CN116280292B - 一种整体式钢渣导流锥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种整体式钢渣导流锥及其制备方法，整体式钢渣导流锥包括：基体和防护层，防护层置于基体的上表面；基体为熔融的钢渣挤压铸造成形的实体结构，以抵抗火箭发射时喷射出火焰的高温高压冲刷和烧蚀；防护层由高温粘合剂制成，高温粘合剂粘接于基体的上表面，高温粘合剂的耐受温度高于火焰的温度，以防止基体崩裂；其中，基体内设有钢质加强筋，以增强整体式钢渣导流锥的抗拉强度。这样，无需用传统的高硅氧纤维预浸酚醛树脂和在热压罐内经过多次固化成形的方法制造整体式钢渣导流锥防护层，简化了工艺流程。并且生产成本低，制作周期短。此外，在使用中若表面烧损或基体破裂，还可现场进行维护修复，提高了整体式钢渣导流锥的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于火箭发射地面装备技术领域，涉及一种整体式钢渣导流锥及其制备方法。
背景技术
导流锥属于火箭助推运载系统，安装于火焰喷射口的正下方。火箭发射4秒左右时间内，导流锥表面承受巨大的冲击动载荷和高温烧蚀。
现有技术中，导流锥采用空心钢锥支架结构，为了防止火箭发射时产生的巨大冲击载荷和高温烧蚀，在空心钢锥表面粘贴隔热帽。
然而，发明人在研究现有技术的过程中发现，在钢锥表面粘贴隔热帽所用的材料为浸过酚醛树脂的高硅氧纤维，粘贴时需要在热压罐内经过多次高压固化。整个工艺流程复杂，导致生产成本高，制作周期长。此外，在使用过程中，隔热帽容易受到高温高压的冲刷和烧蚀而损坏，通常发射三次左右就得拉回工厂返修，降低了导流锥的使用寿命。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明实施例，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种低成本长使用寿命的整体式钢渣导流锥及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种整体式钢渣导流锥，具体包括：基体和防护层，所述防护层置于所述基体的上表面；
所述基体为熔融的钢渣挤压铸造成形的实体结构，以抵抗火箭发射时喷射出火焰的高温高压冲刷和烧蚀；
所述防护层由高温粘合剂制成，所述高温粘合剂粘接于所述基体的上表面，所述高温粘合剂的耐受温度高于所述火焰的温度，以防止所述基体崩裂；其中：
所述基体内设有钢质加强筋，以增强所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度。
可选地，所述基体的成分包括铁、氧化钙、氧化镁以及氧化锰。
可选地，铁的质量百分比为2％～8％，氧化钙的质量百分比为40％～60％、氧化镁的质量百分比为3％～10％、氧化锰的质量百分比为1％～8％。
可选地，所述高温粘合剂的成分包括碳化硅、分散剂以及无机结合剂。
可选地，碳化硅的体积含量为75％～85％。
可选地，所述基体的上表面的形状为马鞍形，所述基体的上表面设有多个燕尾形凹凸结构；
所述多个燕尾形凹凸结构内填充所述高温粘合剂，以增大所述基体与所述防护层的接触面积和抗冲刷能力。
可选地，所述燕尾形凹凸结构包括第一燕尾凹凸结构和第二燕尾凹凸结构；
所述第一燕尾凹凸结构和所述第二燕尾凹凸结构交替设置；其中，所述第一燕尾凹凸结构为燕尾形凹坑，所述第二燕尾凹凸结构为燕尾形沟槽，所述燕尾形沟槽为直条形，所述燕尾形沟槽的轴向垂直于所述马鞍形的切线方向。
可选地，所述整体式钢渣导流锥还包括吊装销；
所述吊装销连接于所述基体的外侧，用于安装牵拉带，以对所述整体式钢渣导流锥进行吊装。
第二方面，本申请实施例还提供了一种整体式钢渣导流锥制备方法，用于制作所述的整体式钢渣导流锥，所述方法包括：
在基体的内设置钢制加强筋；
用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成实体结构的基体；
在所述基体的上表面粘涂高温粘合剂以形成防护层，所述高温粘合剂的耐受温度高于火焰的温度。
可选地，在所述用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成实体结构的基体步骤的同时：
在所述基体的外表面浇筑铸造燕尾形凸凹结构。
本发明有以下优点：
本申请的整体式钢渣导流锥的基体为实体结构，基体的抗压能力强。基体上表面的燕尾槽内粘涂满防护涂料，由于燕尾槽的限制，涂料不易脱落，抗高温冲刷和烧蚀效果好。并且，在所述基体内设置有钢质加强筋，进一步增强了所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度。与传统工艺比，制造工艺简单。原料钢渣为工业固体废料，熔融状态的钢渣，无需二次加热，可以直接进行挤压铸造成形，钢渣原料成本和制造成本均低，制作周期短。此外，在使用过程中若基体的上表面的防护层烧损或基体破裂，无需返厂，可现场修复，降低了维护成本，提高了整体式钢渣导流锥的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一种整体式钢渣导流锥的结构示意图；
图2是本发明的一种整体式钢渣导流锥的部分结构示意图；
图3是本发明的一种整体式钢渣导流锥制备方法的步骤流程图。
附图标号说明：10-基体；20-防护层；11-燕尾形凹凸结构；12-吊装销；13-牵拉带。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1至2，示出了本发明的一种钢渣整体式钢渣导流锥的结构示意图，具体可以包括：基体10和防护层20，防护层20置于基体10的上表面；
基体10为熔融的钢渣挤压铸造成形的实体结构，以抵抗火箭发射时喷射出火焰的高温高压冲刷和烧蚀；
防护层20由高温粘合剂制成，所述高温粘合剂粘接于基体10的上表面的燕尾形槽内，所述高温粘合剂的耐受温度高于所述火焰的温度，以防止基体10崩裂；其中，
基体10内设有钢质加强筋，以增强所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度。在本发明实施例中，采用熔融的钢渣挤压铸造成形的基体10，可以使得实体结构的基体10具备良好的耐高温性能，以及耐高压性能，还能使得基体10具有较好的强度，不易受到损坏，能够较好地抵抗火箭喷射火焰的高温高压。此外，基体10的整体铸造成形方式简便易成，工艺简单，制作成本较低。并且，在基体10内设置钢质加强筋，进一步增强了所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度。
进而，采用高温粘合剂粘接于基体10的上表面形成防护层20，所述高温粘合剂的耐受温度高于所述火焰温度，能够在火焰的高温下对基体10起到抵抗崩裂的作用。
本申请的整体式钢渣导流锥采用熔融钢渣挤压铸造成形的基体10，以及粘接于基体10的上表面的防护层20组成，耐受火箭喷射火焰的高温高压，且不易崩裂受损。这样，整体式钢渣导流锥无需经过传统的高硅氧纤维预浸酚醛树脂，以及在热压罐内经过多次固化成形，简化了工艺流程。原料和生产成本低，制作周期短。此外，在使用过程中若基体和防护层损坏，无需返厂可现场进行维护修复，降低了维护成本，提高了整体式钢渣导流锥的使用寿命。
具体地，在本申请实施例中，所述高温粘合剂的耐受温度包括100℃～1400℃中任一温度值，本发明实施例对所述高温粘合剂的具体耐受温度可以不做限定。
在本申请的一些可选实施例中，基体10的成分包括铁、氧化钙、氧化镁以及氧化锰。采用上述材料制成的基体，兼具高强耐火性能、耐高温腐蚀和高压冲击，能够更好地抵抗火箭发射时所喷射处的火焰的高温高压。
可选地，在本申请实施例中，铁的质量百分比为2％～8％，氧化钙的质量百分比为40％～60％、氧化镁的质量百分比为3％～10％、氧化锰的质量百分比为1％～8％。采用上述质量百分比的的铁、氧化钙、氧化镁以及氧化锰，能够使得基体具有更好的耐火性能、耐高温腐蚀以及高压冲击。
可选地，在本申请实施例中，所述高温粘合剂的成分包括碳化硅、分散剂以及无机结合剂。这样，能够使得防护层对基体具有更好的粘合效果。
在本申请实施例中，可选地，碳化硅的体积含量为75％～85％。这样，能够进一步提高防护层对基体的粘合效果。
在本申请实施例中，可选地，防护层20的厚度可以设置为20mm，使得防护层20的防崩裂效果更好。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要将防护层20的厚度可以设置为15mm、25mm、30mm等等，本发明实施例对防护层20的具体厚度不做限定。
可选地，在本申请实施例中，基体10的上表面的形状为马鞍形，基体10的上表面设有多个燕尾形凹凸结构11，如图2，示出了燕尾形凹凸结构11的截面结构示意图，多个燕尾形凹凸结构11内填充所述高温粘合剂，以增大基体10与防护层20的接触面积和抗冲刷能力。这样，能够提升基体10与防护层20的连接强度，提升两者之间的抗剥离性能。在使用过程中，能够避免整体式钢渣导流锥受到喷射的火焰冲击而使防护层20脱离基体10，导致整体式钢渣导流锥受到损坏。同时，燕尾形凹凸结构11对基体10的构造和结构强度不会产生影响。
具体地，所述马鞍形指的是，类似马背上供人骑坐的器具的形状。如图1所示，基体10中间较高，从中间至两侧的高度逐渐降低。将基体10的上表面设置为马鞍形，可以更好地适应火箭发射时喷射出的火焰流，对火焰流起到更好的导流效果。
可选地，在本申请实施例中，燕尾形凹凸结构11包括第一燕尾形凹凸结构和第二燕尾形凹凸结构，所述第一燕尾形凹凸结构和所述第二燕尾形凹凸结构交替设置；其中，所述第一燕尾形凹凸结构包括凹坑，所述第二燕尾形凹凸结构包括沟槽，所述沟槽为长条形，所述沟槽的轴向垂直于所述马鞍形面的切线方向。
具体地，通过第一燕尾形凹凸结构的凹坑和第二燕尾形凹凸结构的沟槽，可以增强基体10与防护层20粘接强度，提升两者连接的可靠性。可选地，所述燕尾形凹坑可以均匀分布于基体10的上表面。在本发明实施例中，所述沟槽的深度可以设置为5mm，6mm，7mm等等，本发明实施例对所述沟槽的具体深度可以不做限定。
可选地，所述整体式钢渣导流锥还包括吊装销12，吊装销12连接于基体10的外侧，吊装销12用于安装牵拉带13，以对所述整体式钢渣导流锥进行吊装。通过在基体10的外侧设置吊装销12，吊装整体式钢渣导流锥时只需要牵引移动吊装销12上的牵拉带13，使得吊装更加方便快捷，而无需对整体式钢渣导流锥进行抓举等操作进行牵拉，避免在吊装过程中对整体式钢渣导流锥造成损坏。
综上，本申请实施例所述的整体式钢渣导流锥至少包括以下优点：
在本申请实施例中，所述整体式钢渣导流锥包括：基体和防护层，所述防护层置于所述基体的上表面；所述基体为熔融的钢渣挤压铸造成形的实体结构，以抵抗火箭发射时喷射出火焰的高温高压冲刷和烧蚀；所述防护层由高温粘合剂制成，所述高温粘合剂粘接于所述基体的上表面，所述高温粘合剂的耐受温度高于所述火焰的温度，以防止所述基体崩裂；其中，所述基体内设有钢质加强筋，以增强所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度。这样，本申请的整体式钢渣导流锥的基体为实体结构，基体的上表面粘涂有防护层，基体的抗压能力强，其上表面由于设置了防护层，因此抗高温冲刷和烧蚀效果好。并且，在所述基体内设置钢质加强筋，进一步增强所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度。与传统工艺比，制造工艺简单，原料钢渣为工业固体废料，熔融状态的钢渣，无需二次加热，可以直接进行挤压铸造成形，钢渣原料成本和制造成本均低，制作周期短。此外，在使用过程中若基体的上表面的防护层烧损或基体破裂，无需返厂，可现场修复，降低了维护成本，提高了整体式钢渣导流锥的使用寿命。此外，导流锥无需经过高硅氧纤维预浸酚醛树脂，也无需在热压罐内经过多次固化成形，简化了工艺流程。
参照图3，示出了本发明的一种整体式钢渣导流锥制备方法的步骤流程图，所述整体式钢渣导流锥制备方法用于制作所述的整体式钢渣导流锥，具体可以包括：
步骤101：在基体的内设置钢制加强筋。
具体地，可以先将预制好的螺纹钢加强筋设置于基体10的框架内，用于增强所述整体式钢渣导流锥的结构强度和抗拉强度。
步骤102：用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成实体结构的基体。
在生产过程中，可以将熔融钢渣浇入经过400℃的预热挤压铸造成形模具中，随后对铸造冒口施加200MP的压力，并保压5分钟。模具预热前可以涂石墨与机油的混合物作为润滑剂。
步骤103：在所述基体的上表面粘接高温粘合剂以形成防护层，所述高温粘合剂的耐受温度高于火焰的温度。
在本申请实施例中，所述高温粘合剂经过110℃的高温干燥后，能够牢固地粘接在基体10的上表面。所述高温粘合剂在基体10上表面能够形成良好的化学结合力，制成牢固可靠的防护层20。
在实际应用中，所述高温粘合剂在常温下也能够进行施工。这样，在使用现场，当整体式钢渣导流锥有裂纹受到损坏时，也可以在现场进行填补修复，延长了整体式钢渣导流锥的使用寿命，降低了维护成本。
可选地，在所述用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成实体结构的基体10步骤的同时，在基体10的外表面浇筑铸造燕尾形凸凹结构，增大基体10与防护层20的接触面积，提升基体10与防护层20的连接强度，提升两者之间的抗剥离性能。
本申请实施例所述的整体式钢渣导流锥制备方法至少可以包括以下优点：
在本申请实施例中，整体式钢渣导流锥制备方法包括：在基体的内设置钢制加强筋；用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成实体结构的基体；在所述基体的上表面粘接高温粘合剂以形成防护层，所述高温粘合剂的耐受温度高于火焰的温度。这样，本申请的整体式钢渣导流锥采用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成了实体结构，基体的上表面粘涂有防护层，基体的抗压能力强，其上表面由于设置了防护层，因此抗高温冲刷和烧蚀效果好。并且，在所述基体内设置钢质加强筋，进一步增强所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度。与传统工艺比，制造工艺简单，原料钢渣为工业固体废料，熔融状态的钢渣，无需二次加热，可以直接进行挤压铸造成形，钢渣原料成本和制造成本均低，制作周期短。此外，在使用过程中若基体的上表面的防护层烧损或基体破裂，无需返厂，可现场修复，降低了维护成本，提高了整体式钢渣导流锥的使用寿命。此外，导流锥无需经过高硅氧纤维预浸酚醛树脂，也无需在热压罐内经过多次固化成形，简化了工艺流程。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种整体式钢渣导流锥，其特征在于，所述整体式钢渣导流锥包括：基体和防护层，所述防护层置于所述基体的上表面；
所述基体为熔融的钢渣挤压铸造成形的实体结构，以抵抗火箭发射时喷射出火焰的高温高压冲刷和烧蚀；
所述防护层由高温粘合剂制成，所述高温粘合剂粘接于所述基体的上表面，所述高温粘合剂的耐受温度高于所述火焰的温度，以防止所述基体崩裂；其中，
所述基体内设有钢质加强筋，以增强所述整体式钢渣导流锥的抗拉强度；
所述基体的成分包括铁、氧化钙、氧化镁以及氧化锰。
2.根据权利要求1所述的整体式钢渣导流锥，其特征在于，铁的质量百分比为2％～8％，氧化钙的质量百分比为40％～60％、氧化镁的质量百分比为3％～10％、氧化锰的质量百分比为1％～8％。
3.根据权利要求1所述的整体式钢渣导流锥，其特征在于，所述高温粘合剂的成分包括碳化硅、分散剂以及无机结合剂。
4.根据权利要求3所述的整体式钢渣导流锥，其特征在于，碳化硅的体积含量为75％～85％。
5.根据权利要求1所述的整体式钢渣导流锥，其特征在于，所述基体的上表面的形状为马鞍形，所述基体的上表面设有多个燕尾形凹凸结构；
所述多个燕尾形凹凸结构内填充所述高温粘合剂，以增大所述基体与所述防护层的接触面积和抗冲刷能力。
6.根据权利要求5所述的整体式钢渣导流锥，其特征在于，所述燕尾形凹凸结构包括第一燕尾凹凸结构和第二燕尾凹凸结构；
所述第一燕尾凹凸结构和所述第二燕尾凹凸结构交替设置；其中，所述第一燕尾凹凸结构为燕尾形凹坑，所述第二燕尾凹凸结构为燕尾形沟槽，所述燕尾形沟槽为直条形，所述燕尾形沟槽的轴向垂直于所述马鞍形的切线方向。
7.根据权利要求1所述的整体式钢渣导流锥，其特征在于，所述整体式钢渣导流锥还包括吊装销；
所述吊装销连接于所述基体的外侧，用于安装牵拉带，以对所述整体式钢渣导流锥进行吊装。
8.一种整体式钢渣导流锥制备方法，用于制作权利要求1-7任一项所述的整体式钢渣导流锥，其特征在于，所述方法包括：
在基体的内设置钢制加强筋；
用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成实体结构的基体；
在所述基体的上表面粘接高温粘合剂以形成防护层，所述高温粘合剂的耐受温度高于火焰的温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述用熔融的钢渣采用挤压铸造法浇筑形成实体结构的基体步骤的同时：
在所述基体的外表面浇筑铸造燕尾形凸凹结构。
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