一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法，属于高炉冷却技术领域。该制备方法包括三大步骤：一为制备泡沫铜填充管：选取开孔泡沫铜复合体坯料，将开孔泡沫铜复合体坯料的孔隙填满后，得到泡沫铜型芯，再将泡沫铜型芯置于铸模的型腔中，对铸模进行预热，并保温处理，浇注熔融金属铜液，冷却后得到泡沫铜填充管铸造坯料；去除填充在泡沫铜型芯孔隙中的复合物，经过精加工后，得到泡沫铜填充管；二为制备冷却管组；三为制备高炉冷却壁。通过该方法制备的高炉冷却壁，具有很好的换热性能，并提高了冷却水管的机械强度，解决了高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。

【技术实现步骤摘要】
一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法
本专利技术属于高炉冷却
，更具体地，涉及一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法。
技术介绍
大量工业炉窑采用的是水冷冷却结构，高炉冷却壁通常是这类炉窑的关键设备之一，如炼铁高炉的高炉冷却壁。该类设备通常使用铁、铜或钢等铸造而成，在壁体内铸入由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。现有的高炉冷却壁通常都采用水冷的冷却方式，冷却壁的热量由强制循环流过金属管的冷却水流带出，这种由冷却水与金属管壁接触带走冷却壁的热量的方式，有效换热面积较小，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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法，通过该方法制备的高炉冷却壁，具有很好的换热性能，并提高了冷却水管的机械强度，解决了高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。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法，其包括：S1:制备泡沫铜填充管：选取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。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，所述开孔泡沫铜复合体坯料包括未盐脱溶处理的泡沫铜坯料和泡沫铜-铝复合体坯料；所述未盐脱溶处理的泡沫铜坯料的制备方法包括：通过孔隙率和孔隙尺寸选取耐高温、易水溶的盐颗粒，将所述盐颗粒布置到型腔中并压实，浇注熔融金属铜进行渗流铸造，冷却后不进行盐脱溶处理；所述泡沫铜-铝复合体坯料的制备方法包括：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。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，当所述开孔泡沫铜复合体坯料为未盐脱溶处理的泡沫铜坯料时，步骤S1中对所述铸模进行预热的温度为900-1000℃，并在此温度下进行保温处理。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，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：将加工后的泡沫铜填充管铸造坯料浸泡在水溶液中，浸泡至所述泡沫铜型芯孔隙中的盐颗粒完全溶出。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，当所述开孔泡沫铜复合体坯料为泡沫铜-铝复合体坯料时，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。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，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。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，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。本专利技术的效果如下：1.本专利技术提供的这种高炉冷却壁的制备方法中，通过泡沫铜填充管的制备，使得高炉冷却壁的冷却水管中填充有泡沫铜材料。这种泡沫铜材料不但具有良好的换热性能，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。2.本专利技术在原有冷却水管的基础上，在冷却水管中心增加了泡沫铜材料，从而提高了冷却水管的机械强度，降低了破损率，减少了高炉冷却壁维修的次数，从而提高了高炉的工作效率。3.本专利技术与现有高炉冷却壁相比，解决了系统组成复杂，设备繁多，能源消耗高，水量消耗大，运行维护成本较高等问题，另外降低了水冷管数量,使高炉冷却壁的安装难度降低。附图说明图1为本专利技术高炉冷却壁立体示意图；图2为本专利技术高炉冷却壁局剖示意图；图3为本专利技术实施例1中未盐脱溶处理开孔泡沫铜型芯示意图；图4为本专利技术实施例1中开孔泡沫铜填充管剖视示意图；图5为本专利技术实施例1中弯折后冷却管组立体示意图；图6为本专利技术实施例1中弯折后冷却管组剖视示意图；图7为本专利技术实施例1中焊接冷却管组的立体示意图；图8为本专利技术实施例1中焊接冷却管组立体示意图；图9为本专利技术实施例2中开孔泡沫铜-铝复合体型芯示意图；图10为本专利技术实施例2中弯折后冷却管组剖视示意图；以及图11为本专利技术实施例2中焊接冷却管组局剖示意图。主要附图标记：1—冷却壁本体、2—燕尾凹槽、3—吊环组件、4—进水管、5—出水管、6—定位凸台、7—定位孔、8—开孔泡沫铜、9—冷却管组、10—未盐脱溶处理开孔泡沫铜型芯、11—泡沫铜填充管、12—冷却水管、13—开孔泡沫铜-铝复合体型芯。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，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。本专利技术提供一种具有泡沫铜冷却管组的高炉冷却壁的制备方法，通过这种方法制备的高炉冷却壁，冷却过程增加了冷却水与冷却水管的有效冷却面积,从而节约能源和水资源，并能减小高炉冷却水系统规模。这种高炉冷却壁，如图1和图2所示，其包括冷却壁本体1、燕尾凹槽2、吊环组件3、冷却管组9本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/nS1:制备泡沫铜填充管：/n选取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；/n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；/nS2:制备冷却管组：/n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；/nS3:制备高炉冷却壁：/n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。/n

【技术特征摘要】
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，所述开孔泡沫铜复合体坯料包括未盐脱溶处理的泡沫铜坯料和泡沫铜-铝复合体坯料；
所述未盐脱溶处理的泡沫铜坯料的制备方法包括：通过孔隙率和孔隙尺寸选取耐高温、易水溶的盐颗粒，将所述盐颗粒布置到型腔中并压实，浇注熔融金属铜进行渗流铸造，冷却后不进行盐脱溶处理；
所述泡沫铜-铝复合体坯料的制备方法包括：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：金昕，于学千，谭雨龙，詹望，苗宁，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13