專利名稱：鐵水預處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進和使用的耐火材料的優(yōu)化的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鐵水預處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進和使用的耐火材料的優(yōu)化設計， 屬于混鐵車用噴槍和耐火材料領域。
背景技術：
鐵水預處理用J型彎管噴槍是應用于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(nèi)芯鋼管用N2氣作載體輸送CaO、CaC2, CaF2 或Na2CO3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、硅等的雜質(zhì)元素。使用如圖1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 粉劑時鋼管受熱后膨脹率遠大于外部的耐火材料，易產(chǎn)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(chǎn)生機械裂紋；噴槍多次在鐵水中插進拔出，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 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(xiàn)裂紋；槍的中部由于處于 鐵、渣和空氣交界處，不僅受鐵、渣的共同侵蝕和機械抖動，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)和設計不盡合理的現(xiàn)狀， 本發(fā)明的目的在于提供一種鐵水預處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進以及使用的耐火材料的優(yōu)化 設計，本發(fā)明包括以下兩大部分。一、槍型結(jié)構(gòu)的改進如上所述，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，因此要對槍型的結(jié)構(gòu)進行改進，上部的耐火材料最薄處仍保 持在IOmm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(diào)整到1. 15 1. 25左右，推薦 的中、下部耐火材料的厚度比為1.20，改進后的結(jié)構(gòu)如圖3。中部耐火材料增厚后裂紋向里擴散的路徑延長，從而延緩了槍的穿孔和斷裂的可
3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?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 形的長短軸比控制在1.1 1.2 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(xiàn)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(yōu)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(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展。B、利用不同原料間熱膨脹率的不同在使用時產(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率減少材料內(nèi)部的熱應力，二是 利用其高熱膨脹率產(chǎn)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、在鋼芯上采取措施，如在鋼芯上涂一層高溫揮發(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)量分數(shù)0. 5 10%的金屬微粉的優(yōu)化設計理念，以進一步提高材料的 抗熱震穩(wěn)定性，該金屬微粉具有如下特性1、熔點低于噴槍的使用溫度，即低于1400°C，在 使用時，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 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Al2O3組分反應生成性能更優(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性能將迅速下降，因此金屬微粉的添加量小于10襯％是必須嚴 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上，試驗了添加金屬微粉對耐火材料熱震性的影響。表1 示出了加入金屬微粉時熱震性的試驗情況。本發(fā)明通過對槍型結(jié)構(gòu)的改進，以及引入新的 耐火材料設計理念制作的噴槍經(jīng)實爐試用平均壽命達6. 42爐，明顯高于現(xiàn)有技術生產(chǎn)的 平均壽命低于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(tài)。圖2現(xiàn)有的彎管噴槍的結(jié)構(gòu)，(2-1)為剖面圖，(2-2)為外型圖。圖3本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)改進的噴槍結(jié)構(gòu)，(3-1)為剖面圖，(3-2)為外型圖，(3_3) 為對應于(3-2)所示(A E)的截面示意圖。
具體實施方式
明實質(zhì)性特點和顯著的進步。依圖3所述，本實施例按發(fā)明內(nèi)容所述作了兩方面的改進，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(diào)整，在組分中增加了金屬微 粉，添加量為5wt%，且金屬微粉的熔點低于1400°C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(jù)表1的配比配制好試樣后，加5%左右的水攪拌，澆注成 40mmX40mmX 160mm的樣條，樣條經(jīng)1天自然養(yǎng)護后，經(jīng)過110°C X 24h烘干，烘干后的樣條 分成4組，其中3組再分別經(jīng)過1000°C X3h、1300°C X3h、1400°C X 3h的燒成，將經(jīng)過不同 溫度處理過的4組樣條分別在1100°C——水冷的條件下循環(huán)處理5次，看樣條表面的裂紋 情況和殘余強度表1實驗配比及熱震殘余強度和表面裂紋情況 將上述兩試驗例用改進型的噴槍結(jié)構(gòu)各制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
權(quán)利要求
一種經(jīng)改進的鐵水預處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)使用的耐火材料的優(yōu)化設計，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)量百分數(shù)為0.5％～10％，且引入的金屬微粉熔點低于1400℃；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Al2O3組分反應生成高溫相。
2.按權(quán)利要求1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)量百分數(shù)為5%。
3.按權(quán)利要求1所述的噴槍使用的耐火材料，其特征在于優(yōu)化設計的耐火材料質(zhì)量百 分組成為燒結(jié)莫來石56%，紅柱石18%，氧化鋁微粉7%，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)明涉及一種鐵水預處理彎管噴槍結(jié)構(gòu)的改進和使用的耐火材料的優(yōu)化設計，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；其熔點低于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(fā)明通過上述兩方面改進，經(jīng)實爐使用平均壽命達6.42爐，明顯高于現(xiàn)有的低于5爐的壽命。
文檔編號C21C1/02GK101914657SQ20091016855
公開日2010年12月15日 申請日期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, 藍振華, 趙玲娣, 高仁驤 申請人:上海彭浦特種耐火材料廠