CN108136416B - 耐磨耗性优秀的高温高压用原料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开可适用于炭黑制备装置等高温高压环境的原料喷嘴。本发明实施例的高温高压用原料喷嘴的特征在于，包括：喷嘴本体，形成有原料供给区域和在上述原料供给区域朝向前方延伸且直径小于上述原料供给区域的直径的原料喷射区域；陶瓷头，外周面粘结于上述喷嘴本体的上述原料喷射区域的后端部；以及陶瓷粘结层，配置于上述陶瓷头与上述喷嘴本体之间，使上述喷嘴本体与上述陶瓷头相结合来形成内径部，且使上述内径部的长度中的一半以上由上述陶瓷头构成。

Description

耐磨耗性优秀的高温高压用原料喷嘴

技术领域

本发明涉及设置于炭黑制备装置等高温高压用装置的原料喷嘴，更详细地，涉及耐磨耗性优秀的高温高压用原料喷嘴。

背景技术

炭黑(carbon black)由软沥青制备，作为原料的软沥青通过原料喷嘴向反应腔室内注入。

在配置于反应腔室的前端的原料喷嘴中，大致6～10个左右的喷嘴形成为一体。

通常，原料喷嘴由金属材质形成。

另一方面，用于制备炭黑的反应腔室内部的温度为2000℃以上的高温，原料喷射压力为20bar以上的高压。并且，在用作制备原料的物质中含有可能引起磨损的多个微粒。

在这种高温及高压环境下，金属材质的原料喷嘴在因热量而引起的变形、因化学物质而引起的腐蚀、硬度的局限性等方面存在限制。由于这种影响，容易发生喷嘴内径部内部的变形或磨损。

发生磨损的喷嘴因内径部扩大而造成喷射量的增加，由于需要维持恒定的喷射压力下降，从而难以以所需条件进行工序，由此，可能引起生产收率下降等多种损失。

并且，在此情况下，需更换喷嘴，在为了更换喷嘴而中断工序的情况下，发生用于更换喷嘴的时间损失及人力损失，产品的生产性也以相应程度下降。

为此，曾试图用具有耐腐蚀性、耐磨耗性的陶瓷材质代替原料喷嘴的材质。但是，在整体原料喷嘴由陶瓷材质形成的情况下，成本大大上升。并且，相对于金属材质，陶瓷材质难以进行形状加工，因而难以适用于复杂形状的喷嘴。

并且，还具有仅在喷嘴的喷头部分适用耐磨耗陶瓷的例。在此情况下，不利用额外的缓冲剂将陶瓷头固定于喷嘴本体或利用金属固定。但是，即使仅在喷嘴的喷头部分适用耐磨耗陶瓷，也由于喷嘴本体与喷头的材质差异及由此引起的热膨胀系数的差异，在施加热量的情况下，可能发生游隙或破损。

与本发明相关的背景技术有韩国公开专利公报第10-2002-0033096号(2002年05月04日公开)，上述文献公开了炭黑的制备装置及其制备方法、炉内燃烧装置及炉内燃烧方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明的一目的在于，提供如下的原料喷嘴，即，在高温及高压用原料喷嘴中，以作为高硬度物质的陶瓷材质代替容易发生喷嘴的磨损的特定部位，从而可提高耐化学性和耐磨耗性并且防止陶瓷头的脱离及破损。

本发明的另一目的在于，提供具有上述原料喷嘴的炭黑制备装置。

技术方案

用于实现上述一目的的本发明实施例的高温高压用原料喷嘴的特征在于，包括：喷嘴本体，形成有原料供给区域和在上述原料供给区域朝向前方延伸且直径小于上述原料供给区域的直径的原料喷射区域；陶瓷头，外周面粘结于上述喷嘴本体的上述原料喷射区域的后端部；以及陶瓷粘结层，配置于上述陶瓷头与上述喷嘴本体之间，使上述喷嘴本体与上述陶瓷头相结合来形成内径部，且使上述内径部的长度中的一半以上由上述陶瓷头构成。

如上所述，本发明的原料供给喷嘴的内径部的一部分由陶瓷头所定义，从而在高温高压的环境下也能抑制磨损。

尤其，在本发明中，内径部的长度中的一半以上由陶瓷头构成。本发明在作为容易发生磨损的部分的内径部插入陶瓷头来用于防止变形，若所要由此获得充分的效果，则优选地，陶瓷头占内径部的长度方向的一半以上。

并且，在本发明的原料供给喷嘴中，陶瓷头通过陶瓷粘结剂粘结于喷嘴本体，还可通过喷嘴本体与陶瓷头的热膨胀系数之差来防止游隙或破损等现象。更优选地，上述陶瓷粘结层的热膨胀系数在上述喷嘴本体的热膨胀系数与上述陶瓷头的热膨胀系数之间。

此时，优选地，上述喷嘴本体由金属材质形成。

在整体原料喷嘴为陶瓷的情况下，不仅费用增加，而且因喷嘴的韧性不足而存在对冲击脆弱的问题，在本发明中，整体上在金属喷嘴本体仅适用陶瓷头，从而具有耐磨耗性，并且喷嘴的整体韧性优秀，因而可充分承受热冲击等。

并且，在上述原料喷射区域的前端部可存在由上述喷嘴本体延伸而成的挡止部。

由于在原料喷射区域的前端部存在由喷嘴本体延伸而成的挡止部，因此，可防止陶瓷头朝向前方脱离的现象，并且可进一步扩大陶瓷头与喷嘴本体的接触面积，从而可提高附着性。

并且，上述挡止部可具有朝向前方扩管的锥形面，这种形状执行对喷嘴进行扩管的功能。

并且，上述陶瓷头可在后方部分具有越接近前方则直径越变小的锥形部。

由此，可在陶瓷头的后方部使原料的流动变得顺畅，所供给的原料以倾斜的方式与陶瓷片的后方部相接触，从而可减少陶瓷头后方部的磨损。

并且，在上述喷嘴本体中，形成上述原料喷射区域的部分可呈越接近前方则直径越变小的形态，在上述陶瓷头中，外周面可呈越接近前方则直径越变小的形态。可通过这种结构来进一步扩大接触面积，从而可提高陶瓷头的粘结力。

并且，优选地，上述陶瓷粘结层的热膨胀系数在上述喷嘴本体的热膨胀系数与上述陶瓷头的热膨胀系数之间。由此，可抑制因喷嘴本体与陶瓷头的热膨胀系数之差而发生的游隙。

并且，可在上述原料供给区域配置有叶片(vane)。这种叶片配置于作为相对宽空间的原料供给区域，可通过配置叶片来使原料的流动变得顺畅并维持恒定。

用于实现上述一目的的本发明实施例的高温高压用原料喷嘴的特征在于，包括：喷嘴本体，形成有原料供给区域和在上述原料供给区域朝向前方延伸且直径小于上述原料供给区域的直径的原料喷射区域；陶瓷头，外周面的直径越接近前方则越变小，内周面构成上述原料喷射区域的内部的内径部；以及陶瓷粘结层，配置于上述陶瓷头与上述喷嘴本体之间。

根据这种结构，无需额外的挡止结构也可防止陶瓷头朝向前方脱离，并且可扩大接触面积，从而可提高陶瓷头的粘结力。

用于实现上述另一目的的本发明实施例的炭黑制备装置的特征在于，包括：原料喷嘴，以20bar以上的喷射压力喷射烃类原料；以及反应器，在2000℃以上的温度下对被喷射的烃类原料进行热分解来制备炭黑，上述原料喷嘴包括：喷嘴本体，形成有原料供给区域和在上述原料供给区域朝向前方延伸且直径小于上述原料供给区域的直径的原料喷射区域；陶瓷头，外周面粘结于形成上述喷嘴本体的原料喷射区域的部分，且内周面定义上述原料喷射区域内部的内径部；以及陶瓷粘结层，配置于上述陶瓷头与上述喷嘴本体之间。

此时，陶瓷头能够以外径部越接近前方则越变窄的方式形成为多级，这种形状起到防止陶瓷头朝向前方脱离的作用。

炭黑制备装置需要2000℃以上的反应温度和20bar以上的原料喷射压力，因而适合使用本发明的高温高压用原料喷嘴。

有益效果

根据本发明的耐磨耗性优秀的高温及高压用原料喷嘴，仅在发生较多磨损的喷嘴的内径部利用粘结剂附着陶瓷头，从而可提高喷嘴的内径部的耐化学性和耐磨耗性。

并且，利用陶瓷粘结剂在喷嘴内径部附着陶瓷头，从而减少因热膨胀系数差异而引起的游隙和破损等的损失，由此可提高耐久性。

因此，本发明的具有陶瓷头的原料喷嘴适合用于炭黑制备装置等适用2000℃以上的高温和20bar以上的高压的环境。

附图说明

图1为示出本发明第一实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图2为示出本发明第二实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图3为示出本发明第三实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图4为示出本发明第四实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图5为示出本发明第五实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图6为示出本发明第六实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图7为示出本发明第七实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

附图标记的说明：

110：喷嘴本体 112：原料供给区域

114：原料喷射区域 120：陶瓷头

125：锥形部 130：陶瓷粘结层

140：挡止部 145：锥形面

具体实施方式

可参照附图和详细说明的实施例来明确理解本发明的优点、特征以及实现它们的方法。但是，本发明并不局限于以下所公开的实施例，而可通过互不相同的多种方式实现，本实施例仅使本发明的公开变得完整，为了使本发明所属技术领域的普通技术人员更完整地理解发明的范畴而提供，本发明仅通过发明要求保护范围的范畴来定义。在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的结构要素。

以下，参照附图对本发明的耐磨耗性优秀的高温高压用原料喷嘴进行详细说明。

图1为示出本发明第一实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

本发明的高温高压用原料喷嘴为用于朝向前方(图1的上部方向)喷射原料的原料喷嘴。虽在图1中示出一个喷嘴，但是，也可利用由多个喷嘴相互连接的形态、具有多个喷嘴的一体形形态等。

参照图1，所示的原料喷嘴包括喷嘴本体110、陶瓷头120及陶瓷粘结层130。

喷嘴本体110形成后方的原料供给区域112和由此朝向前方连接的原料喷射区域114。此时，原料喷射区域114相当于内径部小于原料供给区域112的空间，即，相对小的空间。

在喷嘴本体110中，形成有原料供给区域112和原料喷射区域114的多个部分可形成为一体。并且，在喷嘴本体110中，形成有原料供给区域112的部分和形成原料喷射区域114的部分可呈相互连接的结构。

虽未在附图中示出，但可在原料供给区域112配置有叶片。这种叶片配置于作为相对宽的空间的原料供给区域，通过配置叶片可使原料的流动变得顺畅并维持恒定。并且，可根据叶片的形态调节喷射形态。除这种叶片之外，可在原料供给区域112配置多种部件。

在陶瓷头120中，外周面粘结于形成喷嘴本体110的原料喷射区域114的部分，内周面构成原料喷射区域内部的内径部。

这种陶瓷头120可由氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮化钛(TiN)、氮化铬(CrN)、二氧化锆(ZrO₂)、氮化铝(AlN)等高温下的耐磨耗性优秀的陶瓷形成。

这种陶瓷头120适用于原料喷嘴的内径部，从而在高温高压的环境下也可确保耐磨耗性及耐化学性。

另一方面，在本发明中，不是整体原料供给喷嘴由陶瓷材质形成，而是仅在内径部配置陶瓷头。由此，原料喷嘴整体上具有与由陶瓷材质形成的情况等同水平的耐磨耗特性，并防止韧性的下降，从而可确保耐冲击性等。

陶瓷粘结层130配置于陶瓷头120与喷嘴本体110之间，由陶瓷粘结剂形成。

并且，为了抑制因喷嘴本体110与陶瓷头120的热膨胀系数之差而引起的游隙的发生，优选地，利用热膨胀系数在喷嘴本体110的热膨胀系数与陶瓷头120的热膨胀系数之间的陶瓷粘结层130。作为可利用的陶瓷粘结剂，可适用含有ZrO₂、TiAlN、CrAlN、Al₂O₃等陶瓷成分和粘结剂的陶瓷粘结剂。

在本发明的原料供给喷嘴中，陶瓷头120借助陶瓷粘结层130粘结于喷嘴本体110，从而相对于喷嘴本体110和陶瓷头120在机械方面及物理方面被限制的情况，可降低或防止游隙或破损等现象。

另一方面，优选地，喷嘴本体110由金属材质形成。

作为喷嘴本体110的材质，可利用SUS420J2等不锈钢、铬类耐热合金或镍类耐热合金等。

除陶瓷头120之外的喷嘴本体110由金属材质形成，从而可使整体喷嘴确保优秀的韧性，进而可承受热冲击。

如图1所示的例，陶瓷头120的内周面可呈前方部和后方部的直径恒定的形态。

在本发明中，喷嘴本体110与陶瓷头120相结合来形成原料喷射区域114的内径部，优选地，内径部的长度中的一半以上由陶瓷头120构成。即，本发明在作为容易发生磨损的部分的内径部插入陶瓷头120来用于防止变形，因此，若所要由此获得充分的效果，则优选地，陶瓷头120占内径部的长度方向的一半以上。

另一方面，如图1所示的例，在原料喷射区域114的前端部，即，在陶瓷头120的前方可形成有由喷嘴本体110延伸而成的挡止部140。

在陶瓷头120的前方形成有挡止部140，从而可防止陶瓷头120从前方脱离。

并且，由于挡止部140的存在，可进一步扩大陶瓷头120与喷嘴本体110的接触面积，从而可提高附着性。

如图1所示的例，这种挡止部140可呈单级台肩的形态。此外，挡止部140也可呈阶梯式的多级台肩形态。

图2为示出本发明第二实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图2所示的高温高压用原料喷嘴在如下方面具有与图1所示的高温高压用原料喷嘴类似的结构，即，包括喷嘴本体110、陶瓷头120及陶瓷粘结层130，喷嘴本体110与陶瓷头120相结合来形成内径部，且内径部的长度中的一半以上由陶瓷头120构成，在原料喷射区域的前端部可形成有挡止部140。

但是，图2所示的高温高压用原料喷嘴的陶瓷头的形状与图1所示的形状不同。

在图2所示的例中，可在陶瓷头120的后方部分形成有越接近前方则直径越变小的锥形部125。

可通过这种陶瓷头120后方部分的锥形部125使原料在陶瓷头的后方部中的流动变得顺畅，被供给的原料以倾斜的方式与陶瓷头的后方部相接触，从而可减少陶瓷头后方部的磨损。

但是，如图2所示的例，在陶瓷头120中，除后方的锥形部125之外的剩余部分的直径可以恒定。

图3为示出本发明第三实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图3所示的高温高压用原料喷嘴在如下方面具有与图1所示的高温高压用原料喷嘴类似的结构，即，包括喷嘴本体110、陶瓷头120及陶瓷粘结层130，喷嘴本体110与陶瓷头120相结合来形成内径部，且内径部的长度中的一半以上由陶瓷头120构成，而且，在原料喷射区域的前端部可形成有挡止部140。

但是，在图3所示的高温高压用原料喷嘴中，形成原料喷射区域114的喷嘴本体110的部分呈越接近前方则直径越变小的形态，与这种喷嘴本体110的形状相对应地，陶瓷头120也呈外周面越接近前方则直径越变小的形态。

可借助这种结构进一步提高防止陶瓷头脱离的效果，并且，可扩大喷嘴本体110与陶瓷头120的接触面积，从而可提高陶瓷头120的粘结力。

图4为示出本发明第四实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图4所示的高温高压用原料喷嘴在如下方面具有与图1所示的高温高压用原料喷嘴类似的结构，即，包括喷嘴本体110、陶瓷头120及陶瓷粘结层130，喷嘴本体110与陶瓷头120相结合来形成内径部，内径部的长度中的一半以上由陶瓷头120构成，而且，在原料喷射区域的前端部可形成有挡止部140。

但是，在图4所示的高温高压用原料喷嘴中，形成原料喷射区域114的喷嘴本体110的部分呈越接近前方则直径越变小的形态，陶瓷头120也与这种喷嘴本体110的形状相对应地呈外周面越接近前方则直径越变小的形态。并且，在图4所示的高温高压用原料喷嘴中，在陶瓷头120的后方部分形成有越接近前方则直径越变小的锥形部125。

通过这种图4所示的结构可容易地控制原料的流动，并且，可提高陶瓷头的防脱离性及附着性。

图5为示出本发明第五实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

在图5所示的高温高压用原料喷嘴中，形成原料喷射区域114的喷嘴本体110的部分呈越接近前方则直径越变小的形态，陶瓷头120也与这种喷嘴本体110的形状相对应地呈外周面越接近前方则直径越变小的形态。

通过这种结构无需额外的挡止结构也可防止陶瓷头朝向前方脱离的现象，相对于图1所示的结构，粘结面积也更宽，因而可获得更高的粘结力。

图6为示出本发明第六实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

如图2所示的例，在图6所示的高温高压用原料喷嘴中，在陶瓷头120的后方部分形成有越接近前方则直径越变小的锥形部125。

并且，如图5所示的例，在图6所示的高温高压用原料喷嘴中，形成原料喷射区域114的喷嘴本体110的部分呈越接近前方则直径越变小的形态，陶瓷头120也与这种喷嘴本体110的形状相对应地呈外周面越接近前方则直径越变小的形态。

通过这种图6所示的结构可容易地控制原料的流动，并且，无需额外的挡止部也可提高陶瓷头120从喷嘴本体110脱离的防脱离性能及附着性能。

图7为示出本发明第七实施例的高温高压用原料喷嘴的剖视图。

图7所示的高温高压用原料喷嘴的特征在于，陶瓷头120的外周面呈阶梯形态。

原料喷射方向的前方部121具有相对窄的直径，原料喷射方向的后方部122具有相对宽的直径，由此呈多级形状。在所示的实施例中，陶瓷头120的外径部呈2级，但是，还可呈3级或其3级以上。

陶瓷头120的外径部越接近后方则越变宽，换言之，以越接近原料喷射方向则越变窄的方式呈多级形状，从而可防止陶瓷头120朝向原料喷射方向脱离。

这种陶瓷头120因其形状本身而可防止喷嘴本体110朝向前方脱离，但是，为了更坚固地固定，能够以与上述实施例相同的方式通过陶瓷粘结层130附着于喷嘴本体110。

另一方面，支撑陶瓷头120的前端的挡止部140形成原料喷射的出口。

本实施例使挡止部140的内径部呈越接近原料喷射方向则越扩管的形状。换言之，可在挡止部140的内径部设置锥形面145。

此时，挡止部140的锥形面145成为最终喷射原料的出口部分，因此，挡止部140的锥形面145起到扩管喷嘴的作用。

如图1至图7所示的例，可适用多种形状的陶瓷头120。并且，形成喷嘴本体的原料喷射区域114的部分也可呈多种形态，与其相对应地，还可调节陶瓷头120的外周面。

另一方面，在与原料喷射区域相对应的喷嘴本体的内壁或陶瓷头的一侧面涂敷陶瓷粘结剂，之后，可通过1日左右的自然固化或数小时左右的加热固化来制备本发明的高温高压用原料喷嘴。

如上所述，在适用陶瓷头的本发明的高温高压用原料供给喷嘴中，不发生因内径部磨损而引起的喷射压力的下降及喷射量的增加等问题，因此，可增加1次工序时间，并且，当使用于生产工序时，可使产品的质量维持恒定，还可增加生产量。并且，不发生用于更换喷嘴的工序的中断，从而可增加生产性，并可减少用于更换的时间损失及人力损失。

因此，本发明的高温高压用原料供给喷嘴可有效适用于炭黑制备装置。

如众所周知，炭黑制备装置包括原料喷嘴及反应器。

在原料喷嘴中，软沥青等烃类原料以20bar以上的喷射压力喷射。

而且，在反应器中，在2000℃以上的温度下对经过喷射的烃类原料进行热分解来制备炭黑。

此时，如上所述，原料供给可形成为如下结构，即，包括：喷嘴本体，形成有原料供给区域和在上述原料供给区域朝向前方延伸且直径小于上述原料供给区域的直径的原料喷射区域；陶瓷头，外周面粘结于形成上述喷嘴本体的原料喷射区域的部分，内周面构成上述原料喷射区域内部的内径部；以及陶瓷粘结层，配置于上述陶瓷头与上述喷嘴本体之间。

炭黑制备装置需要2000℃的温度以上的反应温度和20bar以上的原料喷射压力，因而适合使用本发明的高温高压用原料喷嘴。

以上，以本发明的实施例为中心进行了说明，但本发明所属技术领域的普通技术人员可在其水平下进行多种变更或变形。在不脱离本发明所提供的技术思想范围的情况下，这种变更和变形可属于本发明。因此，本发明的权利范围应通过发明要求保护范围来判断。

Claims (4)

1.一种高温高压用原料喷嘴，其特征在于，

包括：

喷嘴本体，形成有原料供给区域和在上述原料供给区域朝向前方延伸且直径小于上述原料供给区域的直径的原料喷射区域；

陶瓷头，整个外周面粘结于上述喷嘴本体的上述原料喷射区域的后端部；以及

陶瓷粘结层，通过陶瓷粘结剂的固化而形成于上述陶瓷头与上述喷嘴本体之间，

通过上述陶瓷粘结层使上述喷嘴本体与上述陶瓷头相粘合来形成内径部，且使上述内径部的长度中的一半以上由上述陶瓷头构成，

其中，上述陶瓷头在后方部分的内周面具有越接近前方则直径越变小的锥形部；

上述喷嘴本体具有形成上述原料喷射区域的部分的内周面呈越接近前方则直径越变小的形态，上述陶瓷头具有外周面呈越接近前方则直径越变小的形态，

并且上述喷嘴本体的直径变化的上述内周面和上述陶瓷头的直径变化的外周面的截断面沿直线延伸。

2.根据权利要求1所述的高温高压用原料喷嘴，其特征在于，上述喷嘴本体由金属材质形成。

3.根据权利要求1所述的高温高压用原料喷嘴，其特征在于，上述陶瓷粘结层的热膨胀系数在上述喷嘴本体的热膨胀系数与上述陶瓷头的热膨胀系数之间。

4.根据权利要求1所述的高温高压用原料喷嘴，其特征在于，在上述原料供给区域配置有叶片。

Images