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摘要：分析高炉冷却壁的使用情况、结构、设计要求，详细论述了使用樹脂砂生产冷却壁的铸造工艺方案，及采取的各项质量保证措施，生产出了高质量要求的冷却壁。
关键词：树脂砂 冷却壁 渗碳 球墨铸铁
球墨铸铁冷却壁是高炉炉体的重要部件，在长期连续的高温下工作，正常工作时表面温度可达750℃左右，是影响高炉寿命的重要部件。目前，国内高炉主要使用的冷却壁材质有灰铁冷却壁、球墨铸铁冷却壁、耐热铸铁冷却壁、钢冷却壁及铜冷却壁等。这次我们厂承接的青钢1#高炉炉体系统炉身球墨铸铁冷却壁的制作，设计正常使用寿命15年以上。因此，冷却壁的设计和制造工艺直接关系到一代炉龄的长短。本次高炉钢甲采用工厂预先开孔，冷却壁的型位公差特别是管距、及镶入螺母位置要求严格。我厂承制炉腹、炉腰、炉身球墨铸铁冷却壁的制作。在制造过程中，根据冷却壁的使用条件和技术要求，我们采取先进的树脂砂铸造生产技术，从冷却水管的制做到产品的检查，制定切实有效的工艺方案，生产出高质量要求的冷却壁。
1 冷却壁的技术要求
从S-2至R-3段的冷却壁的结构差别不大，共210块，铸造生产工艺基本相同，我们就以S-2段为例研究其铸造工艺及生产。冷却壁结构如图（1）所示。轮廓尺寸为：2095mm×889.3 mm×243.4mm，全部不加工。材质为QT400-18，单件重2652.6 kg，铸件内铸入冷却水管4根，其材质为 10号无缝钢管。固定孔为4个铸入螺母。
技术要求：
1） 冷却壁采用附铸试块的力学性能：δb≥380MPa、δ≥17%，石墨球化级别应1-4级、铁素体占90%以上。
2） 冷却壁的尺寸公差，高度尺寸公差：±5 mm，总厚度尺寸公差：±5 mm，铸入水管保护套管距冷却壁上表面长度公差-5～+10mm，冷却水管与保护套的同轴度公差为±2.5mm。每端水管头中心距横向公差±2mm，每端水管头中心距纵向公差±2mm。
3） 冷却壁的铸造表面要求平整光滑，粗糙度为Ra50。不允许有任何裂纹。
4） 冷却水管、保护管必须采取防渗碳处理。防渗碳涂料涂层厚0.2-0.3mm。
5） 蛇形钢管铸后应用0.76倍内径的球进行通球检验。
6） 铸造后此件必须进行打压试验。压力为1.6MPa，保压30min。用0.75公斤锤敲击无渗漏无压降。
2 铸件工艺设计和工艺参数的选择
此铸件为厚壁、大型球墨铸铁件，铸件内部镶有4根冷却水管，而且各部分尺寸及公差要求非常严格。按照以往用粘土砂生产工艺已不能满足此件的要求。因此，我们决定采用树脂砂铸造工艺生产此备件。
2.1 分型面的选择 为保证厚度的尺寸公差及下芯方便，模样的分型面选择在冷却壁上部的弧形面处，将凸台部分置于上箱，铸件其余部分完全置于下箱。工艺简图如（2）所示。
2.2 木模的设计及工艺参数
1）为了保证冷却水管的位置准确，在木样上冷却水管管头部位镶嵌钢套，用钢套与水管套配合来确定冷却水管的位置，木模采用拆分燕尾槽结构。在冷却壁纵向50mm处拆分。
2）模样伸尺 此冷却壁为球墨铸铁件，内部镶有4根U型冷却水管，考虑到本体与冷却水管膨胀和收缩的不一致，我们采用本体伸尺1%，铸入冷却水管选用伸尺0.5%，以确保浇注后获得的铸件本体尺寸及冷却水管的位置尺寸符合技术要求。
3）本次冷却壁螺栓孔改为铸入材质为35号钢的螺母，。为了保证尺寸准确，而且螺纹不会在铸造过程中损坏，我们采取铸后钻孔套丝来解决尺寸容易超差的问题。螺母铸入前刷防渗碳涂料，防止在铸造过程中渗碳。
2.3 浇注系统 设计浇注系统的原则是使铁水尽快的均匀地充满铸型，铁水流动平稳，避免卷入空气，产生金属氧化物夹杂和冷隔、皱皮等缺陷，并且浇注系统应简单、可靠。根据结构特点，防止铁水冲刷冷却水管，内浇道开在铸型的一侧两砖槽芯之间，底铸4道内浇道。浇注系统的采用半封闭式结构，比例为：∑F直∶∑F横∶∑F内=1.2∶1.4∶1。
2.4 造型材料的选择 树脂砂的硬化速度和硬化后的强度直接关系到冷却壁表面质量，尤其是冷却水管的凸台处容易出现掉砂、气孔等现象。原砂选用大林砂，选用质量好的圣全树脂和固化剂。
涂料采用底料和面料两种醇基涂料。底层涂料要使骨料有一定的渗入深度，采用醇基锆英粉快干涂料，刷涂两遍，点燃干燥。面层涂料为石墨快干涂料 ，采用喷涂，喷涂均匀后点火干燥。凡接触金属液的表面均全部刷涂料使铸件表面光洁，避免粘砂等缺陷。
3 冷却水管及护管的制作
3.1无缝钢管的煨制和工艺参数的选择
1） 为保证制作需要，冷却壁内铸入的冷却水管采用了冷拔无缝钢管，材质为10号钢（GB/T8163-99），保护管为20号钢，冷却水管规格为￠70×6，弯曲半径R105 mm，弯曲半径的尺寸公差为±2mm，水管中心距公差为±2mm。
2） 冷却水管由整根钢管冷弯成型，弯曲处不允许褶皱、凹扁、凸起、起层及伤痕等缺陷。
3） 冷却水管及护管采用数控切割，冷却水管和保护管的间隙要均匀，同轴度公差为2.5mm，用楔铁背好点焊。
4） 冷却水管用弯管机弯制成型后，先用专用胎具检查定位尺寸与形状。合格后用￠46.4mm钢球进行通球检查，然后再做水压试验，试验压为1.6MPa，保持30min，检查无渗漏、冒汗及压力下降。
5） 冷却水管及护管表面必须进行喷砂除锈处理。
3.2 铸入钢管的防渗碳处理措施
为防止冷却壁内铸入的冷却水管、保护管及吊环因接触铁水而发生渗碳变脆，以至过早的发生断裂而影响使用寿命，在铸造造型前必须采取防渗碳处理。 1） 防渗碳试块：防渗碳处理首先制作检验用防渗碳试块，试块如图（3）所示。涂刷渗碳涂料及浇注条件均与冷却壁生产相同。浇铸后用冷加工方法切成两半检查：钢管与母体未融合，间隙小于0.2mm，轻轻敲击钢管即从母体脱落，车削试块表面，留铁屑化验含碳量，渗碳层深度≤0.3mm。均符合技术要求。
2） 防渗碳处理：选用KC-202防渗碳涂料，冷却水管及护管除锈处理后，立即加热至40-60℃，在表面均匀涂刷防渗碳涂料，涂刷第一遍干燥后，进行第二遍涂刷。涂层总厚度为0.2-0.3mm要求涂刷层均匀，不起皮，不掉块。
3.3 冷却壁钢管内腔的防氧化处理
冷却壁内铸入的冷却水管承担着把炉壁的热量通过水传递出去的作用，铸造过程中冷却水管被1300℃至1320℃的铁水包围中，内腔表层因与空气接触而氧化，会产生较厚的氧化层，而氧化层的存在不但严重降低钢管的导热能力，还会因氧化皮的脱落而堵塞冷却管路。为了清除氧化层，因此我们采取的措施是：
1） 在浇注时通入工业氮气，来防止冷却水管内表面在高温情况下与空气接触而氧化，而且还能起到气体强制冷却水管的作用，以防止冷却水管由于高温铁水的作用而发生粘连现象。
2）浇注完毕后20-30分钟关闭氮气，拔除氮气管后，立即给冷却水管带上预先准备好的钢制防氧化帽，以防止冷却水管中空气流通造成氧化。
4.化学成分的选择
4.1冷却壁的化学成分
4.2冷却壁的附铸试块的物理性质
4.3 熔炼控制
采用10吨工频炉熔炼，熔炼温度要求1500℃-1520℃，这个温度可以减少原始炉料对石墨形态的影响，为下一步球化处理和孕育处理创造良好条件。
5 合箱浇注
1）在合箱浇注前需将冷却水管固定在上箱上，以前通常用8#镀锌线固定，优点是方便成本低，效率高。缺点是8#镀锌线在浇注过程中熔化，起不到固定冷却水管的作用。因此我们采用冷却水管外套卡套，然后用φ20的圆钢将4根冷却水管焊接在一起，最后再把冷却水管与上箱固定在一起，通过实践效果非常理想。 同時，为防止铁水进入保护管，合箱前从喇叭口方向在冷却水管和保护管间填塞石棉绳并用耐火泥封好。
2） 铁水要求高温出炉，出炉温度控制在1460℃-1480℃，进行球化和孕育处理后，浇注温度控制在1300℃---1320℃。
3） 合箱后，应尽快浇注。浇注前，将冷却壁水管内通入工业氮气，浇注时应保持液流平稳，不得断流，采取快速浇注的原则进行浇注。
4） 浇注后在砂箱内保温≥36h，型温≤400℃时打箱。保护管头，不得用硬物磕碰。
结论
1）通过采用树脂砂工艺方案，制定合理工艺参数和操作方法，细化铸入钢管采取防渗碳处理技术，防氧化技术，制作出高质量的球墨铸铁冷却壁。
2）铸入钢管的吊装技术采用使铸入钢管在冷却壁的位置更加准确。
参考文献：
（1）房贵如，王云昭。现在球墨铸铁的诞生、应用及技术发展趋势[J].现代铸铁，2000。
（2）王君卿，等。《铸造工艺手册》铸造工艺卷 北京：机械工业出版社，2003.1（2007.7重印）
关键词：树脂砂 冷却壁 渗碳 球墨铸铁
球墨铸铁冷却壁是高炉炉体的重要部件，在长期连续的高温下工作，正常工作时表面温度可达750℃左右，是影响高炉寿命的重要部件。目前，国内高炉主要使用的冷却壁材质有灰铁冷却壁、球墨铸铁冷却壁、耐热铸铁冷却壁、钢冷却壁及铜冷却壁等。这次我们厂承接的青钢1#高炉炉体系统炉身球墨铸铁冷却壁的制作，设计正常使用寿命15年以上。因此，冷却壁的设计和制造工艺直接关系到一代炉龄的长短。本次高炉钢甲采用工厂预先开孔，冷却壁的型位公差特别是管距、及镶入螺母位置要求严格。我厂承制炉腹、炉腰、炉身球墨铸铁冷却壁的制作。在制造过程中，根据冷却壁的使用条件和技术要求，我们采取先进的树脂砂铸造生产技术，从冷却水管的制做到产品的检查，制定切实有效的工艺方案，生产出高质量要求的冷却壁。
1 冷却壁的技术要求
从S-2至R-3段的冷却壁的结构差别不大，共210块，铸造生产工艺基本相同，我们就以S-2段为例研究其铸造工艺及生产。冷却壁结构如图（1）所示。轮廓尺寸为：2095mm×889.3 mm×243.4mm，全部不加工。材质为QT400-18，单件重2652.6 kg，铸件内铸入冷却水管4根，其材质为 10号无缝钢管。固定孔为4个铸入螺母。
技术要求：
1） 冷却壁采用附铸试块的力学性能：δb≥380MPa、δ≥17%，石墨球化级别应1-4级、铁素体占90%以上。
2） 冷却壁的尺寸公差，高度尺寸公差：±5 mm，总厚度尺寸公差：±5 mm，铸入水管保护套管距冷却壁上表面长度公差-5～+10mm，冷却水管与保护套的同轴度公差为±2.5mm。每端水管头中心距横向公差±2mm，每端水管头中心距纵向公差±2mm。
3） 冷却壁的铸造表面要求平整光滑，粗糙度为Ra50。不允许有任何裂纹。
4） 冷却水管、保护管必须采取防渗碳处理。防渗碳涂料涂层厚0.2-0.3mm。
5） 蛇形钢管铸后应用0.76倍内径的球进行通球检验。
6） 铸造后此件必须进行打压试验。压力为1.6MPa，保压30min。用0.75公斤锤敲击无渗漏无压降。
2 铸件工艺设计和工艺参数的选择
此铸件为厚壁、大型球墨铸铁件，铸件内部镶有4根冷却水管，而且各部分尺寸及公差要求非常严格。按照以往用粘土砂生产工艺已不能满足此件的要求。因此，我们决定采用树脂砂铸造工艺生产此备件。
2.1 分型面的选择 为保证厚度的尺寸公差及下芯方便，模样的分型面选择在冷却壁上部的弧形面处，将凸台部分置于上箱，铸件其余部分完全置于下箱。工艺简图如（2）所示。
2.2 木模的设计及工艺参数
1）为了保证冷却水管的位置准确，在木样上冷却水管管头部位镶嵌钢套，用钢套与水管套配合来确定冷却水管的位置，木模采用拆分燕尾槽结构。在冷却壁纵向50mm处拆分。
2）模样伸尺 此冷却壁为球墨铸铁件，内部镶有4根U型冷却水管，考虑到本体与冷却水管膨胀和收缩的不一致，我们采用本体伸尺1%，铸入冷却水管选用伸尺0.5%，以确保浇注后获得的铸件本体尺寸及冷却水管的位置尺寸符合技术要求。
3）本次冷却壁螺栓孔改为铸入材质为35号钢的螺母，。为了保证尺寸准确，而且螺纹不会在铸造过程中损坏，我们采取铸后钻孔套丝来解决尺寸容易超差的问题。螺母铸入前刷防渗碳涂料，防止在铸造过程中渗碳。
2.3 浇注系统 设计浇注系统的原则是使铁水尽快的均匀地充满铸型，铁水流动平稳，避免卷入空气，产生金属氧化物夹杂和冷隔、皱皮等缺陷，并且浇注系统应简单、可靠。根据结构特点，防止铁水冲刷冷却水管，内浇道开在铸型的一侧两砖槽芯之间，底铸4道内浇道。浇注系统的采用半封闭式结构，比例为：∑F直∶∑F横∶∑F内=1.2∶1.4∶1。
2.4 造型材料的选择 树脂砂的硬化速度和硬化后的强度直接关系到冷却壁表面质量，尤其是冷却水管的凸台处容易出现掉砂、气孔等现象。原砂选用大林砂，选用质量好的圣全树脂和固化剂。
涂料采用底料和面料两种醇基涂料。底层涂料要使骨料有一定的渗入深度，采用醇基锆英粉快干涂料，刷涂两遍，点燃干燥。面层涂料为石墨快干涂料 ，采用喷涂，喷涂均匀后点火干燥。凡接触金属液的表面均全部刷涂料使铸件表面光洁，避免粘砂等缺陷。
3 冷却水管及护管的制作
3.1无缝钢管的煨制和工艺参数的选择
1） 为保证制作需要，冷却壁内铸入的冷却水管采用了冷拔无缝钢管，材质为10号钢（GB/T8163-99），保护管为20号钢，冷却水管规格为￠70×6，弯曲半径R105 mm，弯曲半径的尺寸公差为±2mm，水管中心距公差为±2mm。
2） 冷却水管由整根钢管冷弯成型，弯曲处不允许褶皱、凹扁、凸起、起层及伤痕等缺陷。
3） 冷却水管及护管采用数控切割，冷却水管和保护管的间隙要均匀，同轴度公差为2.5mm，用楔铁背好点焊。
4） 冷却水管用弯管机弯制成型后，先用专用胎具检查定位尺寸与形状。合格后用￠46.4mm钢球进行通球检查，然后再做水压试验，试验压为1.6MPa，保持30min，检查无渗漏、冒汗及压力下降。
5） 冷却水管及护管表面必须进行喷砂除锈处理。
3.2 铸入钢管的防渗碳处理措施
为防止冷却壁内铸入的冷却水管、保护管及吊环因接触铁水而发生渗碳变脆，以至过早的发生断裂而影响使用寿命，在铸造造型前必须采取防渗碳处理。 1） 防渗碳试块：防渗碳处理首先制作检验用防渗碳试块，试块如图（3）所示。涂刷渗碳涂料及浇注条件均与冷却壁生产相同。浇铸后用冷加工方法切成两半检查：钢管与母体未融合，间隙小于0.2mm，轻轻敲击钢管即从母体脱落，车削试块表面，留铁屑化验含碳量，渗碳层深度≤0.3mm。均符合技术要求。
2） 防渗碳处理：选用KC-202防渗碳涂料，冷却水管及护管除锈处理后，立即加热至40-60℃，在表面均匀涂刷防渗碳涂料，涂刷第一遍干燥后，进行第二遍涂刷。涂层总厚度为0.2-0.3mm要求涂刷层均匀，不起皮，不掉块。
3.3 冷却壁钢管内腔的防氧化处理
冷却壁内铸入的冷却水管承担着把炉壁的热量通过水传递出去的作用，铸造过程中冷却水管被1300℃至1320℃的铁水包围中，内腔表层因与空气接触而氧化，会产生较厚的氧化层，而氧化层的存在不但严重降低钢管的导热能力，还会因氧化皮的脱落而堵塞冷却管路。为了清除氧化层，因此我们采取的措施是：
1） 在浇注时通入工业氮气，来防止冷却水管内表面在高温情况下与空气接触而氧化，而且还能起到气体强制冷却水管的作用，以防止冷却水管由于高温铁水的作用而发生粘连现象。
2）浇注完毕后20-30分钟关闭氮气，拔除氮气管后，立即给冷却水管带上预先准备好的钢制防氧化帽，以防止冷却水管中空气流通造成氧化。
4.化学成分的选择
4.1冷却壁的化学成分
4.2冷却壁的附铸试块的物理性质
4.3 熔炼控制
采用10吨工频炉熔炼，熔炼温度要求1500℃-1520℃，这个温度可以减少原始炉料对石墨形态的影响，为下一步球化处理和孕育处理创造良好条件。
5 合箱浇注
1）在合箱浇注前需将冷却水管固定在上箱上，以前通常用8#镀锌线固定，优点是方便成本低，效率高。缺点是8#镀锌线在浇注过程中熔化，起不到固定冷却水管的作用。因此我们采用冷却水管外套卡套，然后用φ20的圆钢将4根冷却水管焊接在一起，最后再把冷却水管与上箱固定在一起，通过实践效果非常理想。 同時，为防止铁水进入保护管，合箱前从喇叭口方向在冷却水管和保护管间填塞石棉绳并用耐火泥封好。
2） 铁水要求高温出炉，出炉温度控制在1460℃-1480℃，进行球化和孕育处理后，浇注温度控制在1300℃---1320℃。
3） 合箱后，应尽快浇注。浇注前，将冷却壁水管内通入工业氮气，浇注时应保持液流平稳，不得断流，采取快速浇注的原则进行浇注。
4） 浇注后在砂箱内保温≥36h，型温≤400℃时打箱。保护管头，不得用硬物磕碰。
结论
1）通过采用树脂砂工艺方案，制定合理工艺参数和操作方法，细化铸入钢管采取防渗碳处理技术，防氧化技术，制作出高质量的球墨铸铁冷却壁。
2）铸入钢管的吊装技术采用使铸入钢管在冷却壁的位置更加准确。
参考文献：
（1）房贵如，王云昭。现在球墨铸铁的诞生、应用及技术发展趋势[J].现代铸铁，2000。
（2）王君卿，等。《铸造工艺手册》铸造工艺卷 北京：机械工业出版社，2003.1（2007.7重印）