[发明专利]适应于高炉风口内衬的高温耐磨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温耐磨材料，尤其涉及一种适应于高炉风口内衬的高温耐磨材料及其制备方法。

背景技术

炼铁或炼钢高炉是通过其上置的高炉风口向高炉内输送热风的，以提供氧气满足冶炼生铁的需要，其中作为内套风口使用的高炉风口距温度较高的高炉燃烧区较近，高炉风口要承受燃烧区的热辐射和对流的影响，还承受着下降物流的磨损、喷煤粉的磨蚀和燃烧产物及气流的冲刷，以及铁渣的飞溅、铁流的烧熔，高炉风口在这种十分苛刻的条件下，很容易受到损坏，因此高炉风口的使用寿命长短将会直接影响炼铁高炉的运转周期和产品产量以及经济效益。

在新技术、新工艺快速发展的当代，高炉炼铁仍将作为钢铁生产的主要工艺流程而长期存在。2004年全球铁产量近8亿吨，其中94%为高炉工艺流程生产得到的。目前高炉喷煤已成为高炉冶炼过程中强化、降耗、减少CO2排放的重要手段，国内外较先进的钢铁企业喷煤比已达到150kg/t~250kg/t。随着高炉冶炼技术的不断发展和风口喷煤量的进一步提高，对高炉风口提出了越来越高的技术要求，在当前能源形势逐渐严峻、能源价格不断上涨的条件下，以高炉喷煤为代表的炼铁节能技术深受人们的关注。然而，随着喷煤量的提高，煤粉喷出速度加快，风口磨损加剧，风口使用寿命降低。据某钢铁公司10座高炉的生产统计，因喷吹煤粉磨损更换的风口是风口总损耗量的30%~40%。因而，急需寻求延长高炉风口寿命的技术方法。

目前现有技术解决风口套磨损主要依靠堆焊耐磨高镍铬合金或镶嵌陶瓷衬套等方法，但是这些工艺普遍存在耐磨层与基体结合强度低的缺点，而且堆焊层和陶瓷层导热性不好，形成的耐磨层与基体线膨胀系数相差大，在风口使用中易发生耐磨层龟裂和剥落，使用效果不理想，寿命提高有限。由此可见，进一步开发风口的表面处理新工艺，以提高耐磨层与基体结合强度是目前高炉风口迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应于高炉风口内衬的高温耐磨材料及其制备方法，具有良好的导热性能、高温强度和高温耐磨性能，并且能与纯铜基体实现冶金结合，使用寿命长的高炉风口套内衬用高温耐磨材料，以提高高炉风口套的耐磨性能和使用寿命。

为此，本发明主要是发明一种在高温下能克服热应力的影响的高温耐磨材料，它是由下述重量配比的原料制成：

纳米铜粉：40~60%   纳米钨粉：36~56% 

铁粉：0.2~0.6%      铬粉：4~6%

其中，纳米铜粉和纳米钨粉的颗粒直径小于500nm，铁粉和铬粉的颗粒直径小于100μm。

所述的这种高炉风口套内衬用的高温耐磨材料的制备工艺如下：

（1）纳米金属粉末的制取：根据钨和铜的含量确定仲钨酸铵和硫酸铜原料的比例；制备仲钨酸铵和硫酸铜的混合溶液；采用喷雾干燥法，通过旋转雾化和其后的干燥工艺得到金属盐混合粉末的前驱体；将前驱体在300~450℃煅烧60~90min得到W-Cu氧化物复合粉末；然后在600~800℃采用氢气进行还原得到纳米W-Cu复合粉末。

（2）纳米钨铜高温耐磨材料的制备：在纳米级W-Cu复合粉末按比例加入铁粉和铬粉，进行球磨2~4小时均匀混合后，置入真空热压炉中在温度为900~1000℃、压力为250~300KN条件下烧结100~200min，通过高温、高压，及高温、高压下的时效作用，使金属塑性变形、熔化和扩散，从而获得钨铜高温耐耐磨材料。

本发明主要特点在于将纳米级耐磨材料与纳米铜粉均匀混合后，置入能提供高温、高压的设备中，通过高温、高压，及高温、高压下的时效作用，使金属塑性变形、熔化和扩散，从而获得耐磨纳米铜复合材料。耐磨材料的制取机理融合了压力焊、熔化焊和扩散焊三种机埋．同时由于高温高压的时效作用，使扩散、固溶得以充分体现，实现材料的合金化。使耐磨材料的纳米级颗粒与纯铜结合成微小的复合体均匀分布在铜基材内。这样即使在温度变化幅度比较的情况下产生的热应力也不可能大到超过耐磨材料与铜之间的复合强度，从根本上消除热应力对材料的影响及破坏。

本发明制备的耐磨材料的主要性能指标如下：

硬度（HRB）> 100；

热导率（w/(m.k)）> 190；

热膨胀系数（10^-6/℃）> 6.2；

高温（800℃）强度：抗拉强度≥300MPa；断裂韧性≥150MPa。

附图说明

图1是纳米钨铜耐磨材料的烧结工艺，图中曲线一条表示烧结温度随时间的变化，另一条为烧结压力随时间的变化。

具体实施方式