專利名稱：非金屬冷卻壁及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐用冷卻壁及其制造方法，特別是涉及一種非金屬冷卻壁及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前作為高爐冷卻壁的，有金屬冷卻壁和非金屬冷卻壁兩種類型。在金屬冷卻壁中又分為鑄鐵冷卻壁，鋼冷卻壁和銅冷卻壁三種。鑄鐵冷卻壁采用球墨鑄鐵或其它鑄鐵做為冷卻壁本體的材質(zhì)，在澆注時，予埋入循環(huán)冷卻鋼質(zhì)水管，形成冷卻水流動通道。鑄鐵冷卻壁的優(yōu)點是造價較低，但導(dǎo)熱性能不好，冷卻效果較差，同時鋼質(zhì)水管在澆注時存在滲碳和水管表面熔化現(xiàn)象，鋼質(zhì)水管和鑄鐵本體間存在高熱阻間隙，本體材質(zhì)金屬韌性差等缺陷，在使用中易出現(xiàn)熔蝕、裂紋，壽命較短；鋼冷卻壁采用鑄鋼或軋制鋼板做為冷卻壁本體材質(zhì)，通過鑄入鋼水管或在軋制鋼板內(nèi)鏜孔方式，在冷卻壁本體內(nèi)形成冷卻水流動通道。鋼冷卻壁材質(zhì)具有較好韌性，材料熔點較高等優(yōu)點，導(dǎo)熱性能仍然較低，同樣存在水管表面澆注時的熔化現(xiàn)象等缺陷；銅冷卻壁其綜合性能較好，導(dǎo)熱性能佳，但價值高昂，許多鋼鐵企業(yè)受經(jīng)濟(jì)條件限制，無法采用；CN1259579A公開了一種適用于高爐的單體非金屬冷卻設(shè)備，這種非金屬冷卻壁的本體材質(zhì)由剛玉、碳化硅、硅粉以及木質(zhì)磺酸鈣、磷酸二氫鋁組合而成，該高爐冷卻設(shè)備(冷卻壁)成本較低，有一定優(yōu)點，但冷卻水管在冷卻壁本體中流動路線較短，使冷卻效果不太理想，并造成高爐爐殼外的水管連接復(fù)雜化，在制造工藝中單體冷卻設(shè)備基體成型后，要進(jìn)行氮化燒成，導(dǎo)致成本較大幅度增加，同時基體厚度較大，不易氮化完全，使材料組織、性能存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服背景技術(shù)中的不足，延長冷卻壁壽命，降低造價、研制出非金屬冷卻壁及其制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種非金屬冷卻壁的制造方法，含有主體料和結(jié)合劑料混合均勻后使用模具澆注或搗打成型的非金屬冷端本體單獨構(gòu)成的冷卻壁，或由非堿性耐火材料制品構(gòu)成熱端本體與非金屬冷端本體相互鑲嵌匹配組合而成的冷卻壁，以及予埋于冷端本體中的循環(huán)冷卻水管，a，主體料按重量百分比混配均勻，含有剛玉50～75％，碳化硅5～12％，氧化鋯5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目氧化鋁微粉5～15％，180～500目金屬硅微粉2～9％，b，結(jié)合劑料按重量百分比混配均勻，含有糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，或含有磷酸二氫鋁55～65％，木質(zhì)素10～15％，水25～35％，c，主體料、結(jié)合劑料按重量百分比混配均勻，含主體料85～93％，結(jié)合劑料7～15％。
在主體料中還含有180～300目的金屬鋁粉1～2％。
另一種a，主體料按重量百分比混配均勻，剛玉60～70％ 碳化硅7～9％，氧化鋯6～8％，石墨6～9％，300～1000目氧化鋁微粉6～10％，180～500目的金屬硅微粉4～7％，180～300目的金屬鋁粉1～2％，b，結(jié)合劑料按重量百分比磷酸45～50％，糊精5～10％，水40～45％，c，主體料結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料87～90％，結(jié)合劑10～13％。
另一種，a主體料按重量百分比鋁礬土50～75％，碳化硅5～12％，氧化鋯5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目的氧化鋁微粉5～15％，180～500目金屬硅粉2～9％，180～300目的金屬鋁粉1～2％，b，結(jié)合劑按重量百分比混配磷酸二氫鋁55～65％，木質(zhì)素10～15％，水25～30％，c，主體料和結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料87～93％，結(jié)合劑7～13％。
另一種，a，主體料按重量百分比剛玉50～75％，氧化鋯5～10％，碳化硅5～12％，電煅燒無煙煤6～12％，300～1000目的氧化鋁徽粉5～15％，180～500目的金屬硅微粉2～9％，180～300目的金屬鋁粉1～2％，b，結(jié)合劑按重量百分比混配糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，c，主體料、結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料87～90％，結(jié)合劑料10～13％。
另一種，a、主體料按重量百分比混配鋁礬土50～75％，氧化鋯5～10％，碳化硅5～12％，電煅燒無煙煤6～12％，300～1000目氧化鋁微粉5～15％，180～500目金屬硅粉2～9％，180～300目金屬鋁粉1～2％，b、結(jié)合劑料按重量百分比混配磷酸二氫鋁55～65％，木質(zhì)素10～15％，水25～30％，c、主體料、結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料85～93％，結(jié)合劑料7～15％。
循環(huán)冷卻水管在澆注或搗打成形時，予埋入非金屬的冷端本體中，并同時予埋安裝固定連接件、座，在冷端本體和熱端本體凹凸匹配結(jié)構(gòu)鑲嵌時使用耐火材料泥漿使兩者固緊。
一種非金屬冷卻壁，包括冷卻水管，由冷端本體單獨構(gòu)成的冷卻壁，或含有冷、熱端本體組合成的冷卻壁，無論是冷端本體單獨構(gòu)成的冷卻壁，或是由冷、熱端本體組合成的冷卻壁，都是用非金屬材質(zhì)制成，在冷、熱端本體的結(jié)合面上有凹凸匹配鑲嵌結(jié)構(gòu)，冷端本體單獨構(gòu)成冷卻壁時其熱面為水平條形凹槽或凸條，或為光面。
凹凸匹配的鑲嵌結(jié)構(gòu)可為冷端本體的熱面上，有水平條狀矩形凸條或水平條狀乳突形凸條，或冷端本體熱面上開有水平條狀矩形凹槽或水平條狀乳突形凹槽，在熱端本體的冷面上開有與之匹配的水平條狀矩形凹槽或水平條狀乳突形凹槽，或熱端本體冷面上設(shè)有與之匹配的水平條狀矩形凸條或水平條狀乳突形凸條。
當(dāng)單獨由冷端本體構(gòu)成冷卻壁時，冷卻水管直接鑲嵌于冷端本體中，當(dāng)由冷、熱端本體組合成冷卻壁時，冷卻水管鑲嵌于冷端本體中，熱端本體可為冷端本體材質(zhì)，或為一種或多種非堿性耐火材料制成，可為整體式通過凹凸匹配結(jié)構(gòu)與冷端本體配合，或為熱端本體由一定數(shù)量的非堿性耐火材料制品拼裝組合而成與冷端本體匹配，冷卻水管為蛇形管，在水管表面有相間弧形凸起，冷端本體外表面伸出有安裝固定予埋連接件、座。
本發(fā)明的有益積極效果(1)本發(fā)明的非金屬冷卻壁冷端本體的荷重軟化溫度大于1600℃，比現(xiàn)有高爐冷卻壁采用的球墨鑄鐵、鋼、銅的熔點高得多，使冷卻壁本體具有良好的高溫適應(yīng)性，提高了非金屬冷卻壁在高溫狀態(tài)下的抗磨損、抗沖刷能力和抗化學(xué)侵蝕能力，延長冷卻壁使用壽命。
(2)在非金屬本體材質(zhì)中，使用SiC、C、氧化鋯、硅、鋁微粉等材質(zhì)，使得澆注、搗打成型的冷卻壁有較好抗渣、鐵和堿金屬侵蝕能力，提高耐用性。
(3)構(gòu)成冷卻壁冷端本體的非金屬材料熱膨脹率小，這樣冷卻水循環(huán)水管可直接與爐殼焊接，克服了現(xiàn)有金屬冷卻壁本體與爐殼之間的不均勻熱脹造成水管斷裂破壞，簡化了避免水管吸收不均勻膨脹與密封的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，非金屬冷卻壁材料熱膨脹率小，使用過程中不會出現(xiàn)鑄鐵、鋼等金屬材料裂紋擴(kuò)展的現(xiàn)象。
(4)熱端本體采用燒成耐火磚具有比澆注、搗打予制塊更好的強度、較高的致密性和使用溫度，在高爐投產(chǎn)后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，較好保護(hù)冷端本體，抵抗機械、化學(xué)侵蝕。當(dāng)工作一段時間后，燒成耐火磚被侵蝕殆盡的時候，鑲嵌在冷端本體中的殘余耐火磚發(fā)揮渣皮附著支點的作用，有利于冷端熱面生成穩(wěn)定的“渣皮”保護(hù)層，獲得延長冷卻壁壽命的效果。
(5)熱端本體可采用一種或多種材質(zhì)的耐火制品組合構(gòu)成，使得本發(fā)明能根據(jù)不同使用部位的不同工況條件，選擇不同材料，達(dá)到物盡其用的最佳效果。
(6)非金屬冷卻壁其綜合成本比金屬質(zhì)冷卻壁設(shè)備投資減少50％以上，非金屬材料來源廣泛，國內(nèi)資源豐富具有較好的應(yīng)用前景。


圖1和圖2為冷、熱端本體結(jié)合面上互為矩形條狀凸凹匹配鑲嵌剖視結(jié)構(gòu)示意圖之一和之二。
圖3和圖4為冷、熱端本體結(jié)合面上互為乳突條狀凸凹匹配鑲嵌剖視結(jié)構(gòu)示意圖之一和之二。
圖5為冷端本體單獨構(gòu)成冷卻壁，熱面有條狀矩形凹槽的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖1的A向結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例一、二，參見圖1，2，6，圖中，1為予埋于冷端本體2中的蛇形冷卻循環(huán)水管，水管表面弧形凸起，3為熱端本體，每一條狀的耐火磚上有一條狀矩形凹槽或凸條與冷端本體熱面上的條狀矩形凸條或凹槽用耐火泥漿鑲嵌固定，4為予埋于冷端本體安裝匹配座6中的連接固緊件，5為高爐爐殼。
a，冷端本體主體料其重量配比按下列百分?jǐn)?shù)取料，剛玉60％，碳化硅10％，氧化鋯8％，石墨8％，300目氧化鋁粉10％，180目金屬硅粉4％，混合均勻。
b，結(jié)合劑按下列重量百分比取料糊精10％，磷酸50％，水40％，混配均勻c，主體料92％，結(jié)合劑料8％，將主體料和結(jié)合劑料按重量百分比混合均勻，放入冷端本體的模具內(nèi)，埋入蛇形循環(huán)冷卻水管和連接固緊件進(jìn)行澆注或搗打成型，經(jīng)≤600℃烘干，制成冷卻壁的冷端本體。
然后用耐火泥漿與冷端本體材質(zhì)相同的燒成耐火磚或者其它的非堿性耐火磚鑲嵌砌筑在冷端本體熱面的匹配對應(yīng)位置上，形成熱端本體。此時完成了由冷、熱端本體組合而成的冷卻壁。
實施例三、四，參見圖3，4，圖中，編號和實施例一、二相同，代表意義相同，不重述。有一點不同的是，在冷、熱端本體的的結(jié)合面上，其凸凹匹配鑲嵌結(jié)合結(jié)構(gòu)為乳突狀的條形突起，或乳突狀的條形凹糟。
冷端本體的主體料為剛玉65％，碳化硅8％，氧化鋯7％，石墨6％，500目氧化鋁微粉5％，300目金屬硅粉8％，300目金屬鋁粉1％；結(jié)合劑料磷酸二氫鋁60％，木質(zhì)素15％，水25％；主體料90％，結(jié)合劑料10％。制造方法及其它同實施例一、二，不重述。
實施例五，參見圖5，圖中，編號同實施例一、二，代表意義相同，不重述。本實施例與實施例一、二不同的是單獨由冷端本體構(gòu)成冷卻壁。在冷端本體的熱面，可以有條狀的矩形凹槽，或為光面。冷端本體的主體料剛玉61％，碳化硅8％，氧化鋯7％，石墨7％，800目氧化鋁微粉9％，350目金屬硅微粉6％，200目金屬鋁粉2％；結(jié)合劑料糊精7％，磷酸50％，水43％；主體料為93％，結(jié)合劑7％。制造方法同實施例一，二，不重述。
實施例六、七，參見圖1，2，6，圖中編號同實施例一、二，代表意義相同不重述。冷端本體用的主體料鋁礬土55％，碳化硅8％，氧化鋯10％，人造石墨8％，500目氧化鋁微粉12％，200目金屬硅粉6％，200目金屬鋁粉1％。結(jié)合劑磷酸二氫鋁65％，木質(zhì)素10％，水25％，混合均勻。用主體料87％，結(jié)合劑13％。其制造方法及其它同實施例一、二，不重述。
實施例八、九，參見圖3，4，圖中編號代表意義同實施例一，二和三、四，不重述。冷端本體主體料剛玉65％，碳化硅7％，氧化鋯7％，350目氧化鋁粉8％，電煅燒無煙煤8％，200目金屬硅粉4％，180目金屬鋁粉1％，結(jié)合劑料磷酸48％，水45％，糊精7％；主體料90％，結(jié)合劑10％。其制造方法及其它同實施例一、二、不重述。
實施例十，十一、十二參見1，2，6，5，其編號代表意義同實施例一，二、不重述。
冷端本體主體料為鋁礬土62％，碳化硅6％，氧化鋯8％，電煅燒無煙煤6％，400目氧化鋁微粉9％，300目金屬硅粉7％，180目金屬鋁粉2％；結(jié)合劑料磷酸二氫鋁60％，木質(zhì)素15％，水25％。主體料91％，結(jié)合劑料9％，制造方法及其它同實施例一、二不重述。
權(quán)利要求
1.一種非金屬冷卻壁的制造方法，含有主體料和結(jié)合劑料混合均勻后使用模具澆注或搗打成型的非金屬冷端本體單獨構(gòu)成的冷卻壁，或由非堿性耐火材料制品構(gòu)成熱端本體與非金屬冷端本體相互鑲嵌匹配組合而成的冷卻壁，以及予埋于冷端本體中的循環(huán)冷卻水管，其特征是a，主體料按重量百分比混配均勻，含有剛玉50～75％，碳化硅5～12％，氧化鋯5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目氧化鋁微粉5～15％，180～500目金屬硅微粉2～9％，b，結(jié)合劑料按重量百分比混配均勻，含有糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，或含有磷酸二氫鋁5 5～65％，木質(zhì)素10～15％，水25～35％，c，主體料、結(jié)合劑料按重量百分比混配均勻，含主體料85～93％，結(jié)合劑料7～15％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是在主體料中還含有180～300目的金屬鋁粉1～2％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征是a，主體料按重量百分比混配均勻，剛玉60～70％ 碳化硅7～9％，氧化鋯6～8％，石墨6～9％，300～1000目氧化鋁微粉6～10％，180～500目的金屬硅微粉4～7％，180～300目的金屬鋁粉1～2％，b，結(jié)合劑料按重量百分比磷酸45～50％，糊精5～10％，水40～45％，c，主體料結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料87～90％，結(jié)合劑10～13％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征是a主體料按重量百分比鋁礬土50～75％，碳化硅5～12％，氧化鋯5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目的氧化鋁微粉5～15％，180～500目金屬硅粉2～9％，180～300目的金屬鋁粉1～2％，b，結(jié)合劑按重量百分比混配磷酸二氫鋁55～65％，木質(zhì)素10～15％，水25～30％，c，主體料和結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料87～93％，結(jié)合劑7～13％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法其特征是a，主體料按重量百分比剛玉50～75％，氧化鋯5～10％，碳化硅5～12％，電煅燒無煙煤6～12％，300～1000目的氧化鋁徽粉5～15％，180～500目的金屬硅粉2～9％，180～300目的金屬鋁粉1～2％，b，結(jié)合劑按重量百分比混配糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，c，主體料、結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料87～90％，結(jié)合劑料10～13％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法其特征是a、主體料按重量百分比混配鋁礬土50～75％，氧化鋯5～10％，碳化硅5～12％，電煅燒無煙煤6～12％，300～1000目氧化鋁微粉5～15％，180～500目金屬硅粉2～9％，180～300目金屬鋁粉1～2％，b、結(jié)合劑料按重量百分比混配磷酸二氫鋁55～65％，木質(zhì)素10～15％，水25～30％，c、主體料、結(jié)合劑料按重量百分比混配，主體料85～93％，結(jié)合劑料7～15％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是循環(huán)冷卻水管在澆注或搗打成形時，予埋入非金屬的冷端本體中，并同時予埋安裝固定連接件、座，在冷端本體和熱端本體凹凸匹配結(jié)構(gòu)鑲嵌時使用耐火材料泥漿使兩者固緊。
8.一種由權(quán)利要求1制造的非金屬冷卻壁，包括冷卻水管，由冷端本體單獨構(gòu)成的冷卻壁，或含有冷、熱端本體組合成的冷卻壁，其特征是無論是冷端本體單獨構(gòu)成的冷卻壁，或是由冷、熱端本體組合成的冷卻壁，都是用非金屬材質(zhì)制成，在冷、熱端本體的結(jié)合面上有凹凸匹配鑲嵌結(jié)構(gòu)，冷端本體單獨構(gòu)成冷卻壁時其熱面為水平條形凹槽或凸條，或為光面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非金屬冷卻壁，其特征是凹凸匹配的鑲嵌結(jié)構(gòu)可為冷端本體的熱面上，有水平條狀矩形凸條或水平條狀乳突形凸條，或冷端本體熱面上開有水平條狀矩形凹槽或水平條狀乳突形凹槽，在熱端本體的冷面上開有與之匹配的水平條狀矩形凹槽或水平條狀乳突形凹槽，或熱端本體冷面上設(shè)有與之匹配的水平條狀矩形凸條或水平條狀乳突形凸條。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的冷卻壁，其特征是當(dāng)單獨由冷端本體構(gòu)成冷卻壁時，冷卻水管直接鑲嵌于冷端本體中，當(dāng)由冷、熱端本體組合成冷卻壁時，冷卻水管鑲嵌于冷端本體中，熱端本體可為冷端本體材質(zhì)，或為一種或多種非堿性耐火材料制成，可為整體式通過凹凸匹配結(jié)構(gòu)與冷端本體配合，或為熱端本體由一定數(shù)量的非堿性耐火材料制品拼裝組合而成與冷端本體匹配，冷卻水管為蛇形管，在水管表面有相間弧形凸起，冷端本體外表面伸出有安裝固定予埋連接件、座。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高爐用冷卻壁及其制造方法，特別是涉及一種非金屬材料冷卻壁及其制造方法。該冷卻壁包括由冷端本體單獨構(gòu)成的冷卻壁，或由冷、熱端本體組合成冷卻壁，冷卻水管，其冷、熱端本體都采用非金屬材料制成，在冷、熱端本體的結(jié)合面有凸凹匹配鑲嵌結(jié)構(gòu)。非金屬材料的主體料含剛玉50～75％，碳化硅5～12％，氧化鋯5～10％，石墨6～12％，300～1000目氧化鋁微粉5～15％，180～500目金屬硅微粉2～9％，其結(jié)合劑料糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％。主體料85～93％，結(jié)合劑料7～15％，混合均勻，按冷端本體外型設(shè)計模具，預(yù)埋循環(huán)水管和連接件進(jìn)行澆注或搗打成型，在溫度≤600℃環(huán)境中烘干，用耐火泥漿將冷熱端本體的凸凹匹配結(jié)構(gòu)粘合連結(jié)成一體，形成冷卻壁。非金屬冷卻壁成本低，壽命長，資源豐富，是發(fā)展方向。
文檔編號C21B7/00GK1401791SQ0213908
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月21日
發(fā)明者白紀(jì)周, 聶桂秋, 何汝生, 孟瑞杰, 白劍偉, 王培菇 申請人:鄭州華宇耐火材料集團(tuán)公司