专利名称：高炉开铁口钻头及其制造方法
技术领域：
本发明属于炼铁技术领域，具体涉及一种高炉出铁口开口机钻杆用的钻头及其制造方法。
背景技术：
高炉炉前出渣铁作业是高炉生产的一个十分重要的环节，及时开口出尽渣铁不仅能保持高炉生产的稳定顺行，而且可最大限度地提高高炉抵抗外界不利因素影响的能力。高炉生产过程要求炉缸内渣铁液面较低且保持相对稳定，否则会出现下料不规则、风压波动、炉温波动甚至出现崩滑料等异常炉况，危害高炉正常生产。因此高炉炉前作业要求达到“干净炉缸”操作。
确保在预定的较短时间内打开铁口并获得理想的铁口孔道是对高炉出渣铁作业的根本要求，是实现干净炉缸操作的关键所在。理想的铁口孔道要求铁口里外直径保持一致，孔道壁面笔直光滑，要达到此目的，需要配备先进的开口机和与之匹配的高性能的钻杆和钻头。在铁口深度、炮泥性能、炮泥烧结时间、开口机马达动力一定的条件下，开口所用时间取决于钻头的切削能力和排屑质量，铁口孔道是否孔径均匀、平滑取决于钻头的外形在开口的初期和末期是否保持不变即钻头的耐高温磨损性能。
现有国内外高炉普遍用“一次开口法”，但大多存在以下不足或缺点(1)钻头结构形状或尺寸不合理，如图1、图2所示，带通气孔20基座10上的刃刀30的棱角不尖，切削面小，造成钻头切削能力差，铁口开口时间较长，一般要7～10分钟左右。有时需要使用2根钻杆才能打开铁口；(2)钻头冷却效果较差，有的用单一空气冷却，有的钻头气道开口角度或口径不合理，刃刀不能充分得到冷却，热强度不能保证；(3)钻头材质选择不佳，有的钢质钻头硬度低，耐磨性差。或热硬性低，越向铁口深处易退火、软化变形，使铁口孔道不均匀。
由于上述钻头的缺陷，铁口通常到钻到一定深度时主要靠振打打通，这对维护铁口泥包和侧壁砖衬稳定十分不利，还易造成漏铁口等不良现象，影响作业质量。
另外，现有钻头加工工艺复杂，用材成本高。国内和国外有的单位用锻造工具钢机械加工钻头，其硬度和热硬性高、耐磨性好，但原材料成本很高，加工过程复杂，还需要热处理。为降低使用成本，要求高炉同一钻头使用二次，即要求钻杆在快到铁口钻开时就立即退回，再用一金棒将铁口捅开。这就导致不能保证钻头不被铁水熔损；不能保证钻头在第二次使用时能一次打开铁口；用金棒捅铁口对泥包保护和炉缸侧壁长寿不利，而且增加了金棒的消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种高炉一次开铁口用钻头及其制造方法，其钻进高效、制造简单、成本低廉。
本发明钻头基于如下技术思路设计开发(1)钻头的形状、结构和刀刃长度对钻头的切削能力和铁口孔道直径的稳定均匀有重要影响。钻头的刃部较长可延长刃部在铁口打开前的存在时间，提高钻头的切削能力、、保持更深位置铁口孔道口径不变。但刃部过长将增大钻杆的扭曲力，钻头刃刀容易折断。刃面形状较平，影响钻头的切削速度，反之如较尖则会因高温磨损而缩短刃面存在时间。因此钻头的形状结构要先进合理，尺寸合适。
(2)冷却对降低钻头的工作温度、保持钻头在接近泥包最末端(接近钻通时，温度约1100℃)时仍具有良好的热硬性、保证铁口通道内外孔径一致是非常重要的。钻头的冷却效果主要受冷却水量和冷却方式影响。在钻进过程中，钻头中央孔道通空气起吹扫粉屑作用，同时有一定的冷却作用，但冷却能力较低，需要另外加入适量水强化冷却。冷却雾气除应顺利地吹扫出孔道中的碎屑外，还应能使钻头整体都能得到很好冷却。所以，钻头的吹扫、冷却孔道的设计要优化合理。
(3)除形状结构合理外，钻头材料还必须具有高硬度、高热硬性即较高的耐高温磨损性能。高炉开铁口需要质量保证，一次铁口未开好，不仅影响高炉炉况，而且若出现渗铁口、漏铁口等不良情况，会影响该铁口以后的维护，要恢复正常比较困难，时间长，对维护侧壁十分不利。所以，铁口尽可能一次就打开，开口困难时，可使用2根钻杆，但最多3根钻杆开2个铁口。从高效、经济的角度出发，将钻头、钻杆当作一次性消费品为佳，因此其材质的选择要考虑原材料成本应较低，加工工艺尽可能简单。
本发明的一种高炉出铁口开口机用钻头，包括基座、至少3枚刃刀；基座上中心开有通气孔；刃刀均布于基座上所述的刃刀头部为向基座中心倾斜的梯形结构，钻头外缘高度为13～16mm。
进一步，所述的各刃刀之间的基座上开有侧气道，该侧气道与中心通气孔相连通，且与中心通气孔成一角度α。
所述的刃刀侧气道与中心通气孔的角度α为40°～80°，优选为60°～70°。
所述的刃刀头部成一角度β，角度β为30°～40°。
所述的刃刀梯形顶部宽度t为8～10mm，底部宽度T为25～28mm。
钻头基座采用普通碳钢，刃刀用含钨、钴元素的硬质合金焊料堆焊形成。
本发明的高炉出铁口开口机用钻头的制造方法，包括如下步骤铸造钻头基座，以普通碳钢铸造，中心留有通气孔，在各刃刀基座之间的位置向外侧以一定角度设侧气道，并与中心通气孔连通；在钻头基座上按要求结构尺寸用含W、Co成分的硬质合金焊条堆焊形成每枚刃刀；焊条为常规硬质合金焊条。
所述的焊条成分通过添加0.05％～0.1％Fe基或Co基WC、SiC等成分，进行微量调整，使堆焊形成的刃刀的抗折强度和韧性显著改善，并进一步提高了钻头的耐高温磨损性能。
本发明的有益效果是钻头刃刀外缘尺寸较长、切削面宽，且不断裂；开口速度快，时间短，可达到100％一次开口。
基座在中心气道的基础上开设侧气道，在钻进过程中，冷却雾气除应顺利地吹扫出孔道中的碎屑外，还应能使钻头头部及其侧面周围均得到充分冷却，钻头整体都能得到很好冷却；钻头梯形刃刀的底部尺寸合理选择，使各刃刀之间的空隙够用，利于加快开口钻进过程中粉末的通畅排出，而不至于卡住或堵住钻杆；钻头基座和上部的刃刀分别采用不同材料和加工工艺制造。钻头基座以普通碳钢铸造，刃刀用含W、Co成分的硬质合金焊条堆焊而成。钻头整体制造完成后不用机械加工，不需要热处理。使选材简便易得，采购成本较低，制造过程非常简单，生产效率高；钻头刃刀切削面较长，但通过微量调整焊条成分(添加Fe基或Co基WC、SiC等成分)，使刃刀的抗折强度和韧性显著改善，并进一步提高了钻头的耐高温磨损性能，使用时不易折断。钻头切削速度加快，刃刀保留时间延长，可保证铁口孔道内壁的光滑度。
图1为现有钻头的结构示意图；图2为图1的左视图；图3为本发明钻头的结构示意图；图4为图3的俯视图。
具体实施例方式
参见图3、图4，本发明的高炉出铁口开口机用钻头，包括基座3、3枚刃刀5；基座3上中心开有φ12.5mm通气孔2；3枚刃刀5在钻头基座3上成120°(如用4枚刃刀，则成90°布置)均匀布置；所述的刃刀5头部为向中心通气孔2倾斜(钻头中心轴线倾斜)的梯形结构，钻头外缘高度h为13～16mm；所述的各刃刀5之间的基座3上开有侧气道4，该侧气道4与中心通气孔2相连通，且与中心通气孔2成60°角度α，口径φ8～10mm；刃刀5头部成一角度β，角度β为45°；所述的刃刀5梯形顶部宽度t为8mm，底部宽度T为25mm。
钻头基座3底部留有一定长度的直管连接段1，连接段1不加工外螺纹，使用时与钻杆直接焊接连接。
钻头外缘通径可在φ40～φ60多种规格变化，适于各类容积的高炉，具有普遍通用性。
本发明的高炉出铁口开口机用钻头的制造方法，钻头基座以普通碳钢铸造，中心留有通气孔，在各刃刀基座之间的位置向外侧以一定角度设侧气道，并与中心通气孔连通；在钻头基座上按要求结构尺寸，用氩弧焊方法，用含W、Co成分的硬质合金焊条，钻头基座上堆焊形成每枚刃刀；通过微量调整焊条成分，添加0.05％Fe基或Co基WC、SiC等成分，使刃刀的抗折强度和韧性显著改善，并进一步提高了钻头的耐高温磨损性能。
本发明经高炉现场使用比较，在铁口炮泥烧结时间130～170分钟、炮泥成分及Si3N4含量不变、相同开口机操作及通水量条件下，对于4.0m的铁口深度，本发明钻头平均开口速度达到3.1cm/s，开口时间2～2.5分钟，比现有钻头大约快0.4～0.6cm/s，一次开口成功率达到100％；且开口过程稳定，速度快，受阻力小，排粉通畅，出铁过程中铁口无喷溅。铁口主要靠磨削而不是靠振打打开，有利于铁口泥包和炉缸侧壁内衬的维护。
权利要求
1.高炉出铁口开口机用钻头，包括基座，其上中心开有通气孔；至少3枚刃刀，均布于基座上；其特征在于所述的刃刀头部为向基座中心倾斜的梯形结构，钻头外缘高度为13～16mm。
2.如权利要求1所述的高炉出铁口开口机用钻头，其特征在于所述的各刃刀之间的基座上开有侧气道，该侧气道与中心通气孔相连通，且与中心通气孔成一角度α。
3.如权利要求2所述的高炉出铁口开口机用钻头，其特征在于所述的刃刀侧气道与中心通气孔的角度α为40°～80°。
4.如权利要求2所述的高炉出铁口开口机用钻头，其特征在于所述的刃刀侧气道与中心通气孔的角度α优选为60°～70°。
5.如权利要求1或2所述的高炉出铁口开口机用钻头，其特征在于所述的刃刀头部成一角度β，角度β为30°～40°。
6.如权利要求1或2所述的高炉出铁口开口机用钻头，其特征在于所述的刃刀梯形顶部宽度t为8～10mm，底部宽度T为25～28mm。
7.如权利要求1所述的高炉出铁口开口机用钻头，其特征在于钻头基座采用普碳钢，刃刀用含钨、钻元素的硬质合金焊料堆焊形成。
8.高炉出铁口开口机用钻头的制造方法，其特征是，包括如下步骤钻头基座铸造，以普通碳钢铸造，中心留有通气孔，在各刃刀基座之间的位置向外侧以一定角度设侧气道，并与中心通气孔连通；在钻头基座上按要求结构尺寸用含W、Co成分的硬质合金焊条堆焊形成每枚刃刀。
9.如权利要求8所述的高炉出铁口开口机用钻头的制造方法，其特征在于所述的钻头基座以普通碳钢铸造。
10.如权利要求8所述的高炉出铁口开口机用钻头的制造方法，其特征在于所述的焊条成分通过添加0.05％～0.1％Fe基或Co基WC、SiC等成分，进行微量调整，使堆焊形成的刃刀的抗折强度和韧性显著改善，并进一步提高了钻头的耐高温磨损性能。
全文摘要
一种高炉出铁口开口机用钻头，包括基座、至少3枚刃刀；基座上中心开有通气孔，各刃刀之间的基座上开有与中心通气孔相连通的侧气道；刃刀均布于基座上刃刀头部为向中心通气孔倾斜的梯形结构，钻头外缘高度为13～16mm；本发明的高炉出铁口开口机用钻头的制造方法，包括如下步骤钻头基座以普通碳钢铸造，中心留有通气孔，在各刃刀基座之间的位置向外侧以一定角度设侧气道，并与中心通气孔连通；在钻头基座上按要求结构尺寸用含W、Co成分的硬质合金焊条堆焊形成每枚刃刀。本发明的钻头刃刀外缘尺寸较长、切削面宽；基座设侧气道，使钻头整体都能得到很好冷却；钻头开口速度快，开口时间短，一次打开铁口成功率100％。
文档编号C21B7/12GK1704481SQ20041002485
公开日2005年12月7日 申请日期2004年5月28日 优先权日2004年5月28日
发明者徐万仁, 敖爱国, 张永忠, 钱光华, 朱勇兴 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 上海宝发金属制品厂