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
技術領域：
本發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，屬于冶金機械制造技術領域。
背景技術：
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。現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， 鐵水中的碳勢必會向冷卻水管內部滲入，導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鍵。目前，國內高爐冷卻壁冷卻水管防滲碳技術，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。采用上述工藝生產的冷卻壁，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，且鑄入的冷卻水管與冷卻壁本體之間的間隙> 0. 3mm，這樣就容易出現冷卻水管破裂、冷卻壁滲水等現象，降低冷卻壁的使用壽命，加大設備檢修量，降低高爐的正常生產效率，影響高爐的產量。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種在向高爐冷卻壁內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。為解決上述技術問題所采用的技術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，并進行干燥處理；最后將干燥合格的冷卻水管預埋入鑄造型腔，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Al，然后再將該熔融的高溫液態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。進一步的是，Al絲的熔化和將熔化的高溫液態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現的。進一步的是，在冷卻水管外表面噴涂的Al2O3的厚度為0. Imm 0. 15mm。進一步的是，在對冷卻水管進行除銹處理時，采用噴丸除銹
進一步的是，在冷卻水管外表面噴涂Al2O3時，應在除銹后的四小時以內完成。上述方案的優選方式是，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。進一步的是，在冷卻水管外表面涂刷水基鋯英粉涂料時，應在均涂完Al2O3后的4 小時內完成。進一步的是，涂刷完水基鋯英粉涂料的冷卻水管干燥時，采用自然風干或在烘干窯內烘干。上述方案的優選方式是，當采用烘干窯對冷卻水管進行干燥時，烘干窯內的溫度為 100 120°C。本發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熱噴涂技術，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2100°C的熔點，外層涂刷的水基鋯英粉涂料熔點也在1700°C 以上，進一步的保證了在高達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。
具體實施例方式由背景技術可知，現有技術中，在向高爐冷卻壁內鑄入冷卻水管前，盡管先涂刷了一層0. 3-0. 5mm厚的水基鋯英粉涂料保護層，但是，由于不同部位的水基鋯英粉涂料保護層存在附著力差異、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不一致，也容易造成冷卻水管的破裂，進而縮短冷卻壁的使用壽命。為了解決上述技術問題，最大限度的消除冷卻水管破裂的根源，本發明提供了一種在向高爐冷卻壁內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，并進行干燥處理；最后將干燥合格的冷卻水管預埋入鑄造型腔，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Al，然后再將該熔融的高溫液態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熱噴涂技術，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2100°C的熔點，外層涂刷的水基鋯英粉涂料熔點也在1700°C以上，進一步的保證了在高達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。本發明所說的高溫熱噴涂技術是指用氧-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融化后霧化，并噴向經過預處理的工作表面，形成涂層的技術。上述實施方式中，高溫鐵水中的碳能否滲入冷卻水管中，關鍵是在澆注過程中，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，關鍵是澆鑄前在冷卻水管外表面涂覆的保護層會否被破壞，只要保護層不被破壞，便不會在冷卻水管的外表面形成滲碳層。為了進一步的增強保護層在冷卻水管外表面的附著力，在對冷卻水管進行除銹處理時，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；為了使保護層在澆鑄過程中不會被高溫鐵水破壞，提高保護效果，在噴丸除銹后4小時之內，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，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 的生產效率，又保證噴涂質量，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Al噴涂到冷卻水管表面，主要是為了簡化操作，降低設備投資成本。本發明采用的金屬火焰氣體噴槍為由上海瑞法噴涂機械有限公司生產的QX-系列氣體金屬線材噴槍。該噴槍結構緊湊、輕便靈活、性能可靠，可手持或機夾進行自動噴涂，廣泛應用于水禾I』、電力、機械、化工、 冶金、石油、造紙、印刷、船舶等行業。在噴涂完Al2O3和涂刷完水基鋯英粉涂料保護層后，由于外層的鋯英粉涂料為水基涂料，所以需要先進行干燥，然后才能預埋入型腔，合箱澆注。干燥方法通常采用自然風干，當空氣較潮濕時，可以在常規的干燥窯內進行烘干，烘干溫度為100 120°C。涂刷完水基鋯英粉涂料后進行烘干的目的，主要是去除涂料中的水分，減少鑄件澆注時的發氣源，減少鑄件的氣孔缺陷，獲得優質的鑄件。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，實現冷卻水管的零滲碳；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，進一步的降低了使用過程出現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。 根據發明人對某項目煉鐵工程3座高爐使用的，按本發明的施工工藝生產的冷卻壁的檢測，采用本發明的施工工藝生產的冷卻壁，不僅能使冷卻水管在鑄入冷卻壁的過程中達到零滲碳的要求，還可以使冷卻水管與鑄鐵基體之間的間隙< 0. 1mm，從而使采用本發明的施工藝生產的高爐冷卻壁達到甚至超過了國內一流冷卻壁的制造水平。
權利要求
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，并進行干燥處理；最后將干燥合格的冷卻水管預埋入鑄造型腔，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Al，然后再將該熔融的高溫液態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.根據權利要求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現的。
3.根據權利要求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.根據權利要求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行除銹處理時，采用噴丸除銹。
5.根據權利要求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，應在除銹后的四小時以內完成。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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，應在均涂完Al2O3后的4小時內完成。
9.根據權利要求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，采用自然風干或在烘干窯內烘干。
10.根據權利要求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，其特征在于當采用烘干窯對冷卻水管進行干燥時，烘干窯內的溫度為100 120°C。
全文摘要
本發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，屬于冶金機械制造技術領域。提供一種在向高爐冷卻壁內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，并進行干燥處理；最后將冷卻水管預埋入鑄造型腔，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 優先權日2011年11月15日
發明者姚庭奎, 文夢新, 馬文高 申請人:攀枝花鋼鐵有限責任公司機械制造分公司