鐵水預處理彎管噴槍結構的改進和使用的耐火材料的優化的製作方法

2023-04-23 18:07:11

專利名稱：：鐵水預處理彎管噴槍結構的改進和使用的耐火材料的優化的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種鐵水預處理彎管噴槍結構的改進和使用的耐火材料的優化設計，屬於混鐵車用噴槍和耐火材料領域。技術背景鐵水預處理用J型彎管噴槍是應用於250t混鐵車上對鐵水進行三脫處理的工具,使用時將其斜插進混鐵車的鐵水中,通過噴槍內芯鋼管用N2氣作載體輸送CaO、CaC2、CaF2或Na2C03等粉劑到鐵水中，對鐵水進行脫S、脫P和補充脫Si的處理，以降低或消除鐵水中的硫、磷、矽等的雜質元素。使用如圖l所示。噴槍的內芯為鋼管，外部包裹耐火材料，通常為高性能莫來石質澆注料。由於連接彎管噴槍的三脫裝置有一定的承重要求，即要求噴槍的總重量不超過95公斤，因此噴槍除去31公斤左右的鋼芯外，要求外部的耐材較薄，最薄處只有約10mm。由於噴槍在高溫下噴粉劑時鋼管受熱後膨脹率遠大於外部的耐火材料，易產生裂紋破壞耐火材料；同時在預處理過程中因鐵水翻動、噴槍抖動很劇烈，易產生機械裂紋；噴槍多次在鐵水中插進拔出，溫度變化大易產生熱震裂紋，因此彎管噴槍的損毀形式為因耐火材料產生裂紋致使鐵水滲至鋼管內芯而穿孔或斷裂，平均使用壽命不足5爐。目前使用的槍型結構系從日本川崎引進的，如圖2所示，整支噴槍從上到下外部耐火材料層逐漸變厚。使用時噴槍的下部彎頭處完全浸入在鐵水中，中部處於鐵水、鐵渣和空氣的交界處，上部暴露於空氣中。下部的耐火材料因浸沒於高溫鐵水中，因此受到使用時的機械抖動、高溫鐵水的侵蝕和插進拔出時的熱震，使用中易出現裂紋；槍的中部由於處於鐵、渣和空氣交界處，不僅受鐵、渣的共同侵蝕和機械抖動，還由於此處耐材沿軸向受熱不均，致使此處很易出現裂紋而影響整支槍的使用壽命；槍的上部只受熱空氣的衝刷，使用條件最好，即使用條件最不苛刻。
發明內容基於目前廣泛使用的槍型結構和使用的耐火材料的材質和設計不盡合理的現狀，本發明的目的在於提供一種鐵水預處理彎管噴槍結構的改進以及使用的耐火材料的優化設計，本發明包括以下兩大部分。一、槍型結構的改進如上所述，由於槍的中部使用條件最為苛刻，下部其次，上部基本上不易損壞，而現用槍型的耐材厚度為漸變結構，顯然存在不合理性。從使用後槍的損毀情況來看也多是由於中部的穿孔及斷裂引起，因此要對槍型的結構進行改進，上部的耐火材料最薄處仍保持在10mm左右，以保證此處的耐火材料能澆注成型,適當減薄下部耐火材料厚度，同時增厚中部耐火材料，將中、下部耐火材料的厚度比由0.85左右調整到1.151.25左右，推薦的中、下部耐火材料的厚度比為1.20，改進後的結構如圖3。中部耐火材料增厚後裂紋向裡擴散的路徑延長，從而延緩了槍的穿孔和斷裂的可能性。另外對彎頭處也進行了大的改進，將原先的六邊形先改為圓形，再適當壓縮左右方向的半徑，使其變為橢圓形，但須保證短軸方向的耐火材料的厚度為15mm以上，將橢圓形的長短軸比控制在1.11.2:1，在鐵水劇烈翻動時，可減小鐵水對槍的推力和阻力，改善整支槍在使用時的受力狀況，減少槍上裂紋的出現和延伸。推薦的長短軸比為1.15:1。但中、下部耐火材料不能太厚，否則會使整個噴槍的總重量超過95公斤。二、耐火材料的優化設計噴槍用耐火材料最主要的特性是要具有很好的熱震穩定性，另外還要有良好的抗鐵水鐵渣的侵蝕性能，而莫來石質材料具有此特性。目前應用於鐵水處理的噴槍耐火材料都是使用莫來石質低水泥澆注料，但各個廠家為了使此材料具有更好的抗熱震穩定性採用了許多方法和手段A、提高臨界顆粒的粒徑，利用大顆粒阻止裂紋的擴展。B、利用不同原料間熱膨脹率的不同在使用時產生微裂紋，利用微裂紋增韌。C、加大耐熱鋼纖維的用量，一是利用其高的熱導率減少材料內部的熱應力，二是利用其高熱膨脹率產生微裂紋阻止裂紋擴展，三是提高材料的整體性，阻止材料的剝落。D、在鋼芯上採取措施，如在鋼芯上塗一層高溫揮發物，在鋼芯和耐材間形成熱膨脹緩衝層以減少耐火材料裂紋的產生。本發明的目的之二在於在原有的基礎上提高抗熱震穩定性手段，通過在耐火材料中引入佔耐火材料質量分數0.510%的金屬微粉的優化設計理念，以進一步提高材料的抗熱震穩定性，該金屬微粉具有如下特性1、熔點低於噴槍的使用溫度，即低於1400°C，在使用時，存在於槍體耐火材料內部的金屬微粉熔融形成少量液相，利用液相塑性增韌的機理改善耐火材料的熱應力；2、在氧氣、氮氣等使用氣氛下，槍體表面的金屬微粉易生成耐高溫的氧化物或氮氧化物等；3、還可進一步與材料中的Al203組分反應生成性能更優的高溫相，且生成的化合物高溫體積穩定性好，也有利於表面耐火材料的熱震性的改善。但熔點較低的金屬微粉加入量不能過多，在材料的內部不可以連成一片，否則在使用溫度下材料的高溫力學性能將迅速下降，因此金屬微粉的添加量小於10wt^是必須嚴格控制的，而太少又不能起作用。優先推薦的加入量為5wt%。在上述基本思路的基礎上，試驗了添加金屬微粉對耐火材料熱震性的影響。表l示出了加入金屬微粉時熱震性的試驗情況。本發明通過對槍型結構的改進，以及引入新的耐火材料設計理念製作的噴槍經實爐試用平均壽命達6.42爐，明顯高於現有技術生產的平均壽命低於5爐的壽命。(詳見實施例)圖1鐵水預處理彎管噴槍的使用時狀態。圖2現有的彎管噴槍的結構，(2-l)為剖面圖，(2-2)為外型圖。圖3本發明提供的結構改進的噴槍結構，(3-l)為剖面圖，(3-2)為外型圖，(3-3)為X寸應於(3-2)所示(AE)的截面示意圖。具體實施方式通過下面實施例的介紹，以進一步闡明本發明實質性特點和顯著的進步。依圖3所述，本實施例按
發明內容所述作了兩方面的改進，在彎管噴槍的中部區，即圖3所示的B和D的截面之間耐火材料最厚，而上部最薄為10mm，而中、下部耐火材料的厚度比為1.20，且彎管的截面為橢圓形，橢圓的長短軸之比為1.15:1，短軸方向的耐火材料的厚度為16mm;另一方面對使用的耐火材料的組成進行調整，在組分中增加了金屬微粉，添加量為5wto%，且金屬微粉的熔點低於140(TC亦即在鐵水預處理的使用過程中熔融，形成液相。具體試驗方法；根據表1的配比配製好試樣後，加5%左右的水攪拌，澆注成40mmX40mmX160mm的樣條，樣條經1天自然養護後，經過110rx24h烘乾，烘乾後的樣條分成4組，其中3組再分別經過100(TCX3h、130(TCX3h、140(TCX3h的燒成，將經過不同溫度處理過的4組樣條分別在110CTC——水冷的條件下循環處理5次，看樣條表面的裂紋情況和殘餘強度表1實驗配比及熱震殘餘強度和表面裂紋情況tableseeoriginaldocumentpage6將上述兩試驗例用改進型的噴槍結構各製作幾根噴槍送至寶鋼進行實爐試用，壽命分別如表2表2噴槍在寶鋼的實際使用紀錄tableseeoriginaldocumentpage7權利要求1、一種經改進的鐵水預處理彎管噴槍結構，包括外部包裹的耐火材料和鋼管內芯，其特徵在於噴槍外部包裹的耐火材料厚度由漸變結構改進為上部最薄處保持10mm，而中、下部的耐火材料的厚度比由0.85調整到1.15～1.25；且噴槍彎頭的截面由六邊形改為橢圓形。2、按權利要求1所述的經改進的鐵水預處理彎管噴槍結構，其特徵在於中、下部的耐火材料的厚度比為1.20。3、按權利要求1所述的經改進的鐵水預處理彎管噴槍結構，其特徵在於噴槍彎頭橢圓形截面的長短軸之比為1.1:11.2:1。4、按權利要求1或3所述的經改進的鐵水預處理彎管噴槍結構，其特徵在於噴槍彎頭橢圓形短軸方向的耐火材料厚度》15mm。5、按權利要求1或3所述的經改進的鐵水預處理彎管噴槍結構，其特徵在於噴槍彎頭的橢圓形截面的長短軸之比為1.15:1。6、按權利要求13中任一項所述的經改進的鐵水預處理彎管噴槍結構使用的耐火材料的優化設計，其特徵在於在現有的耐火材料配比中，引入金屬微粉，引入的金屬微粉佔耐火材料質量百分數為0.5%10%，.且引入的金屬微粉熔點低於1400°C;在氧氣或氮氣氛下，槍體表面的金屬微粉生成耐高溫的氧化物或氮氧化物，且與Al203組分反應生成高溫相。7、按權利要求6所述的噴槍使用的耐火材料，其特徵在於引入的金屬微粉佔耐火材料的質量百分數為5°%。8、按權利要求6所述的噴槍使用的耐火材料，其特徵在於優化設計的耐火材料質量百分組成為燒結莫來石56%,紅柱石18%，氧化鋁微粉7o%，莫來石微粉4%，二氧化矽超微粉3%，鋁酸鈣水泥5%，鋼纖維2。％，金屬微粉5%，外加0.08%的三聚磷酸鈉。全文摘要本發明涉及一種鐵水預處理彎管噴槍結構的改進和使用的耐火材料的優化設計，其特徵在於①噴槍外部包裹的耐火材料厚度由漸變結構改進為上部最薄處保持10mm，而中、下部的耐火材料的厚度比由0.85調整到1.15～1.25；且噴槍彎頭的截面由六邊形改為橢圓形。②在外部包裹的耐火材料中引入金屬微粉；其熔點低於1400℃，利用液相塑性增韌機理進一步改善噴槍的抗熱震性。本發明通過上述兩方面改進，經實爐使用平均壽命達6.42爐，明顯高於現有的低於5爐的壽命。文檔編號C21C7/06GK101260456SQ200810034620公開日2008年9月10日申請日期2008年3月14日優先權日2008年3月14日發明者劉紅波,王禮瑋,藍振華,趙玲娣,高仁驤申請人:上海彭浦特種耐火材料廠