焊接式铸钢冷却壁
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一种用于高炉的焊接式铸钢冷却壁，属于高炉的冷却设备。
冷却壁是高炉的重要设备，它可以使炉衬内的热量能传递出去，并在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮，保护炉衬乃至代替炉衬工作，同时也可以保护高炉的炉壳，所以冷却壁对于高炉的寿命有重要意义。在70年代以后，影响高炉寿命的主要环节是炉底和炉缸，冷却壁结构对高炉寿命的影响还不突出。随着采用高导热率碳砖砌筑，强化冷却炉底等措施，使炉底寿命延长到10年左右，因此，影响高炉寿命的主要因素已由炉底、炉缸转至炉身。也就是说，炉身下部冷却方式与结构，耐火材料性质，砌砖方式以及高炉操作诸因素影响高炉寿命。这里所指的高炉寿命系指高炉不中修的一代炉役。近年来，导致停炉检修的主要原因是炉身冷却壁及炉身内衬的损坏，如果能进一步提高炉身冷却壁的寿命，将更好地保护炉身内衬，使之与炉底的寿命同步，还可以大大提高高炉的炉身寿命。其经济意义是很大的。
在本发明之前，高炉用冷却壁都采用铸铁材料整体浇铸而成。在浇铸之前，先将一定直径的无缝钢管弯成要求的形状，放在铸型内，形成冷却壁的冷却水管路。这种型式的冷却壁受结构的限制，在四个角部的冷却效果减低，加之无缝钢管的弯曲半径受管径的限制，也不能做得很小，这也影响冷却能力的提高。另一方面，由于冷却壁本体用高碳的铸铁材料，而冷却管路采用低碳的钢质无缝管，当低碳钢管 和铁水接触时，必然引起钢管的增碳，使钢管变脆，一旦冷却壁发生裂纹，则在热应力的作用下，会将冷却水管拉断，造成漏水事故。从而降低冷却壁的使用寿命。
本发明的目的是提供一种冷却效果好，使用寿命长的冷却壁。
为了实现上述要求，发明了一种焊接式的铸钢冷却壁。这种冷却壁和传统的冷却壁一样，由进出水管、保护管、固定螺栓以及包含冷却水管路的冷却壁本体等几部分组成。其主要特点是冷却壁本体是由冷面、热面或凸台等几个单独的低碳钢铸件焊接而成，冷却水的管路在铸件一定位置铸造成型。
长期以来，冷却壁都是用铸铁制成的，但其使用寿命较低，如普通灰铸铁或低铬铸铁冷却壁的炉身役令只为4-5年左右。后来对冷却壁的材质作过一些改进，如采用球墨铸铁，球墨铸铁冷却壁的炉身役令可达7-10年。但为了使炉底和炉身的使用寿命达到同步，要求冷却壁炉身役令超过10年。为此，本发明的冷却壁采用低碳钢铸造。低碳钢的机械性能优于铸铁，这是众所周知的，但最主要的是，低碳钢比铸铁有更好的抗热冲击性。对不同的材质做机械性能和冷热疲劳试验结果为下表所示：
在高炉上用低碳钢作过类似的试验，如武钢1＃高炉炉身中上部三段 水冷的低碳钢支梁水箱，经四年另九个月（1978年12月至1983年10月）的生产考核后，水箱依然完好如初。在此以前，所使用的铸铁水箱，使用2-3年后都有不同程度的损坏。用作冷却壁的低碳钢可选用ZG15，但为了提高冷却壁的高温性能，应降低硫的含量，推荐采用的低碳钢成分为：C、0.12～0.22;Si、0.15～0.30;Mn、0.35～0.65;P≤0.04;S、≤0.03。但如果冷却壁由低碳钢铸造，则冷却壁内的管路系统就不能采用无缝钢管铸入的方式，因为在浇铸时会把无缝钢管融化而不能形成冷却水的通道。为了解决这一问题，将冷却壁分为冷面、热面两部分。对于有凸台的冷却壁则分为冷面、热面和凸台等三个部分。这几部分分别铸造出来，在这些铸件相应的部位铸出冷却水管路。管路的截面为矩形，也可以铸成椭园形的。将冷面和热面（或凸台部分）组装在一起，用焊接的方法使之成为一个整体，则制成了冷却壁的整体。进出水管与冷却壁本体用螺纹方式连接。冷却壁与炉壳的连接采用双头螺栓。
以下将结合附图对发明作进一步说明。
图1是本发明一种具体结构的纵向剖面图
图2是图1所示冷却壁的A-A向视图
图3是一种代凸台的冷却壁的纵向剖面图。
参照图1，冷却壁的冷面〔1〕和热面〔2〕是两个单独的铸件，在热面〔2〕上铸有矩形截面的冷却水道〔3〕。当冷面〔1〕和热面〔2〕安装在一起时，水道〔3〕凸起的部分与冷面〔1〕的端面相接触，即形成密封的通道。在冷面〔1〕上冷却水管进出口处以及保护管〔5〕相应的安装位置加工内螺纹将带有外螺纹的进出水管 〔4〕和保护管〔5〕拧入冷面〔1〕，即完成进出水管及其保护管与冷却壁的连接，在冷面〔1〕相应的部位钻孔，加工螺纹，把双头螺栓〔6〕安装在冷面〔1〕上，籍以把冷却壁固定在炉壳〔7〕上。
根据图3，热面〔2〕铸成凸台的型式，作为凸台内芯的铸件〔8〕与热面〔2〕焊成一个整体，然后再与冷面〔1〕焊接。在凸台内芯〔8〕上铸出冷却水通道〔9〕，通道〔9〕和通道〔3〕互不相连，自成系统。
本发明的冷却壁由于采用了分离的铸钢件焊接而成，所以具有很多优点。首先是它采用了低碳钢铸造，而低碳钢的各项性能比铸铁好，予期其使用寿命可以超过10年。另一方面，本发明的冷却壁不用无缝钢管弯成冷却水管路，而是直接把管路铸在热面铸件上，这样做的好处是可以按照冷却壁实际的热负荷情况来设计管路系统，管路之间可以安排得很近。同时管路在冷却壁四个角的部位也可以均匀地安排，这样便解决了长期以来冷却壁角部冷却能力不足以及容易损坏的缺点。为了增加冷却水道的换热面积，最好的方法是将冷却水道的截面形状做成矩形或椭圆形。但在实际上，企图把截面为矩形或椭圆形的异形钢管弯成符合要求的冷却水管路是很困难的，甚至是不可能的。而采用本发明则可以很容易在铸件上铸出截面为矩形或椭圆形的管路。
传统的冷却壁在使用过程中由于热膨胀，会使炉壳对进出水管产生一个剪切力，在该剪力的作用下，进出水管可能被剪断，造成冷却水中断，冷却壁被烧坏的事故。为此，通常的做法是在进出水管外加一个保护管，使剪切力作用在保护管上。要使保护管真正能起到保护进出水管的作用，必须保证两管之间有一定的间隙。但在本发明之前，冷却壁整体铸造时，很容易使铁水充填于两管之间，使保护管失效。 采用本发明，由于保护管和进出水管是铸造之后用螺纹方式连接在冷却壁上的，所以可保证两管之间一定的间隙。这是防止冷却壁断水事故的有效措施。
在本发明之前，冷却壁与炉壳的连接用螺栓，但所用的方法是将螺栓贯穿于整个冷却壁，螺栓的一头暴露在冷却壁的热面，当炉衬浸蚀掉，冷却壁裸露之后，螺栓在热面的一端要承受很高的温度，这样螺栓在一段时间之后便会损坏失效。为了避免这种情况，最好的方法就是采用双头螺栓来固定冷却壁，螺栓的一头与冷却壁的冷面相连接，避免高温的影响。但由于铸铁材料质地较脆，在本发明之前实际上不可能采用这种方法。由于本发明的冷却壁采用低碳钢铸造，这种连接方式可以确保螺栓温度不高于水温，保证了螺栓的安全。
在本发明中，带凸台冷却壁的冷却水通道都是自成体系。这样做的好处是，若凸台被烧坏，只须对凸台部分停止供水，冷却壁照常能够使用。
由于本发明有以上诸多的优点，所以可使炉身内衬被浸蚀，冷却壁裸露后，靠结渣皮还能使用10年以上，这就使得高炉不中修的一代炉役寿命达到10年以上。与目前的情况相比，可减少1-2次中修。以容积为2500M的高炉为例，一次中修所需费用约为1亿元。每次中修约需三个月，若高炉利用系数为1.8，三个月将损失生铁40.5万吨。每吨生铁以285元计，则中修三个月内，仅铁一项的损失为1.15亿元。即，每减少一次中修的经济效益为2.15亿元。由此可见，因铸钢冷却壁加工量增加而引起成本的增加是微不足道的。
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