本發(fā)明涉及澳斯麥特熔煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型澳斯麥特爐噴槍頭及其制作工藝。
背景技術(shù)：
澳斯麥特熔煉工藝以原料適應(yīng)性強、操作簡單、生產(chǎn)效率高、環(huán)保設(shè)施齊全等特點在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。大冶有色澳斯麥特爐是目前世界上最大的銅冶煉澳斯麥特熔煉爐。噴槍是澳斯麥特爐重要的附屬設(shè)備之一，也是澳斯麥特爐的關(guān)鍵技術(shù)，風(fēng)、氧、粉煤通過噴槍鼓吹進入熔池，在噴槍口混氣室混合劇烈反應(yīng)，提供熱量并不斷攪動熔池，加速物質(zhì)與熱量的傳遞。
由于噴槍頭長時間地浸沒在高溫熔體里面，受高溫與高溫熔體的作用，極易燒損。噴槍頭燒損后需要停爐提槍更換新槍頭，新槍頭開始使用至需要更換的時間為噴槍的使用壽命。通常噴槍頭采用的是316l不銹鋼和310s不銹鋼等不銹鋼材質(zhì)，噴槍使用壽命短導(dǎo)致噴槍頭焊接成本高、冶化生產(chǎn)不連續(xù)、澳爐爐溫波動頻繁爐壽減短、系統(tǒng)生產(chǎn)時間少等，從而使生產(chǎn)成本增加、生產(chǎn)效率低。因此,研發(fā)一種新型澳斯麥特爐噴槍頭及其制作工藝是本技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是要解決目前的澳斯麥特爐噴槍頭使用壽命短，導(dǎo)致噴槍頭焊接成本高、生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高等問題，提供一種新型澳斯麥特爐噴槍頭及其制作工藝。
本發(fā)明的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭，所述槍頭由310s或316l不銹鋼基體材料制作而成，所述槍頭上依次噴涂有過渡層合金粉末和保護膜，所述過渡層合金粉末含有鉻20-30%和鎳70-80%，所述合金粉末的粒徑小于325目，所述保護膜包括以下成分：氧化鋯62-68%，鎳鉻合金粉24-32%，氧化鋁1.40-1.60%，氧化釔4.0-6.0%，鎢、鉬、鈦共計0.4-0.6%，其中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%，所述氧化鋯、氧化鋁和氧化釔的粒徑為0.10-0.35μm，鎳鉻合金粉和鎢、鉬、鈦的粒徑為0.25-0.80μm。
本發(fā)明的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭的制作工藝，包括以下步驟：
（1）預(yù)處理：將基體材料表面清理干凈，脫除表面的油脂，先采用機械打磨減少基體材料的表面應(yīng)力，再使用噴砂對基體材料進行表面粗化以增大基體材料的粘附力；
（2）過渡層噴涂：采用與基體材料性能接近、與保護膜材料性能兼容的鉻鎳合金粉末作為基體材料與保護膜的過渡層，以確保基體材料與保護膜之間良好的附著力，采用等離子噴涂工藝噴鍍鉻鎳合金，噴涂過程中控制基體材料的溫度為175.5-7-182.5℃，以基體材料作為陰極，以過渡層合金發(fā)生源作為陽極，通過高純氬氣作為工作氣體起弧，直流電弧起弧功率為28-33kw，將導(dǎo)入的工作氣體和過渡層合金粉末加熱電離成高溫離子束，控制等離子體燃心溫度為15000-20000℃，均勻地擴散噴射到基體材料上，經(jīng)自然冷卻沉積后固化成膜，過渡層的厚度為40-60μm；
（3）保護層鍍膜：采用等離子噴涂工藝噴涂鍍保護膜，以基體材料作為陰極，以保護膜原料發(fā)生源作為陽極，噴涂過程中的等離子工藝參數(shù)同步驟（2），所述保護膜的厚度為200-400μm，熔點≥2350℃，抗彎強度≥950mpa，楊氏模量為210-240gpa，hv硬度為10.5-13.5gpa，破壞韌性＞6.6mpa·m1/2，熱膨脹系數(shù)為10.6×10-6-17.7×10-6/℃，導(dǎo)熱系數(shù)為1.5-5.0w/(mk)。
本發(fā)明具有以下幾個有益效果：
（1）本發(fā)明延長了噴槍的使用壽命，采用本發(fā)明的新型澳斯麥特爐噴槍頭，可以在高溫酸性腐蝕環(huán)境下使用，噴槍的平均使用壽命為137小時，比采用310s不銹鋼或316l不銹鋼材質(zhì)作為噴槍頭噴槍使用壽命提高了70小時，提高了104%。從而降低了噴槍頭焊接成本，提高了生產(chǎn)效率，使冶化生產(chǎn)連續(xù)，避免了澳爐爐溫波動頻繁爐壽減短、系統(tǒng)生產(chǎn)時間少等問題的產(chǎn)生。
（2）噴涂鍍膜成型的噴槍槍頭具備焊接簡單可靠，可直接與原有鋼結(jié)構(gòu)焊接成型等優(yōu)點，用于富氧頂吹熔煉、吹煉工藝，對推廣至其他有色冶煉行業(yè)具有重要的意義。
（3）本發(fā)明的保護膜采用陶瓷合金材質(zhì)，具有抗氧化性、耐硫腐蝕、高韌性、高抗彎強度和高耐磨性、優(yōu)異的隔熱性能，熱膨脹系數(shù)接近于鋼，陶瓷合金材質(zhì)具備較強的新潁性，一般而言陶瓷噴涂與合金噴涂混合使用少見，在噴涂過程中控制混合保護膜材料不發(fā)生偏析現(xiàn)象是本發(fā)明制作工藝控制的關(guān)鍵點。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的局部剖視圖；
其中：1-基體材料，2-外壁保護膜，3-端面保護膜，4-內(nèi)壁保護膜。
具體實施方式
實施例1
參見圖1，本實施例的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭，所述槍頭由310s不銹鋼基體材料1制作而成，所述槍頭上依次噴涂有過渡層合金粉末和保護膜，所述過渡層合金粉末含有鉻25%和鎳75%，所述合金粉末的粒徑為200目，所述保護膜包括以下成分：氧化鋯65%，鎳鉻合金粉28%，氧化鋁1.50%，氧化釔5.0%，鎢、鉬、鈦共計0.5%，所述氧化鋯、氧化鋁和氧化釔的粒徑為0.10-0.35μm，鎳鉻合金粉和鎢、鉬、鈦的粒徑為0.25-0.80μm。
本實施例的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭的制作工藝，包括以下步驟：
（1）預(yù)處理：將基體材料1表面清理干凈，脫除表面的油脂，先采用機械打磨減少基體材料1的表面應(yīng)力，再使用噴砂對基體材料1進行表面粗化以增大基體材料1的粘附力；
（2）過渡層噴涂：采用與基體材料1性能接近、與保護膜材料性能兼容的鉻鎳合金粉末作為基體材料1與保護膜的過渡層，以確保基體材料1與保護膜之間良好的附著力，采用等離子噴涂工藝噴鍍鉻鎳合金，噴涂過程中控制基體材料1的溫度為180℃，以基體材料1作為陰極，以過渡層合金發(fā)生源作為陽極，通過高純氬氣作為工作氣體起弧，直流電弧起弧功率為30kw，將導(dǎo)入的工作氣體和過渡層合金粉末加熱電離成高溫離子束，控制等離子體燃心溫度為18000℃，均勻地擴散噴射到基體材料1上，經(jīng)自然冷卻沉積后固化成膜，過渡層的厚度為50μm；
（3）保護層鍍膜：采用等離子噴涂工藝噴涂鍍保護膜，以基體材料1作為陰極，以保護膜原料發(fā)生源作為陽極，噴涂過程中的等離子工藝參數(shù)同步驟（2），所述保護膜的厚度為300μm，熔點≥2350℃，抗彎強度≥950mpa，楊氏模量為230gpa，hv硬度為12.3gpa，破壞韌性＞6.6mpa·m1/2，熱膨脹系數(shù)為10.6×10-6-17.7×10-6/℃，導(dǎo)熱系數(shù)為3.8w/(mk)。
本實施例中外壁保護膜2的鍍膜高度為900mm，端面保護膜3的厚度為0.3mm，內(nèi)壁保護膜4的鍍膜高度為400mm，將本實施例制作的四支澳斯麥特爐噴槍頭用于大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠中，四支噴槍的使用壽命分別為138小時、139小時、122小時、149小時，平均使用壽命為137小時，比采用310s或316l不銹鋼材質(zhì)作為噴槍頭噴槍使用壽命提高了70小時，平均壽命提高了104%。
實施例2
參見圖1，本實施例的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭，所述槍頭由316l不銹鋼基體材料1制作而成，所述槍頭上依次噴涂有過渡層合金粉末和保護膜，所述過渡層合金粉末含有鉻20%和鎳80%，所述合金粉末的粒徑為250目，所述保護膜包括以下成分：氧化鋯62%，鎳鉻合金粉32%，氧化鋁1.40%，氧化釔4.0%，鎢、鉬、鈦共計0.6%，所述氧化鋯、氧化鋁和氧化釔的粒徑為0.10-0.35μm，鎳鉻合金粉和鎢、鉬、鈦的粒徑為0.25-0.80μm。
本實施例的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭的制作工藝，包括以下步驟：
（1）預(yù)處理：將基體材料1表面清理干凈，脫除表面的油脂，先采用機械打磨減少基體材料1的表面應(yīng)力，再使用噴砂對基體材料1進行表面粗化以增大基體材料1的粘附力；
（2）過渡層噴涂：采用與基體材料1性能接近、與保護膜材料性能兼容的鉻鎳合金粉末作為基體材料1與保護膜的過渡層，以確保基體材料1與保護膜之間良好的附著力，采用等離子噴涂工藝噴鍍鉻鎳合金，噴涂過程中控制基體材料的溫度為175.5℃，以基體材料1作為陰極，以過渡層合金發(fā)生源作為陽極，通過高純氬氣作為工作氣體起弧，直流電弧起弧功率為28kw，將導(dǎo)入的工作氣體和過渡層合金粉末加熱電離成高溫離子束，控制等離子體燃心溫度為15000℃，均勻地擴散噴射到基體材料1上，經(jīng)自然冷卻沉積后固化成膜，過渡層的厚度為40μm；
（3）保護層鍍膜：采用等離子噴涂工藝噴涂鍍保護膜，以基體材料1作為陰極，以保護膜原料發(fā)生源作為陽極，噴涂過程中的等離子工藝參數(shù)同步驟（2），所述保護膜的厚度為200μm，熔點≥2350℃，抗彎強度≥950mpa，楊氏模量為210gpa，hv硬度為10.5gpa，破壞韌性＞6.6mpa·m1/2，熱膨脹系數(shù)為10.6×10-6-17.7×10-6/℃，導(dǎo)熱系數(shù)為1.5w/(mk)。
實施例3
參見圖1，本實施例的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭，所述槍頭由310s不銹鋼基體材料制作而成，所述槍頭上依次噴涂有過渡層合金粉末和保護膜，所述過渡層合金含有鉻30%和鎳70%，所述合金粉末的粒徑為300目，所述保護膜包括以下成分：氧化鋯68%，鎳鉻合金粉24%，氧化鋁1.60%，氧化釔6.0%，鎢、鉬、鈦共計0.4%，所述氧化鋯、氧化鋁和氧化釔的粒徑為0.10-0.35μm，鎳鉻合金粉和鎢、鉬、鈦的粒徑為0.25-0.80μm。
本實施例的一種新型澳斯麥特爐噴槍頭的制作工藝，包括以下步驟：
（1）預(yù)處理：將基體材料1表面清理干凈，脫除表面的油脂，先采用機械打磨減少基體材料1的表面應(yīng)力，再使用噴砂對基體材料1進行表面粗化以增大基體材料1的粘附力；
（2）過渡層噴涂：采用與基體材料1性能接近、與保護膜材料性能兼容的鉻鎳合金粉末作為基體材料1與保護膜的過渡層，以確保基體材料1與保護膜之間良好的附著力，采用等離子噴涂工藝噴鍍鉻鎳合金，噴涂過程中控制基體材料1的溫度為182.5℃，以基體材料1作為陰極，以過渡層合金發(fā)生源作為陽極，通過高純氬氣作為工作氣體起弧，直流電弧起弧功率為33kw，將導(dǎo)入的工作氣體和過渡層合金粉末加熱電離成高溫離子束，控制等離子體燃心溫度為20000℃，均勻地擴散噴射到基體材料1上，經(jīng)自然冷卻沉積后固化成膜，過渡層的厚度為60μm；
（3）保護層鍍膜：采用等離子噴涂工藝噴涂鍍保護膜，以基體材料1作為陰極，以保護膜原料發(fā)生源作為陽極，噴涂過程中的等離子工藝參數(shù)同步驟（2），所述保護膜的厚度為400μm，熔點≥2350℃，抗彎強度≥950mpa，楊氏模量為240gpa，hv硬度為13.5gpa，破壞韌性＞6.6mpa·m1/2，熱膨脹系數(shù)為10.6×10-6-17.7×10-6/℃，導(dǎo)熱系數(shù)為5.0w/(mk)。