基本介紹
- 中文名：銅管水套
- 定義：冷卻水套的一種
- 適用場合：用於冶金爐或者高爐上
套用背景,突出優點,製造方法,1.軋制銅板鑽孔,2.使用芯棒的連鑄,3.預埋銅管和合金管的鑄銅水套,
套用背景
在實際生產中，高爐部分區域工況及其惡劣，高爐整體結構中的爐腹、爐腰以及爐身下部這些部位經常受著高熱流的衝擊，爐襯須同時承受強烈的高溫氣流沖刷、爐料的磨損及爐渣的侵蝕。強化冶煉時爐料結構的變化及操作的不穩定等引起反覆熱衝擊、擠壓、磨損、化學侵蝕。這一系列狀況都會加速耐材的侵蝕和冷卻設備的損壞，嚴重時導致冶金高爐停爐檢修，直接降低高爐的產量和壽命。
通用的解決方法是對這些部位設定冷卻裝置，加強對它們的保護，以此來維持爐體長期穩定連續作業。最佳的方式是在砌磚間埋設冷卻水水套（現實生產中，有色冶金爐上稱為水套，在煉鐵高爐中稱為冷卻壁）。
冷卻水套，作為一種水冷的冷卻設備用於冶金爐或者高爐上，它可以替代耐火材料。它不僅本身能夠抵抗高溫、機械化沖刷以及化學腐蝕，更為重要的是，由於它的冷卻作用保護了覆蓋在其周身的耐火材料，延長使用壽命，從而確保生產高效連續進行。
作為高爐的關鍵部件，冷卻水套在高溫狀態下工作條件非常惡劣，其破壞形式是在高溫交變熱應力作用下引起開裂漏水，使得高爐被迫停爐大中修。要延長冷卻壁使用壽命必須選擇合理的材質，水套的冷卻性能直接影響到高爐大修的期限及其壽命。
當前，高爐或者冶金爐的爐身、爐腰、爐腹以及風口等部位的重要位置均安裝著冷卻水套，冷卻水套在高爐上套用見下圖所示。
冷卻水套在高爐上的套用示意圖突出優點
銅管水套是冷卻水套的一種，冷卻水套據水套本體製造材質主要分為鑄鐵水套、鋼水套和銅水套三大類。
銅水套在有色冶金爐和高爐中逐步取代鑄鐵水套和鋼水套。相比二者，銅水套有著優異的性能。銅有著優良的力學、物理性能。見下圖所示：
與鑄鐵冷卻水套和鋼水套相比，銅冷卻水套有以下技術特點：
（1）高導熱性能。銅相對鑄鐵和鋼最突出的的優勢在於導熱性能好，散熱快。鑄鐵冷卻水套的導熱係數低，且在溫度升高其導熱係數下降，700℃時僅22.5W/（m.K）。銅冷卻壁的導熱係數是鑄鐵的12~15倍，比鋼也高出很多。實際套用表明，銅冷卻水套在工作時其表面溫度非常十分低並且非常穩定，水套本體和水通道表面正常情況下也保持僅僅15~20℃的溫差，短時最大溫差都不超過100℃，不會產生較大的熱應力，很難產生裂紋。使用一代爐齡後的銅冷卻壁均無裂紋出現，延長了使用壽命。
（2）良好的抗熱震性能。就銅自身性能而言，銅具有比較高的延伸率，使得銅冷卻水套具有良好的抗熱震性能。此外，銅冷卻水套在工作時會形成穩定的渣皮，渣皮脫落時，又能夠迅速的重新生成渣皮。大量實踐證明，銅冷卻水套僅需20~30min即可重新生成渣皮，鑄鐵要生成渣皮需要長達4~5h。渣皮損壞、脫落再生成的過程中，渣皮形成的速度隨著冷卻設備溫度的降低加快，冷卻設備需要承受的熱疲勞周期也就相應的縮短。銅冷卻水套發生的這一個過程時間短，這也使得它具有很好的抗熱震性能。
（3）良好的抗熱流衝擊性能。因為冷卻水套本體與水管之間存在氣隙或者塗炭層，鑄鐵冷卻水套熱量需要傳遞到水管再傳遞到冷卻水。而銅冷卻水套工作時，熱量直接傳遞給冷卻水，其抗熱衝擊性能良好。更為重要的是，銅冷卻水套有著良好的導熱性。因銅冷卻水套是靠渣皮在爐內工作的，其渣皮實際導熱係數非常小，相當於起到了隔熱的效果，使得傳到銅冷卻水套的熱流強度以及熱負荷大大降低。
銅冷卻水套已經在很多大型的高爐上使用，在實際生產中充分考驗了這項新技術。人們也對銅冷卻水套有了新的認識，銅冷卻水套必將成為一種趨勢，得以廣泛運用。
製造方法
銅冷卻水套套用於工業生產的主要有三種製造方法製造銅水套：軋制銅板鑽孔冷卻水套、使用芯棒的連鑄水套、預埋銅管和合金管鑄銅冷卻水套。
1.軋制銅板鑽孔
即在鍛造的純銅厚板上鑽（鏜）孔成型冷卻水通道，然後焊接上鋼管制造而成。採用這種工藝製造出來的銅水套材質更緻密、強度更高。而且由於是直接鑽孔成型出來，傳熱最直接，導熱性更好。不過所需鑽孔異型，深孔加工極其困難，製造成本非常高，水套內部要想自由布置冷卻通道很難。而且其封頭如果處理的不夠仔細很容易在高溫度應力的作用下發生滲水、漏水。一旦發生這樣的情況，實際生產中危險性極大。軋制銅板冷卻水套是研究最早也是最成熟的。現有的銅水套採用這種製造方法的比較普遍。但是其製造費用是非常高的，加之近年來這種銅冷卻水套時有發生引出導管和堵頭出現漏水的情況，給實際生產造成了巨大的隱患。
2.使用芯棒的連鑄
即冷卻水通道是在連鑄時直接鑄造成型的。這種銅冷卻水套因沒有經過軋制，其緻密性比較差，其導熱性能較軋制鑽孔冷卻水套要差。這種方法製造出來的冷卻水套表面質量不好極易出現折皺。實際套用中，這種方法製造的銅冷卻水套正逐步被淘汰。
3.預埋銅管和合金管的鑄銅水套
即冷卻水套的進、出水導管和水套內的冷卻水通道用的是一根完整的銅管預埋在鑄型內成型，然後向鑄型內澆注銅液，澆鑄冷卻後，預埋的銅管或者合金管和水套本體熔為一個整體。這種工藝製造的銅冷卻水套有以下一些特點：
（1）埋管式銅冷卻水套採用的是整根銅管或者合金管彎製成型作為冷卻水通道，預埋管直接穿出冷卻水套相接於爐殼外冷卻水循環系統的水管，不需要堵頭更不用焊接，不會存在漏水這一重大隱患，安全可靠。預埋的水管採用圓弧彎制，預埋管內壁光滑，冷卻水的運行阻力小，散熱強度大這是埋管式銅冷卻水套最大的特點。
（2）相比於軋制銅材鑽孔冷卻水套，埋管式鑄銅水套可以滿足不同的客戶需求，可以鑄造成圓弧面，其鐵口等特殊形狀區域還可設計成缺口形。如果採用鑽孔製造是非常困難的。其冷卻水通道以及熱面燕尾槽可實現一次鑄造成型，很大程度上簡化了製作工序，製造成本大大降低，能源消耗也顯著減少製造周期縮短，有利於批量生產。
（3）實際熱態實驗結果證明，埋管式鑄銅冷卻水套所能夠承受的熱負荷比較高，滿足高爐的熱負荷區域的使用要求綽綽有餘。
