专利名称：铁水预处理弯管喷枪结构的改进和使用的耐火材料的优化的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁水预处理弯管喷枪结构的改进和使用的耐火材料的优化设计， 属于混铁车用喷枪和耐火材料领域。
背景技术：
铁水预处理用J型弯管喷枪是应用于250t混铁车上对铁水进行三脱处理的工具， 使用时将其斜插进混铁车的铁水中，通过喷枪内芯钢管用N2气作载体输送CaO、CaC2, CaF2 或Na2CO3等粉剂到铁水中，对铁水进行脱S、脱P和补充脱Si的处理，以降低或消除铁水中 的硫、磷、硅等的杂质元素。使用如图1所示。喷枪的内芯为钢管，外部包裹耐火材料，通常为高性能莫来石质浇注料。由于连接 弯管喷枪的三脱装置有一定的承重要求，即要求喷枪的总重量不超过95公斤，因此喷枪除 去31公斤左右的钢芯外，要求外部的耐材较薄，最薄处只有约10mm。由于喷枪在高温下喷 粉剂时钢管受热后膨胀率远大于外部的耐火材料，易产生裂纹破坏耐火材料；同时在预处 理过程中因铁水翻动、喷枪抖动很剧烈，易产生机械裂纹；喷枪多次在铁水中插进拔出，温 度变化大易产生热震裂纹，因此弯管喷枪的损毁形式为因耐火材料产生裂纹致使铁水渗至 钢管内芯而穿孔或断裂，平均使用寿命不足5炉。目前使用的枪型结构系从日本川崎引进的，如图2所示，整支喷枪从上到下外部 耐火材料层逐渐变厚。使用时喷枪的下部弯头处完全浸入在铁水中，中部处于铁水、铁渣和 空气的交界处，上部暴露于空气中。下部的耐火材料因浸没于高温铁水中，因此受到使用时 的机械抖动、高温铁水的侵蚀和插进拔出时的热震，使用中易出现裂纹；枪的中部由于处于 铁、渣和空气交界处，不仅受铁、渣的共同侵蚀和机械抖动，还由于此处耐材沿轴向受热不 均，致使此处很易出现裂纹而影响整支枪的使用寿命；枪的上部只受热空气的冲刷，使用条 件最好，即使用条件最不苛刻。
发明内容
基于目前广泛使用的枪型结构和使用的耐火材料的材质和设计不尽合理的现状， 本发明的目的在于提供一种铁水预处理弯管喷枪结构的改进以及使用的耐火材料的优化 设计，本发明包括以下两大部分。一、枪型结构的改进如上所述，由于枪的中部使用条件最为苛刻，下部其次，上部基本上不易损坏，而 现用枪型的耐材厚度为渐变结构，显然存在不合理性。从使用后枪的损毁情况来看也多是 由于中部的穿孔及断裂引起，因此要对枪型的结构进行改进，上部的耐火材料最薄处仍保 持在IOmm左右，以保证此处的耐火材料能浇注成型，适当减薄下部耐火材料厚度，同时增 厚中部耐火材料，将中、下部耐火材料的厚度比由0. 85左右调整到1. 15 1. 25左右，推荐 的中、下部耐火材料的厚度比为1.20，改进后的结构如图3。中部耐火材料增厚后裂纹向里扩散的路径延长，从而延缓了枪的穿孔和断裂的可
3能性。另外对弯头处也进行了大的改进，将原先的六边形先改为圆形，再适当压缩左右 方向的半径，使其变为椭圆形，但须保证短轴方向的耐火材料的厚度为15mm以上，将椭圆 形的长短轴比控制在1.1 1.2 1，在铁水剧烈翻动时，可减小铁水对枪的推力和阻力，改 善整支枪在使用时的受力状况，减少枪上裂纹的出现和延伸。推荐的长短轴比为1.15 1。 但中、下部耐火材料不能太厚，否则会使整个喷枪的总重量超过95公斤。二、耐火材料的优化设计喷枪用耐火材料最主要的特性是要具有很好的热震稳定性，另外还要有良好的抗 铁水铁渣的侵蚀性能，而莫来石质材料具有此特性。目前应用于铁水处理的喷枪耐火材料 都是使用莫来石质低水泥浇注料，但各个厂家为了使此材料具有更好的抗热震稳定性采用 了许多方法和手段A、提高临界颗粒的粒径，利用大颗粒阻止裂纹的扩展。B、利用不同原料间热膨胀率的不同在使用时产生微裂纹，利用微裂纹增韧。C、加大耐热钢纤维的用量，一是利用其高的热导率减少材料内部的热应力，二是 利用其高热膨胀率产生微裂纹阻止裂纹扩展，三是提高材料的整体性，阻止材料的剥落。D、在钢芯上采取措施，如在钢芯上涂一层高温挥发物，在钢芯和耐材间形成热膨 胀缓冲层以减少耐火材料裂纹的产生。本发明的目的之二在于在原有的基础上提高抗热震稳定性手段，通过在耐火材料 中引入占耐火材料质量分数0. 5 10%的金属微粉的优化设计理念，以进一步提高材料的 抗热震稳定性，该金属微粉具有如下特性1、熔点低于喷枪的使用温度，即低于1400°C，在 使用时，存在于枪体耐火材料内部的金属微粉熔融形成少量液相，利用液相塑性增韧的机 理改善耐火材料的热应力；2、在氧气、氮气等使用气氛下，枪体表面的金属微粉易生成耐高 温的氧化物或氮氧化物等；3、还可进一步与材料中的Al2O3组分反应生成性能更优的高温 相，且生成的化合物高温体积稳定性好，也有利于表面耐火材料的热震性的改善。但熔点较低的金属微粉加入量不能过多，在材料的内部不可以连成一片，否则在 使用温度下材料的高温力学性能将迅速下降，因此金属微粉的添加量小于10衬％是必须严 格控制的，而太少又不能起作用。优先推荐的加入量为5wt%。在上述基本思路的基础上，试验了添加金属微粉对耐火材料热震性的影响。表1 示出了加入金属微粉时热震性的试验情况。本发明通过对枪型结构的改进，以及引入新的 耐火材料设计理念制作的喷枪经实炉试用平均寿命达6. 42炉，明显高于现有技术生产的 平均寿命低于5炉的寿命。(详见实施例)
图1铁水预处理弯管喷枪的使用时状态。图2现有的弯管喷枪的结构，(2-1)为剖面图，(2-2)为外型图。图3本发明提供的结构改进的喷枪结构，(3-1)为剖面图，(3-2)为外型图，(3_3) 为对应于(3-2)所示(A E)的截面示意图。
具体实施方式
明实质性特点和显著的进步。依图3所述，本实施例按发明内容所述作了两方面的改进，在弯管喷枪的中部区， 即图3所示的B和D的截面之间耐火材料最厚，而上部最薄为10mm，而中、下部耐火材料的 厚度比为1.20，且弯管的截面为椭圆形，椭圆的长短轴之比为1.15 1，短轴方向的耐火 材料的厚度为16mm ；另一方面对使用的耐火材料的组成进行调整，在组分中增加了金属微 粉，添加量为5wt%，且金属微粉的熔点低于1400°C亦即在铁水预处理的使用过程中熔融， 形成液相。具体试验方法；根据表1的配比配制好试样后，加5%左右的水搅拌，浇注成 40mmX40mmX 160mm的样条，样条经1天自然养护后，经过110°C X 24h烘干，烘干后的样条 分成4组，其中3组再分别经过1000°C X3h、1300°C X3h、1400°C X 3h的烧成，将经过不同 温度处理过的4组样条分别在1100°C——水冷的条件下循环处理5次，看样条表面的裂纹 情况和残余强度表1实验配比及热震残余强度和表面裂纹情况 将上述两试验例用改进型的喷枪结构各制作几根喷枪送至宝钢进行实炉试用，寿 命分别如表2表2喷枪在宝钢的实际使用纪录
权利要求
一种经改进的铁水预处理弯管喷枪结构使用的耐火材料的优化设计，其特征在于在现有的耐火材料配比中，引入金属微粉，引入的金属微粉占耐火材料质量百分数为0.5％～10％，且引入的金属微粉熔点低于1400℃；在氧气或氮气氛下，枪体表面的金属微粉生成耐高温的氧化物或氮氧化物，且与Al2O3组分反应生成高温相。
2.按权利要求1所述的喷枪使用的耐火材料，其特征在于引入的金属微粉占耐火材料 的质量百分数为5%。
3.按权利要求1所述的喷枪使用的耐火材料，其特征在于优化设计的耐火材料质量百 分组成为烧结莫来石56%，红柱石18%，氧化铝微粉7%，莫来石微粉4%，二氧化硅超微 粉3 %，铝酸钙水泥5 %，钢纤维2 %，金属微粉5 %，外加0. 08 %的三聚磷酸钠。
全文摘要
本发明涉及一种铁水预处理弯管喷枪结构的改进和使用的耐火材料的优化设计，其特征在于①喷枪外部包裹的耐火材料厚度由渐变结构改进为上部最薄处保持10mm，而中、下部的耐火材料的厚度比由0.85调整到1.15～1.25；且喷枪弯头的截面由六边形改为椭圆形。②在外部包裹的耐火材料中引入金属微粉；其熔点低于1400℃，利用液相塑性增韧机理进一步改善喷枪的抗热震性。本发明通过上述两方面改进，经实炉使用平均寿命达6.42炉，明显高于现有的低于5炉的寿命。
文档编号C21C1/02GK101914657SQ20091016855
公开日2010年12月15日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者刘红波, 王礼玮, 蓝振华, 赵玲娣, 高仁骧 申请人:上海彭浦特种耐火材料厂