湿法烟气脱硫装置中碳化硅雾化喷嘴的制造方法.pdf

本发明公开了一种湿法烟气脱硫装置中碳化硅雾化喷嘴的制造方法，其基本步骤为：(1)内、外底模制作；(2)用外底模制作生产外模；(3)制作型芯；(4)注浆成型；(5)干燥；(6)素坯修整；(7)烧结；本发明准确完成了雾化喷嘴复杂的内、外结构形式的制造，工艺简单，成品率高，制成的雾化喷嘴不仅具有优良的防腐防锈性能，且高硬度、耐高温、使用寿命长。

1.  湿法烟气脱硫装置中碳化硅雾化喷嘴的制造方法，其特征是所述的制造方法包括以下步骤：
(1)内、外底模制作：以根据雾化喷嘴的结构设计的内、外底模的结构尺寸为依据，采用机加工、手工工艺粘接方法完成内、外底模制作；
(2)用外底模制作生产外模：生产外模采用石膏模，先在外底模上均匀擦上适量的软皂水，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，按照石膏粉与水3∶2的重量配比配制石膏浆，石膏与水混合后进行真空搅拌1-3分钟，再过筛除去杂质，接着注入模型内并一次注满，再加以轻微振动以排除气泡，并使石膏浆流入各棱角处，石膏浆固化后拆除石膏模外型模具并取出外底模，即得到生产外模；石膏生产外模制成后在40-50℃之间的干燥室内烘干4-5天，干燥均匀适度，即可投入使用；
(3)制作型芯：用内底模制作生产内模，再由生产内模制作型芯；根据雾化喷嘴的内部结构，制作与雾化喷嘴内部形状相应的型芯；
(4)注浆成型：采用实心注浆法，注浆操作时，须根据雾化喷嘴的具体结构在生产模上确定注浆孔的位置、数量及大小，然后，将型芯固定于生产外模中，一定要保持两者中心线重合，再合模注浆；注浆过程中要合理掌握注浆速度，并不时振动生产模；
(5)干燥：成型坯体脱模后，先自然干燥，并将型芯与坯体脱离，然后送低温烘干室，温度在30-45℃之间，干燥40-60小时；
(6)素坯修整：成型坯体干燥后，对坯体表面上的缺陷进行修整；
(7)烧结：将修整好的坯体送高温烘干室，在80-100℃之间干燥10-12小时，完成后即可装炉烧结，升温过程中抽真空加热到1400-1700℃，经渗硅、恒温，充氮气冷却至1100-1200℃，充氦气快速降温到120-150℃以下出炉。

2.  如权利要求1所述的湿法烟气脱硫装置中碳化硅雾化喷嘴的制造方法，其特征是：所述的外底模材料选用铝合金、石膏、环氧树脂、木材中的一种；所述的内底模材料选用铝合金、石膏中的一种；型芯的材料采用石蜡、泡沫塑料、橡皮泥或者软橡胶中的一种。

湿法烟气脱硫装置中碳化硅雾化喷嘴的制造方法
技术领域
本发明涉及一种湿法烟气脱硫装置中碳化硅雾化喷嘴的制造方法。
背景技术
在石灰石一石膏湿法烟气脱硫工艺中，喷淋式吸收塔中喷射石灰石浆液的雾化喷嘴是控制湿法烟气脱硫(WFGD)系统运行和维护费用的重要因素。雾化喷嘴的功能是将大量的石灰石浆液转化为能提供足够接触面积的雾化小液滴以有效脱除烟气中的SO₂。雾化喷嘴的选择和设计，应考虑下列几个因素：①存在于石灰石浆和废气中导致喷嘴锈蚀的因素，特别是氯化物和氟化物的含量以及PH值；②导致喷嘴被侵蚀的因素，包括飞灰的百分含量，石灰石颗粒的大小以及石灰石浆液通过喷嘴时的流速；③喷嘴的性能要求在指定操作压力下必须达到系统给定的雾滴粒径；④喷嘴对堵塞的敏感度，既能自由畅通直径(喷嘴允许通过的最大直径的球形杂质)；⑤用来制造喷嘴的材料必须考虑到喷嘴是否能够成功地克服因安装、操作以及维护等造成的机械损伤。在WFGD中，液体的雾化方法一般采用压力雾化方法。压力式雾化喷嘴主要由液体切向入口、液体旋转室、喷嘴孔等组成，利用高压来使液体获得很高的压力(2-20Mpa)，从切向入口进入喷嘴的旋转室，液体在旋转室获得旋转运动并通过喷嘴孔雾状喷射。通常用于烟气脱硫(FGD)湿式洗涤塔和吸收塔的喷嘴有6种：①空心锥切线型；②实心锥切线型；③双空心锥切线型；④实心锥；⑤螺旋型；⑥大通道螺旋型。
对于雾化喷嘴，由于采用石灰石浆液作为吸收剂，从而有很强的磨蚀性。因此，在选择用于吸收塔的喷嘴时，其制造材料不仅具有优良的防腐防锈性能、耐磨损能力，而且有较长的使用寿命，宜于制造各种复杂的形状。目前，适用于制作此喷嘴的材料主要有反应烧结碳化硅、氮化硅结合碳化硅、钴合金、聚氨酯等。
碳化硅(SiC)作为结构陶瓷中的典型材料，在上世纪70年代由美国科学家S.Prochazka首先成功地采用亚微米级的β-SiC和少量B、C添加剂为原料，通过无压烧结工艺成功地制得了致密的碳化硅陶瓷。从此。碳化硅烧结成陶瓷，制作成陶瓷部件，实现工业化才有可能。之后，世界各国迅速地发展碳化硅的生产，形成陶瓷领域的一个新兴产业。碳化硅陶瓷不仅具有良好的高温特性，如高温抗氧化性、高温强度高、蠕变性小、热传导性好、比重轻等，而且具有高硬度、耐磨损、耐酸碱腐蚀等一系列优异性能，可以承受金属材料和有机高分子材料难以承受的苛刻工作环境，常常成为许多新兴科学技术得以实现的关键。近年来，由于高技术的发展，许多工业领域以及特需对高性能碳化硅的需求增加，加上众多的引进装备中高技术陶瓷零部件日益增多，更促使了高技术碳化硅陶瓷的发展。
因此，选用碳化硅材质制造雾化喷嘴，不仅具有优良的防腐防锈性能，且高硬度、耐磨损、耐高温，既使在遭受严重磨蚀、高温及腐蚀性极强的化学试剂时，此材质的雾化喷嘴也会保持上述优点。就其使用寿命而言：重结晶碳化硅的使用时间为5000小时，氮化硅结合碳化硅质的使用时间为6000-7000小时，而反应烧结碳化硅质的使用时间却可达10000小时以上。
由于雾化喷嘴的功能要求，因此，它的外形及内腔几何尺寸复杂，特别是内腔要求结构尺寸精确、严格，且内表面光洁、平滑，要有较高的光洁度，再就是整个构件壁厚不均等，厚薄不一。所以，对于反应烧结碳化硅质的雾化喷嘴，依靠传统的注浆成型工艺，就难以制造出来。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种湿法烟气脱硫装置中反应烧结碳化硅雾化喷嘴的制造方法，解决现有技术中制造工艺复杂、成品率低的技术缺陷。
为实现上述目的，所述的制造方法包以下步骤：
(1)内、外底模制作：以根据雾化喷嘴的结构设计的内、外底模的结构尺寸为依据，采用机加工、手工工艺粘接方法完成内、外底模制作；
(2)用外底模制作生产外模：生产外模采用石膏模，先在外底模上均匀擦上适量的软皂水，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，按照石膏粉与水3∶2的重量配比配制石膏浆，石膏与水混合后进行真空搅拌1-3分钟，再过筛除去杂质，接着注入模型内并一次注满，再加以轻微振动以排除气泡，并使石膏浆流入各棱角处，石膏浆固化后拆除石膏模外型模具并取出外底模，即得到生产外模；石膏生产外模制成后在40-50℃之间的干燥室内烘干4-5天，干燥均匀适度，即可投入使用；
(3)制作型芯：用内底模制作生产内模，再由生产内模制作型芯。根据雾化喷嘴的内部结构，制作与雾化喷嘴内部形状相应的型芯；
(4)注浆成型：采用实心注浆法，注浆操作时，须根据雾化喷嘴的具体结构在生产模上确定注浆孔的位置、数量及大小，然后，将型芯固定于生产外模中，一定要保持两者中心线重合，再合模注浆；注浆过程中要合理掌握注浆速度，并不时振动生产模；
(5)干燥：成型坯体脱模后，先自然干燥，并将型芯与坯体脱离，然后送低温烘干室，温度在30-45℃之间，干燥40-60小时；
(6)素坯修整：成型坯体干燥后，对坯体表面上的缺陷进行修整；
(7)烧结：将修整好的坯体送高温烘干室，在80-100℃之间干燥10-12小时，完成后即可装炉烧结，升温过程中抽真空加热到1400-1700℃，经渗硅、恒温，充氮气冷却至1100-1200℃，充氦气快速降温到120-150℃以下出炉。
采用上述技术方案的优点是：准确完成了雾化喷嘴复杂的内、外结构形式的制造，工艺简单，成品率高，制成的雾化喷嘴不仅具有优良地防腐防锈性能，且高硬度、耐高温、使用寿命长。
具体实施方式
雾化喷嘴由于具有复杂的内外部结构，且内外形状不同，喷嘴壁的厚度厚薄不等，本发明采用实心注浆法成型，就是将料浆倒入生产外模与型芯之间，坯体的外部形状由生产外模决定，内部形状由型芯决定。因此，底模设计就分外底模设计和内底模设计。外底模以所用料浆的收缩性来确定其底模尺寸的放尺率，并按照雾化喷嘴的外形结构尺寸进行制品放尺，再按照放尺以后的尺寸要求，制作与制品外形相应的外底模。而内底模的设计，首先考虑型芯的选材，一是根据注浆法成型工艺，型芯在坯体中要有一定的收缩性；二是型芯要有可塑性，易于形成雾化喷嘴复杂的内腔结构；三是型芯要易于与坯体脱离。目前所选用型芯的材料主要有泡沫塑料、石蜡、橡皮泥、软橡胶等，不同型芯材料，它的成型方式以及与坯体的脱离方式也不同；以普遍采用的泡沫塑料为例，泡沫塑料极易被丙酮溶解。至于收缩性，不同的材料更是各有不同。所以内底模尺寸的放尺率以所选用型芯的材料而定，再按照雾化喷嘴的内腔结构尺寸进行内腔尺寸放尺，并按照放尺后的要求，制作内底模。
底模是成型工艺的基础，不仅决定着产品的规格尺寸、造型、结构、使用功能等特性，而且对生产工艺适应性起着主要的作用，其设计、制作质量要受生产工艺过程的检验，并在生产实践中不断改进、不断完善，最终达到较好的使用效果。
以上是对内、外底模设计的说明，以下详细说明湿法烟气脱硫装置中烧结炭化硅雾化喷嘴的制造方法的基本步骤：
(1)内、外底模制作：以根据雾化喷嘴的结构设计的内、外底模的结构尺寸为依据，采用机加工、手工工艺粘接方法完成内、外底模制作；
所述的外底模材料选用铝合金、石膏、环氧树脂、木材中的一种，所述的内底模材料选用铝合金、石膏中的一种；
(2)用外底模制作生产外模：生产外模采用石膏模，先在外底模上均匀擦上适量的软皂水，将外底模置于石膏模外型模具内并固定好，根据石膏模的体积计算出石膏粉的用量，按照石膏粉与水3∶2的重量配比配制石膏浆，石膏与水混合后进行真空搅拌1-3分钟，使其充分均匀混合，再过筛除去杂质，接着徐徐注入模型内，一次注满，再加以轻微振动以排除气泡，并使石膏浆流入各棱角处，约等30分钟，让其发热固化，然后拆除石膏模外型模具，取出外底模，即得到生产外模；石膏生产外模制成后需要干燥，其烘干应在40-50℃之间的干燥室内烘干4-5天，干燥均匀适度，即可投入使用；
石膏模具是注浆成型工艺中必不可少的，它是根据半水石膏粉与水拌和后形成二水石膏并具有固化的性质而制成的，对制造石膏模具所用的石膏细粉的要求是纯净以及加水后其初凝时间不小于9分钟，终凝时间不大于30分钟，以便于制模操作。新进的石膏粉要在稳定2-8天后才能使用。
用外底模制作生产外模时，先根据制品尺寸、石膏模的吃浆厚度及其强度确定生产模的外型尺寸。
起模时整个模具要受力均匀，保持上下垂直，且生产模内表面光滑无垢，不能有气孔、杂质、磕碰等现象，表面要平整光滑，棱角平整。
(3)制作型芯：用内底模制作生产内模，再由生产内模制作型芯。根据雾化喷嘴的内部结构，制作与雾化喷嘴内部形状相应的型芯；型芯的材料采用石蜡、泡沫塑料、橡皮泥或者软橡胶中的一种。
(4)注浆成型：采用实心注浆法，注浆操作时，须根据雾化喷嘴的具体结构在生产模上确定注浆孔的位置、数量及大小，然后，将型芯固定于生产外模中，一定要保持两者中心线重合，再合模注浆。模具须配合紧固，放置平稳；注浆过程中要合理掌握注浆速度，并不时振动生产模，以达到最佳注浆效果；在石膏模吸浆过程中，要不断补充浆料，使浆料保持一定的液位。根据制品尺寸的要求掌握好浇注时间，并随时观察干涸层的厚度。吸浆完成后，倒余浆时，不宜过快过猛，以防止干涸层变形或塌落。以注件的大小确定成型后适宜的放置时间，才能脱模。
采用实心注浆法，浆料应具备以下条件：①粘度小、流动性好；②较好的稳定性；③在保证流动性的前提下，含水量应尽量少；④触变性要小；⑤料浆中的水分容易通过已形成的坯体被模壁吸收；⑥形成的坯体容易从模型上脱离，并不与模型反应；⑦尽可能不含气泡。
(5)干燥：成型坯体脱模后，先自然干燥，并将型芯与坯体脱离，然后送低温烘干室，温度在30-45℃之间，干燥40-60小时；
(6)素坯修整：成型坯体干燥后，对坯体表面上的缺陷进行修整；
(7)烧结：将修整好的坯体送高温烘干室，在80-100℃之间干燥10-12小时，同时开循环风，完成后即可装炉烧结，升温过程中抽真空加热到1400-1700℃，经渗硅、恒温，充氮气冷却至1100-1200℃，充氦气快速降温到120-150℃以下出炉。
在烧结过程中，伴随坯体所含溶剂、粘合剂、增塑剂等成分的去除，坯体中气孔减少，颗粒间结合强度增加，机械强度提高。以此可将烧结过程定义为：经过成型的粉末在加热到一定温度后开始收缩，在低于物质熔点温度之下变成致密、坚硬烧结体的过程称为烧结。
而反应烧结碳化硅由C或C+SiC构成基体，然后可分别由液硅或硅蒸汽与之反应生成SiC或新生成的SiC将原始机体中SiC粒子结合在一起。