专利名称：非金属冷却壁及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高炉用冷却壁及其制造方法，特别是涉及一种非金属冷却壁及其制造方法。
背景技术：
目前作为高炉冷却壁的，有金属冷却壁和非金属冷却壁两种类型。在金属冷却壁中又分为铸铁冷却壁，钢冷却壁和铜冷却壁三种。铸铁冷却壁采用球墨铸铁或其它铸铁做为冷却壁本体的材质，在浇注时，予埋入循环冷却钢质水管，形成冷却水流动通道。铸铁冷却壁的优点是造价较低，但导热性能不好，冷却效果较差，同时钢质水管在浇注时存在渗碳和水管表面熔化现象，钢质水管和铸铁本体间存在高热阻间隙，本体材质金属韧性差等缺陷，在使用中易出现熔蚀、裂纹，寿命较短；钢冷却壁采用铸钢或轧制钢板做为冷却壁本体材质，通过铸入钢水管或在轧制钢板内镗孔方式，在冷却壁本体内形成冷却水流动通道。钢冷却壁材质具有较好韧性，材料熔点较高等优点，导热性能仍然较低，同样存在水管表面浇注时的熔化现象等缺陷；铜冷却壁其综合性能较好，导热性能佳，但价值高昂，许多钢铁企业受经济条件限制，无法采用；CN1259579A公开了一种适用于高炉的单体非金属冷却设备，这种非金属冷却壁的本体材质由刚玉、碳化硅、硅粉以及木质磺酸钙、磷酸二氢铝组合而成，该高炉冷却设备(冷却壁)成本较低，有一定优点，但冷却水管在冷却壁本体中流动路线较短，使冷却效果不太理想，并造成高炉炉壳外的水管连接复杂化，在制造工艺中单体冷却设备基体成型后，要进行氮化烧成，导致成本较大幅度增加，同时基体厚度较大，不易氮化完全，使材料组织、性能存在缺陷。
发明内容
本发明的目的是，克服背景技术中的不足，延长冷却壁寿命，降低造价、研制出非金属冷却壁及其制造方法。
本发明的技术方案是一种非金属冷却壁的制造方法，含有主体料和结合剂料混合均匀后使用模具浇注或捣打成型的非金属冷端本体单独构成的冷却壁，或由非碱性耐火材料制品构成热端本体与非金属冷端本体相互镶嵌匹配组合而成的冷却壁，以及予埋于冷端本体中的循环冷却水管，a，主体料按重量百分比混配均匀，含有刚玉50～75％，碳化硅5～12％，氧化锆5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目氧化铝微粉5～15％，180～500目金属硅微粉2～9％，b，结合剂料按重量百分比混配均匀，含有糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，或含有磷酸二氢铝55～65％，木质素10～15％，水25～35％，c，主体料、结合剂料按重量百分比混配均匀，含主体料85～93％，结合剂料7～15％。
在主体料中还含有180～300目的金属铝粉1～2％。
另一种a，主体料按重量百分比混配均匀，刚玉60～70％ 碳化硅7～9％，氧化锆6～8％，石墨6～9％，300～1000目氧化铝微粉6～10％，180～500目的金属硅微粉4～7％，180～300目的金属铝粉1～2％，b，结合剂料按重量百分比磷酸45～50％，糊精5～10％，水40～45％，c，主体料结合剂料按重量百分比混配，主体料87～90％，结合剂10～13％。
另一种，a主体料按重量百分比铝矾土50～75％，碳化硅5～12％，氧化锆5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目的氧化铝微粉5～15％，180～500目金属硅粉2～9％，180～300目的金属铝粉1～2％，b，结合剂按重量百分比混配磷酸二氢铝55～65％，木质素10～15％，水25～30％，c，主体料和结合剂料按重量百分比混配，主体料87～93％，结合剂7～13％。
另一种，a，主体料按重量百分比刚玉50～75％，氧化锆5～10％，碳化硅5～12％，电煅烧无烟煤6～12％，300～1000目的氧化铝徽粉5～15％，180～500目的金属硅微粉2～9％，180～300目的金属铝粉1～2％，b，结合剂按重量百分比混配糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，c，主体料、结合剂料按重量百分比混配，主体料87～90％，结合剂料10～13％。
另一种，a、主体料按重量百分比混配铝矾土50～75％，氧化锆5～10％，碳化硅5～12％，电煅烧无烟煤6～12％，300～1000目氧化铝微粉5～15％，180～500目金属硅粉2～9％，180～300目金属铝粉1～2％，b、结合剂料按重量百分比混配磷酸二氢铝55～65％，木质素10～15％，水25～30％，c、主体料、结合剂料按重量百分比混配，主体料85～93％，结合剂料7～15％。
循环冷却水管在浇注或捣打成形时，予埋入非金属的冷端本体中，并同时予埋安装固定连接件、座，在冷端本体和热端本体凹凸匹配结构镶嵌时使用耐火材料泥浆使两者固紧。
一种非金属冷却壁，包括冷却水管，由冷端本体单独构成的冷却壁，或含有冷、热端本体组合成的冷却壁，无论是冷端本体单独构成的冷却壁，或是由冷、热端本体组合成的冷却壁，都是用非金属材质制成，在冷、热端本体的结合面上有凹凸匹配镶嵌结构，冷端本体单独构成冷却壁时其热面为水平条形凹槽或凸条，或为光面。
凹凸匹配的镶嵌结构可为冷端本体的热面上，有水平条状矩形凸条或水平条状乳突形凸条，或冷端本体热面上开有水平条状矩形凹槽或水平条状乳突形凹槽，在热端本体的冷面上开有与之匹配的水平条状矩形凹槽或水平条状乳突形凹槽，或热端本体冷面上设有与之匹配的水平条状矩形凸条或水平条状乳突形凸条。
当单独由冷端本体构成冷却壁时，冷却水管直接镶嵌于冷端本体中，当由冷、热端本体组合成冷却壁时，冷却水管镶嵌于冷端本体中，热端本体可为冷端本体材质，或为一种或多种非碱性耐火材料制成，可为整体式通过凹凸匹配结构与冷端本体配合，或为热端本体由一定数量的非碱性耐火材料制品拼装组合而成与冷端本体匹配，冷却水管为蛇形管，在水管表面有相间弧形凸起，冷端本体外表面伸出有安装固定予埋连接件、座。
本发明的有益积极效果(1)本发明的非金属冷却壁冷端本体的荷重软化温度大于1600℃，比现有高炉冷却壁采用的球墨铸铁、钢、铜的熔点高得多，使冷却壁本体具有良好的高温适应性，提高了非金属冷却壁在高温状态下的抗磨损、抗冲刷能力和抗化学侵蚀能力，延长冷却壁使用寿命。
(2)在非金属本体材质中，使用SiC、C、氧化锆、硅、铝微粉等材质，使得浇注、捣打成型的冷却壁有较好抗渣、铁和碱金属侵蚀能力，提高耐用性。
(3)构成冷却壁冷端本体的非金属材料热膨胀率小，这样冷却水循环水管可直接与炉壳焊接，克服了现有金属冷却壁本体与炉壳之间的不均匀热胀造成水管断裂破坏，简化了避免水管吸收不均匀膨胀与密封的复杂结构，非金属冷却壁材料热膨胀率小，使用过程中不会出现铸铁、钢等金属材料裂纹扩展的现象。
(4)热端本体采用烧成耐火砖具有比浇注、捣打予制块更好的强度、较高的致密性和使用温度，在高炉投产后相当长的一段时间内，较好保护冷端本体，抵抗机械、化学侵蚀。当工作一段时间后，烧成耐火砖被侵蚀殆尽的时候，镶嵌在冷端本体中的残余耐火砖发挥渣皮附着支点的作用，有利于冷端热面生成稳定的“渣皮”保护层，获得延长冷却壁寿命的效果。
(5)热端本体可采用一种或多种材质的耐火制品组合构成，使得本发明能根据不同使用部位的不同工况条件，选择不同材料，达到物尽其用的最佳效果。
(6)非金属冷却壁其综合成本比金属质冷却壁设备投资减少50％以上，非金属材料来源广泛，国内资源丰富具有较好的应用前景。
图1和图2为冷、热端本体结合面上互为矩形条状凸凹匹配镶嵌剖视结构示意图之一和之二。
图3和图4为冷、热端本体结合面上互为乳突条状凸凹匹配镶嵌剖视结构示意图之一和之二。
图5为冷端本体单独构成冷却壁，热面有条状矩形凹槽的剖视结构示意图。
图6为图1的A向结构示意图。
具体实施例方式实施例一、二，参见图1，2，6，图中，1为予埋于冷端本体2中的蛇形冷却循环水管，水管表面弧形凸起，3为热端本体，每一条状的耐火砖上有一条状矩形凹槽或凸条与冷端本体热面上的条状矩形凸条或凹槽用耐火泥浆镶嵌固定，4为予埋于冷端本体安装匹配座6中的连接固紧件，5为高炉炉壳。
a，冷端本体主体料其重量配比按下列百分数取料，刚玉60％，碳化硅10％，氧化锆8％，石墨8％，300目氧化铝粉10％，180目金属硅粉4％，混合均匀。
b，结合剂按下列重量百分比取料糊精10％，磷酸50％，水40％，混配均匀c，主体料92％，结合剂料8％，将主体料和结合剂料按重量百分比混合均匀，放入冷端本体的模具内，埋入蛇形循环冷却水管和连接固紧件进行浇注或捣打成型，经≤600℃烘干，制成冷却壁的冷端本体。
然后用耐火泥浆与冷端本体材质相同的烧成耐火砖或者其它的非碱性耐火砖镶嵌砌筑在冷端本体热面的匹配对应位置上，形成热端本体。此时完成了由冷、热端本体组合而成的冷却壁。
实施例三、四，参见图3，4，图中，编号和实施例一、二相同，代表意义相同，不重述。有一点不同的是，在冷、热端本体的的结合面上，其凸凹匹配镶嵌结合结构为乳突状的条形突起，或乳突状的条形凹糟。
冷端本体的主体料为刚玉65％，碳化硅8％，氧化锆7％，石墨6％，500目氧化铝微粉5％，300目金属硅粉8％，300目金属铝粉1％；结合剂料磷酸二氢铝60％，木质素15％，水25％；主体料90％，结合剂料10％。制造方法及其它同实施例一、二，不重述。
实施例五，参见图5，图中，编号同实施例一、二，代表意义相同，不重述。本实施例与实施例一、二不同的是单独由冷端本体构成冷却壁。在冷端本体的热面，可以有条状的矩形凹槽，或为光面。冷端本体的主体料刚玉61％，碳化硅8％，氧化锆7％，石墨7％，800目氧化铝微粉9％，350目金属硅微粉6％，200目金属铝粉2％；结合剂料糊精7％，磷酸50％，水43％；主体料为93％，结合剂7％。制造方法同实施例一，二，不重述。
实施例六、七，参见图1，2，6，图中编号同实施例一、二，代表意义相同不重述。冷端本体用的主体料铝矾土55％，碳化硅8％，氧化锆10％，人造石墨8％，500目氧化铝微粉12％，200目金属硅粉6％，200目金属铝粉1％。结合剂磷酸二氢铝65％，木质素10％，水25％，混合均匀。用主体料87％，结合剂13％。其制造方法及其它同实施例一、二，不重述。
实施例八、九，参见图3，4，图中编号代表意义同实施例一，二和三、四，不重述。冷端本体主体料刚玉65％，碳化硅7％，氧化锆7％，350目氧化铝粉8％，电煅烧无烟煤8％，200目金属硅粉4％，180目金属铝粉1％，结合剂料磷酸48％，水45％，糊精7％；主体料90％，结合剂10％。其制造方法及其它同实施例一、二、不重述。
实施例十，十一、十二参见1，2，6，5，其编号代表意义同实施例一，二、不重述。
冷端本体主体料为铝矾土62％，碳化硅6％，氧化锆8％，电煅烧无烟煤6％，400目氧化铝微粉9％，300目金属硅粉7％，180目金属铝粉2％；结合剂料磷酸二氢铝60％，木质素15％，水25％。主体料91％，结合剂料9％，制造方法及其它同实施例一、二不重述。
权利要求
1.一种非金属冷却壁的制造方法，含有主体料和结合剂料混合均匀后使用模具浇注或捣打成型的非金属冷端本体单独构成的冷却壁，或由非碱性耐火材料制品构成热端本体与非金属冷端本体相互镶嵌匹配组合而成的冷却壁，以及予埋于冷端本体中的循环冷却水管，其特征是a，主体料按重量百分比混配均匀，含有刚玉50～75％，碳化硅5～12％，氧化锆5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目氧化铝微粉5～15％，180～500目金属硅微粉2～9％，b，结合剂料按重量百分比混配均匀，含有糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，或含有磷酸二氢铝5 5～65％，木质素10～15％，水25～35％，c，主体料、结合剂料按重量百分比混配均匀，含主体料85～93％，结合剂料7～15％。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征是在主体料中还含有180～300目的金属铝粉1～2％。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征是a，主体料按重量百分比混配均匀，刚玉60～70％ 碳化硅7～9％，氧化锆6～8％，石墨6～9％，300～1000目氧化铝微粉6～10％，180～500目的金属硅微粉4～7％，180～300目的金属铝粉1～2％，b，结合剂料按重量百分比磷酸45～50％，糊精5～10％，水40～45％，c，主体料结合剂料按重量百分比混配，主体料87～90％，结合剂10～13％。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征是a主体料按重量百分比铝矾土50～75％，碳化硅5～12％，氧化锆5～10％，石墨或人造石墨6～12％，300～1000目的氧化铝微粉5～15％，180～500目金属硅粉2～9％，180～300目的金属铝粉1～2％，b，结合剂按重量百分比混配磷酸二氢铝55～65％，木质素10～15％，水25～30％，c，主体料和结合剂料按重量百分比混配，主体料87～93％，结合剂7～13％。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法其特征是a，主体料按重量百分比刚玉50～75％，氧化锆5～10％，碳化硅5～12％，电煅烧无烟煤6～12％，300～1000目的氧化铝徽粉5～15％，180～500目的金属硅粉2～9％，180～300目的金属铝粉1～2％，b，结合剂按重量百分比混配糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％，c，主体料、结合剂料按重量百分比混配，主体料87～90％，结合剂料10～13％。
6.根据权利要求1或2所述的制造方法其特征是a、主体料按重量百分比混配铝矾土50～75％，氧化锆5～10％，碳化硅5～12％，电煅烧无烟煤6～12％，300～1000目氧化铝微粉5～15％，180～500目金属硅粉2～9％，180～300目金属铝粉1～2％，b、结合剂料按重量百分比混配磷酸二氢铝55～65％，木质素10～15％，水25～30％，c、主体料、结合剂料按重量百分比混配，主体料85～93％，结合剂料7～15％。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征是循环冷却水管在浇注或捣打成形时，予埋入非金属的冷端本体中，并同时予埋安装固定连接件、座，在冷端本体和热端本体凹凸匹配结构镶嵌时使用耐火材料泥浆使两者固紧。
8.一种由权利要求1制造的非金属冷却壁，包括冷却水管，由冷端本体单独构成的冷却壁，或含有冷、热端本体组合成的冷却壁，其特征是无论是冷端本体单独构成的冷却壁，或是由冷、热端本体组合成的冷却壁，都是用非金属材质制成，在冷、热端本体的结合面上有凹凸匹配镶嵌结构，冷端本体单独构成冷却壁时其热面为水平条形凹槽或凸条，或为光面。
9.根据权利要求8所述的非金属冷却壁，其特征是凹凸匹配的镶嵌结构可为冷端本体的热面上，有水平条状矩形凸条或水平条状乳突形凸条，或冷端本体热面上开有水平条状矩形凹槽或水平条状乳突形凹槽，在热端本体的冷面上开有与之匹配的水平条状矩形凹槽或水平条状乳突形凹槽，或热端本体冷面上设有与之匹配的水平条状矩形凸条或水平条状乳突形凸条。
10.根据权利要求8或9所述的冷却壁，其特征是当单独由冷端本体构成冷却壁时，冷却水管直接镶嵌于冷端本体中，当由冷、热端本体组合成冷却壁时，冷却水管镶嵌于冷端本体中，热端本体可为冷端本体材质，或为一种或多种非碱性耐火材料制成，可为整体式通过凹凸匹配结构与冷端本体配合，或为热端本体由一定数量的非碱性耐火材料制品拼装组合而成与冷端本体匹配，冷却水管为蛇形管，在水管表面有相间弧形凸起，冷端本体外表面伸出有安装固定予埋连接件、座。
全文摘要
本发明涉及一种高炉用冷却壁及其制造方法，特别是涉及一种非金属材料冷却壁及其制造方法。该冷却壁包括由冷端本体单独构成的冷却壁，或由冷、热端本体组合成冷却壁，冷却水管，其冷、热端本体都采用非金属材料制成，在冷、热端本体的结合面有凸凹匹配镶嵌结构。非金属材料的主体料含刚玉50～75％，碳化硅5～12％，氧化锆5～10％，石墨6～12％，300～1000目氧化铝微粉5～15％，180～500目金属硅微粉2～9％，其结合剂料糊精5～10％，磷酸45～50％，水40～45％。主体料85～93％，结合剂料7～15％，混合均匀，按冷端本体外型设计模具，预埋循环水管和连接件进行浇注或捣打成型，在温度≤600℃环境中烘干，用耐火泥浆将冷热端本体的凸凹匹配结构粘合连结成一体，形成冷却壁。非金属冷却壁成本低，寿命长，资源丰富，是发展方向。
文档编号C21B7/00GK1401791SQ0213908
公开日2003年3月12日 申请日期2002年9月21日 优先权日2002年9月21日
发明者白纪周, 聂桂秋, 何汝生, 孟瑞杰, 白剑伟, 王培菇 申请人:郑州华宇耐火材料集团公司