结合剂 ３－７％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张殿有，张宁，李志坚，李献明，白周京，张柯，
申请(专利权)人：李献明，张殿有，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]