專利名稱：：高爐開口機用非金屬鉆頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高爐開口機用鉆頭及其制造方法。特別是一種高爐開口機用非金屬鉆頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
：高爐開口機是高爐出鐵時打開鐵口必備的設(shè)備之一，而鉆頭是開口機的重要部件。目甜開口機用鉆頭均為鑲嵌式，即本體采用金屬材料，頭部鑲嵌鎢鉻、鎢鈷等硬質(zhì)合金材料。查閱相關(guān)專利文獻，關(guān)于高爐鐵口開口機鉆頭專利公開報道較多，如公開(公告)號為CN1704481，名稱為"高爐開鐵口鉆頭及其制造方法"；公開(公告)號為CN2931490，名稱為"高爐開鐵口鉆頭"；公開(公告)號為CN201082889，名稱為"煉鐵高爐打孔機鉆頭"的專利公開文獻，以上報道的技術(shù)—方案的共同特點是采用硬質(zhì)合金材料的鑲嵌—式鉆頭，通過優(yōu)化鉆頭的形狀、結(jié)構(gòu)而改進高爐開口機用鉆頭。但在實際使用時均存在如下缺點(1)使用壽命低、容易磨損，工人勞動強度大。硬質(zhì)合金鉆頭使用溫度極限800°C，當(dāng)鉆頭接近"紅點(IOO(TC)"附近時溫度升高，鉆頭軟化、強度急劇下降、磨損嚴重，推進速度明顯下降，〉2000rt^的大型高爐通常一次開鐵口需消耗3~5個鉆頭，且需人工更換鉆頭，延長了開鐵口時間，容易造成爐內(nèi)壓力升高燜爐現(xiàn)象，勞動效率較低，增加了鉆頭消耗。(2)無法鉆開用硬質(zhì)炮泥堵塞的鐵口。硬質(zhì)炮泥具有高溫強度大、抗鐵水沖刷能力強、通鐵量大和保證高爐順行等優(yōu)點，但由于市場上的所有硬質(zhì)合金鉆頭根本無法鉆開，因而硬質(zhì)炮泥在高爐出鐵口未能普遍使用。目前沒有較好的技術(shù)措施解決打開用硬質(zhì)炮泥堵塞的鐵口這一技術(shù)難題，只能用氧槍燒眼的辦法打開硬質(zhì)炮泥鐵口，但氧槍燒眼打開的鐵口孔徑過大，孔徑不規(guī)整，開鐵口時間長，耐火材料消耗增加，且增加了操作過程的危險系數(shù)，不利于工人操作。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種高爐開口機用非金屬鉆頭及其制造方法，延長鉆頭使用壽命，并能打開硬質(zhì)炮泥出鐵口。本發(fā)明提供的高爐開口機用非金屬鉆頭的結(jié)構(gòu)形式為整體鉆頭或鑲嵌式鉆頭，其特征在于整體式鉆頭采用無機非金屬材料制成，鑲嵌式鉆頭本體采用金屬材料，在頭部采用無機非金屬材料制成，所述的無機非金屬材料各組分重量百分比如下碳化硅細粉60~85%碳化硅微粉538%非金屬氮化物微粉0~20%金屬硅粉0~20%外加劑2~12%其中所述的碳化硅細粉SiC含量》98W，粒度〈0.044mm;其中所述的碳化硅微粉SiC含量》98X，粒度〈4nm;其中所述的非金屬氮化物微粉包括氮化硅、氮化鈦、氮化鋁、氮化硼，非金屬氮化物含量》98%，粒度〈4nm;其中所述的金屬硅粉Si含量》99X，粒度〈4um;其中所述的外加劑包括采用注漿成型和等靜壓成型時使用的結(jié)合劑，結(jié)合劑為羧甲基纖維素和聚乙烯醇的一種或兩種，用兩種時羧甲基纖維素和聚乙烯醇的比例為1:1.5，結(jié)合劑的作用是保證制品烘干后具有一定強度以利于搬運；采用凝膠注模成型時使用的分散劑聚丙烯酸胺、有機單體分析純甲基西稀酰胺、交聯(lián)劑分析純亞甲基雙西稀酰胺、-引發(fā)劑分析純過硫酸鉸和催化劑分析純N，N,N',N'-四甲基乙二胺，以上外加劑的加入量按上述順序的比例為3:6:1,5:0.018:0.09。本發(fā)明提供的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法包括下列步驟a.配料，按上述組分配方將各種無機非金屬材料混合在一起；b.坯料料漿制備，將混合好的原料和配好的外加劑放入球磨機中，加入混合料總重量30~50%的去離子水，濕法球磨0.524小時，既為制備好的坯料料漿；C.成型，采用注漿成型或等靜壓成型或凝膠注模成型；注漿成型將料漿倒入準(zhǔn)備好的石膏模型中，隨著料漿中水分被石膏模具吸干不斷補充料漿，直至最后料漿完全凝固，凝固后帶模具自然干燥812小時；等靜壓成型將球磨后的料漿用噴霧造粒機制造成含水量5%的顆粒，裝入橡膠套內(nèi)，密封后置于等靜壓機內(nèi)于200250MPa下成型，保壓時間30~60分鐘；凝膠注模成型按上述無機非金屬材料和分散劑、有機單體、交聯(lián)劑配比混合，將混合好的原料加入30~50%的去離子水，放入球磨機中，混合3060min，制備出低粘度高固相體積分數(shù)的濃懸浮體料漿，將料漿倒入容器，置于真空干燥箱中進行真空脫氣，真空脫氣后在料漿中按比例加入引發(fā)劑分析純過硫酸銨和催化劑分析純N,N,N，，N'-四甲基乙二胺，攪拌后澆注到之前準(zhǔn)備好的模具中，在交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑的共同作用下，形成相互交聯(lián)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，使?jié)鈶腋◇w形成凝膠而原位凝固成型；5d.烘干，將凝固后料漿帶模具放入烘箱以5l(TC/min升溫速度升至50ll(rC烘干10-24小時排除料漿中的6080%水分，坯體具有強度后即可脫模，脫模后繼續(xù)于ll(TC烘干坯體中殘余水分；e.燒成，將烘干后的坯體置于中頻感應(yīng)燒結(jié)爐中，于14002500'C氬氣或氮氣保護下保溫510小時燒成，自然冷卻后取出；f.整形，采用機械或人工研磨整形；g.鑲嵌，采用常規(guī)方法將無機非金屬材料頭部鑲嵌在金屬材料本體上，制成鑲嵌式鉆頭，制造整體式鉆頭省略該步。本發(fā)明提供的高爐開口機用非金屬鉆頭及其制造方法，與現(xiàn)有同類技術(shù)相比，其顯著的有益效果體現(xiàn)在高爐開口機用非金屬鉆頭在常溫和高溫下均具有很高的強度，使用溫度高達1500'C,因此抗磨損性十分優(yōu)越，可以輕松打開采用硬質(zhì)炮泥堵的高爐鐵口，完全可以保證高爐鐵口的一次開口率達到100%，縮短了開鐵口時間，—可重復(fù)使用，使甩壽命長+減輕-工人勞動強度，提高勞動效率；制造鉆頭的無機非金屬材料來源廣泛，制造方法采用常規(guī)工藝和設(shè)備。具體實施例方式實施例1.本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭結(jié)構(gòu)形式為鑲嵌式鉆頭，成型方法為注漿成型，外加劑為結(jié)合劑。鑲嵌式鉆頭本體采用金屬材料，在頭部采用無機非金屬材料制成，所述的無機非金屬材料各組分重量百分比如下碳化硅細粉65~75%碳化硅微粉25~35%結(jié)合劑2~5%其中所述的碳化硅細粉SiC含量》98X，粒度〈0.044mm，優(yōu)選加入量為70%;其中所述的碳化硅微粉SiC含量》98X，粒度〈4ixm，優(yōu)選加入量為30%;其中所述的結(jié)合劑為羧甲基纖維素和聚乙烯醇，分別簡稱CMC和PVA，常溫下為固體粉末，優(yōu)選加入量分別為CMC2。/。，PVA3%。本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法是按照上述各組分配方配料，然后加入3050%的去離子水，入球磨機濕法球磨24小時既為制備好的料漿，將料漿倒入準(zhǔn)備好的石膏模型中采用雙面注漿方法成型，隨著料漿中水分被石膏模具吸干不斷補充料槳，直至最后料漿完全凝固，凝固后后帶模具自然干燥10小時后，入烘箱以5'C/min升溫速度升至11(TC烘干24小時排除料槳中的60^水分，坯體具有強度后即可脫模，脫模后繼續(xù)于IIO'C烘干坯體中殘余水分，將烘干后的坯體置于中頻感應(yīng)燒結(jié)爐中，于2500'C下保溫8小時氬氣保護下燒成，自然冷卻后取出，經(jīng)過研磨整形、鑲嵌即可制造出鑲嵌式重結(jié)晶碳化硅質(zhì)高爐開口機用非金屬鉆頭。其性能指標(biāo)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>—實施例2本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭結(jié)構(gòu)形式為鑲嵌式鉆頭，成型方法為等靜壓成型，外加劑為結(jié)合劑。鑲嵌式鉆頭本體采用金屬材料，在頭部采用無機非金屬材料制成，所述的無機非金屬材料各組分重量百分比如下-碳化硅細粉60-80%碳化硅微粉10~20%金屬硅粉1020%結(jié)合劑2~5%其中所述的碳化硅細粉SiC含量》98M，粒度〈0.044mm，優(yōu)選加入量為70%;其中所述的碳化硅微粉SiC含量》98W，粒度〈4um，優(yōu)選加入量為15%;其中所述的金屬硅粉Si含量》99X，粒度〈4ym，在燒成時與氮氣反應(yīng)形成氮化硅結(jié)合相，優(yōu)選加入量為15%;其中所述的結(jié)合劑為羧甲基纖維素和聚乙烯醇，分別簡稱CMC和PVA，常溫下為固體粉末，優(yōu)選加入量分別為CMC2%，PVA3%。本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法是按照上述各組分配方配料，然后加入30~50%的去離子水，入球磨機球磨24小時既為制備好的料漿，將料漿采用噴霧造粒機進行造粒，造粒后形成的假顆粒，粒度小于0.5mm，水分5%，將該料裝入等靜壓成型用橡膠模具中，密封模具后，置于等靜壓機中于250MPa下成型，脫模后于11(TC烘干24小時，將烘干后的坯體置于高溫電爐中，通入氮氣，5'C/min升溫至140(TC下保溫6小時燒成，自然冷卻后取出，經(jīng)過研磨整形、鑲嵌即可制造出鑲嵌式反應(yīng)燒結(jié)氮化硅結(jié)合碳化硅質(zhì)高爐開口機用非金屬鉆頭。其性能指標(biāo)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例3本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭結(jié)構(gòu)形式為鑲嵌式鉆頭，成型方法為等靜壓成型，外加劑為結(jié)合劑。鑲嵌式鉆頭本體采用金屬材料，在頭部采用無機非金屬材料制成，所述的無機非金屬材料各組分重量百分比如下碳化硅細粉60-70%碳化硅微粉1020%氮化硅微粉510%金屬硅粉5~10%結(jié)合劑2~5%其中所述的碳化硅細粉SiC含量》98M，粒度〈0.044mm，優(yōu)選加入量為67%;其中所述的碳化硅微粉SiC含量》98W，粒度〈4lim，優(yōu)選加入量為15%;其中所述的氮化硅微粉Si3N4含量^98M，粒度〈4iim，作為晶種引入，有利于氮化硅結(jié)合相的形成，優(yōu)選加入量為10%;其中所述的金屬硅粉Si含量》99X，粒度〈4um，在燒成時與氮氣反應(yīng)形成氮化硅結(jié)合相，優(yōu)選加入量為8%;其中所述的結(jié)合劑為羧甲基纖維素和聚乙烯醇，分別簡稱CMC和PVA，常溫下為固體粉末，優(yōu)選加入量分別為CMC2。/。、PVA3%。本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法是按照上述各組分配方配料，然后加入30~50%的去離子水，入球磨機球磨24小時既為制備好的料漿，將料漿采用噴霧造粒機進行造粒，造粒后形成的假顆粒，粒度小于0.5mm，水分5%，將該料裝入等靜壓成型用橡膠模具中，密封模具后，置于等靜壓機中于250MPa下成型，脫模后于IIO'C烘干24小時；將烘干后的坯體置于高溫電爐中，通入氮氣，5'C/min升溫至140(TC下保溫6小時燒成，自然冷卻后取出，經(jīng)過研磨整形、鑲嵌即可制造出鑲嵌式反應(yīng)燒結(jié)氮化硅結(jié)合碳化硅質(zhì)高爐開口機用非金屬鉆頭。其性能指標(biāo)如下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例4本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭結(jié)構(gòu)形式為為整體式鉆頭，成型方法為凝膠注模。整體式鉆頭全部采用無機非金屬材料制成，所述的無機非金屬材料各組分重量百分比如下碳化硅細粉65~75%碳化硅微粉25~35%外加劑10.608%其中所述的碳化硅細粉SiC含量》98M，粒度〈0.044mm，優(yōu)選加入量為70%;其中所述的碳化硅微粉SiC含量》98M，粒度〈4um，優(yōu)選加入量為30%;其中所述的外加劑為分散劑聚丙烯酸胺,加入量為總重量的3%,單體甲基丙稀酰胺，加入量為總重量的6%，交聯(lián)劑亞甲基雙丙稀酰胺,加入量為總重量的1.5%，催化劑!^^^,>1，-四甲基乙二胺，加入量為總重量的0.018%，引發(fā)劑過硫酸銨，加入量為總重量的0.09%。本實施例所提供的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法是按照上述各組分配方配料，先將無機非金屬材料、分散劑、有機單體、交聯(lián)劑混合，然后加入30~50%的去離子水，放入球磨機中，混合40min;將混合好的料漿倒入燒杯，置于真空干燥箱中進行真空脫氣，真空脫氣后在料漿中按比例加入催化劑和引發(fā)劑，tSM拌3min后澆注至U之前準(zhǔn)備好的模具中，^M氣保護下以5°C/min升溫速度升至50'C烘干24小時排除料漿中的大部分水分；待坯體具有一定強度后即可脫模，脫模后以7°C/min升溫至IIO'C烘干24小時排除坯體中殘余水分；將烘干后的坯體置于中頻感應(yīng)燒結(jié)爐中，于250(TC下保溫10小時氬氣保護下燒成，自然冷卻后，經(jīng)過研磨整形即可制造出整體式重結(jié)晶碳化硅質(zhì)高爐開口機用非金屬鉆頭，其性能指標(biāo)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種高爐開口機用非金屬鉆頭，其結(jié)構(gòu)形式為整體鉆頭或鑲嵌式鉆頭，其特征在于整體式鉆頭采用無機非金屬材料制成，鑲嵌式鉆頭本體采用金屬材料，在頭部采用無機非金屬材料制成，所述的無機非金屬材料各組分重量百分比如下碳化硅細粉60～85％碳化硅微粉5～38％非金屬氮化物微粉0～20％金屬硅粉0～20％外加劑2～12％其中所述的碳化硅細粉SiC含量≥98％，粒度<0.044mm；其中所述的碳化硅微粉SiC含量≥98％，粒度<4μm；其中所述的非金屬氮化物含量≥98％，粒度<4μm；其中所述的金屬硅粉Si含量≥99％，粒度<4μm；其中所述的外加劑包括采用注漿成型和等靜壓成型時使用的結(jié)合劑，結(jié)合劑為羧甲基纖維素和聚乙烯醇的一種或兩種，用兩種時羧甲基纖維素和聚乙烯醇的比例為1∶1.5；采用凝膠注模成型時使用的分散劑聚丙烯酸胺，有機單體分析純甲基丙稀酰胺，交聯(lián)劑分析純亞甲基雙丙稀酰胺，引發(fā)劑分析純過硫酸銨，催化劑分析純N，N，N’，N’-四甲基乙二胺，以上外加劑的加入量按上述順序的比例為3∶6∶1.5∶0.018∶0.09。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐開口機用非金屬鉆頭，其特征在于所說的非金屬氮化物微粉包括氮化硅、氮化鈦、氮化鋁、氮化硼。3.權(quán)利要求l所述的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法，其特征在于該方法包括下列步驟a.配料，按上述組分配方將各種無機非金屬材料混合在一起；b.坯料料漿制備，將混合好的原料和配好的外加劑放入球磨機中，加入混合料總重量30~50%的去離子水，濕法球磨1224小時，既為制備好的坯料料C.成型，采用注漿成型，將料漿倒入準(zhǔn)備好的石膏模型中，隨著料漿中水分被石膏模具吸干不斷補充料漿，直至最后料漿完全凝固，凝固后帶模具自然干燥812小時；d.烘干，將凝固后料漿帶模具放入烘箱以5l(TC/min升溫速度升至50110'C烘干10~24小時排除料漿中的6080%水分，坯體具有強度后即可脫模，脫模后繼續(xù)于ll(TC烘干坯體中殘余水分；e.燒成，將烘干后的坯體置于中頻感應(yīng)燒結(jié)爐中，于1400250(TC氬氣或氮氣保護下保溫510小時燒成，自然冷卻后取出；f.整形，采用機械或人工研磨整形；g.鑲嵌，采用常規(guī)方法將無機非金屬材料頭部鑲嵌在金屬材料本體上，制成鑲嵌式鉆頭，制造整體式鉆頭省略該步。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法，其特征在于該方法步驟C中的成型采用等靜壓成型，其成型方法是將球磨后的料漿用噴霧造粒機制造成含水量5%的顆粒，裝入橡膠套面具內(nèi)，密封后置于等靜壓機內(nèi)于200~250MPa下成型，保壓時間30~60分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高爐開口機用非金屬鉆頭的制造方法，其特征在于該方法步驟c中的成型采用凝膠注模成型，其成型方法是按權(quán)利要求1中給出的無機非金屬材料和分散劑、有機單體、交聯(lián)劑的配比混合，然后加入30~50%的去離子水，放入球磨機中，混合3060min，制備出低粘度高固相體積分數(shù)的濃懸浮體料漿，將料漿倒入容器，置于真空干燥箱中進行真空脫氣，真空脫氣后在料漿中按比例加入引發(fā)劑分析純過硫酸銨和催化劑分析純N,N,N',N'-四甲基乙二胺，攪拌后澆注到之前準(zhǔn)備好的模具中，在交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑的共同作用下，形成相互交聯(lián)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，使?jié)鈶腋◇w形成凝膠而原位凝固成型。全文摘要本發(fā)明涉及高爐開口機用非金屬鉆頭及其制造方法，其結(jié)構(gòu)形式為整體鉆頭或鑲嵌式鉆頭，整體式鉆頭采用無機非金屬材料制成，鑲嵌式鉆頭本體采用金屬材料，在頭部采用無機非金屬材料制成，所述的無機非金屬材料各組分重量百分比如下碳化硅細粉60～85％；碳化硅微粉5～38％；非金屬氮化物微粉0～20％；金屬硅粉0～20％；外加劑2～12％。該非金屬鉆頭在常溫和高溫下均具有很高的強度，使用溫度高達1500℃，因此抗磨損性十分優(yōu)越，可以輕松打開采用硬質(zhì)炮泥堵的高爐鐵口，完全可以保證高爐鐵口的一次開口率達到100％，縮短了開鐵口時間，可重復(fù)使用，使用壽命長，減輕工人勞動強度，提高勞動效率。文檔編號C21B7/12GK101423877SQ20081022910公開日2009年5月6日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者鋒吳,李志堅申請人:遼寧科技大學(xué)