专利名称：加热炉垫块的制作方法
技术领域：
本发明是关于冶金工业炉窑技术中的加热炉垫块，特别涉及一种采用复合镶铸制 造方法制作的加热炉垫块。
背景技术：
加热炉用垫块或滑块(以下简称垫块)是在冶金工业炉窑内间隔设置在加热炉内 支撑水梁上用于支撑钢坯的构件，它是在加热钢坯过程中连接支撑水梁与被加热工件(钢 坯)，并保证钢坯加热质量的关键部件。垫块的高度对加热钢坯质量有很大影响，垫块的高 度越高加热效果越好，然而高度的提高不仅使垫块制造成本增加，同时使垫块上部温度增 高，垫块高温耐磨性能及强韧性指标随之降低；如果垫块的高度较低，受支撑水梁的冷却会 使垫块上部的温度也降低，垫块顶部接触的钢坯的局部热损失大，在钢坯上会形成一条低 温带(简称黑印)，由此影响钢坯的成材质量，并对后续轧钢带来不利影响。为提高垫块的高温性能，传统技术通常采用提高垫块合金含量等级的措施；为降 低钢坯黑印，通常采用加大垫块间隔、用双排或多排垫块错开分布等措施；还有一种现有技 术是在垫块的上部位置开设均热孔，以降低支撑水梁对垫块上部的影响，进而减少或避免 钢坯产生黑印。此外，为了减少合金材料的消耗，现有垫块9除具有条形垫块(如图11所 示)、蘑菇形垫块(如图12所示)之外，还研发了瘦腰形垫块结构(如图13所示)。上述 现有的垫块结构或垫块制造方法，只是在解决垫块某一项缺陷方面显示了一些效果，但是， 没有哪一种垫块同时具备高的高温承载、耐磨、无黑印、低成本等特性。有鉴于此，本发明人基于多年从事新材料制造技术研究的经验，结合材料学科最 新成果、利用复合铸造技术、镶铸技术将不同使用特性的材料集于一体，设计出一种新的复 合镶铸加热炉垫块。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加热炉垫块，该加热炉垫块能够满足不同使用场合， 具有高的高温承载能力、更高的耐磨性能、相对成本低、高性价比的特点，并能够提高钢坯 加热质量。本发明的另一目的在于提供一种加热炉垫块，该加热炉垫块能够避免对钢坯产生 黑印。本发明的目的是这样实现的，一种加热炉垫块，所述加热炉垫块由耐热基体和耐 热耐磨件构成；所述耐热耐磨件被包覆设置在所述耐热基体的顶部，耐热耐磨件的顶面暴 露于耐热基体的顶面。在本发明的一较佳实施方式中，在耐热基体内部设有隔热支撑件。在本发明的一较佳实施方式中，所述耐热基体包括有位于垫块下部的第二耐热基 体和位于垫块上部的第一耐热基体，所述第一耐热基体的耐火温度高于第二耐热基体的耐 火温度；所述耐热耐磨件被包覆设置在所述第一耐热基体的顶部，耐热耐磨件的顶面暴露于第一耐热基体的顶面。在本发明的一较佳实施方式中，所述第一耐热基体与第二耐热基体是由半固态金 属与液态金属复合浇铸连接为一体的。在本发明的一较佳实施方式中，所述耐热耐磨件被镶铸于所述耐热基体上。在本发明的一较佳实施方式中，所述耐热基体的顶部设有多个耐热耐磨件，所述 多个耐热耐磨件均布在耐热基体的顶部。在本发明的一较佳实施方式中，所述隔热支撑件被镶铸于所述耐热基体中。在本发明的一较佳实施方式中，所述第一耐热基体的合金含量高于第二耐热基体 的合金含量；第一耐热基体的材料选用CO60、Co50、Co40或Co20 ；第二耐热基体的材料选用 Cr25Ni20Si2、Co20、Co40或Co50 ；所述耐热耐磨件选用金属陶瓷类材料或非金属陶瓷类材 料。在本发明的一较佳实施方式中，所述隔热支撑件选用抗压耐火隔热材料。本发明的目的还可以这样实现，一种加热炉垫块，所述加热炉垫块由耐热基体和 隔热支撑件构成；所述隔热支撑件设置在所述耐热基体的内部。在本发明的一较佳实施方式中，在耐热基体的顶部还设有耐热耐磨件；所述耐热 耐磨件被包覆设置在耐热基体的顶部，耐热耐磨件的顶面暴露于耐热基体的顶面。在本发明的一较佳实施方式中，所述耐热基体包括有位于垫块下部的第二耐热基 体和位于垫块上部的第一耐热基体；所述第一耐热基体的耐火温度高于第二耐热基体的耐 火温度；所述耐热耐磨件被包覆设置在第一耐热基体的顶部，耐热耐磨件的顶面暴露于第 一耐热基体的顶面。在本发明的一较佳实施方式中，所述第一耐热基体与第二耐热基体是由半固态金 属与液态金属复合浇铸连接为一体的。在本发明的一较佳实施方式中，所述隔热支撑件被镶铸于所述耐热基体中。在本发明的一较佳实施方式中，所述耐热耐磨件被镶铸于所述耐热基体上。在本发明的一较佳实施方式中，所述耐热基体的顶部设有多个耐热耐磨件，所述 多个耐热耐磨件均布在耐热基体的顶部。在本发明的一较佳实施方式中，所述第一耐热基体的合金含量高于第二耐热基体 的合金含量；第一耐热基体的材料选用CO60、Co50、Co40或Co20 ；第二耐热基体的材料选用 Cr25Ni20Si2、Co20、Co40或Co50 ；所述隔热支撑件选用抗压耐火隔热材料。在本发明的一较佳实施方式中，所述耐热耐磨件选用金属陶瓷类材料或非金属陶 瓷类材料。综上所述，由于以上措施的应用，使整个加热炉垫块(滑块)复合镶铸制造方法起 到了提高加热产品质量、提高垫块品质、延长垫块寿命、降低制造成本的有益作用。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图IA 为本发明中单一耐热合金镶铸耐热耐磨件构成的瘦腰形垫块的结构示意 图。图IB 为图IA的侧视示意图。
图2A 为本发明中单一耐热合金镶铸耐热耐磨件构成的条形垫块的结构示意图。图2B 为本发明中单一耐热合金镶铸耐热耐磨件构成的蘑菇形垫块的结构示意 图。图3A 为耐热耐磨件采用网孔结构的垫块示意图。图3B 为图3A的侧视示意图。图3C 为图3A的俯视示意图。图4A 为多个耐热耐磨件采用间隔分布镶铸的条形垫块结构示意图。图4B 为图4A的侧视示意图。图5A 为多个耐热耐磨件采用间隔分布镶铸的蘑菇形垫块结构示意图。图5B 为图5A的侧视示意图。图6A 为在耐热基体内部设置隔热支撑件的垫块结构示意图。图6B 为图6A的侧视示意图。图7A 为本发明在复合耐热合金中镶铸耐热耐磨件和隔热支撑件构成的垫块的 结构示意图。图7B 为图7A的侧视示意图。图8a_图8h 为本发明加热炉垫块的制作流程示意图。图9A 为本发明在单一耐热合金中镶铸隔热支撑件构成的条形垫块的结构示意 图。图9B 为图9A的侧视示意图。图9C 为本发明在单一耐热合金中镶铸隔热支撑件构成的蘑菇形垫块的结构示 意图。图IOA 为本发明在复合耐热合金中镶铸隔热支撑件构成的条形垫块的结构示意 图。图IOB 为图IOA的侧视示意图。图IOC 为本发明在复合耐热合金中镶铸隔热支撑件构成的蘑菇形垫块的结构示 意图。图11 为现有条形垫块的结构示意图。图12 为现有蘑菇形垫块的结构示意图。图13 为现有瘦腰形垫块的结构示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发 明的具体实施方式
。其中，相同的部件采用相同的标号。实施方式1如图1A、图1B、图2A、图2B所示，本发明提出一种加热炉垫块100，所述加热炉垫 块100由耐热基体1和耐热耐磨件2构成；所述耐热耐磨件2被包覆设置在所述耐热基体 1的顶部，耐热耐磨件2的顶面21暴露于耐热基体1的顶面。在本实施方式中，所述耐热耐 磨件2是被镶铸在耐热基体1顶部的，即在制作时将固态的耐热耐磨件2放置于处于液态 的耐热合金中，冷却后将耐热耐磨件2和耐热基体1两者结合为一体(具体的制作过程将在后面作出描述)。进一步，所述垫块100的形状为瘦腰形(如图1A、图IB所示)，可以避 免镶铸的耐热耐磨件使用中脱落，同时可以防止铸造过程应力集中作用。所述垫块100的 形状也可为条形(如图2A所示)或蘑菇形(如图2B所示)。本发明的加热炉垫块100采用在耐热基体顶部镶铸耐热耐磨件，由此解决了现有 垫块中高温合金耐磨性不足的缺陷，使加热炉垫块的耐磨性能在现有技术基础上提高3 10倍以上。在本实施方式中，所述耐热耐磨件2选用金属陶瓷类材料或非金属陶瓷类材料。 作为本实施方式的一种特例，所述垫块也可以采用整体陶瓷类材料的耐热耐磨件制作成， 这种由整体耐热耐磨件制作的垫块，其耐热、耐磨性能更高，但其抗急冷激热能力差，适用 于环境非常稳定，冲击低的场合。因此，如图IA-图2B所示的在耐热基体顶部镶铸陶瓷类 材料的耐热耐磨件的垫块，可以降低耐热耐磨件的尺寸，以节约成本，同时耐热耐磨件厚度 的降低还可以提高其抗激热作用。在本实施方式中，垫块顶部耐热耐磨件2可采用网孔结构(如图3A-图3C所示)； 或采用多个耐热耐磨件间隔分布镶铸的结构，如图4A、图4B、图5A、图5B所示，所述耐热基 体1的顶部设有多个耐热耐磨件2，所述多个耐热耐磨件2均布在耐热基体1的顶部。这样 的结构可以降低耐热耐磨件急冷激热、机械冲击作用，起到在耐磨的基础上不降低抗冲击 性能作用。进一步，如图6A、图6B所示，在本实施方式中，在耐热基体1内部还设有隔热支撑 件3。所述隔热支撑件3也是被镶铸于所述耐热基体1的内部；所述隔热支撑件3设置在 耐热基体1下部的几何中心位置。在本实施方式中，所述隔热支撑件3选用抗压耐火隔热 材料。由于隔热支撑件的使用，可以减少贵重合金基体材料用量，降低制作成本；同时还 有降低支撑水梁对垫块顶部的影响，消除黑印现象；并具有提高垫块刚度起到支撑作用。如图6A、图6B所示，隔热支撑件可采用带透孔的结构，镶铸时透孔可以作为支架 隔热支撑件的工艺孔，使加工工艺性成为可能，同时透孔内填充耐热基体材料后，还有提高 整体结构强度的作用。在本实施方式中，如图5A、图5B、图7A、图7B所示，所述耐热基体1包括有位于垫 块下部的第二耐热基体11和位于垫块上部的第一耐热基体12 ；所述第一耐热基体12的耐 火温度高于第二耐热基体11的耐火温度；所述第一耐热基体12与第二耐热基体11是由半 固态金属与液态金属复合浇铸连接为一体的。所述耐热耐磨件2被包覆设置在所述第一耐 热基体12的顶部，耐热耐磨件2的顶面21暴露于第一耐热基体12的顶面。由于本发明的加热炉垫块在制作工艺上采用了复合镶铸技术，将耐热合金基体根 据使用环境制作成上、下两种材料复合结构，在不降低使用耐火度的基础上，可以使垫块成 本降低；在成本不变的情况下可以将上部合金选取更高的牌号，起到提高性能等级作用。在本实施方式中，所述第一耐热基体12的合金含量高于第二耐热基体11的合金 含量；第一耐热基体12的材料可选用CO60、Co50、Co40或Co20 ；而第二耐热基体11的材料 对应选择合金牌号低于第一耐热基体12的Cr25Ni20Si2、Co20、Co40或Co50 ；本发明的加热炉垫块适用于各温度段条件下的推钢式加热炉、步进式加热炉中； 该加热炉垫块通过复合镶铸技术将不同特性(包括耐热、耐磨、绝热、抗蚀等)的材料集成与一体，使所述垫块具有耐磨、耐热、无黑印、质量高、相对成本低等优点，可广泛用于加热 炉生产。下面以图5A、图5B所示的蘑菇形垫块为例，描述双耐热合金基材复合与耐热耐磨 件、隔热支撑件镶铸制作垫块的制作过程。该制作过程包括如下步骤1.复合镶铸前的铸型准备(1)制作耐热耐磨件2 按设计图纸规格尺寸、按照加热炉使用部位温度环境要求 的材质定制相应的耐磨陶瓷预制件(可选用材质为满足该温度条件下的金属陶瓷或非金 属陶瓷高温耐磨材料；例如在高温区域使用的垫块，其中的耐热耐磨件2采用耐高温的非 金属陶瓷高温耐磨材料；在中、低温区域使用的垫块，其中的耐热耐磨件2可采用金属陶瓷 耐磨材料)；(2)制作隔热支撑件3 按设计图纸规格尺寸、按照设计所选取的隔热支撑件材质 定制相应的隔热耐火支撑预制件(可选用材质为具有高温耐热、隔热、较高抗压强度的耐 火材料，如粘土质、高铝质、刚玉质、氧化铬及锆质、煅烧石墨质等材料)；(3)准备浇铸用的铸型5(上箱51、下箱52)采用树脂砂精铸分箱造型工艺方法， 耐磨工作面位于下箱底面，分型面设在大、小圆柱铸型的交界面上，冒口与浇口共用，且设 在上箱上方正中央；(4)砂型内表面涂刷(或喷涂)耐火涂料；并在下箱底平面上按设计布置要求摆 放耐热耐磨件2于底平面涂料上，可用涂料将多个耐热耐磨件粘接固定(如图8a、图8b所 示)；(5)在耐热耐磨件2与隔热支撑件3之间摆放耐热钢金属支撑4，将隔热支撑件摆 放到铸型要求的位置，并支撑牢固(如图8c所示)；(6)按上、下箱定位合上上箱51，确保分型面密封不跑火，上、下铸型对齐不错箱 (如图8d所示)；(7)铸型余热与干燥将铸型内水分蒸干，并预热到150 180°C。2.耐热合金的冶炼按使用环境对垫块材质的要求分为上部用高温耐热合金(即第一耐热基体12)、 下部用低温耐热合金(即第二耐热基体11)，分别用两个冶炼炉进行冶炼，分别按照各自 的化学成分和温度达到要求；3.复合镶铸垫块的浇铸按照设计工艺要求温度，首先向型腔内浇入高温耐热合金12金属液，金属液经浇 口以及型内通道进入铸型内腔，优先填满分布着耐磨件的底平面，将耐磨件包覆在耐热合 金之中直至高、低温合金分界面(如图8e所示)；待高温耐热合金12金属液受铸型及包覆 件等冷却达到半凝固状态时，迅速更换低温耐热合金11金属液，按照工艺要求温度浇入低 温耐热合金11金属液，半凝固状态的高温耐热合金12金属液界面受新添加的低温耐热合 金11的高温液态金属液影响，使交界面产生少许重熔，并与低温耐热合金11金属液在界面 上形成冶金复合层；同时低温耐热合金11金属液继续浇铸并将隔热支撑件3包覆在其中， 直至填满冒口，冒口上方加隔热保温添加剂，浇铸结束(如图8f所示)；4.保温与开箱及后续处理铸件浇铸后，在砂型5内自然冷却至完全凝固即可开箱(如图8g所示)；待铸件冷却至450 550°C可采用热开箱将铸件周边的砂型去除，去掉浇、冒口热送至热处理炉进行 热处理；也可以自然冷却至室温采用冷送热处理；热处理后表面打磨清理、检查、标识(如 图8h所示)。综上所述，由于以上措施的应用，使本发明复合镶铸的加热炉垫块能够达到提高 加热产品质量、提高垫块品质、延长垫块寿命、降低制造成本的有益效果。实施方式2如图9A-图9C所示，本发明还提供一种加热炉垫块100，所述加热炉垫块100由耐 热基体1和隔热支撑件3构成；所述隔热支撑件3设置在耐热基体1的内部。在本实施方 式中，所述隔热支撑件3被镶铸于所述耐热基体1中，即在制作时将固态的隔热支撑件3 放置于处于液态的耐热合金中，冷却后将隔热支撑件3和耐热基体1两者结合为一体。在 本实施方式中，所述隔热支撑件3由抗压耐火隔热材料制成；所述隔热支撑件3设置在耐热 基体1下部的几何中心位置。进一步，所述垫块100的形状为条形(如图9A所示)，也可为 蘑菇形(如图9C所示)或瘦腰形(图中未示出)。由于隔热支撑件的使用，可以减少贵重合金基体材料用量，降低制作成本；同时还 有降低支撑水梁对垫块顶部的影响，消除黑印现象；并具有提高垫块刚度起到支撑作用。进一步，如图IOA-图IOC所示，在本实施方式中，所述耐热基体1包括有位于垫块 下部的第二耐热基体11和位于垫块上部的第一耐热基体12 ；所述第一耐热基体12的耐火 温度高于第二耐热基体11的耐火温度；所述第一耐热基体12与第二耐热基体11是由半固 态金属与液态金属复合浇铸连接为一体的。由于本发明的加热炉垫块在制作工艺上采用了复合镶铸技术，将耐热合金基体根 据使用环境制作成上、下两种材料复合结构，在不降低使用耐火度的基础上，可以使垫块成 本降低；在成本不变的情况下可以将上部合金选取更高的牌号，起到提高性能等级作用。在本实施方式中，所述第一耐热基体12的合金含量高于第二耐热基体11的合金 含量；第一耐热基体12的材料可选用CO60、Co50、Co40或Co20 ；而第二耐热基体11的材料 对应选择合金牌号低于第一耐热基体12的Cr25Ni20Si2、Co20、Co40或Co50 ；本实施方式的其他结构、加工过程和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘 述。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何 本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均 应属于本发明保护的范围。
权利要求
一种加热炉垫块，其特征在于所述加热炉垫块由耐热基体和耐热耐磨件构成；所述耐热耐磨件被包覆设置在所述耐热基体的顶部，耐热耐磨件的顶面暴露于耐热基体的顶面。
2.如权利要求1所述的加热炉垫块，其特征在于在耐热基体内部设有隔热支撑件。
3.如权利要求1所述的加热炉垫块，其特征在于所述耐热基体包括有位于垫块下部 的第二耐热基体和位于垫块上部的第一耐热基体，所述第一耐热基体的耐火温度高于第二 耐热基体的耐火温度；所述耐热耐磨件被包覆设置在所述第一耐热基体的顶部，耐热耐磨 件的顶面暴露于第一耐热基体的顶面。
4.如权利要求3所述的加热炉垫块，其特征在于所述第一耐热基体与第二耐热基体 是由半固态金属与液态金属复合浇铸连接为一体的。
5.如权利要求1所述的加热炉垫块，其特征在于所述耐热耐磨件被镶铸于所述耐热 基体上。
6.如权利要求5所述的加热炉垫块，其特征在于所述耐热基体的顶部设有多个耐热 耐磨件，所述多个耐热耐磨件均布在耐热基体的顶部。
7.如权利要求2所述的加热炉垫块，其特征在于所述隔热支撑件被镶铸于所述耐热基体中。
8.如权利要求3所述的加热炉垫块，其特征在于所述第一耐热基体的合金含量高于 第二耐热基体的合金含量；第一耐热基体的材料选用CO60、Co50、Co40或Co20 ；第二耐热基 体的材料选用Cr25Ni20Si2、Co20、Co40或Co50 ；所述耐热耐磨件选用金属陶瓷类材料或非 金属陶瓷类材料。
9.如权利要求2所述的加热炉垫块，其特征在于所述隔热支撑件选用抗压耐火隔热 材料。
10.一种加热炉垫块，其特征在于所述加热炉垫块由耐热基体和隔热支撑件构成；所 述隔热支撑件设置在所述耐热基体的内部。
11.如权利要求10所述的加热炉垫块，其特征在于在耐热基体的顶部还设有耐热耐 磨件；所述耐热耐磨件被包覆设置在耐热基体的顶部，耐热耐磨件的顶面暴露于耐热基体 的顶面。
12.如权利要求11所述的加热炉垫块，其特征在于所述耐热基体包括有位于垫块下 部的第二耐热基体和位于垫块上部的第一耐热基体；所述第一耐热基体的耐火温度高于第 二耐热基体的耐火温度；所述耐热耐磨件被包覆设置在第一耐热基体的顶部，耐热耐磨件 的顶面暴露于第一耐热基体的顶面。
13.如权利要求12所述的加热炉垫块，其特征在于所述第一耐热基体与第二耐热基 体是由半固态金属与液态金属复合浇铸连接为一体的。
14.如权利要求10所述的加热炉垫块，其特征在于所述隔热支撑件被镶铸于所述耐 热基体中。
15.如权利要求11所述的加热炉垫块，其特征在于所述耐热耐磨件被镶铸于所述耐 热基体上。
16.如权利要求15所述的加热炉垫块，其特征在于所述耐热基体的顶部设有多个耐 热耐磨件，所述多个耐热耐磨件均布在耐热基体的顶部。
17.如权利要求12所述的加热炉垫块，其特征在于所述第一耐热基体的合金含量高 于第二耐热基体的合金含量；第一耐热基体的材料选用Co60、Co50、Co40或Co20 ；第二耐 热基体的材料选用Cr25Ni20Si2、Co20、Co40或Co50 ；所述隔热支撑件选用抗压耐火隔热材 料。
18.如权利要求11所述的加热炉垫块，其特征在于所述耐热耐磨件选用金属陶瓷类 材料或非金属陶瓷类材料。
全文摘要
本发明为一种加热炉垫块，所述加热炉垫块由耐热基体和耐热耐磨件构成；所述耐热耐磨件被包覆设置在所述耐热基体的顶部，耐热耐磨件的顶面暴露于耐热基体的顶面。该加热炉垫块通过复合镶铸技术将不同特性的材料集成与一体，使所述垫块具有耐磨、耐热、无黑印、质量高、相对成本低等优点，可广泛用于各温度段条件下的推钢式加热炉、步进式加热炉中，并能够提高加热炉钢坯加热质量。
文档编号B22D19/04GK101928822SQ201010247099
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者周守航, 王蕾, 郭豪, 金朝, 黄衍林 申请人:中冶京诚工程技术有限公司