[发明专利]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

说明书

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10mm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。