專利名稱：碳化硅陶瓷高爐鉆頭及其制造方法
技術領域：
本發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：
煉鐵高爐是將鐵礦石冶煉為金屬鐵的重要設備，出鐵口位于高爐爐膛最下沿，出鐵時用開口機鉆通出鐵口，按時出盡渣鐵是強化高爐冶煉以及爐況順利和安全生產的可靠保證。開口機是鉆開鐵口的設備，連著鉆頭的鉆桿在開口機的作用下把鐵口打開，鉆頭的優劣關系到開鐵口的好壞，直接影響出鐵、渣量，影響鐵口的維護，高爐鉆頭是高爐生產中的重要設備。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配而成，炮泥封堵鐵口后，爐內高溫將其由內到外燒結，形成堅硬的殼體，離爐膛越近，燒結硬度越高。隨著目前高爐的大型化，冶煉強度越來越高，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好的炮泥形成的厚厚高溫殼體上鉆鑿，當渣鐵未出盡時，渣鐵會混入炮泥中形成一種炮泥-鐵-渣的混合物，尤其堅硬。在鉆桿旋轉與沖擊的傳動下，鉆頭受到高溫環境的扭壓、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，溫度達到100(TC左右，碰到更硬的炮泥層，交變應力增加，鉆頭硬度、強度下降，頭部、側部磨損很大，極易破壞報廢。目前我國高爐鉆頭普遍采用碳鋼(40#、45#鋼為主)，少數采用中碳合金鋼及鎢鈷系列的硬質合金。其普遍存在的主要問題是耐磨性差、高溫時強度下降、需要水冷而水易破壞鐵口通道結構及影響無水炮泥質量等問題。一般需要2個鉆頭才能鉆開鐵口，特殊情況下甚至需要4、5個鉆頭才能鉆開，增加了工人的勞動強度及影響高爐生產效率和安全。碳化硅陶瓷材料具有高溫強度大、高溫抗氧化性強、耐磨損性能好、熱穩定性佳、熱膨脹系數低、熱導率大、硬度高、抗熱震和耐化學腐蝕等優良性能，可以承受金屬和有機高分子材料難以承受的苛刻工作環境，在汽車、機械加工、冶金、空間技術、石油化工、能源等領域有著日益廣泛的應用，已經成為一種在很多工業領域性能優異的其他材料不可替代的結構陶瓷。近年來，國內外的研究焦點主要集中在一種新的燒結方法——液相燒結上，即以一定量的單元或多元低共熔氧化物為助燒結劑，在較低溫度下實現碳化硅陶瓷的致密化。低溫液相燒結同固相燒結相比在結構上得到明顯的改善——晶粒細小均勻且成等軸晶狀，同時由于界面液相的引入和獨特的界面結合弱化，材料的斷裂也變為完全的沿晶斷裂模式，材料的強度和韌性顯著提高。

發明內容
3
本發明的目的是提供一種區別于普通碳鋼及硬質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法制備而成，本發明有效地解決了普通鉆頭硬度低、耐磨性差、高溫強度低、使用時需水冷等問題。上述目的是通過以下技術方案實現的一種碳化硅陶瓷高爐鉆頭，該鉆頭由重量百分比為88、9%的碳化硅和f 12%的燒結助劑經混合、球磨、造粒、成型、干燥、修坯、燒成、精整而成。優選的，所述的碳化硅為綠碳化硅，其純度為SiC ^ 98%，其平均粒徑為f 20 μ m。優選的，所述的燒結助劑為A1203、Y203、A1N中的一種或幾種，平均粒徑為f 20 μ m。最佳的，所述的燒結助劑為Al2O3和Y2O3,所述的Al2O3與Y2O3的重量比為1:1。下面進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I)混合按重量百分比將88、9%的碳化硅和f 12%的燒結助劑混合均勻；2)球磨將混合均勻的物料與直徑為3 IOmm的氧化鋁磨球混合，在轉速為7(Tl00轉/分鐘下球磨3飛小時，所述的物料與氧化鋁磨球的重量比為O. 5^2 I ；3)造粒將球磨后的粉料干燥,然后過O. I^lmm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7(Tl50°C干燥24 36小時；6)修坯用砂紙打磨坯體；7)燒成將修整好的坯體升溫到175(T2000°C，在真空條件下燒結；8)精整燒結好的鉆頭經打磨后，得到成品。優選的，所述步驟2)中，在轉速為9(Tl00轉/分鐘下球磨4飛小時。優選的，所述步驟7)中，燒結壓力控制在5 30Mpa，真空度保持在30pa以下。本發明制成的碳化硅陶瓷高爐鉆頭具有致密度高、硬度高、耐磨性好、韌性好、使用溫度高、不需要水冷等優點，大大減少了爐前工人的勞動強度，提高了冶煉效率，保證了高爐安全運行，具有廣闊的應用前景。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例I一種碳化硅陶瓷高爐鉆頭，該鉆頭由重量百分比為88%的碳化硅和12%的燒結助劑經混合、球磨、造粒、成型、干燥、修坯、燒成、精整而成。所述的碳化硅為綠碳化硅，其純度為SiC=98%，其平均粒徑為10 μ m ;所述的燒結助劑為A1203+Y203，平均粒徑為10 μ m, Al2O3與Y2O3的重量比為I : I。其制造方法是I)混合將所述的碳化硅和燒結助劑混合。2)球磨配好的物料裝入球磨罐里，選用直徑3 IOmm的氧化鋁磨球，按物料與氧化招磨球的質量比為I :1的比例，調球磨機的轉速為100r/min,設置時間為5h。3)造粒將球磨后的粉料干燥,然后過O. 5mm篩造粒。4)成型將造好粒的粉體顆粒按鉆頭大小稱取一定量，倒入鉆頭磨具中，成型方式采用壓力成型，制成坯體。壓力為5 30Mpa。保壓時間為30秒。
5)干燥將坯體在70°C干燥36小時。6)修坯用砂紙打磨坯體，尤其注意修整鉆頭素坯的內部及頂部。7)燒成將修整好的坯體升溫到1750°C燒結，燒結壓力控制在5 30Mpa，真空度保持在30pa以下。8)精整燒結好的鉆頭打磨后，得到成品。實施例2一種碳化硅陶瓷高爐鉆頭，該鉆頭由重量百分比為99%的碳化硅和1%的燒結助劑經混合、球磨、造粒、成型、干燥、修坯、燒成、精整而成。所述碳化硅的純度為SiC=99%，其平均粒徑為20 μ m ;所述的燒結助劑為Al2O3 + Y2O3 + AlN,平均粒徑為I μ m, Al2O3與Y2O3與AlN的重量比為5 3:2。其制造方法是
I)配料:將所述的碳化硅和燒結助劑混合。
2)球磨:將配好的物料與直徑3 10_的氧化鋁磨球混合，物料與氧化鋁磨球的重量比為O. 5 1，在90轉/分鐘的轉速下球磨3小時。
3)造粒:將球磨后的粉料干燥，然后過O. Imm篩造粒。
4)成型:將造好粒的粉體顆粒用鉆頭磨具壓制成型，制成坯體。
5)干燥:將坯體在150°C干燥24小時。
6)修還:用砂紙打磨坯體。
7)燒成:將修整好的坯體升溫到2000°C燒結，燒結壓力控制在5 30Mpa，真空度保持在30pa以下。
8)精整:燒結好的鉆頭打磨后，得到成品。
實施例3
一種碳化硅陶瓷高爐鉆頭，該鉆頭由重量百分比為92%的碳化硅和8%的燒結助劑經混合、球磨、造粒、成型、干燥、修坯、燒成、精整而成。所述碳化硅的純度為SiC=99. 5%，其平均粒徑為I μ m;所述的燒結助劑為Al2O3,平均粒徑為20 μ m。
其制造方法是
I)混合:將所述的碳化硅和燒結助劑混合。
2)球磨:將配好的物料與直徑3 10_的氧化鋁磨球混合，物料與氧化鋁磨球的重量比為2 1，在70轉/分鐘的轉速下球磨4小時。
3)造粒:將球磨后的粉料干燥，然后過Imm篩造粒；
4)成型:將造好粒的粉體顆粒用鉆頭磨具壓制成型，制成坯體；
5)干燥:將坯體在100°C干燥30小時。
6)修還:用砂紙打磨坯體。
7)燒成:將修整好的坯體升溫到1900°C燒結，燒結壓力控制在5 30Mpa，真空度保持在30pa以下。
8)精整:燒結好的鉆頭打磨后，得到成品。
權利要求
1.一種碳化硅陶瓷高爐鉆頭，其特征在于該鉆頭由重量百分比為88、9%的碳化硅和 f 12%的燒結助劑經混合、球磨、造粒、成型、干燥、修坯、燒成、精整而成。
2.根據權利要求I所述的碳化硅陶瓷高爐鉆頭，其特征在于所述的碳化硅為綠碳化硅，其純度為SiC彡98%，其平均粒徑為I 20 μ m。
3.根據權利要求I所述的碳化硅陶瓷高爐鉆頭，其特征在于所述的燒結助劑為A1203、 Y203、A1N中的一種或幾種,平均粒徑為1 20μπι。
4.根據權利要求3所述的碳化硅陶瓷高爐鉆頭，其特征在于所述的燒結助劑為Al2O3 和Y2O3，所述的Al2O3與Y2O3的重量比為I : I。
5.一種權利要求I所述的碳化硅陶瓷高爐鉆頭的制造方法，其特征在于包括以下步驟O混合按重量百分比將88、9%的碳化硅和f 12%的燒結助劑混合均勻；2)球磨將混合均勻的物料與直徑為3 IOmm的氧化鋁磨球混合，在轉速為7(Tl00轉/ 分鐘下球磨3飛小時，所述的物料與氧化鋁磨球的重量比為O. 5^2 I ；3)造粒將球磨后的粉料干燥,然后過O.rimm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7(Tl50°C干燥24 36小時；6)修坯用砂紙打磨坯體；7)燒成將修整好的坯體升溫到175(T2000°C，在真空條件下燒結；8)精整燒結好的鉆頭經打磨后，得到成品。
6.根據權利要求5所述的碳化硅陶瓷高爐鉆頭的制造方法，其特征在于所述步驟2) 中，在轉速為9(Tl00轉/分鐘下球磨4飛小時。
7.根據權利要求5或6所述的碳化硅陶瓷高爐鉆頭的制造方法，其特征在于所述步驟7)中，燒結壓力控制在5 30Mpa，真空度保持在30pa以下。
全文摘要
本發明公開了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%的燒結助劑經混合、球磨、造粒、成型、干燥、修坯、燒成、精整而成。本發明還公開了碳化硅陶瓷高爐鉆頭的制造方法。本發明得到的碳化硅陶瓷高爐鉆頭具有致密度高、硬度高、耐磨性好、韌性好、使用溫度高、不需要水冷等優點，大大減少了爐前工人的勞動強度，提高了冶煉效率，保證了高爐安全運行，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C04B35/622GK102924085SQ20121049275
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者徐超, 洪學勤, 雷中興, 田先明, 龔仕順, 陳光勝, 孫戎, 劉良兵, 周輝, 王 忠 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司