一种艾萨炉冶炼长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，所述复合材料涂层由陶瓷基体与纤维增韧材料经热压烧结制备而成；其制备方法，包括韧材成型、双材装模和热压烧结步骤，即选择纤维增韧体编织成需要的枪体形状，并将其与陶瓷基体粉末一并放入已经预置纤维增韧体的模具中，热压烧结制备成品。本发明专利技术采用陶瓷基体材料外复合纤维增韧材料之方式形成艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度。尤其采用多种纤维韧材之复合结构，并利用热压烧结手段制备出艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料枪体，可用于高温或更苛刻环境中。在6500KW·m

【技术实现步骤摘要】
一种艾萨炉冶炼长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料及其制备方法
本专利技术属于冶金领域，尤其属于艾萨炉冶炼
具体涉及艾萨炉冶炼长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料及其制备方法。
技术介绍
艾萨熔炼法是一种熔池熔炼法，通过喷枪把富氧空气强制鼓入熔池，使溶池产生强烈搅动加快化学反应的速度，充分利用精矿中的硫、铁氧化所放出的热量进行熔炼，同时产出高品位金属（如图1）。采用艾萨熔炼法可以熔炼铜精矿产出铜锍、直接熔炼硫化精铅矿生产粗铅、熔炼锡精矿生产锡，也可以处理冶炼厂的各种渣料及再生料等。艾萨法熔炼技术的广泛使用大大提高了生产效率。艾萨炉采用衬有耐火砖的平顶圆形炉体，由炉壳、炉衬、炉底、炉墙、炉顶、喷枪、喷枪夹持架及升降装置、加料装置、上升烟道以及熔体排放出口等组成。喷枪由炉顶插入炉内，向炉中的熔融体内的渣和金属的混合物喷射气体、氧气和燃料，形成在熔池内的熔体-炉料-气体之间造成强烈的搅拌与混合，强化了热量传递、质量传递和化学反应速率，在燃料需求和生产能力方面产生较高的经济效益。炉内熔渣溅起时在喷枪上形成挂层，保护了喷枪露出熔融体部分不受强烈腐蚀环境的损坏。艾萨炉的产品金属和渣的混合物从炉底部带有冷却水套的熔体排放出口排出，进入沉淀炉，利用冰铜和渣的不同比重分离。艾萨熔炼法的特点在于其独特的喷枪低压旋涡器设计。艾萨炉喷枪的作业压力为80千帕左右，采用单段吹风机即可提供燃烧气体，不必使用昂贵的压缩机。喷枪固定在一个滑架上，与管路连接。滑架的各种管接头分别用金属软管与车间供油、供风管道相接。喷枪头部插入渣层的深度，根据喷吹气体压力变化由计算机自动调节。浸没在渣中的喷枪往往会被铅渣腐蚀而失效，频繁的换枪操作会严重影响整个熔炼过程，进而影响经济效益。艾萨炉喷枪的失效主要是因为晶间腐蚀。晶间腐蚀的原因可能是金属碳化物或金属间化合物在晶界上的析出；孔蚀的原因可能是喷枪中残余的α相与基体中的γ相构成两相区，形成微电池，最终导致点蚀。在条件允许的情况下，在喷枪基体材料中加入钽、铌、钛、钒中的任一元素，它们形成的碳化物分布在晶界上，能起到强化作用。因此，艾萨炉在运行过程中，喷枪在高温环境下的热腐蚀和扩散问题一直是影响喷枪使用寿命的关键。因此，寻求一种涂层材料能够有效阻滞喷枪表面的腐蚀是解决这一问题的有效途径。
技术实现思路
本专利技术第一目的在于提供一种艾萨炉冶炼长寿命喷枪用艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，以解决艾萨炉喷枪在使用过程中，受到熔池中熔体侵蚀以及空气的氧化性烧蚀，会加快喷枪的烧损速度，而喷枪失效后频繁的更换，极大的影响冶炼的进度和产量的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种艾萨炉冶炼长寿命喷枪用艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料的制备方法。本专利技术的第一目的是这样实现的，所述艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，所述复合材料涂层由陶瓷基体与纤维增韧材料经热压烧结制备而成。本专利技术的另一目的是这样实现的，所述艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料的制备方法，包括韧材成型、双材装模和热压烧结步骤，具体包括：（1）韧材成型：选择纤维增韧体编织成需要的枪体形状；（2）双材装模：将陶瓷基体粉末放入已经预置纤维增韧体的模具中；（3）热压烧结：对模具中的材料进行热压烧结，制备成品。本专利技术采用陶瓷基体材料外复合纤维增韧材料之方式形成艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度。尤其采用多种纤维韧材之复合结构，并利用热压烧结手段制备出相应尺寸的艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料枪体，可用于高温和某些苛刻环境中。本专利技术具有（1）密度低，一般都在2~3g/cm3，而不锈钢与高温合金的密度几乎都达到了6~8g/cm3；（2）优异的抗烧蚀性能，在6500KW·m-2的热流密度条件下其线烧蚀率仅为0.01mm·s-1；（3）可1800℃下长寿命使用。可广泛应用于冶炼铜、铅、锗、锡矿等矿产的冶炼。附图说明图1为本专利技术艾萨炉结构及喷枪状态示意图；图2为本专利技术艾萨炉冶炼喷枪用艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料结构示意图；图中：1~下料口；2~导料管；3~混合燃气；4~排烟气管道；5~喷枪；6~熔体；7~陶瓷基体；8~增韧材料。具体实施方式下面将结合附图与实施例对本专利技术做进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变更或改进，均属于本专利技术之保护范围。如图1、图2所示，本专利技术所述艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，所述复合材料涂层由陶瓷基体与纤维增韧材料经热压烧结制备而成。所述陶瓷基体为SiC、Al2O3、ZrO2、Si3N4、AlN、BN、ZrC、WC中的一种或一种以上之组合；所述陶瓷基体粉末粒径为10~80μm。所述增韧材料为碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、SiC纤维、Si3N4纤维或氧化铝纤维中的一种或一种以上之组合。所述增韧材料之纤维直径为5~15μm；纤维表面界面层厚度为0.2~0.6μm。上述制备得到之复合材料涂层之密度为2.0~3.0g/cm3，在6500KW·m-2的热流密度条件下其线烧蚀率仅为0.01mm·s-1，且1800℃以下长寿命使用。本专利技术艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料的制备方法，包括韧材成型、双材装模和热压烧结步骤，具体包括：（1）韧材成型：选择纤维增韧体编织成需要的枪体形状；（2）双材装模：将陶瓷基体粉末放入已经预置纤维增韧体的模具中；（3）热压烧结：对模具中的材料进行热压烧结，制备成品。所述步骤（1）的编织结构可采用三维编织纤维结构或者三维正交非织造的纤维结构。所述步骤（2）编织好的纤维增韧预制体应放置于模具腔体中间，其外缘距离模具内壁5~10mm。所述步骤（3）中的热压烧结参数为：烧结温度2000~2200℃；烧结压力为80~150MPa，加热速率80~100℃/min；热压时间40~60min。所述步骤（3）中的热压烧结参数为：烧结温度2100~2150℃；烧结压力为100~120MPa，加热速率85~95℃/min；热压时间45~55min。所述步骤（3）中的热压烧结参数为：烧结温度2050℃；烧结压力为110MPa，加热速率90℃/min；热压时间50min。实施例1本实施例所用所述陶瓷增韧材料选择碳纤维，纤维直径15μm。纤维表面界面层厚度为0.6μm。陶瓷基体为SiC陶瓷粉末，陶瓷基体粉末粒径为17μm。采用三维编织纤维结构将增韧体编织成需要的枪体形状。将编织好的纤维增强体应放置于模具中间，预制体距离模具壁5mm。最后进行热压烧结，烧结参数为：烧结温度2200℃；烧结压力为150MPa，加热速率80℃/min；热压时间40min。制备之成品密度2.3g/cm3，在6500KW·m-2的热流密度条件下其线烧蚀率仅为0.01mm·s-1，且1800℃以下长寿命使用。实施例2本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，其特征在于所述复合材料涂层由陶瓷基体与纤维增韧材料经热压烧结制备而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，其特征在于所述复合材料涂层由陶瓷基体与纤维增韧材料经热压烧结制备而成。


2.根据权利要求1所述的艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，其特征在于所述陶瓷基体为SiC、Al2O3、ZrO2、Si3N4、AlN、BN、ZrC、WC中的一种或一种以上之组合；所述陶瓷基体粉末粒径为10~80μm。


3.根据权利要求1所述的艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，其特征在于所述增韧材料为碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、SiC纤维、Si3N4纤维或氧化铝纤维中的一种或一种以上之组合。


4.根据权利要求1或3所述的艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，其特征在于所述增韧材料之纤维直径为5~15μm；纤维表面界面层厚度为0.2~0.6μm。


5.根据权利要求1~4任意一项所述的艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料，其特征在于制备得到之复合材料涂层之密度为2.0~3.0g/cm3，在6500KW·m-2的热流密度条件下其线烧蚀率仅为0.01mm·s-1，且1800℃以下长寿命使用。


6.一种根据权利要求1~5任意一项所述的艾萨炉长寿命喷枪用陶瓷基复合涂层材料的制备方法，包括韧材成...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晶，李超，利建雨，汪俊，荣菊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53