專利名稱：高爐風口內襯的高溫耐磨材料及其與純銅基材的連結方式的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種高溫耐磨材料與純銅基材的連結方式，尤其涉及ー種高爐風口內襯的高溫耐磨材料及其與純銅基材的連結方式。
背景技術：
高爐風ロ是高爐煉鐵送風所必需的重要設備，風ロ通常安裝于爐腹與爐底之間的爐墻中，前端約有400 600mm伸入爐內其工作環境十分惡劣，風ロ前端回旋區理論燃燒溫度高達2450°C，風ロ內所送熱風溫度可達1300°C，而且其伸入爐內部分直接受到液態渣鐵的熱沖擊和掉落下的熱態物料的磨損，尤其是隨著高爐冶煉強度的不斷提高，噴煤等技術得到普遍應用，風ロ內壁又遭受到煤粉的沖刷侵蝕。因此，風ロ可說是高爐上損壞頻率最高 的元器件。高風ロ的頻繁損壞帶來的是嚴重的后果高爐風ロ成本較高，價格昂貴，頻繁更換風ロ，無疑增加了煉鐵設備的成本；休風停爐造成了生產的耽誤以及爐渣的浪費，増加了原材料的費用；頻繁的休風，還導致不穩定的生產條件，難以保證生鐵的質量。為了保證良好的煉鐵生產條件，延長高爐風ロ使用壽命是必須要解決的。現在在風ロ內襯增加高溫耐磨材料是ー種比較流行的辦法。而這些耐磨材料與風ロ純銅基材之間的連結一般是采取堆焊、熱噴涂，激光噴焊等方式。考慮到高爐風ロ的實際工作環境，耐磨涂層的實際應用效果不理想，其主要原因是エ藝條件的限制和耐磨材料同純銅之間巨大的熱物理性質的差異。(I)エ藝方面堆焊、熱噴涂、激光噴焊耐磨層有其優勢，也有著不可避免的缺陷。首先，在風ロ內表面覆蓋耐磨層，耐磨層與金屬基體之間通過宏觀界面結合，其結合力是機械結合力，因而結合力不強，致使陶瓷涂層容易剝離脫落；其次是這些特殊的連接方式將不可避免地在涂層中產生殘余應力，而殘余應カ是耐磨材料脆性剝落的直接誘因。(2)材料方面異種材料間的物理性能差異將會引起它們在連接和使用中潛在的危害。由于純銅與耐磨材料的成分、結構、力學性能尤其是熱物理性質之間存在著巨大的差異，所以后果更為嚴重。首先，熱膨脹系數的巨大差別，致使耐磨層內形成很大的殘余熱應カ；在風ロ高溫復雜的工作條件下，涂層與基體的宏觀界面上產生極大的熱應力，這熱應力不僅削弱了涂層與基體之間的結合力，同時也使耐磨層發生脆性破壞；由于耐磨層的導熱系數較小，而風ロ的紫銅材料導熱系數較大，在風ロ較強的水冷條件下，耐磨層的溫降率較高，耐磨層中的溫差熱應カ較大。高爐風ロ所處的高溫環境十分復雜，而且處于ー種動態變化中，形成了一種急冷急熱的動態多相變化溫度場。在這種情況下，耐磨層和純銅基體材料之間熱性能的失配，將會引起循環熱應カ的產生，最終在循環應力的作用下，陶瓷涂層疲勞失效，從而剝落，導致噴涂熱障層的高爐風ロ失效。因此，從材料和エ藝上降低耐磨層和純銅基材料之間的熱性能差異是實高爐風ロ耐磨層實用性的關鍵。風ロ不僅受熱沖擊的作用，還受到高溫固體物料的機械摩擦。早期純銅風ロ的制造技術來自德國，純銅的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損比較差，后來為了解決上面提到的問題，使用了各種表面強化技術，雖然有一定的改進，但效果甚微，因為這些表面強化技術所使用的材料與純銅之間始終存在ー個熱應變的差異，導致高溫下表面強化材料的失效。由此可見，提高耐磨層與基體結合強度是目前高爐風ロ迫切需要解決的問題。

發明內容
本發明的目的在于提供ー種高爐風口內襯的高溫耐磨材料及其與純銅基材的連結方式，從而避免在風ロ使用中易發生耐磨層龜裂和剝落，以提高高爐風ロ套的耐磨性能和使用壽命。為此，本發明就是把耐磨層與風ロ純銅基材的連結簡化為銅與純銅的連結。這就要求先把耐磨材料與純銅無內應カ和熱應カ連結起來。本發明通過以下機理實現
(I)先將把納米級耐磨材料與高純銅粉按不同比例均勻混合后，置入能提供高溫、高壓的設備中，通過高溫、高壓，及高溫、高壓下的時效作用，使金屬塑性變形、熔化和擴散，制備出耐磨材料與純銅結合起來形成的功能梯度復合材料，從而實現耐磨材料與純銅的連結。由于制作過程中采用的是納米材料，同時經過高溫、高壓的處理，使耐磨材料與純銅之間的連結的內應カ和熱應カ幾近似乎零。 (2)將上述制成的耐磨材料片通過鋳造的方法鑲嵌純銅基體中，使其熔合為一體，從而實現耐磨層與風ロ純銅基體之間的連接簡化為純銅與純銅的連結。本發明的連接方法主要包括以下步驟
(1)將納米鎢銅高溫耐磨材料的粉末根據不同比例與純銅粉進行混合，混合重量比例為O 100%，在模具底部先鋪ー層O. 5mm厚的納米鎢銅高溫耐磨材料，然后鋪混合不同重量比例10 90%純銅粉的粉末，銅含量逐漸增加，到表面為約O. 5mm厚的純銅粉，材料總厚度約為2. 5mm ；
(2)將其置熱壓爐中在90(Tl00(TC、壓カ為25(Γ300ΚΝ條件下燒結20(T260min，通過
在高溫、高壓，及高溫、高壓下的時效作用使耐磨材料與純銅結合起來形成功能梯度復合材料，從工作表面的純耐磨材料逐漸過渡到另一面的純銅材料。(3)將這種材料制備成風ロ的內襯，然后在鑄造過程中直接嵌鑄在風ロ套內圈表面，使耐磨材料與風ロ純銅基體之間實現冶金的結合。本發明在高溫耐磨材料與純銅基體之間實現冶金結合，結合強度高，避免了在風ロ使用中出現由于受到熱沖擊發生耐磨層龜裂和剝落的現象，從而可以大大提高高爐風ロ套的耐磨性能和使用壽命。


圖I是材料的燒結エ藝，圖中曲線一條表示燒結溫度隨時間的變化，另一條為燒結壓カ隨時間的變化。
具體實施例方式將納米鎢銅耐磨材料的粉末根據不同比例與純銅粉進行球磨混合2_4h，首先在制備好的石墨模具底部先鋪ー層約O. 5_厚的純納米鎢銅耐磨材料，然后再鋪混合不同比例純銅粉的粉末，銅含量逐漸增加，厚度約為I. 5mm,到表面再鋪ー層約O. 5mm厚的純銅粉。將裝好粉末的模具置熱壓爐中進行燒結，燒結エ藝如圖I所示。將燒結耐磨材料與純銅結合起來形成功能梯度復合材料的純銅表面進行清洗干凈，將風ロ的鑄造過程中放置在鋳型中，在鑄造過程中直接嵌鑄在風ロ套內圈表面，使耐磨材料與風ロ純銅基體之間實現冶金 的結合。
權利要求
1.ー種高爐風口內襯的高溫耐磨材料，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)將納米鎢銅高溫耐磨材料的粉末根據不同比例與純銅粉進行混合，混合重量比例為O 100%，在模具底部先鋪ー層0. 5mm厚的納米鎢銅高溫耐磨材料，然后鋪混合不同重量比例10 90%純銅粉的粉末，銅含量逐漸增加，到表面為約0. 5mm厚的純銅粉，材料總厚度約為2. 5mm ； (2)將其置熱壓爐中在90(Tl00(TC、壓カ為25(T300KN條件下燒結20(T260min，通過在高溫、高壓，及高溫、高壓下的時效作用使耐磨材料與純銅結合起來形成功能梯度復合材料，從工作表面的純耐磨材料逐漸過渡到另一面的純銅材料。
2.ー種高爐風ロ內襯的高溫耐磨材料與純銅基材的連結方法，其特征是將制備得到的材料制備成風ロ的內襯，然后在鑄造過程中直接嵌鑄在風ロ套內圈表面，使耐磨材料與風ロ純銅基體之間實現冶金的結合。
全文摘要
本發明涉及一種高爐風口內襯的高溫耐磨材料與純銅基材的連結方式，它是通過鑄冶焊的方法在高溫、高壓，及高溫、高壓下的時效作用使納米級的耐磨材料與純銅結合起來形成功能梯度復合材料，從工作表面的純耐磨材料逐漸過渡到另一面的純銅材料，將這種材料制備成風口的內襯，然后在鑄造過程中嵌鑄在風口套內圈表面，使耐磨材料與風口純銅基體之間實現冶金的結合。從而從根本上解決了風口套耐磨層與基體結合強度不高，容易在熱應變作用下使材料失效的問題。從而使風口的使用壽命得到大幅度的提高。
文檔編號C21B7/16GK102851423SQ20121033476
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者楊宏, 龍文元, 范寶柱, 江榮生 申請人:江西重科機械有限公司