论文部分内容阅读
【摘 要】简述了铜水套对冶金炉的作用，同时分析了对铜水套在制造和使用过程中可能存在的影响其使用寿命的缺陷和问题，并提出了延长铜水套使用寿命的相应措施。
【关键词】铜水套；冶金炉；寿命；措施
一、前言
铜水套由于其导热性能好、冷却能力强，有利于保护炉体和延长冶金炉使用寿命，促进冶炼效率的提高，而成为冶金炉上广泛使用的一种冷却设备。冷却设备的主要作用是利用冷却水传热，降低冶金炉温度，保证炉壳钢板在热应力的温度范围内不变形、不开裂，同时在炉腔内形成一层渣皮，避免煤气、炉料、铁水与炉壳直接接触，从而有效地保护冶金炉，维持其正常生产运转。在冶金炉生产运转中后期，其高热负荷区域耐火材料大量破损，甚至不存在，只能依靠冷却设备来维护正常工作，所以铜水套寿命的长短决定了冶金炉的寿命。
二、影响铜水套使用寿命的因素
铜水套按成型方式分为两种轧制铜板钻孔水套和预埋铸管铜水套。轧制铜板钻孔水套由轧制紫铜锭经钻孔等机加工制得。由于轧制使得紫铜锭强度更高、更致密、导热性更好，但受机加工限制，一般只能做成简单的平板形，且外型尺寸不能太大，使得轧制铜板钻孔水套的应用范围被大大限制。预埋铸管铜水套是用紫铜管或铜合金管做预埋芯管，用紫铜浇铸而成，可以制成各种复杂的形状和较大的外型尺寸。但铸铜可能存在气孔、疏松等缺陷，且有时铸铜与预埋铜管结合不好存在缝隙，影响冷却效果。另外铜水的温度控制不好时，可能造成预埋铜管过热甚至熔穿而损坏。这些缺陷的在后期的使用过程会进一步扩展，导致铜水套损坏，影响冶金炉使用寿命[1-2]。
铜水套的工作环境极为恶劣，尤其在冶金炉生产运转中后期耐火材料大量破损后，铜水套直接裸露出来，它不仅要承受高热负荷、耐热震，还要抵御固体颗粒及熔体的高速冲刷、二氧化硫等气体的腐蚀、强酸性或强碱性炉渣的化学侵蚀等，从而造成铜水套过早发生损坏[3-4]。另外，冷却水也有可能造成铜管结垢堵塞或腐蚀破损，影响热传递效果，甚至直接导致铜水套报废不能用。铜水套损坏可能导致漏水，使得高温熔体遇水爆炸，严重威胁操作人员的生命和破坏周边设备。铜水套损坏必须停炉维修或更换，不仅影响生产，而且由于铜水套价格昂贵，还会增加生产成本[5]。
三、延长铜水套使用寿命的措施
为了延长铜水套的使用寿命，首先必须控制基体材质和改进生产工艺，提升其本体质量。
（1）把严原材料采购的关和使用专用的冶炼工具，控制钛、磷、铁、硅等元素的含量，提高材质的纯度，保证铸铜的高传导性能。
（2）采取压铸、真空熔炼、通气净化（吹氩、吹氮）等办法提高铸铜件的密度，避免气孔、氢脆等一系列缺陷。
（3）采用通冷却水、通高压蒸气、灌砂保护等方法，并将浇注温度严格控制在1150-1180℃，防止铜管熔穿。
（4）选用横截面为椭圆形的铜管，与圆形截面铜管相比，同样的通水量，椭圆形铜管的表面积大很多，热传导效果更好、冷却强度更高[6-7]。
（5）对铜管采取必要的除油、除锈等清洁措施，并在配箱前采用砂布将铜管外壁打毛，提高铸铜与预埋铜管之间的结合率。
（6）铜水套使用前进行化学成分、力学性能、γ射线拍片探伤、水压试验、钢球试验、流量试验等一系列检测，保证其纯度、致密度、结合率等性能，使得铜水套在使用过程中能迅速带走多余的热量，起到良好的冷却效果，从而提高冶金炉寿命[8-9]。
其次在使用过程应该正确操作和维护，防止使用不当造成铜水套损坏。
（1）尽量采用经净化和调整pH值后的弱酸性水做为铜水套的冷却水。当用碱性工业水时，应定期清理水垢，防止铜管堵塞，影响热传递效果，造成铜水套过热甚至烧损。也可在冷却水中加入适量缓蚀剂，防止冷却水腐蚀铜管，使其变薄，或产生腐蚀物堵塞铜管。（2）铜水套上水总管和回水盒都应设置在铜水套上方，以保证发生停水事故时，水套内是充满水的。（3）发生停水事故时应先停炉，并关闭铜水套入水阀门，恢复供水后，应缓慢打开入水阀门，让水一点点流进，缓慢降低铜水套温度，待出水口无蒸汽排出时，再开大阀门，恢复正常供水，防止骤冷损坏铜水套[10]。（4）使用过程中，应经常检查铜水套内的水速、水量、水压、水温和水温差，以排查铜管是否通畅，有无结垢或其他原因堵塞。（5）采用耐火度高、抗侵蚀能力强的优质耐火材料，加强对铜水套的保护，另外也应及时对破损耐火材料进行修复，减少铜水套直接裸露的机会。（6）一旦发现铜水套有损坏必须立即处理，防止裂纹、破损等进一步扩展导致整个铜水套失效，甚至发生安全事故。
四、结语
铜水套的寿命与冶金炉的寿命密切相关，而铜水套的寿命又与其制造工艺、结构、材质，冷却水的水质、水温，以及冶金炉的操作、维护息息相关。因此各铜水套生产厂和使用厂应提高铜水套的质量，并进行正确的操作和维护，以保证冶金炉的正常生产运转，提高生产效率的同时避免资源浪费和安全事故发生。
参考文献：
[1]周治中. 新型高炉冷却设备——铜冷却壁[J]. 宝钢技术， 2001， 1：57-63.
[2]邓予生. 新型铜水套加工工艺[J]. 甘肃冶金， 2010， 32（3）： 91-93.
[3]卢百平， 胡美忠， 帅歌旺. 闪速炉用铜-镍铜冷却水套铸造工艺及其界面研究[C]. 第十届 21省（市、自治区）4市铸造学术会议： 126-128.
[4]周强. 高效长寿高炉的冷却设备——铜冷却壁[J]. 炼铁， 2001， 20（3）： 12-16.
[5]张良红， 晏祥树. 富氧顶吹炼铅炉放铅口铜水套的使用研究[J]. 有色设备， 2009， （2）： 37-41.
[6] 郑安阳， 宗燕兵， 苍大强， 白皓. 高炉铜冷却壁圆孔形与扁孔形水冷通道换热能力的比较[J]. 冶金研究， 2006， ： 63-66.
[7]赵奇强. 铸铜冷却壁在高炉中的应用[J]. 现代冶金， 2009， 37（2）： 34-35.
[8] 许良友， 张仕荣， 樊婉琴， 杨子翔. 高传导率纯铜水套类铸件的研制[J]. 铸造技术， 1999， （2）： 19-21.
[9]刘琦. 采用铜冷却壁延长高炉炉体寿命[J]. 炼铁， 2002， 21（6）： 7-10.
[10]朱兆襄. 铜水套在冶金炉窑上的应用[J]. 白银科技， 1992， （1）： 32-37
【关键词】铜水套；冶金炉；寿命；措施
一、前言
铜水套由于其导热性能好、冷却能力强，有利于保护炉体和延长冶金炉使用寿命，促进冶炼效率的提高，而成为冶金炉上广泛使用的一种冷却设备。冷却设备的主要作用是利用冷却水传热，降低冶金炉温度，保证炉壳钢板在热应力的温度范围内不变形、不开裂，同时在炉腔内形成一层渣皮，避免煤气、炉料、铁水与炉壳直接接触，从而有效地保护冶金炉，维持其正常生产运转。在冶金炉生产运转中后期，其高热负荷区域耐火材料大量破损，甚至不存在，只能依靠冷却设备来维护正常工作，所以铜水套寿命的长短决定了冶金炉的寿命。
二、影响铜水套使用寿命的因素
铜水套按成型方式分为两种轧制铜板钻孔水套和预埋铸管铜水套。轧制铜板钻孔水套由轧制紫铜锭经钻孔等机加工制得。由于轧制使得紫铜锭强度更高、更致密、导热性更好，但受机加工限制，一般只能做成简单的平板形，且外型尺寸不能太大，使得轧制铜板钻孔水套的应用范围被大大限制。预埋铸管铜水套是用紫铜管或铜合金管做预埋芯管，用紫铜浇铸而成，可以制成各种复杂的形状和较大的外型尺寸。但铸铜可能存在气孔、疏松等缺陷，且有时铸铜与预埋铜管结合不好存在缝隙，影响冷却效果。另外铜水的温度控制不好时，可能造成预埋铜管过热甚至熔穿而损坏。这些缺陷的在后期的使用过程会进一步扩展，导致铜水套损坏，影响冶金炉使用寿命[1-2]。
铜水套的工作环境极为恶劣，尤其在冶金炉生产运转中后期耐火材料大量破损后，铜水套直接裸露出来，它不仅要承受高热负荷、耐热震，还要抵御固体颗粒及熔体的高速冲刷、二氧化硫等气体的腐蚀、强酸性或强碱性炉渣的化学侵蚀等，从而造成铜水套过早发生损坏[3-4]。另外，冷却水也有可能造成铜管结垢堵塞或腐蚀破损，影响热传递效果，甚至直接导致铜水套报废不能用。铜水套损坏可能导致漏水，使得高温熔体遇水爆炸，严重威胁操作人员的生命和破坏周边设备。铜水套损坏必须停炉维修或更换，不仅影响生产，而且由于铜水套价格昂贵，还会增加生产成本[5]。
三、延长铜水套使用寿命的措施
为了延长铜水套的使用寿命，首先必须控制基体材质和改进生产工艺，提升其本体质量。
（1）把严原材料采购的关和使用专用的冶炼工具，控制钛、磷、铁、硅等元素的含量，提高材质的纯度，保证铸铜的高传导性能。
（2）采取压铸、真空熔炼、通气净化（吹氩、吹氮）等办法提高铸铜件的密度，避免气孔、氢脆等一系列缺陷。
（3）采用通冷却水、通高压蒸气、灌砂保护等方法，并将浇注温度严格控制在1150-1180℃，防止铜管熔穿。
（4）选用横截面为椭圆形的铜管，与圆形截面铜管相比，同样的通水量，椭圆形铜管的表面积大很多，热传导效果更好、冷却强度更高[6-7]。
（5）对铜管采取必要的除油、除锈等清洁措施，并在配箱前采用砂布将铜管外壁打毛，提高铸铜与预埋铜管之间的结合率。
（6）铜水套使用前进行化学成分、力学性能、γ射线拍片探伤、水压试验、钢球试验、流量试验等一系列检测，保证其纯度、致密度、结合率等性能，使得铜水套在使用过程中能迅速带走多余的热量，起到良好的冷却效果，从而提高冶金炉寿命[8-9]。
其次在使用过程应该正确操作和维护，防止使用不当造成铜水套损坏。
（1）尽量采用经净化和调整pH值后的弱酸性水做为铜水套的冷却水。当用碱性工业水时，应定期清理水垢，防止铜管堵塞，影响热传递效果，造成铜水套过热甚至烧损。也可在冷却水中加入适量缓蚀剂，防止冷却水腐蚀铜管，使其变薄，或产生腐蚀物堵塞铜管。（2）铜水套上水总管和回水盒都应设置在铜水套上方，以保证发生停水事故时，水套内是充满水的。（3）发生停水事故时应先停炉，并关闭铜水套入水阀门，恢复供水后，应缓慢打开入水阀门，让水一点点流进，缓慢降低铜水套温度，待出水口无蒸汽排出时，再开大阀门，恢复正常供水，防止骤冷损坏铜水套[10]。（4）使用过程中，应经常检查铜水套内的水速、水量、水压、水温和水温差，以排查铜管是否通畅，有无结垢或其他原因堵塞。（5）采用耐火度高、抗侵蚀能力强的优质耐火材料，加强对铜水套的保护，另外也应及时对破损耐火材料进行修复，减少铜水套直接裸露的机会。（6）一旦发现铜水套有损坏必须立即处理，防止裂纹、破损等进一步扩展导致整个铜水套失效，甚至发生安全事故。
四、结语
铜水套的寿命与冶金炉的寿命密切相关，而铜水套的寿命又与其制造工艺、结构、材质，冷却水的水质、水温，以及冶金炉的操作、维护息息相关。因此各铜水套生产厂和使用厂应提高铜水套的质量，并进行正确的操作和维护，以保证冶金炉的正常生产运转，提高生产效率的同时避免资源浪费和安全事故发生。
参考文献：
[1]周治中. 新型高炉冷却设备——铜冷却壁[J]. 宝钢技术， 2001， 1：57-63.
[2]邓予生. 新型铜水套加工工艺[J]. 甘肃冶金， 2010， 32（3）： 91-93.
[3]卢百平， 胡美忠， 帅歌旺. 闪速炉用铜-镍铜冷却水套铸造工艺及其界面研究[C]. 第十届 21省（市、自治区）4市铸造学术会议： 126-128.
[4]周强. 高效长寿高炉的冷却设备——铜冷却壁[J]. 炼铁， 2001， 20（3）： 12-16.
[5]张良红， 晏祥树. 富氧顶吹炼铅炉放铅口铜水套的使用研究[J]. 有色设备， 2009， （2）： 37-41.
[6] 郑安阳， 宗燕兵， 苍大强， 白皓. 高炉铜冷却壁圆孔形与扁孔形水冷通道换热能力的比较[J]. 冶金研究， 2006， ： 63-66.
[7]赵奇强. 铸铜冷却壁在高炉中的应用[J]. 现代冶金， 2009， 37（2）： 34-35.
[8] 许良友， 张仕荣， 樊婉琴， 杨子翔. 高传导率纯铜水套类铸件的研制[J]. 铸造技术， 1999， （2）： 19-21.
[9]刘琦. 采用铜冷却壁延长高炉炉体寿命[J]. 炼铁， 2002， 21（6）： 7-10.
[10]朱兆襄. 铜水套在冶金炉窑上的应用[J]. 白银科技， 1992， （1）： 32-37