热浸镀铝及微弧氧化复合工艺制造高炉喷煤枪头的方法

摘要

本发明涉及一种热浸镀铝及微弧氧化复合工艺制造高炉喷煤枪头的方法。先将作为高炉喷煤枪头的不锈钢管的内外表面热浸镀铝，助镀液由K2ZrF6、KCl和AlF3组成，热浸镀的镀液为纯铝液，覆盖剂由NaCl、KCl和Na3AlF6组成；再将钢管外表面涂上绝缘硅橡胶，内表面通过微弧氧化获得陶瓷层，微弧氧化的电解液由Na2SiO3和NaOH组成，以不锈钢管为阳极，采用300-600V恒电压或5-10A/dm2恒电流密度操作；外表面通过扩散热处理获得渗铝层，热处理温度为850-950℃，时间为2-6小时，然后随炉冷却，得高炉喷煤枪头。渗铝层和陶瓷层不易脱落。采用本发明能有效提高高炉工况条件下喷煤枪外表面耐高温氧化及内表面抗煤粉冲蚀磨损的性能，特别适合于高炉喷煤枪的工作环境；处理过程简单，效率高，生产成本低。

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种热浸镀铝及微弧氧化复合工艺制造高炉喷煤枪头的方法。

背景技术

高炉喷煤是现代高炉冶炼的一项重大技术革命，煤粉喷枪寿命直接影响喷煤操作与高炉正常生产，随着高炉风温和喷煤量的不断提高，喷煤枪使用寿命低的问题日益突出。外表面高温氧化和内表面煤粉冲蚀磨损是导致喷煤枪损坏的主要原因，而导致喷煤枪报废的主要原因是枪头严重氧化烧损和被不均匀煤粉磨穿。为提高喷煤枪的使用寿命，上海梅山(集团)有限公司申请了《复合渗高炉喷煤枪及其制备工艺》(中国专利申请号98111363.X)，其枪头外表面上具有耐高温渗铝层，枪头内表面具有耐磨B或B-N渗层，枪尾的内表面上具有耐磨B或B-N渗层。基本原理是在喷枪外表面，将供铝剂与适量的活化剂混合，高温下通过活化剂的作用使铝原子扩散到基体中，形成渗铝层。在喷枪内表面，将供硼剂与适量尿素等混合，在580-600℃保温，获得B-N共渗层。制造的煤枪虽然寿命得到提高，但能耗较高、工艺时间长、生产效率低、装料卸料时有粉尘污染、劳动环境较差。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种内外表面同时进行热浸镀铝，氧化后的内陶瓷层、外渗铝层不易脱落，特别适合于高炉喷煤枪的工作环境，且工艺简单、效率高、成本低廉的热浸镀铝及微弧氧化复合工艺制造高炉喷煤枪头的方法。

本发明目的的实现方式为，热浸镀铝及微弧氧化复合工艺制造高炉喷煤枪头的方法，具体步骤如下：

1)先将作为高炉喷煤枪头的，基材为普通不锈钢管的内外表面热浸镀铝，其中主要工序为用助镀液进行助镀处理和用镀液及覆盖剂进行热浸镀，热浸镀温度为700℃-780℃，浸镀时间为2min-8min，

所述助镀液的组成及配比为：40-55g/L的K₂ZrF₆、25-35g/L的KCl和15-25g/L的AlF₃，

所述镀液为质量分数大于99.5％的纯铝液，

所述覆盖剂的组成及配比为：35-45％的NaCl、35-45％的KCl和15-25％的Na₃AlF₆，

2)将不锈钢管外表面涂上绝缘硅橡胶，不锈钢管内表面通过微弧氧化获得陶瓷层，微弧氧化的电解液的组成及配比为：20-60g/L的Na₂SiO₃和5-20g/L的NaOH，以不锈钢管为阳极，采用300-600V恒电压或5-10A/dm²恒电流密度操作，微弧氧化时间为10-30min，

3)外表面通过扩散热处理获得渗铝层，热处理温度为850-950℃，时间为2-6小时，然后随炉冷却，得高炉喷煤枪头。

本发明先对不锈钢管内外表面同时进行热浸镀铝，内镀铝层通过微弧氧化生成具有高耐磨性的陶瓷层，外镀铝层通过扩散热处理生成具有耐高温氧化的渗铝层。渗铝层和陶瓷层与钢基体都是冶金结合，不易脱落。采用本发明能有效提高高炉工况条件下喷煤枪外表面耐高温氧化及内表面抗煤粉冲蚀磨损的性能，特别适合于高炉喷煤枪的工作环境，且处理过程简单，效率高，操作方便，生产成本低。

具体实施方式

本发明先对不锈钢管内外表面同时进行热浸镀铝，内镀铝层通过微弧氧化生成具有高耐磨性的陶瓷层，外镀铝层通过扩散热处理生成具有耐高温氧化的渗铝层。作为喷煤枪头的不锈钢管为1Cr18Ni9Ti不锈钢管。

下面用具体实施例说明本发明。

实施例1：高炉喷煤枪头采用1Cr18Ni9Ti不锈钢管，不锈钢管长220mm，内径18mm，外径30mm，放入按K₂ZrF₆为40g/L、KCl为35g/L和AlF₃为25g/L配制的助镀液中助镀，助镀后进行热浸镀，镀液为6kg质量分数为99.7％的铝液，覆盖剂为200g，其中NaCl为90g、KCl为80g，Na₃AlF₆为30g，浸镀温度为700℃，浸镀时间为6min。再将枪管外表面涂上绝缘硅橡胶，放入按Na2SiO₃为60g/L和NaOH为5g/L配制的电解液中，不锈钢管管作为阳极，恒定电流密度为10A/dm²操作，微弧氧化时间为20min，获得陶瓷层。扩散热处理采用15kW的箱式电炉，温度控制为900℃，保温3小时后随炉冷却，可得到外表面渗铝合金层约176μm、内表面陶瓷层厚度约85μm的喷煤枪头。

实施例2：同例1，不同的是，助镀液的配比为：K₂ZrF₆为52g/L、KCl为25g/L和AlF₃为21g/L，覆盖剂的重量配比为：NaCl为80g、KCl为70g、Na₃AlF₆为50g，浸镀温度为780℃，浸镀时间为3min。再将枪管外表面涂上绝缘硅橡胶，放入按Na₂SiO₃为34g/L和NaOH为20g/L配制的电解液中，恒定电流密度为5A/dm²操作，微弧氧化时间为30min。扩散热处理温度控制为900℃，保温5小时后随炉冷却，可得到外表面渗铝合金层约220μm、内表面陶瓷层厚度约104μm的喷煤枪头。

实施例3：同例1，不同的是，助镀液的配比为：K₂ZrF₆为47g/L、KCl为30g/L和AlF₃为23g/L，镀液为99.6％的铝液，覆盖剂的重量配比为：NaCl为76g、KCl为90g、Na₃AlF₆为34g，浸镀温度为740℃，浸镀时间为8min。再将枪管外表面涂上绝缘硅橡胶，放入按Na₂SiO₃为48g/L和NaOH为9g/L配制的电解液中，恒定电压为300V操作，微弧氧化时间为15min。扩散热处理温度控制为850℃，保温6小时后随炉冷却，可得到外表面渗铝合金层约195μm、内表面陶瓷层厚度约60μm的喷煤枪头。

实施例4：同例1，不同的是，助镀液的配比为：K₂ZrF₆为44g/L、KCl为33g/L和AlF₃为15g/L，覆盖剂的重量配比为：NaCl为70g、KCl为86g、Na₃AlF₆为44g，浸镀温度为760℃，浸镀时间为2min。再将枪管外表面涂上绝缘硅橡胶，放入按Na₂SiO₃为20g/L和NaOH为16g/L配制的电解液中，恒定电压为600V操作，微弧氧化时间为10min。扩散热处理温度控制为950℃，保温4小时后随炉冷却，可得到外表面渗铝合金层约212μm、内表面陶瓷层厚度约100μm的喷煤枪头。

实施例5：同例1，不同的是，助镀液的配比为：K₂ZrF₆为55g/L、KCl为28g/L和AlF₃为17g/L，镀液为99.6％的铝液，覆盖剂的重量配比为：NaCl为84g、KCl为76g、Na₃AlF₆为40g，浸镀温度为720℃，浸镀时间为5min。再将枪管外表面涂上绝缘硅橡胶，放入按Na₂SiO₃为54g/L和NaOH为12g/L配制的电解液中，恒定电压为420V操作，微弧氧化时间为25min。扩散热处理温度控制为950℃，保温2小时后随炉冷却，可得到外表面渗铝合金层约185μm、内表面陶瓷层厚度约110μm的喷煤枪头。