[發明專利]氧槍噴頭端面高溫防護涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202011470141.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112593042A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 吳護林;解志文;向林;劉健;高旭;寧海青;陳永君;郭鋒;蘇艷;高詩情;邢志輝;劉鵬
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所;遼寧科技大學
• 主分類號: C21C5/46
• 分類號: C21C5/46;C23C4/134;C23C4/11;C23C4/073
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 廖明亮

本發明公開了一種氧槍噴頭端面高溫防護復合涂層及其制備方法。涂層由粘結層和陶瓷防粘層組成，粘結層采用噴涂在氧槍噴頭端面基體上的NiCoCrAlY層，陶瓷防粘層采用噴涂在粘結層表面的ZrO₂?24MgO層。制備方法步驟包括：氧槍噴頭端面打磨拋光，超聲清洗后烘干備用；氧槍噴頭端面噴砂處理，噴砂粒度不大于30目；采用大氣等離子熱噴涂工藝在氧槍噴頭端面噴涂NiCoCrAlY層、ZrO₂?24MgO層。本發明利用大氣等離子熱噴涂工藝就能成功構筑氧槍噴頭端面高溫防護（復合）涂層，所得涂層表面光滑平整、致密度高，與基體結合強度高，顯著延長了氧槍噴頭使用壽命，并且無環境污染；本發明氧槍噴頭端面高溫防護（復合）涂層的制備方法簡單，經濟實用，可用于工業化生產。

技術領域

本發明屬于氧槍表面改性技術領域，具體涉及氧槍噴頭端面高溫防護復合涂層及其制備方法。

背景技術

在鋼鐵冶金領域，氧槍噴吹轉爐煉鋼已成為主要的鋼鐵冶煉方法。氧槍作為氧氣噴吹轉爐煉鋼的關鍵設備，是向轉爐內供氧的主要工具，一般由氧槍噴頭與幾段普通20#鋼管焊接而成。氧槍噴頭主要由無氧銅棒材經鍛壓溫擠加工而成，該材質在水冷低溫條件下，與轉爐冶煉過程中吹煉噴濺的液態鋼渣潤濕性好、易于粘結，氧槍噴頭表面粘渣是嚴重影響冶煉質量和效率的關鍵問題，不僅降低轉爐生產作業率，阻礙煉鋼工藝連續性，增加現場工人操作難度和勞動強度，而且粘渣粘鋼問題危及設備安全、妨礙生產調度、加大氧槍噴頭投入量，增加生產成本，甚至可能會危及現場操作人員人身安全。

鞍山熱能院和本鋼集團以防止氧槍粘渣、提高換槍效率為目標，聯合設計了一種新型氧槍—復合錐度分體式氧槍，此分體式氧槍由槍尾、對接法蘭、槍身、以及氧槍噴頭組成，在槍身下端圓柱設計優化為錐度設計，增加鋼液與氧槍的潤濕角，使鋼渣易于脫落，減少粘渣。鞍鋼煉鋼總廠齊志宇、李澤林、梅雪輝等人從噴氧管中氧氣壓力、馬赫數、喉口直徑、噴孔夾角等因素出發，對氧槍噴頭結構優化設計，使氧槍噴頭粘渣失效問題降低了5.48％，其壽命由503次提高到568次。萊蕪鋼鐵集團畢永杰、俎勇、李全君等人研究了120t轉爐返干幾率大、濺渣高問題，將氧槍噴頭噴氧孔由四個改進為五個，發現鋼液的噴濺率下降了14％，有效降低了氧槍噴頭的粘渣問題。盡管優化氧槍噴頭參數和特性是提高氧槍壽命、改善噴氧參數以及提高氧槍壽命的有效方法，但是不能徹底解決粘渣粘鋼問題。

研究表明，采用表面工程技術優化氧槍噴頭表面性能，防止氧槍噴頭高溫和粘渣損傷，提高氧槍壽命，才能更好解決氧槍噴頭粘鋼粘渣問題。例如：重慶大學和攀枝花鋼鐵公司的高家誠、宋啟年、徐維華等人利用熱噴涂技術，在氧槍槍身表面噴涂高溫梯度防粘陶瓷涂層，陶瓷涂層材料與鋼液較差的潤濕性，有明顯的防粘渣功能，同時涂層防粘技術的投資較低；首鋼第二煉鋼廠的王貴陽、劉瑞林、戴兵等人，開發出一種GM—C型煉鋼耐高溫防粘涂層，經實際生產使用，氧槍表面粘鋼自行脫落，效果比較明顯，一次噴頭可以實現592爐不粘鋼。

此外，文獻CN105220102A公開了一種通過減少氧槍噴頭粘渣來延長氧槍噴頭壽命的方法，該方法通過蒸氣除油及吹洗除去銅質氧槍噴頭表面有機污垢，得到潔凈的氧槍噴頭；采用等離子噴槍噴涂氧槍噴頭表面，使氮化硼和銅質氧槍噴頭結合，形成氮化硼涂層，氮化硼涂層不僅耐高溫、耐腐蝕，且不與鋼渣發生反應，從而能夠減少轉爐煉鋼過程中氧槍噴頭的粘渣量，延長了氧槍噴頭的使用壽命。然而，氮化硼平均線膨脹系數α＝4.92×10^-6/℃，無氧銅平均線膨脹系數α＝17.9×10^-6/℃，二者差異較大，涂層在工作熱循環熱疲勞損傷過程中，容易造成涂層脫落失效。

發明內容

本發明目的之一在于提供一種使用壽命長、防粘防渣性能優異的氧槍噴頭端面高溫防護復合涂層。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種氧槍噴頭端面高溫防護涂層，它是由粘結層和陶瓷防粘層組成，粘結層采用噴涂在氧槍噴頭端面基體上的NiCoCrAlY層，陶瓷防粘層采用噴涂在粘結層表面的ZrO₂-24MgO層。