專利名稱：一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防滲碳的施工工藝，尤其是涉及一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，屬于冶金機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
冶金高爐用冷卻壁的使用壽命的長短，主要取決于冷卻水管防滲碳效果?，F(xiàn)有冷卻壁的含碳量一般在3. 4 % 3. 6 %之間，而冷卻水管的材質(zhì)為20鋼，其含碳量在0. 15 % 0. 25%之間，澆鑄時，冷卻水管被含碳量很高的高溫鐵水包圍，如果沒有防滲碳涂層保護(hù)， 鐵水中的碳勢必會向冷卻水管內(nèi)部滲入，導(dǎo)致冷卻水管表層增碳，增碳后的冷卻水管將失去韌性，在高壓冷卻水或其它外力的作用下，冷卻水管極易破裂導(dǎo)致滲漏，從而縮短冷卻壁的使用壽命。冷卻壁的使用壽命一般要求在10年以上，產(chǎn)生滲碳后的冷卻水管使用壽命一般只有2年左右，故冷卻壁鑄入冷卻水管的防滲碳效果的好壞是決定高爐冷卻壁使用壽命長短的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)高爐冷卻壁冷卻水管防滲碳技術(shù)，普遍采用的工藝是在冷卻水管上涂覆一層厚度為0. 3 0. 5mm的水基鋯英粉涂料，然后再鑄入冷卻壁內(nèi)。采用上述工藝生產(chǎn)的冷卻壁，由于在澆鑄時，高溫鐵水部分擊穿水基鋯英粉涂料后與冷卻水管接觸，在冷卻水管外表面形成局部滲碳層，其滲碳深度一般在0. 1 0. 5mm范圍內(nèi)，且鑄入的冷卻水管與冷卻壁本體之間的間隙> 0. 3mm，這樣就容易出現(xiàn)冷卻水管破裂、冷卻壁滲水等現(xiàn)象，降低冷卻壁的使用壽命，加大設(shè)備檢修量，降低高爐的正常生產(chǎn)效率，影響高爐的產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在向高爐冷卻壁內(nèi)鑄入冷卻水管時不會在冷卻水管的外表面滲入碳形成滲碳層的防滲碳施工工藝。為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，包括以下步驟，先彎制鑄入冷卻壁中的冷卻水管，并對彎制合格的冷卻水管進(jìn)行除銹處理；再在所述冷卻水管的外表面上均勻噴涂一層厚度不超過0. Imm 0. 15mm的Al2O3 ；然后再在均涂合格的冷卻水管外表面涂刷一層厚度不超過0. 2mm的水基鋯英粉涂料，并進(jìn)行干燥處理；最后將干燥合格的冷卻水管預(yù)埋入鑄造型腔，合箱澆注冷卻壁，待成型、冷卻至800°C 以下后去型腔空冷，向冷卻水管外表面噴涂的Al2O3涂層是通過下述步驟形成的，先將Al 絲熔化，形成熔融的高溫液態(tài)Al，然后再將該熔融的高溫液態(tài)Al均勻的噴涂到冷卻水管的外表面上，并在熔融的高溫液態(tài)Al噴涂到冷卻水管外表的過程中與空氣中的氧化合形成 Al2O3涂層。進(jìn)一步的是，Al絲的熔化和將熔化的高溫液態(tài)Al噴涂到冷卻水管的外表面的操作均是采用金屬火焰氣體噴槍來實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步的是，在冷卻水管外表面噴涂的Al2O3的厚度為0. Imm 0. 15mm。進(jìn)一步的是，在對冷卻水管進(jìn)行除銹處理時，采用噴丸除銹
進(jìn)一步的是，在冷卻水管外表面噴涂Al2O3時，應(yīng)在除銹后的四小時以內(nèi)完成。上述方案的優(yōu)選方式是，用于給冷卻水管外表面噴涂Al2O3的Al絲的直徑為 2. Omm0進(jìn)一步的是，在冷卻水管外表面涂刷的水基鋯英粉涂料的厚度為0. Imm 0. 2mm。進(jìn)一步的是，在冷卻水管外表面涂刷水基鋯英粉涂料時，應(yīng)在均涂完Al2O3后的4 小時內(nèi)完成。進(jìn)一步的是，涂刷完水基鋯英粉涂料的冷卻水管干燥時，采用自然風(fēng)干或在烘干窯內(nèi)烘干。上述方案的優(yōu)選方式是，當(dāng)采用烘干窯對冷卻水管進(jìn)行干燥時，烘干窯內(nèi)的溫度為 100 120°C。本發(fā)明的有益效果是在向冷卻水管外表面涂刷水基鋯英粉涂料前，先噴涂一層 Al2O3，然后再涂刷水基鋯英粉涂料，由于該Al2O3涂層是通過所述的高溫?zé)釃娡考夹g(shù)，在噴涂過程中由Al熔液直接氧化形成的，保證了 Al2O3涂層的均勻性、質(zhì)密性以及與冷卻水管外表面的接合性能，從而保證了 Al2O3涂層在將冷卻水管澆注入冷卻壁的過程中不會被沖蝕破壞，再加上，Al2O3具有高達(dá)2100°C的熔點(diǎn)，外層涂刷的水基鋯英粉涂料熔點(diǎn)也在1700°C 以上，進(jìn)一步的保證了在高達(dá)1290°C 1310°C的高溫鐵水澆注成形冷卻壁的過程中，高溫鐵水既使擊穿部分水基鋯英粉涂料，也不能熔解附著在冷卻水管外表面的Al2O3涂層，從而不能與冷卻水管接觸，高溫鐵水中的碳也就不會滲入冷卻水管的外表面形成滲碳層。采用所述工藝鑄造完成的位于冷卻壁內(nèi)的冷卻水管的韌性也不會降低，在使用過程中受高壓冷卻水和/或其它外力的作用而破裂的可能也較小，從而有效的保證高爐冷卻壁的使用壽命。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)中，在向高爐冷卻壁內(nèi)鑄入冷卻水管前，盡管先涂刷了一層0. 3-0. 5mm厚的水基鋯英粉涂料保護(hù)層，但是，由于不同部位的水基鋯英粉涂料保護(hù)層存在附著力差異、涂刷厚度不均勻等原因，高含碳量的高溫鐵水在澆鑄過程中，很容易擊穿保護(hù)層而與低含碳量的冷卻水管接觸，將高溫鐵水中的碳滲入冷卻水管的外表面形成韌性較差的滲碳層，降低冷卻水管的韌性，這樣，在使用過程中，韌性較差的冷卻水管在高壓冷卻水或其它壓力作用下，很容易破裂造成冷卻壁滲水，縮短冷卻壁的使用壽命；同時，由于在冷卻水管外表面涂刷的水基鋯英粉涂料保護(hù)層的厚度較厚為0. 3-0. 5mm，所以鑄造完成后，冷卻水管與冷卻壁本體之間具有至少0. 3mm的間隙，這樣會降低冷卻壁本體與冷卻水管之間的熱交換，造成不同部位冷卻水管的熱脹系數(shù)不一致，也容易造成冷卻水管的破裂，進(jìn)而縮短冷卻壁的使用壽命。為了解決上述技術(shù)問題，最大限度的消除冷卻水管破裂的根源，本發(fā)明提供了一種在向高爐冷卻壁內(nèi)鑄入冷卻水管時不會在冷卻水管的外表面滲入碳形成滲碳層的防滲碳施工工藝。所述防滲碳施工工藝包括以下步驟，先彎制鑄入冷卻壁中的冷卻水管，并對彎制合格的冷卻水管進(jìn)行除銹處理；再在所述冷卻水管的外表面上均勻噴涂一層厚度不超過0. Imm 0. 15mm的Al2O3 ；然后再在均涂合格的冷卻水管外表面涂刷一層厚度不超過0. 2mm的水基鋯英粉涂料，并進(jìn)行干燥處理；最后將干燥合格的冷卻水管預(yù)埋入鑄造型腔，合箱澆注冷卻壁，待成型、冷卻至800°C 以下后去型腔空冷，向冷卻水管外表面噴涂的Al2O3涂層是通過下述步驟形成的，先將Al 絲熔化，形成熔融的高溫液態(tài)Al，然后再將該熔融的高溫液態(tài)Al均勻的噴涂到冷卻水管的外表面上，并在熔融的高溫液態(tài)Al噴涂到冷卻水管外表的過程中與空氣中的氧化合形成 Al2O3涂層。在向冷卻水管外表面涂刷水基鋯英粉涂料前，先噴涂一層Al2O3，然后再涂刷水基鋯英粉涂料，由于該Al2O3涂層是通過所述的高溫?zé)釃娡考夹g(shù)，在噴涂過程中由Al熔液直接氧化形成的，保證了 Al2O3涂層的均勻性、質(zhì)密性以及與冷卻水管外表面的接合性能， 從而保證了 Al2O3涂層在將冷卻水管澆注入冷卻壁的過程中不會被沖蝕破壞，再加上，Al2O3 具有高達(dá)2100°C的熔點(diǎn)，外層涂刷的水基鋯英粉涂料熔點(diǎn)也在1700°C以上，進(jìn)一步的保證了在高達(dá)1290°C 1310°C的高溫鐵水澆注成形冷卻壁的過程中，高溫鐵水既使擊穿部分水基鋯英粉涂料，也不能熔解附著在冷卻水管外表面的Al2O3涂層，從而不能與冷卻水管接觸，高溫鐵水中的碳也就不會滲入冷卻水管的外表面形成滲碳層。采用所述工藝鑄造完成的位于冷卻壁內(nèi)的冷卻水管的韌性也不會降低，在使用過程中受高壓冷卻水和/或其它外力的作用而破裂的可能也較小，從而有效的保證高爐冷卻壁的使用壽命。本發(fā)明所說的高溫?zé)釃娡考夹g(shù)是指用氧-乙炔作為熱源，壓縮空氣或電動工具吹動氣輪為動力，將單根金屬絲不斷地送入高溫火焰區(qū)融化后霧化，并噴向經(jīng)過預(yù)處理的工作表面，形成涂層的技術(shù)。上述實(shí)施方式中，高溫鐵水中的碳能否滲入冷卻水管中，關(guān)鍵是在澆注過程中，高溫鐵水會否與冷卻水管接觸，而高溫鐵水會否與冷卻水管接觸，關(guān)鍵是澆鑄前在冷卻水管外表面涂覆的保護(hù)層會否被破壞，只要保護(hù)層不被破壞，便不會在冷卻水管的外表面形成滲碳層。為了進(jìn)一步的增強(qiáng)保護(hù)層在冷卻水管外表面的附著力，在對冷卻水管進(jìn)行除銹處理時，采用噴丸法徹底清除附著在冷卻水管外表面上的銹蝕、油污、水分等；為了使保護(hù)層在澆鑄過程中不會被高溫鐵水破壞，提高保護(hù)效果，在噴丸除銹后4小時之內(nèi)，先用金屬火焰氣體噴槍將Al絲熔化，然后再用所述的金屬火焰氣體噴槍將熔融的Al均勻的噴涂到冷卻水管的外表面上形成Al2O3涂層；噴涂厚度為0. IOmm 0. 15mm ；然后，再在噴涂完A1203 的4小時內(nèi)，在冷卻水管外表面涂刷0. 1 0. 2mm厚的水基鋯英粉涂料；為了提高噴涂Al2O3 的生產(chǎn)效率，又保證噴涂質(zhì)量，用于給冷卻水管外表面噴涂Al2O3的Al絲的直徑為2. Omm0 上述噴涂Al2O3的原理是，在噴涂鋁的過程中，鋁絲霧化后瞬間即被氧化形成Al2O3，并噴涂到冷卻水管的外表面上。采用金屬火焰氣體噴槍來熔化Al絲和將熔化后的高溫液態(tài)Al噴涂到冷卻水管表面，主要是為了簡化操作，降低設(shè)備投資成本。本發(fā)明采用的金屬火焰氣體噴槍為由上海瑞法噴涂機(jī)械有限公司生產(chǎn)的QX-系列氣體金屬線材噴槍。該噴槍結(jié)構(gòu)緊湊、輕便靈活、性能可靠，可手持或機(jī)夾進(jìn)行自動噴涂，廣泛應(yīng)用于水禾I』、電力、機(jī)械、化工、 冶金、石油、造紙、印刷、船舶等行業(yè)。在噴涂完Al2O3和涂刷完水基鋯英粉涂料保護(hù)層后，由于外層的鋯英粉涂料為水基涂料，所以需要先進(jìn)行干燥，然后才能預(yù)埋入型腔，合箱澆注。干燥方法通常采用自然風(fēng)干，當(dāng)空氣較潮濕時，可以在常規(guī)的干燥窯內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干溫度為100 120°C。涂刷完水基鋯英粉涂料后進(jìn)行烘干的目的，主要是去除涂料中的水分，減少鑄件澆注時的發(fā)氣源，減少鑄件的氣孔缺陷，獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件。烘干時，如果溫度過高，水分來不及排出，涂料表面易于起殼，且易于將涂料層燒酥，因此，本發(fā)明涂料層烘干溫度適合在100-120°C。通過采用上述的施工工藝，不僅成功的解決了在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的滲碳問題，實(shí)現(xiàn)冷卻水管的零滲碳；而且由于在冷卻水管外表面涂覆的Al2O3和水基鋯英粉涂料的總厚度不會超過0. 3mm，鑄造完成的冷卻壁本體與冷卻水管之間的間隙一般都小于 0. 1mm，有利于冷卻壁本體與冷卻水管之間的熱交換，進(jìn)一步的降低了使用過程出現(xiàn)冷卻水管破裂的可能，保證了高爐冷卻壁的使用壽命。同時，噴涂Al的裝置操作簡單，噴鋁厚度易于控制，操作方便。 根據(jù)發(fā)明人對某項(xiàng)目煉鐵工程3座高爐使用的，按本發(fā)明的施工工藝生產(chǎn)的冷卻壁的檢測，采用本發(fā)明的施工工藝生產(chǎn)的冷卻壁，不僅能使冷卻水管在鑄入冷卻壁的過程中達(dá)到零滲碳的要求，還可以使冷卻水管與鑄鐵基體之間的間隙< 0. 1mm，從而使采用本發(fā)明的施工藝生產(chǎn)的高爐冷卻壁達(dá)到甚至超過了國內(nèi)一流冷卻壁的制造水平。
權(quán)利要求
1.一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，包括以下步驟，先彎制鑄入冷卻壁中的冷卻水管，并對彎制合格的冷卻水管進(jìn)行除銹處理；再在所述冷卻水管的外表面上均勻噴涂一層厚度不超過0. Imm 0. 15mm的Al2O3 ；然后再在均涂合格的冷卻水管外表面涂刷一層厚度不超過0. 2mm的水基鋯英粉涂料，并進(jìn)行干燥處理；最后將干燥合格的冷卻水管預(yù)埋入鑄造型腔，合箱澆注冷卻壁，待成型、冷卻至800°C以下后去型腔空冷，其特征在于向冷卻水管外表面噴涂的Al2O3涂層是通過下述步驟形成的，先將Al絲熔化，形成熔融的高溫液態(tài)Al，然后再將該熔融的高溫液態(tài)Al均勻的噴涂到冷卻水管的外表面上，并在熔融的高溫液態(tài)Al噴涂到冷卻水管外表的過程中與空氣中的氧化合形成Al2O3涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于A1絲的熔化和將熔化的高溫液態(tài)Al噴涂到冷卻水管的外表面的操作均是采用金屬火焰氣體噴槍來實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于在冷卻水管外表面噴涂的Al2O3的厚度為0. Imm 0. 15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于在對冷卻水管進(jìn)行除銹處理時，采用噴丸除銹。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于在冷卻水管外表面噴涂Al2O3時，應(yīng)在除銹后的四小時以內(nèi)完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于用于給冷卻水管外表面噴涂Al2O3的Al絲的直徑為2. 0mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于在冷卻水管外表面涂刷的水基鋯英粉涂料的厚度為0. Imm 0. 2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于在冷卻水管外表面涂刷水基鋯英粉涂料時，應(yīng)在均涂完Al2O3后的4小時內(nèi)完成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于涂刷完水基鋯英粉涂料的冷卻水管干燥時，采用自然風(fēng)干或在烘干窯內(nèi)烘干。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，其特征在于當(dāng)采用烘干窯對冷卻水管進(jìn)行干燥時，烘干窯內(nèi)的溫度為100 120°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在高爐冷卻壁中鑄入冷卻水管的防滲碳施工工藝，屬于冶金機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。提供一種在向高爐冷卻壁內(nèi)鑄入冷卻水管時不會在冷卻水管的外表面滲入碳形成滲碳層的防滲碳施工工藝。所述防滲碳施工工藝，包括以下步驟，先彎制冷卻水管，并對該彎制的冷卻水管進(jìn)行除銹處理；再在所述冷卻水管的外表面上噴涂一層厚度不超過0.10mm～0.15mm的Al2O3；然后再在均涂合格的冷卻水管外表面涂刷一層厚度不超過0.2mm的水基鋯英粉涂料，并進(jìn)行干燥處理；最后將冷卻水管預(yù)埋入鑄造型腔，合箱澆注冷卻壁，其中的Al2O3涂層是由Al絲熔化后在噴涂過程中與空氣中的氧化合后直接形成的。
文檔編號C23C4/12GK102367498SQ20111036107
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者姚庭奎, 文夢新, 馬文高 申請人:攀枝花鋼鐵有限責(zé)任公司機(jī)械制造分公司