[發(fā)明專利]碳化硅陶瓷高爐鉆頭及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210492754.4
• 申請(qǐng)日: 2012-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN102924085A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐超;洪學(xué)勤;雷中興;田先明;龔仕順;陳光勝;孫戎;劉良兵;周輝;王忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司
• 主分類號(hào): C04B35/565
• 分類號(hào): C04B35/565;C04B35/622;C21B7/12
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西;徐紹新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煉鐵中的高爐鉆頭，尤其是指一種碳化硅陶瓷高爐鉆頭及其制造方法。

背景技術(shù)

煉鐵高爐是將鐵礦石冶煉為金屬鐵的重要設(shè)備,出鐵口位于高爐爐膛最下沿，出鐵時(shí)用開口機(jī)鉆通出鐵口，按時(shí)出盡渣鐵是強(qiáng)化高爐冶煉以及爐況順利和安全生產(chǎn)的可靠保證。

開口機(jī)是鉆開鐵口的設(shè)備，連著鉆頭的鉆桿在開口機(jī)的作用下把鐵口打開，鉆頭的優(yōu)劣關(guān)系到開鐵口的好壞，直接影響出鐵、渣量，影響鐵口的維護(hù)，高爐鉆頭是高爐生產(chǎn)中的重要設(shè)備。

炮泥是堵鐵口的耐火材料，由剛玉、碳化硅、焦炭、粘土、焦油等按一定比例調(diào)配而成，炮泥封堵鐵口后，爐內(nèi)高溫將其由內(nèi)到外燒結(jié)，形成堅(jiān)硬的殼體，離爐膛越近，燒結(jié)硬度越高。隨著目前高爐的大型化，冶煉強(qiáng)度越來(lái)越高，炮泥使用了更多剛玉、碳化硅等高硬度耐火材料。

高爐鉆頭就是要在燒結(jié)好的炮泥形成的厚厚高溫殼體上鉆鑿，當(dāng)渣鐵未出盡時(shí)，渣鐵會(huì)混入炮泥中形成一種炮泥-鐵-渣的混合物，尤其堅(jiān)硬。

在鉆桿旋轉(zhuǎn)與沖擊的傳動(dòng)下，鉆頭受到高溫環(huán)境的扭壓、彎曲、磨擦等支變壓力的作用，鉆鑿越深工作條件越惡劣，尤其是臨近高爐鐵水時(shí)，溫度達(dá)到1000℃左右，碰到更硬的炮泥層，交變應(yīng)力增加，鉆頭硬度、強(qiáng)度下降，頭部、側(cè)部磨損很大，極易破壞報(bào)廢。

目前我國(guó)高爐鉆頭普遍采用碳鋼（40#、45#鋼為主），少數(shù)采用中碳合金鋼及鎢鈷系列的硬質(zhì)合金。其普遍存在的主要問(wèn)題是耐磨性差、高溫時(shí)強(qiáng)度下降、需要水冷而水易破壞鐵口通道結(jié)構(gòu)及影響無(wú)水炮泥質(zhì)量等問(wèn)題。一般需要2個(gè)鉆頭才能鉆開鐵口，特殊情況下甚至需要4、5個(gè)鉆頭才能鉆開，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及影響高爐生產(chǎn)效率和安全。

碳化硅陶瓷材料具有高溫強(qiáng)度大、高溫抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性能好、熱穩(wěn)定性佳、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率大、硬度高、抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良性能，可以承受金屬和有機(jī)高分子材料難以承受的苛刻工作環(huán)境，在汽車、機(jī)械加工、冶金、空間技術(shù)、石油化工、能源等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領(lǐng)域性能優(yōu)異的其他材料不可替代的結(jié)構(gòu)陶瓷。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究焦點(diǎn)主要集中在一種新的燒結(jié)方法——液相燒結(jié)上，即以一定量的單元或多元低共熔氧化物為助燒結(jié)劑，在較低溫度下實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷的致密化。低溫液相燒結(jié)同固相燒結(jié)相比在結(jié)構(gòu)上得到明顯的改善——晶粒細(xì)小均勻且成等軸晶狀，同時(shí)由于界面液相的引入和獨(dú)特的界面結(jié)合弱化，材料的斷裂也變?yōu)橥耆难鼐嗔涯Ｊ剑牧系膹?qiáng)度和韌性顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種區(qū)別于普通碳鋼及硬質(zhì)合金的碳化硅陶瓷高爐鉆頭及其制造方法，碳化硅陶瓷采用液相燒結(jié)法制備而成，本發(fā)明有效地解決了普通鉆頭硬度低、耐磨性差、高溫強(qiáng)度低、使用時(shí)需水冷等問(wèn)題。

上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種碳化硅陶瓷高爐鉆頭，該鉆頭由重量百分比為88~99%的碳化硅和1~12%的燒結(jié)助劑經(jīng)混合、球磨、造粒、成型、干燥、修坯、燒成、精整而成。

優(yōu)選的，所述的碳化硅為綠碳化硅，其純度為SiC≥98%，其平均粒徑為1~20μm。

優(yōu)選的，所述的燒結(jié)助劑為Al₂O₃、Y₂O₃、AlN中的一種或幾種，平均粒徑為1~20μm。

最佳的，所述的燒結(jié)助劑為Al₂O₃和Y₂O₃，所述的Al₂O₃與Y₂O₃的重量比為1∶1。

下面進(jìn)一步提供碳化硅陶瓷高爐鉆頭的制造方法，該方法包括以下步驟：

1）混合：按重量百分比將88~99%的碳化硅和1~12%的燒結(jié)助劑混合均勻；

2）球磨：將混合均勻的物料與直徑為3~10mm的氧化鋁磨球混合，在轉(zhuǎn)速為70~100轉(zhuǎn)/分鐘下球磨3~5小時(shí)，所述的物料與氧化鋁磨球的重量比為0.5~2∶1；

3）造粒：將球磨后的粉料干燥，然后過(guò)0.1~1mm篩造粒；

4）成型：按鉆頭大小稱取所造顆粒，倒入鉆頭磨具中壓制成型，制成坯體；

5）干燥：將坯體在70~150℃干燥24~36小時(shí)；

6）修坯：用砂紙打磨坯體；

7）燒成：將修整好的坯體升溫到1750~2000℃，在真空條件下燒結(jié)；

8）精整：燒結(jié)好的鉆頭經(jīng)打磨后，得到成品。