CN113798477A - 一种适用于熔融还原炉的铜基渣口套内芯的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于熔融还原炉的渣口套内芯的制作方法，包括以下工艺步骤：(将C粉和Ti粉按照1‑2：1‑2的比例混匀，并将二者混合物放入磨机中进一步磨细、二次混匀；采用粘结剂将二次混匀和磨细的C粉和Ti粉粘结在一起备用；将制备好的C粉和Ti粉粘物涂抹在停止预热后的熔融还原炉渣口套内芯的模具表面上，开始加热纯铜融化；将加热好的铜液在30S时间内浇筑至模具和C粉和Ti粉粘结层之间的空囊中；冷却。本申请得到的铜基渣口套内芯，其导热效果好，能够满足熔融还原冶炼过程中的复杂工作环境，耐磨性能大大增强，抗热变形性能增强。
Description
技术领域
本公开的实施例一般涉及钢铁冶金机械技术领域，属于金属复合材料制备技术领域，涉及一种铜基渣口内芯的制作方法，并且更具体地，一种适用于熔融还原炉的铜基渣口套内芯的制作方法。
背景技术
熔融还原法是不用高炉法生产液态铁水的一种方法，以非焦煤作为主要能源，直接使用铁矿粉等原料，在高温熔融状态下用碳把铁氧化物还原成金属铁的冶炼方法。熔融还原铁技术与高炉工艺相比，在资源适用性、污染物排放、节省工序、高附加值产品等方面具有显著优势，是低碳炼铁新技术发展的一个重要方向。但由于熔融还原炉渣口装置目前通常使用的渣口套内芯主要是钢质内芯，但其在实际使用过程中易烧损、易变形、耐高温性能差等寿命短的问题日益突出，直接或者间接的对相关生产企业造成了重大经济损失。
而纯铜具有良好的延展性能，导热性能以及优异的合金机械性能，此外，铜也是耐用的金属，可以多次回收而无损其机械性能，但纯铜熔点在100℃左右，耐高温性能差。而本发明正是结合目前所使用的钢质渣口套的现状以及纯铜的各种优势所设计的铜基渣口套内芯装置则可以适应熔融还原炉实际生产要求，可以有效解决目前存在的各种短板，有效提高使用寿命和降低生产成本，随着熔融炼铁项目的不断发展，渣口套内芯装置具有广阔的应用前景。
发明内容
为了解决上述技术问题，达到相应的技术效果，本发明提出一种适用于熔融还原炉的铜基渣口套内芯的制作方法。
本发明采用的基本构思如下：
一种适用于熔融还原炉的渣口套内芯的制作方法，包括以下工艺步骤：
(1)准备适量的的C粉、Ti粉、铜或铜合金；
(2)将C粉和Ti粉按照1-2：1-2的比例混匀，并将二者混合物放入磨机中进一步磨细、二次混匀；
(3)采用粘结剂将二次混匀和磨细的C粉和Ti粉粘结在一起备用；
(4)对熔融还原炉渣口套内芯的模具进行预热；
(5)将步骤(3)制备好的C粉和Ti粉粘物涂抹在停止预热后的熔融还原炉渣口套内芯的模具表面上；
(6)完成上述步骤(5)之后，将整个模具继续烘干；
(7)完成上一工序(6)后，开始加热铜或铜合金融化；
(8)开始浇筑，将加热好的铜液在20-75S时间内浇筑至模具和C粉和Ti粉粘结层之间的空囊中；
(9)热处理；
(10)待铸件冷却到50℃以下，对铸件表面进行抛光打磨处理，这样就在铜基表面形成了TiC合金层。
进一步地，步骤(9)中，热处理包括以下步骤：
(9-1)浇筑完大约3—10分钟后对铸件进行均匀化退火处理，退火温度范围为600—700℃，保温时长为1—1.5小时，冷却方式为空冷；
(9-2)完成上述(9-1)的操作后，在280—350℃的范围对铸件再进行一次去应力退火处理，保温时长2—2.5小时，冷却方式为空冷。
进一步地，步骤(2)中，其中混合粒度控制在30±5μm，出料混合粒度控制在20±5μm。
进一步地，步骤(3)中，粘结剂采用聚乙烯醇(PVA)，粘结剂的用量按照同混合料质量的1％-60％配比。
进一步地，步骤(4)中，预热温度控制在50℃预热20分钟，待模具温度到25℃时停止预热。
进一步地，步骤(5)中，其中小口端粘结物涂抹厚度达到12-14mm，大口端粘结物涂抹厚度为40-44mm；步骤(6)中，烘干温度在30℃左右。
进一步地，步骤(7)中，铜或铜合金加热至980℃-1200℃，铜或铜合金用量为C粉和Ti粉粘结物用量的7-20倍
进一步地，在铜基表面形成了TiC合金层，其中小口端合金层厚度为11mm、过渡层为2mm，大口端合金层厚度为36mm、过渡层为4—6mm。
进一步地，所述铜合金为铜粉以及适量的铝、硅、镍、锰和/或锡混合添加物，所述混合添加物的量为铜用量的0.2-15.0％。
进一步地，步骤(1)中的铜合金为青铜、黄铜或紫铜。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本申请得到的铜基渣口套内芯，其导热效果好，能够满足熔融还原冶炼过程中的复杂工作环境，耐磨性能大大增强，抗热变形性能增强。
本发明可适用于不同尺寸的熔融还原炉渣口套配套使用，也可以借鉴此思路用于其它类似的渣口套或者其它装置的制造，在缩短处理工艺、增强使用性能和使用寿命的的同时降低了设备的制造成本。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
图1是本发明的制作流程图之一。
图2是本发明的制作流程图之二。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于熔融还原炉铜基渣口套内芯制取的方法，该方法采用铸造以及自蔓延高温合成技术相结合的工艺方式，这样充分利用基体提供的必要的物理热进而诱发高放热化学反应体系局部发生化学反应，而后续的化学反应则可以在自身放出热量的作用下继续进行，直到整个反应和铸造过程完成。采用该工艺方法在制备熔融还原炉渣口套内芯装置的过程中可以将大多数易挥发杂质排除进而得到具有较高纯度产品，此外在制备过程中可以将基体和其它材料合成和燃烧融成一体，能够有效解决现有问题。
本发明的发明原理是加热之后的高温铜液在往模具空囊浇筑的过程中凭借自身热量诱发自蔓延反应进而形成TiC物质，反应方程式为Ti+C→TiC(高温铜液)，进而在铜基体表层形成具有优良性能的合金层。
本发明的特点是合金层的形成是高温基体铜液在浇筑的过程中凭借自身热量诱发的自蔓延高温反应，期间再无需外界热源供应；此外本发明充分利用了自蔓延原位合成技术，这一技术的应用保证了整个反应过程中的洁净度，大大提高了合金层的综合性能；在浇筑过程中基体和合金层的反应产物是高温熔体，这有利于二者之间的有效结合，进而增强二者的结合强度。
本发明的具体技术实施方案和步骤如下：
一种适用于熔融还原炉的渣口套内芯的制作方法，包括以下工艺步骤：
(1)准备适量的的C粉、Ti粉、紫铜粉；
(2)将C粉和Ti粉按照质量比1-2：1-2的比例混匀，并将二者混合物放入磨机中进一步磨细、二次混匀，其中混合粒度控制在30±5μm；
(3)采用粘结剂将二次混匀和磨细的C粉和Ti粉粘结在一起备用；
(4)对熔融还原炉渣口套内芯的模具进行预热，预热温度控制在80℃以内即可，待模具温度到20℃左右时停止预热；
(5)将步骤(3)制备好的C粉和Ti粉粘物涂抹在停止预热后的熔融还原炉渣口套内芯的模具表面上，其中厚度为基体厚度的1/3—3/5；
(6)完成上述步骤(5)之后，将整个模具在30℃左右的温度下继续烘干；
(7)完成上一工序(6)后，开始加热纯铜至980℃——1200℃；
(8)开始浇筑，将加热好的铜液在30±10S时间内浇筑至模具和C粉和Ti粉粘结层之间的空囊中；
(9)冷却，待铸件冷却到可操作温度时对铸件表面进行抛光打磨处理，这样就在铜基表面形成了TiC合金层。
实施例1
一种适用于熔融还原炉的渣口套内芯的制作方法包括以下工艺步骤：
(1)准备适量的的C粉、Ti粉、紫铜；
(2)将C粉和Ti粉按照1：1的比例混匀，并将二者混合物放入磨机中进一步磨细、二次混匀，其中混合粒度控制在30±5μm，出料混合粒度控制在20±5μm；
(3)采用粘结剂将二次混匀和磨细的C粉和Ti粉粘结在一起备用，粘结剂采用聚乙烯醇(PVA)粘结剂的用量为二次混合C粉和钛粉混合物的质量的30％；
(4)对熔融还原炉渣口套内芯的模具进行预热，预热温度控制在50℃预热20分钟，待模具温度到25℃时停止预热；
(5)将步骤(3)制备好的C粉和Ti粉粘物涂抹在停止预热后的熔融还原炉渣口套内芯的模具表面上，其中小口端厚度达到12mm，大口端厚度为40mm；
(6)完成上述步骤(5)之后，将整个模具在30℃左右的温度下继续烘干；
(7)完成上一工序(6)后，开始加热纯铜至1050℃；
(8)开始浇筑，将加热好的铜液在30S时间内浇筑至模具和C粉和Ti粉粘结层之间的空囊中；
(9)冷却，待铸件冷却到可操作温度时对铸件表面进行抛光打磨处理，这样就在铜基表面形成了TiC合金层，其中小口端合金层厚度为10.7mm，大口端合金层厚度为35mm。
上述方法制备的铜基渣口套内芯合金层与基体层结合紧密，具有良好的耐磨性以及抗热变形性能。
实施例2
一种适用于熔融还原炉的渣口套内芯的制作方法，包括以下工艺步骤：
(1)准备适量的的C粉、Ti粉、黄铜；
(2)将备好的C粉和Ti粉按照质量比1：1的比例混匀，并将二者混合物放入磨机中进一步磨细、二次混匀，其中混合粒度控制在30±5μm，出料混合粒度控制在20±5μm；
(3)采用粘结剂将二次混匀和磨细的C粉和Ti粉粘结在一起备用，粘结剂采用聚乙烯醇(PVA)，粘结剂的用量按照同混合料质量的50％配比，使得粘结效果更好，以备后用；
(4)对熔融还原炉渣口套内芯的模具进行预热，预热温度控制在50℃预热20分钟，待模具温度到25℃时停止预热；
(5)将步骤(3)制备好的C粉和Ti粉粘结物均匀涂抹在停止预热后的熔融还原炉渣口套内芯的模具表面上，使得在模具表面初步形成合金层，其中小口端粘结物涂抹厚度达到13mm，大口端粘结物涂抹厚度为42mm；
(6)完成上述步骤(5)之后，将整个模具在30℃左右的温度下继续烘干；
(7)完成上一工序(6)后，开始加热足量紫铜至1100℃，其中紫铜用量为C粉和Ti粉粘结物用量的8.5倍，在加热铜液之前可以按照铜用量的3％加入铝、硅、镍、锰、锡微量混合物添加物用于提高铸件的耐蚀性和耐磨性，其中铝的加入还可以补充一些化学热使得反应更为完全彻底，同时可以改善铜基体的强度和硬度，锡的加入也是为了提高基体的强度，降低应力腐蚀开裂倾向，锰的加入主要是提高铸件的耐热性，硅的加入可以提高产品的铸造性能；
(8)开始浇筑，将加热好的含有微量元素添加物的铜液在60S时间内浇筑至模具和C粉和Ti粉粘结层之间的空囊中；
(9)浇筑的同时高温铜水自带的物理显热则会诱发步骤(5)涂抹好的混合物粘结层发生Ti+C→TiC(高温铜液)，在原为形成高纯度、高耐磨、耐高温的TiC硬质合金层；
(10)浇筑完大约5分钟后对铸件进行均匀化退火处理，退火温度范围为630℃，此项操作的目的是进一步消除在浇筑过程中产生的成分偏析，保温时长为1.4小时，冷却方式为空冷；
(11)完成上述(11)的操作后，为保证铸件综合性能稳定，在320℃的范围对铸件再进行一次去应力退火处理，保温时长2小时，冷却方式为空冷。
(12)待完成上述所有步骤后开始对铸件冷却打磨处理，待铸件冷却到可操作温度(50℃以下)时对铸件表面进行抛光打磨处理，此条件下在铜基表面形成了TiC合金层，其中小口端合金层厚度为11mm、过渡层为2mm，大口端合金层厚度为36mm、过渡层为5mm。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于熔融还原炉的渣口套内芯的制作方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
(1)准备适量的的C粉、Ti粉、铜或铜合金；
(2)将C粉和Ti粉按照1-2：1-2的比例混匀，并将二者混合物放入磨机中进一步磨细、二次混匀；
(3)采用粘结剂将二次混匀和磨细的C粉和Ti粉粘结在一起备用；
(4)对熔融还原炉渣口套内芯的模具进行预热；
(5)将步骤(3)制备好的C粉和Ti粉粘物涂抹在停止预热后的熔融还原炉渣口套内芯的模具表面上；
(6)完成上述步骤(5)之后，将整个模具继续烘干；
(7)完成上一工序(6)后，开始加热铜或铜合金融化；
(8)开始浇筑，将加热好的铜液在20-75S时间内浇筑至模具和C粉和Ti粉粘结层之间的空囊中；
(9)热处理；
(10)待铸件冷却到50℃以下，对铸件表面进行抛光打磨处理，这样就在铜基表面形成了TiC合金层。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于：步骤(9)中，热处理包括以下步骤：
(9-1)浇筑完大约3—10分钟后对铸件进行均匀化退火处理，退火温度范围为600—700℃，保温时长为1—1.5小时，冷却方式为空冷；
(9-2)完成上述(9-1)的操作后，在280—350℃的范围对铸件再进行一次去应力退火处理，保温时长2—2.5小时，冷却方式为空冷。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于：步骤(2)中，其中混合粒度控制在30±5μm，出料混合粒度控制在20±5μm。
4.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于：步骤(3)中，，粘结剂采用聚乙烯醇(PVA)，粘结剂的用量按照同混合料质量的1％-60％配比。
5.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于：步骤(4)中，预热温度控制在50℃预热20分钟，待模具温度到25℃时停止预热。
6.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于：步骤(5)中，其中小口端粘结物涂抹厚度达到12-14mm，大口端粘结物涂抹厚度为40-44mm；步骤(6)中，烘干温度在30℃左右。
7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于：步骤(7)中，铜或铜合金加热至980℃-1200℃，铜或铜合金用量为C粉和Ti粉粘结物用量的7-20倍。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于：在铜基表面形成了TiC合金层，其中小口端合金层厚度为11mm、过渡层为2mm，大口端合金层厚度为36mm、过渡层为4—6mm。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述铜合金为铜粉以及适量的铝、硅、镍、锰和/或锡混合添加物，所述混合添加物的量为铜用量的0.2-15.0％。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于：步骤(1)中的铜合金为青铜、黄铜或紫铜。
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