一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法技术

一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法，采用铜球作为复合铁球的内芯，通过浇铸的方式使铜球与外壳材料形成复合铁球，复合铁球外壳钢材采用低铬铸铁，铜球与外壳材料的体积比为1：2.82‑1：10；浇注温度为1310℃‑1150℃。本发明专利技术的有益效果是：1)复合铁球内部的铜芯导热系数大，与液态高炉渣接触后可实现快速换热储热，而外部的低铬铸铁等材料熔点高、耐磨性好、硬度大、使用寿命长，可满足高炉渣干式余热回收工艺的连续使用要求。2)复合铁球由于外部为铁质壳体，可在完成高炉渣余热回收后通过磁选工艺实现铁球的回收再利用。3)复合铁球具有内铜、外铁的结构，铜芯换热速度快，铁壳熔点高、强度高，复合球抗高温冲击能力较强。

A Manufacturing Method of Composite Iron Balls for Dry Waste Heat Recovery of Blast Furnace Slag

A manufacturing method of composite iron spheres for dry waste heat recovery of blast furnace slag is introduced. Copper spheres are used as the inner core of composite iron spheres. Composite iron spheres are formed with outer shell materials by casting. Composite iron spheres are made of low chromium cast iron. The volume ratio of copper spheres to outer shell materials is 1:2.82 1:10; and the pouring temperature is 310 1150. The beneficial effects of the invention are as follows: 1) The copper core inside the composite iron ball has large thermal conductivity, and can realize rapid heat exchange and heat storage after contacting with liquid blast furnace slag, while the outer low chromium cast iron and other materials have high melting point, good wear resistance, high hardness and long service life, which can meet the continuous use requirements of the dry waste heat recovery process of blast furnace slag. 2) Composite iron nodules can be recovered and reused by magnetic separation process after the recovery of waste heat from blast furnace slag due to the iron shell outside. 3) Composite iron spheres have the structure of inner copper and outer iron, the heat transfer speed of copper core is fast, the melting point of iron shell is high, the strength is high, and the composite iron sphere has strong high impact resistance at high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法
本专利技术涉及复合钢球制造邻域，尤其涉及一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法。
技术介绍
高炉渣是高炉冶炼的副产物。其主要成分为氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅等，可代替天然岩石生产水泥或矿渣微分等用于建材产品。高炉渣的出炉温度大于1500℃，1吨高炉渣所含有的热量相当于64kg标准煤，现行的处理方法采用水淬工艺，除了少部分北方企业在冬天利用冲渣水的余热进行采暖外，基本没有其他有效的余热回收方式。因此，不仅高炉渣的显热及潜热无法回收利用，造成重大的能源浪费。而且INBA法水冲渣工艺还造成水资源的大量浪费，对大气、水和土壤也造成了严重的污染。经调研，国内外开发高炉渣干式余热回收技术研究较多，但一直未有工业化应用的报道。经调研，国内外多数高炉熔渣显热回收技术目前均处于实验室研究阶段，可将其余热回收方式分为物理热回收法和化学热回收法。其中前者根据熔渣前处理方法的不同，又分为滚筒法、风淬法、连铸式余热锅炉法、机械搅拌法、转杯法、钢球冷淬法等。其中钢球冷淬法因具有不耗水、热回收潜力大、硫化物排放少等优点，成为高炉渣余热回收技术的重要研究方向。但该工艺所使用的钢球需具有导热系数大、蓄热放热速度快、抗高温冲击能力强、寿命长等特点，单一材质的钢球难以满足高炉渣余热回收工艺要求。双金属复合的方法有铸造复合、扩散连接、冷轧、挤压、爆炸焊、等离子活化烧结、搅拌摩擦焊等。其中，固液复合铸造是一种十分简单、经济、有效的双金属复合方法。固液复合铸造技术是将覆层金属液浇注到已预制好的基体金属上或将已表面处理好的基体金属沉没于覆层金属液中，通过两种金属间的扩散反应形成连续的金属间扩散区从而形成复合材料的工艺方法。许多研究都使用复合铸造来连接相同或相异金属对，如钢/铸铁、钢/铝、铜/铝、铝/铝、镁/镁、铝/镁、钛/铝等。但是，现有技术中的钢球难以满足钢球冷淬法高炉渣余热回收工艺要求，而且高炉渣余热回收工艺专用复合金属球的相关制作技术相对较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法，克服现有技术存在的不足，生产出的复合铁球具备导热系数大、蓄热放热速度快、耐磨性好、寿命长等特点，可满足高炉渣干式余热回收工艺的要求。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法，采用铜球作为复合铁球的内芯，通过浇铸的方式使铜球与外壳材料形成复合铁球，具体包括如下步骤：1)在填充砂型组装模具时，先将铜球用支架和浇道固定于砂型中间，并固定好排气孔用排气铝管；2)铜球与外壳材料的体积比为1：2.82-1：10；3)复合铁球外壳铁水熔化至1470℃-1360℃，并保温10-20min，加入脱氧剂脱氧；4)向砂型中浇铸复合铁球外壳铁水，浇注温度为1310℃-1150℃；5)砂型中铁水自然冷却20-40min后，将砂型上固定夹具打开；砂型继续自然冷却20-40min后，将砂型模具打开，得到外壳钢材为低铬铸铁的复合铁球。所述复合铁球外壳铸造厚度为2.80-34.27mm。所述铜球的含铜量75％-100％，直径10-28mm。所述支架为Φ1mm-Φ3mm的铁丝或钢丝制成。所述排气孔用排气铝管厚度为0.5-1mm，孔径为1.5-3mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)复合铁球内部的铜芯导热系数大，与液态高炉渣接触后可实现快速换热储热，而外部的低铬铸铁等材料熔点高、耐磨性好、硬度大、使用寿命长，可满足高炉渣干式余热回收工艺的连续使用要求。2)复合铁球由于外部为铁质壳体，可在完成高炉渣余热回收后通过磁选工艺实现铁球的回收再利用。3)复合铁球具有内铜、外铁的结构，铜芯换热速度快，铁壳熔点高、强度高，复合球抗高温冲击能力较强。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法，采用铜球作为复合铁球的内芯，通过浇铸的方式使铜球与外壳材料形成复合铁球，具体包括如下步骤：1)在填充砂型组装模具时，先将铜球用支架和浇道固定于砂型中间，并固定好排气孔用排气铝管；将支架和排气孔固定好后开始填砂，制造砂型，并进行烘干；将烘干的砂箱进行组装固定，准备铸造。2)铜球与外壳材料的体积比为1：2.82-1：10；铜球与外壳材料的体积比过小时，铁水冷却速度过快，难以完全包覆铜球；体积比过大时，铁水热量大，将使铜球表面熔化过多，容易出现漏铜现象。3)复合铁球外壳铁水熔化至1470℃-1360℃，并保温10-20min，加入脱氧剂脱氧；完成脱氧操作后将表面浮渣清理干净，之后将铁水转入中间包中。4)向砂型中浇铸复合铁球外壳铁水，浇注温度为1310℃-1150℃；将中间包转运至砂型上方，将铁水缓慢均匀地浇入砂型中。铁水浇铸温度过高时将导致铁水温度过高，铁水流动性过大，将导致铜芯熔化，铜球易偏离中心位置；铁水浇注温度偏低时，易导致复合铁球灌注不充分，外形不完整、空心化等问题。5)砂型中铁水自然冷却20-40min后，将砂型上固定夹具打开；砂型继续自然冷却20-40min后，将砂型模具打开，得到外壳钢材为低铬铸铁的复合铁球。6)清理砂型模具后得到复合铁球，并进行边角清理即可得到成品。所述复合铁球外壳铸造厚度为2.80-34.27mm。所述铜球的含铜量75％-100％，直径10-28mm。所述铜球的含铜量较低时，铜球内芯的储热放热速度和储热量将明显下降，并将明显降低其相对纯铁球作为高炉渣余热回收用储热放热介质的优势。所述支架为Φ1mm-Φ3mm的铁丝或钢丝制成。所述排气孔用排气铝管厚度为0.5-1mm，孔径为1.5-3mm。排气孔用排气铝管孔径较小时，浇注排气不足，将导致复合铁球出现中空现象，复合铁球的强度和导热系数明显下降；排气孔用排气铝管孔径较大时，将导致钢液冷凝回缩比例大，复合铁球补缩孔粗大，外形不完整，且易出现铜芯熔化导致的漏铜问题。复合铁球平均比热为425.5-450J/kg·K，20℃条件下导热系数为50.5-195W/m·K。实施例1一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法，包括以下步骤：1)铜球支架。将铜球用铁质支架和浇道固定于砂型中间。2)埋入砂型。将支架和排气孔固定好后开始填砂，制造砂型，并进行烘干。3)模具组装。将烘干的砂箱进行组装固定，准备铸造。4)钢材熔化。将复合铁球外壳用钢材进行熔化，并保温20min。5)脱氧出钢。向熔化好的铁水中放入脱氧剂，完成脱氧操作后将表面浮渣清理干净，之后将铁水转入中间包中。6)砂型浇铸。将中间包转运至砂型上方，将铁水缓慢均匀地浇入砂型中。浇注温度1310℃。7)砂型冷却。使砂型中的钢水自然冷却30min后，将砂型上固定装置解开。8)打开模具。砂型继续冷却自然冷却30min后，将砂型模具打开。9)产品模型分离。将铸造复合球和浇道金属体分离开。10)成品。边角清理结束后即为成品复合球。复合铁球外壳用钢材为低铬铸铁，铸造厚度为10mm。复合铁球内芯为铜球，含铜量100％，直径20mm。铜球与外壳材料的体积比为1:7。经检验，复合铁球平均比热为432J/kg·K，20℃条件下导热系数为115W/m·K。复合铁球在700-1000℃条件下储热放热量和放热速度均优于低铬铸铁球。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法，其特征在于，采用铜球作为复合铁球的内芯，通过浇铸的方式使铜球与外壳材料形成复合铁球，具体包括如下步骤：1)在填充砂型组装模具时，先将铜球用支架和浇道固定于砂型中间，并固定好排气孔用排气铝管；2)铜球与外壳材料的体积比为1：2.82‑1：10；3)复合铁球外壳铁水熔化至1470℃‑1360℃，并保温10‑20min，加入脱氧剂脱氧；4)向砂型中浇铸复合铁球外壳铁水，浇注温度为1310℃‑1150℃；5)砂型中铁水自然冷却20‑40min后，将砂型上固定夹具打开；砂型继续自然冷却20‑40min后，将砂型模具打开，得到外壳钢材为低铬铸铁的复合铁球。

【技术特征摘要】
1.一种高炉渣干式余热回收用复合铁球的制造方法，其特征在于，采用铜球作为复合铁球的内芯，通过浇铸的方式使铜球与外壳材料形成复合铁球，具体包括如下步骤：1)在填充砂型组装模具时，先将铜球用支架和浇道固定于砂型中间，并固定好排气孔用排气铝管；2)铜球与外壳材料的体积比为1：2.82-1：10；3)复合铁球外壳铁水熔化至1470℃-1360℃，并保温10-20min，加入脱氧剂脱氧；4)向砂型中浇铸复合铁球外壳铁水，浇注温度为1310℃-1150℃；5)砂型中铁水自然冷却20-40min后，将砂型上固定夹具打开；砂型继续自然冷却20-40min后，将砂型模具打开，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向锋，马光宇，刘常鹏，王忠润，李卫东，孙守斌，王东山，张天赋，徐鹏飞，钱峰，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21