หัวฉีดทนไฟคืออะไร?

ชื่อของหัวฉีดทนไฟมาจากฟังก์ชั่น คำว่า "หัวฉีด" อธิบายบทบาทของมันอย่างชัดเจนว่าเป็นช่องทางละลายในขณะที่ "วัสดุทนไฟ" เน้นความทนทานในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง ตามการใช้งานเฉพาะหัวฉีดทนไฟสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภทเช่นหัวฉีดด้านบนหัวฉีดหัวฉีดหัวฉีดหัวฉีดหัวฉีดวิงวอน (SEN) ฯลฯ แต่ละประเภทมีความแตกต่างในโครงสร้างและวัสดุเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการที่แตกต่างกัน

หัวฉีดทนไฟคืออะไร?

หัวฉีดทนไฟเป็นผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟที่ใช้สำหรับโลหะหลอมเหลวอุณหภูมิสูง (เช่นเหล็กหลอมเหลวเหล็กหลอมเหลว) หรือการควบคุมการไหลหลอมเหลวที่ไม่ใช่โลหะซึ่งมักจะติดตั้งในเต้าเสียบหรือระบบหัวฉีดเลื่อนของอุปกรณ์โลหะ

ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรและความปลอดภัยของกระบวนการหลอมและการหล่อโดยการควบคุมอัตราการไหลอัตราการไหลและทิศทางการไหลของการละลายอย่างแม่นยำ หัวฉีดทนไฟไม่เพียง แต่ต้องทนต่ออุณหภูมิสูงมาก (โดยปกติจะมีอุณหภูมิมากกว่า 1,500 ° C) แต่ยังต้องต้านทานการพังทลายของสารเคมีการกัดเซาะเชิงกลและความเสียหายจากการกระแทกด้วยความร้อนจากการละลายและตะกรัน

องค์ประกอบและวัสดุของหัวฉีดทนไฟ

ประสิทธิภาพของหัวฉีดทนไฟขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุและการออกแบบโครงสร้างโดยตรง ต่อไปนี้เป็นองค์ประกอบหลักและลักษณะวัสดุ:

1. วัสดุหลัก

คาร์บอนอลูมิเนียม (al₂o₃ c): อลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูง (Al₂o₃) ถูกใช้เป็นองค์ประกอบหลักและวัสดุคาร์บอน (เช่นกราไฟท์) ถูกเพิ่มเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อความร้อนและความต้านทานการกัดเซาะ หัวฉีดคาร์บอนอลูมิเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทัพพีและตึกและเหมาะสำหรับการหล่อเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา
อะลูมิเนียมเซอร์โคเนียมคาร์บอน (Al₂o₃ zro₂ C): การเพิ่มเซอร์โคเนียมออกไซด์ (ZRO₂) ลงในคาร์บอนอลูมิเนียมเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการพังทลายของอุณหภูมิสูงและการกระแทกด้วยความร้อนและเหมาะสำหรับเหล็กแมงกานีสสูงหรือเกรดเหล็กพิเศษอื่น ๆ
อลูมินาสูง: ด้วยอะลูมิเนียมที่มีอะลูมิเนียมสูงเป็นวัตถุดิบหลักเหมาะสำหรับโอกาสที่ต้องการต่ำหรือการหล่อเหล็กคาร์บอนธรรมดาและมีต้นทุนต่ำ
แมกนีเซียม คาร์บอน (MGO C): ด้วยแมกนีเซียมออกไซด์ (MGO) เป็นเมทริกซ์วัสดุคาร์บอนจะถูกเพิ่มเข้ามาเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมตะกรันที่มีความสามารถสูงหรือเกรดเหล็กพิเศษ
Fused Quartz: ใช้สำหรับหล่อเหล็กคาร์บอนต่ำหรือโลหะผสมที่ไม่เป็นเหล็กมันมีความต้านทานต่อการกระแทกด้วยความร้อนที่ดี แต่ความต้านทานการกัดเซาะที่อ่อนแอ
วัสดุคอมโพสิต: เช่นหัวฉีดคอมโพสิตที่มีแกนเซอร์โคเนียมออกไซด์และชั้นนอกอลูมิเนียมสูงรวมข้อดีของวัสดุที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

2. การออกแบบโครงสร้าง

หัวฉีดทนไฟมักจะเป็นรูปทรงกระบอกหรือรูปกรวยโดยมีช่องทางไหลที่แม่นยำภายใน (โดยทั่วไปรูรับแสงจะ 10 100 มม.) เพื่อควบคุมอัตราการไหลของการหลอมเหลว หัวฉีดบางตัว (เช่นหัวฉีดแช่) ได้รับการออกแบบด้วยรูปร่างพิเศษเช่นรูด้านข้างหรือปลั๊กรูปไข่เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายสนามไหลของเหล็กหลอมเหลวในผลึก ชั้นนอกอาจถูกปกคลุมด้วยแขนโลหะ (เช่นปลอกเหล็ก) เพื่อเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและป้องกันการแตกร้าวด้วยความร้อน

3. สารเติมแต่งที่ใช้งานได้

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพสารเติมแต่งต่อไปนี้มักจะถูกเพิ่มเข้าไปในหัวฉีดวัสดุทนไฟ:

สารต้านอนุมูลอิสระ: เช่นซิลิกอน (SI) และผงอลูมิเนียม (AL) เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุคาร์บอนออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิสูง

Stabilizers: เช่นออกไซด์เช่นแคลเซียม (CAO) และแมกนีเซียม (MGO) เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกระแทกด้วยความร้อนและความต้านทานการกัดเซาะ

สารยึดเกาะ: เช่นเรซินและแอสฟัลต์เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของการปั้นและความมั่นคงอุณหภูมิสูง

ฟังก์ชั่นของหัวฉีดทนไฟ

หัวฉีดทนไฟทำหน้าที่สำคัญหลายอย่างในกระบวนการโลหะอุณหภูมิสูง:

1. การควบคุมการไหล

หัวฉีดทนไฟควบคุมอัตราการไหลและการไหลของการหลอมอย่างแม่นยำผ่านขนาดและรูปร่างของช่องไหลภายใน ตัวอย่างเช่นในกระบวนการหล่ออย่างต่อเนื่องหัวฉีดที่จมอยู่ใต้น้ำให้ความร่วมมือกับระบบหัวฉีดเลื่อนเพื่อปรับความเร็วที่เหล็กหลอมเหลวเข้าสู่ผลึกเพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องที่เกิดจากเร็วหรือช้าเกินไป

2. ปกป้องการหลอมละลาย

หัวฉีดที่จมอยู่ใต้น้ำจะลึกเข้าไปใน Crystalzer เพื่อป้องกันไม่ให้เหล็กหลอมเหลวถูกสัมผัสกับอากาศลดการเกิดออกซิเดชันและการรวมและปรับปรุงคุณภาพของบิลเล็ต นอกจากนี้การออกแบบที่ราบรื่นของผนังด้านในของหัวฉีดสามารถลดความปั่นป่วนในการไหลเวียนของการหลอมละลายและลดความเสี่ยงของการรวมตะกรัน

3. ความต้านทานอุณหภูมิสูงและการกัดเซาะ

ที่หัวฉีดทนไฟจำเป็นต้องทนต่อผลกระทบของเหล็กหลอมเหลวหรือตะกรันที่ 1500 1700 ° C การหักเหของสารหักเหสูงและความต้านทานการกัดเซาะของวัสดุทำให้มั่นใจได้ว่ามันยังคงมีเสถียรภาพในระหว่างการหล่อหลายครั้งและยืดอายุการใช้งาน

4. ความเสถียรของความร้อนด้วยความร้อน

เมื่อทัพพีถูกแทนที่หรือการหล่อเริ่มและหยุดหัวฉีดจะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่คมชัด หัวฉีดทนไฟที่มีคุณภาพสูงลดความเสี่ยงของการแคร็กช็อตความร้อนโดยการปรับแต่งสูตรวัสดุและการออกแบบโครงสร้าง

5. ป้องกันการอุดตัน

สำหรับเหล็กอลูมิเนียมสูงหรือเหล็กที่มีแคลเซียมอาจมีการรวมอลูมินาในเหล็กหลอมเหลวทำให้หัวฉีดอุดตัน หัวฉีดทนไฟมักจะใช้วัสดุต่อต้านการยึดเกาะ (เช่นวัสดุคอมโพสิตที่มี CAO) เพื่อป้องกันการอุดตันโดยการสร้างสารจุดที่ละลายต่ำ (เช่น CAO ·Al₂o₃)

ฟิลด์แอปพลิเคชันของหัวฉีดทนไฟ

หัวฉีดทนไฟใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิลด์ต่อไปนี้:

1. เหล็กและเหล็กกล้าเหล็กกล้า

ทัพพี: หัวฉีดด้านบนและล่างถูกนำมาใช้ที่ด้านล่างของทัพพีและร่วมมือกับระบบหัวฉีดเลื่อนเพื่อควบคุมการไหลของเหล็กหลอมเหลวไปยัง Tundish
Tundish: หัวฉีดที่รวบรวมและหัวฉีดแบบแช่จะใช้ในการถ่ายโอนเหล็กหลอมเหลวจาก Tundish ไปยัง Crystalzer เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการหล่ออย่างต่อเนื่อง
ตัวแปลงและเตาไฟฟ้า: หัวฉีดวัสดุทนไฟใช้สำหรับเต้าเสียบเหล็กเพื่อทนต่อการกัดเซาะของเหล็กหลอมเหลวอุณหภูมิสูงและตะกรัน

2. การถลุงโลหะที่ไม่ได้เป็นเหล็กกล้า

ในการถลุงของโลหะที่ไม่เป็นเหล็กเช่นอลูมิเนียมทองแดงและแมกนีเซียมหัวฉีดทนไฟจะใช้สำหรับการส่งและการหล่อหลอมเช่นหัวฉีดไกด์ในการหล่ออลูมิเนียมอัลลอยด์

3. อุตสาหกรรมแก้วและเซรามิก

หัวฉีดทนไฟใช้สำหรับการควบคุมการไหลของแก้วอุณหภูมิสูงหรือการละลายเซรามิกและต้องมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงมากและความเสถียรของมิติ

4. อุตสาหกรรมอุณหภูมิสูงอื่น ๆ

เช่นเตาเผาขยะเครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงเคมี ฯลฯ หัวฉีดทนไฟจะใช้ในการควบคุมการปล่อยหรือการส่งผ่านของของเหลวอุณหภูมิสูง

กระบวนการผลิตหัวฉีดทนไฟ

การผลิตหัวฉีดทนไฟนั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ซับซ้อนมากมายเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพของพวกเขาเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรม:

1. การเลือกวัตถุดิบและส่วนผสม
เลือกอลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูง, เซอร์โคเนียมออกไซด์, กราไฟท์และวัตถุดิบอื่น ๆ และควบคุมปริมาณสิ่งเจือปนอย่างเคร่งครัด เพิ่มสารต้านอนุมูลอิสระสารยึดเกาะ ฯลฯ ตามอัตราส่วนสูตรและผสมอย่างสม่ำเสมอ

2. การขึ้นรูป
ใช้เทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปแบบกดหรือแรงดันสูงเพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างหัวฉีดมีความหนาแน่นและช่องไหลมีความแม่นยำ หัวฉีดบางตัว (เช่นหัวฉีดแช่) จำเป็นต้องเกิดขึ้นเป็นรูปร่างที่ซับซ้อนโดยแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำ

3. การเผา
การเผาที่อุณหภูมิสูง (1,400 1800 ° C) ในบรรยากาศที่ปราศจากออกซิเจนหรือป้องกัน (เช่นไนโตรเจน) ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและความต้านทานต่อความร้อน ผลิตภัณฑ์บางอย่างใช้การเผาผลาญทุติยภูมิหรือการรักษาความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานต่อไป

4. การรักษาพื้นผิว
ขัดช่องสัญญาณหรือใช้ชั้นต่อต้านการยึดเกาะ (เช่นการเคลือบzro₂) เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและการไหล ชั้นนอกอาจถูกปกคลุมด้วยการรักษาแขนโลหะหรือการต่อต้านออกซิเดชั่น

5. การตรวจสอบคุณภาพ
ความพรุน, รอยแตกและความแม่นยำมิติของหัวฉีดถูกตรวจสอบโดยวิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายเช่นรังสีเอกซ์และอัลตร้าซาวด์ ประสิทธิภาพของวัสดุทนไฟและความต้านทานการกัดเซาะได้รับการตรวจสอบโดยการทดสอบการจำลองในห้องปฏิบัติการ

ข้อดีของหัวฉีดทนไฟ

การประยุกต์ใช้หัวฉีดทนไฟในอุตสาหกรรมอุณหภูมิสูงเกิดจากข้อดีดังต่อไปนี้:

ความทนทานสูง: วัสดุและกระบวนการที่มีคุณภาพสูงทำให้มั่นใจได้ว่าหัวฉีดสามารถใช้เป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและชีวิตเดี่ยวสามารถเข้าถึงได้หลายชั่วโมงถึงหลายวัน
การควบคุมที่แม่นยำ: ความแม่นยำของการออกแบบช่องสัญญาณการไหลทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของการไหลเวียนของการหลอมเหลวและปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์
ความต้านทานการกัดเซาะ: มีความต้านทานต่อการพังทลายของสารเคมีและการกัดเซาะเชิงกลของเหล็กหลอมเหลวและตะกรันลดต้นทุนการบำรุงรักษา
ความเสถียรของการกระแทกด้วยความร้อน: สูตรวัสดุที่ได้รับการปรับปรุงช่วยลดความเสี่ยงของการแตกร้าวของการกระแทกด้วยความร้อนและปรับให้เข้ากับข้อกำหนดของกระบวนการของจุดเริ่มต้นบ่อยครั้ง
การออกแบบที่หลากหลาย: หัวฉีดประเภทและข้อกำหนดต่าง ๆ ตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการต่าง ๆ และมีสถานการณ์แอปพลิเคชันที่หลากหลาย

ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบหลักของอุตสาหกรรมอุณหภูมิสูงหัวฉีดทนไฟรวมฟังก์ชั่นหลายอย่างเช่นความต้านทานอุณหภูมิสูงความต้านทานการกัดกร่อนและการควบคุมการไหล มันเป็น "ฮีโร่เบื้องหลัง" ที่ขาดไม่ได้ในเหล็กและเหล็กกล้าเหล็กหล่อโลหะที่ไม่ใช่เหล็กกล้าและอุตสาหกรรมอื่น ๆ