¿Qué es una boquilla refractaria?

El nombre de la boquilla refractaria proviene de su función: la palabra "boquilla" describe vívidamente su papel como un canal de fusión, mientras que "refractario" destaca su durabilidad en entornos de alta temperatura. De acuerdo con su uso específico, las boquillas refractarias se pueden dividir en muchos tipos, como boquillas superiores, boquillas inferiores, boquillas de colección, boquillas de entrada sumergidas (SEN), etc. Cada tipo tiene diferencias en la estructura y los materiales para cumplir con los diferentes requisitos de proceso.

¿Qué es una boquilla refractaria?

La boquilla refractaria es un producto de material refractario utilizado para el metal fundido a alta temperatura (como el acero fundido, el hierro fundido) o el control de flujo de fusión no metálico, generalmente instalado en la salida o el sistema de boquilla deslizante de equipos metalúrgicos (como cucharón, convertidor, basura).

Asegura la estabilidad y la seguridad del proceso de fundición y fundición controlando con precisión la velocidad de flujo, la velocidad de flujo y la dirección de flujo de la fusión. Las boquillas refractarias no solo necesitan resistir temperaturas extremas altas (generalmente más de 1500 ° C), sino que también deben resistir la erosión química, el fregado mecánico y el daño de choque térmico por fusión y escoria.

Composición y materiales de boquillas refractarias

El rendimiento de las boquillas refractarias depende directamente de su selección de material y diseño estructural. Los siguientes son sus componentes principales y características del material:

1. Materiales principales

El carbono de aluminio (Al₂o₃-C): la alúmina de alta pureza (al₂o₃) se usa como componente principal, y los materiales de carbono (como el grafito) se agregan para mejorar la resistencia al choque térmico y la resistencia a la erosión. Las boquillas de carbono de aluminio se usan ampliamente en cucharones y tundishes, y son adecuadas para fundir acero al carbono ordinario.
El carbono de circonio de aluminio (Al₂o₃-Zro₂-C): se agrega óxido de circonio (ZRO₂) al carbono de aluminio para mejorar la resistencia a la erosión de alta temperatura y un choque térmico, y es adecuado para acero de manganeso alto u otras calificaciones especiales de acero.
Alúmina alta: con bauxita de alta alúmina como materia prima principal, es adecuado para ocasiones de bajo requisito o fundición ordinaria de acero al carbono, y tiene un bajo costo.
Magnesio-Carbono (MGO-C): con óxido de magnesio (MgO) como matriz, se agregan materiales de carbono, adecuados para un entorno de escoria de alta alcalinidad o calificaciones especiales de acero.
Cuarzo fusionado: utilizado para lanzar algunas aleaciones de acero bajo en carbono o no ferrosas, tiene una buena resistencia al choque térmico, pero una resistencia a la erosión débil.
Materiales compuestos: como boquillas compuestas con núcleo de óxido de circonio y capa externa de alto aluminio, que combinan las ventajas de diferentes materiales para optimizar el rendimiento.

2. Diseño estructural

Boquillas refractariasgeneralmente son cilíndricos o cónicos, con canales de flujo precisos en el interior (la abertura es generalmente de 10-100 mm) para controlar la velocidad de flujo de fusión. Algunas boquillas (como las boquillas de inmersión) están diseñadas con formas especiales, como agujeros laterales o salidas elípticas, para optimizar la distribución del campo de flujo del acero fundido en el cristalizador. La capa externa se puede cubrir con una manga metálica (como una manga de hierro) para mejorar la resistencia mecánica y evitar el agrietamiento del choque térmico.

3. Aditivos funcionales

Para mejorar el rendimiento, a menudo se agregan los siguientes aditivos a las boquillas refractarias:

Antioxidantes: como los polvos de silicio (SI) y aluminio (Al), para evitar que los materiales de carbono oxiden a altas temperaturas.

Estabilizadores: como óxidos como el calcio (CAO) y el magnesio (MGO), para mejorar la resistencia al choque térmico y la resistencia a la erosión.

Atendas: como resinas y asfalto, para mejorar la resistencia al moldeo y la estabilidad de alta temperatura.

Funciones de boquillas refractarias

Las boquillas refractarias realizan múltiples funciones clave en procesos metalúrgicos de alta temperatura:

1. Control de flujo

Las boquillas refractarias controlan con precisión la velocidad de flujo y el flujo de la masa fundida a través del tamaño y la forma de sus canales de flujo internos. Por ejemplo, en el proceso de fundición continua, la boquilla sumergida coopera con el sistema de boquilla deslizante para ajustar la velocidad a la que el acero fundido ingresa al cristalizador para evitar defectos causados ​​por demasiado rápidos o demasiado lentos.

2. Proteja el fusión

La boquilla sumergida entra profundamente en el cristalizador para evitar que el acero fundido se exponga al aire, reduzca la formación de oxidación e inclusión, y mejorar la calidad del tocho. Además, el diseño suave de la pared interna de la boquilla puede reducir la turbulencia en el flujo de fusión y reducir el riesgo de inclusión de escoria.

3. Alta temperatura y resistencia a la erosión

Elboquilla refractariaNecesita resistir el impacto del acero fundido o la escoria a 1500-1700 ° C. La alta refractariedad y la resistencia a la erosión del material aseguran que permanezca estable durante múltiples fundiciones y prolongue su vida útil.

4. Estabilidad de choque térmico

Cuando se reemplaza el cucharón o se inicia la fundición y se detiene, la boquilla experimentará un cambio de temperatura fuerte. Las boquillas refractarias de alta calidad reducen el riesgo de agrietamiento por choque térmico al optimizar la formulación del material y el diseño estructural.

5. Evite la obstrucción

Para acero de alto aluminio o acero que contiene calcio, se pueden generar inclusiones de alúmina en el acero fundido, causando la obstrucción de la boquilla. Las boquillas refractarias a menudo usan materiales anti-adhesión (como materiales compuestos que contienen CAO) para evitar la obstrucción generando sustancias de baja fusión (como Cao · Al₂o₃).

Campos de aplicación de boquillas refractarias

Las boquillas refractarias se usan ampliamente en los siguientes campos:

1. Metalurgia de hierro y acero

Cado: las boquillas superiores e inferiores se usan en la parte inferior del cucharón y cooperan con el sistema de boquilla deslizante para controlar el flujo de acero fundido al tundish.
Tundish: la boquilla de recolección y la boquilla inmersa se usan para transferir el acero fundido desde la tundish al cristalizador para optimizar el proceso de fundición continua.
Convertidor y horno eléctrico: se utilizan boquillas refractarias para que la salida de acero resistir la erosión de hierro fundido y escoria de alta temperatura.

2. Fundición de metal no ferroso

En la fundición de metales no ferrosos, como el aluminio, el cobre y el magnesio, se utilizan boquillas refractarias para la transmisión y fundición de fusión, como las boquillas guía en la fundición de aleación de aluminio.

3. Industria de vidrio y cerámica

Las boquillas refractarias se utilizan para el control de flujo de vidrio de alta temperatura o fundición de cerámica, y deben tener resistencia a la corrosión extremadamente alta y estabilidad dimensional.

4. Otras industrias de alta temperatura

Tales como incineradores de basura, reactores químicos de alta temperatura, etc., se utilizan boquillas refractarias para controlar la descarga o transmisión de fluidos de alta temperatura.

Proceso de producción de boquillas refractarias

La producción de boquillas refractarias implica muchos procesos complejos para garantizar que su rendimiento cumpla con los estándares industriales:

1. Selección de materia prima e ingredientes
Seleccione alúmina de alta pureza, óxido de circonio, grafito y otras materias primas, y controle estrictamente el contenido de impureza. Agregue antioxidantes, aglutinantes, etc. de acuerdo con la relación de fórmula y mezcle de manera uniforme.

2. Moldado
Use la prensado isostático o la tecnología de moldeo de alta presión para garantizar que la estructura de la boquilla sea densa y que el canal de flujo sea preciso. Algunas boquillas (como boquillas de inmersión) deben formarse en formas complejas por moldes de precisión.

3. Sinterización
La sinterización a alta temperatura (1400-1800 ° C) en una atmósfera sin oxígeno o protectora (como el nitrógeno) mejora la resistencia del material y la resistencia al choque térmico. Algunos productos utilizan sinterización secundaria o tratamiento térmico para optimizar aún más el rendimiento.

4. Tratamiento de superficie
Pule el canal de flujo o aplique una capa anti-adhesión (como el recubrimiento de zro₂) para mejorar la resistencia y la fluidez de la corrosión. La capa externa puede cubrirse con una manga metálica o un tratamiento antioxidante.

5. Inspección de calidad
La porosidad, las grietas y la precisión dimensional de la boquilla se verifican mediante métodos de prueba no destructivos, como radiografías y ultrasonido. El rendimiento refractario y la resistencia a la erosión se verifican mediante pruebas de simulación de laboratorio.

Ventajas de las boquillas refractarias

La amplia aplicación de boquillas refractarias en industrias de alta temperatura proviene de sus siguientes ventajas:

Alta durabilidad: los materiales y procesos de alta calidad aseguran que las boquillas puedan usarse durante mucho tiempo en entornos extremos, y la vida única puede alcanzar varias horas a varios días.
Control preciso: la precisión del diseño del canal de flujo asegura la estabilidad del flujo de fusión y mejora la calidad del producto.
Resistencia a la erosión: tiene una fuerte resistencia a la erosión química y la erosión mecánica del acero fundido y la escoria, lo que reduce los costos de mantenimiento.
Estabilidad del choque térmico: la fórmula de material optimizado reduce el riesgo de agrietamiento del choque térmico y se adapta a los requisitos del proceso de inicio frecuente.
Diseño diversificado: las boquillas de diferentes tipos y especificaciones cumplen con diversos requisitos de proceso y tienen una amplia gama de escenarios de aplicación.

Como el componente central de la industria de alta temperatura, la boquilla refractaria integra múltiples funciones, como la alta resistencia a la temperatura, la resistencia a la corrosión y el control de flujo. Es un "héroe detrás de escena" indispensable en la metalurgia de hierro y acero, fundición de metal no ferroso y otras industrias.