專利名稱：：鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和使用的耐火材料的優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和使用的耐火材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，屬于混鐵車用噴槍和耐火材料領(lǐng)域。技術(shù)背景鐵水預(yù)處理用J型彎管噴槍是應(yīng)用于250t混鐵車上對(duì)鐵水進(jìn)行三脫處理的工具,使用時(shí)將其斜插進(jìn)混鐵車的鐵水中,通過噴槍內(nèi)芯鋼管用N2氣作載體輸送CaO、CaC2、CaF2或Na2C03等粉劑到鐵水中，對(duì)鐵水進(jìn)行脫S、脫P(yáng)和補(bǔ)充脫Si的處理，以降低或消除鐵水中的硫、磷、硅等的雜質(zhì)元素。使用如圖l所示。噴槍的內(nèi)芯為鋼管，外部包裹耐火材料，通常為高性能莫來石質(zhì)澆注料。由于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。由于噴槍在高溫下噴粉劑時(shí)鋼管受熱后膨脹率遠(yuǎn)大于外部的耐火材料，易產(chǎn)生裂紋破壞耐火材料；同時(shí)在預(yù)處理過程中因鐵水翻動(dòng)、噴槍抖動(dòng)很劇烈，易產(chǎn)生機(jī)械裂紋；噴槍多次在鐵水中插進(jìn)拔出，溫度變化大易產(chǎn)生熱震裂紋，因此彎管噴槍的損毀形式為因耐火材料產(chǎn)生裂紋致使鐵水滲至鋼管內(nèi)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(jié)構(gòu)系從日本川崎引進(jìn)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(shí)噴槍的下部彎頭處完全浸入在鐵水中，中部處于鐵水、鐵渣和空氣的交界處，上部暴露于空氣中。下部的耐火材料因浸沒于高溫鐵水中，因此受到使用時(shí)的機(jī)械抖動(dòng)、高溫鐵水的侵蝕和插進(jìn)拔出時(shí)的熱震，使用中易出現(xiàn)裂紋；槍的中部由于處于鐵、渣和空氣交界處，不僅受鐵、渣的共同侵蝕和機(jī)械抖動(dòng)，還由于此處耐材沿軸向受熱不均，致使此處很易出現(xiàn)裂紋而影響整支槍的使用壽命；槍的上部只受熱空氣的沖刷，使用條件最好，即使用條件最不苛刻。
發(fā)明內(nèi)容基于目前廣泛使用的槍型結(jié)構(gòu)和使用的耐火材料的材質(zhì)和設(shè)計(jì)不盡合理的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進(jìn)以及使用的耐火材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本發(fā)明包括以下兩大部分。一、槍型結(jié)構(gòu)的改進(jìn)如上所述，由于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(xiàn)用槍型的耐材厚度為漸變結(jié)構(gòu)，顯然存在不合理性。從使用后槍的損毀情況來看也多是由于中部的穿孔及斷裂引起，因此要對(duì)槍型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，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(dāng)減薄下部耐火材料厚度，同時(shí)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(diào)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(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖3。中部耐火材料增厚后裂紋向里擴(kuò)散的路徑延長(zhǎng)，從而延緩了槍的穿孔和斷裂的可能性。另外對(duì)彎頭處也進(jìn)行了大的改進(jìn)，將原先的六邊形先改為圓形，再適當(dāng)壓縮左右方向的半徑，使其變?yōu)闄E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(zhǎng)短軸比控制在1.11.2:1，在鐵水劇烈翻動(dòng)時(shí)，可減小鐵水對(duì)槍的推力和阻力，改善整支槍在使用時(shí)的受力狀況，減少槍上裂紋的出現(xiàn)和延伸。推薦的長(zhǎng)短軸比為1.15:1。但中、下部耐火材料不能太厚，否則會(huì)使整個(gè)噴槍的總重量超過95公斤。二、耐火材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)噴槍用耐火材料最主要的特性是要具有很好的熱震穩(wěn)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(zhì)材料具有此特性。目前應(yīng)用于鐵水處理的噴槍耐火材料都是使用莫來石質(zhì)低水泥澆注料，但各個(gè)廠家為了使此材料具有更好的抗熱震穩(wěn)定性采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(kuò)展。B、利用不同原料間熱膨脹率的不同在使用時(shí)產(chǎn)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(dǎo)率減少材料內(nèi)部的熱應(yīng)力，二是利用其高熱膨脹率產(chǎn)生微裂紋阻止裂紋擴(kuò)展，三是提高材料的整體性，阻止材料的剝落。D、在鋼芯上采取措施，如在鋼芯上涂一層高溫?fù)]發(fā)物，在鋼芯和耐材間形成熱膨脹緩沖層以減少耐火材料裂紋的產(chǎn)生。本發(fā)明的目的之二在于在原有的基礎(chǔ)上提高抗熱震穩(wěn)定性手段，通過在耐火材料中引入占耐火材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.510%的金屬微粉的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，以進(jìn)一步提高材料的抗熱震穩(wěn)定性，該金屬微粉具有如下特性1、熔點(diǎn)低于噴槍的使用溫度，即低于1400°C，在使用時(shí)，存在于槍體耐火材料內(nèi)部的金屬微粉熔融形成少量液相，利用液相塑性增韌的機(jī)理改善耐火材料的熱應(yīng)力；2、在氧氣、氮?dú)獾仁褂脷夥障拢瑯岓w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(jìn)一步與材料中的Al203組分反應(yīng)生成性能更優(yōu)的高溫相，且生成的化合物高溫體積穩(wěn)定性好，也有利于表面耐火材料的熱震性的改善。但熔點(diǎn)較低的金屬微粉加入量不能過多，在材料的內(nèi)部不可以連成一片，否則在使用溫度下材料的高溫力學(xué)性能將迅速下降，因此金屬微粉的添加量小于10wt^是必須嚴(yán)格控制的，而太少又不能起作用。優(yōu)先推薦的加入量為5wt%。在上述基本思路的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)了添加金屬微粉對(duì)耐火材料熱震性的影響。表l示出了加入金屬微粉時(shí)熱震性的試驗(yàn)情況。本發(fā)明通過對(duì)槍型結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以及引入新的耐火材料設(shè)計(jì)理念制作的噴槍經(jīng)實(shí)爐試用平均壽命達(dá)6.42爐，明顯高于現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的平均壽命低于5爐的壽命。(詳見實(shí)施例)圖1鐵水預(yù)處理彎管噴槍的使用時(shí)狀態(tài)。圖2現(xiàn)有的彎管噴槍的結(jié)構(gòu)，(2-l)為剖面圖，(2-2)為外型圖。圖3本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)改進(jìn)的噴槍結(jié)構(gòu)，(3-l)為剖面圖，(3-2)為外型圖，(3-3)為X寸應(yīng)于(3-2)所示(AE)的截面示意圖。具體實(shí)施方式通過下面實(shí)施例的介紹，以進(jìn)一步闡明本發(fā)明實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。依圖3所述，本實(shí)施例按
發(fā)明內(nèi)容所述作了兩方面的改進(jìn)，在彎管噴槍的中部區(qū)，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(zhǎng)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(duì)使用的耐火材料的組成進(jìn)行調(diào)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(diǎn)低于140(TC亦即在鐵水預(yù)處理的使用過程中熔融，形成液相。具體試驗(yàn)方法；根據(jù)表1的配比配制好試樣后，加5%左右的水?dāng)嚢?，澆注?0mmX40mmX160mm的樣條，樣條經(jīng)1天自然養(yǎng)護(hù)后，經(jīng)過110rx24h烘干，烘干后的樣條分成4組，其中3組再分別經(jīng)過100(TCX3h、130(TCX3h、140(TCX3h的燒成，將經(jīng)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(huán)處理5次，看樣條表面的裂紋情況和殘余強(qiáng)度表1實(shí)驗(yàn)配比及熱震殘余強(qiáng)度和表面裂紋情況<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>將上述兩試驗(yàn)例用改進(jìn)型的噴槍結(jié)構(gòu)各制作幾根噴槍送至寶鋼進(jìn)行實(shí)爐試用，壽命分別如表2表2噴槍在寶鋼的實(shí)際使用紀(jì)錄<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種經(jīng)改進(jìn)的鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)，包括外部包裹的耐火材料和鋼管內(nèi)芯，其特征在于噴槍外部包裹的耐火材料厚度由漸變結(jié)構(gòu)改進(jìn)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(diào)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(quán)利要求1所述的經(jīng)改進(jìn)的鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)，其特征在于中、下部的耐火材料的厚度比為1.20。3、按權(quán)利要求1所述的經(jīng)改進(jìn)的鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)，其特征在于噴槍彎頭橢圓形截面的長(zhǎng)短軸之比為1.1:11.2:1。4、按權(quán)利要求1或3所述的經(jīng)改進(jìn)的鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)，其特征在于噴槍彎頭橢圓形短軸方向的耐火材料厚度》15mm。5、按權(quán)利要求1或3所述的經(jīng)改進(jìn)的鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)，其特征在于噴槍彎頭的橢圓形截面的長(zhǎng)短軸之比為1.15:1。6、按權(quán)利要求13中任一項(xiàng)所述的經(jīng)改進(jìn)的鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)使用的耐火材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其特征在于在現(xiàn)有的耐火材料配比中，引入金屬微粉，引入的金屬微粉占耐火材料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%10%，.且引入的金屬微粉熔點(diǎn)低于1400°C;在氧氣或氮?dú)夥障拢瑯岓w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(yīng)生成高溫相。7、按權(quán)利要求6所述的噴槍使用的耐火材料，其特征在于引入的金屬微粉占耐火材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5°%。8、按權(quán)利要求6所述的噴槍使用的耐火材料，其特征在于優(yōu)化設(shè)計(jì)的耐火材料質(zhì)量百分組成為燒結(jié)莫來石56%,紅柱石18%，氧化鋁微粉7o%，莫來石微粉4%，二氧化硅超微粉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(fā)明涉及一種鐵水預(yù)處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和使用的耐火材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其特征在于①噴槍外部包裹的耐火材料厚度由漸變結(jié)構(gòu)改進(jìn)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(diào)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(diǎn)低于1400℃，利用液相塑性增韌機(jī)理進(jìn)一步改善噴槍的抗熱震性。本發(fā)明通過上述兩方面改進(jìn)，經(jīng)實(shí)爐使用平均壽命達(dá)6.42爐，明顯高于現(xiàn)有的低于5爐的壽命。文檔編號(hào)C21C7/06GK101260456SQ200810034620公開日2008年9月10日申請(qǐng)日期2008年3月14日優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日發(fā)明者劉紅波,王禮瑋,藍(lán)振華,趙玲娣,高仁驤申請(qǐng)人:上海彭浦特種耐火材料廠