复合材质铁水脱硫喷枪及其制备工艺技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，具体涉及一种转炉炼钢前铁水预处理的喷
吹脱硫工序使用的复合材质铁水脱硫喷枪及其制备工艺。
背景技术
铁水预处理技术作为优化炼钢过程的重要工艺手段，是连接炼钢与炼
铁的桥梁，直接影响到钢铁产品质量，钢材品种扩大，节约炼钢成本
等，近年来在钢铁行业中迅速发展。而脱硫作为铁水预处理工艺中一
道非常重要的工序，受到冶金工作者的极大重视。
脱硫喷枪作为铁水预处理工艺中一种极为重要的冶金设备，其使用性
能的优劣将直接影响到脱硫预处理生产的技术经济指标。国内外各大
钢铁公司也加大了对脱硫喷枪的研制开发与改进。脱硫喷枪是在金属
内管上浇注一层耐火材料而成，使用时将脱硫喷枪插入铁水中，然后
将脱硫粉剂由枪芯喷入铁水中。
目前的钢铁行业中脱硫喷枪的使用寿命普遍不高，因喷枪的使用寿命
问题打乱炼钢节奏的事件时常发生，这对缩短炼钢时间不利，故而脱
硫喷枪的使用寿命成为了关键因素。据统计脱硫喷枪的寿命一般只有
25~27次/支，平均浸泡时间为450~550min/支。影响脱硫喷枪使用寿命
的因素主要包括：原材料的材质、浇注方式、喷枪结构、烧制过程以
及用户使用过程的后续处理等。
钢厂大多数脱硫喷枪的枪体为相同耐火材料浇注而成，但随着原料价
格上涨，生产成本提高，许多厂家开始使用低档次原料替代原有原料
进行生产供货，这直接导致脱硫喷枪的使用寿命不能得以迅速提高，
甚至出现下降情况。同时，不接触铁水部位采用较好的耐火材料实属
浪费。
大多数脱硫喷枪枪体上部与下部使用相同的耐火材料，但由于原料价
格上涨，产品成本提高，许多厂家开始使用低档次原料替代原有原料
进行
生产供货，这也直接导致的脱硫喷枪的使用寿命不能得以迅速提高，
甚至出现下降情况。对1985年至2010年的中国发明专利、万方数据库
、金属文摘进行了检索，未发现有关枪体上部与下部使用不同耐火材
料的复合式脱硫喷枪的技术报道。
公开号为CN101148364A的中国发明专利公开了一种脱硫喷枪用耐火材
料及脱硫喷枪生产工艺，其中涉及到分两段浇注脱硫喷枪，但其以渣
线与非渣线区域划分，而且没有明确的长度划分，因使用过程中铁水
渣线高低具有不确定性，使其给生产带来的困难极大，施工极为不便
。所以该发明脱硫喷枪不具有适用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种使用寿命长、制造成本低、
施工方便、经济环保型的复合材质铁水脱硫喷枪及其制备工艺，研制
一种枪体上部与下部使用不同材质耐火材料的复合式脱硫喷枪，在不
接触铁水部位使用低成本耐火材料，来降低生产成本；接触铁水部位
使用高成本耐火材料，提高了脱硫喷枪使用寿命，同时浸泡时间提高
了60~80%，进而达到降本增效的效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合材质铁水脱硫喷枪，它
包括喷枪枪芯和喷枪浇注体，所述喷枪浇注体包括喷枪浇注体上部和
喷枪浇注体下部，所述喷枪浇注体上部由用后脱硫喷枪回收料制备的
浇注料浇注而成，其高度H=900~1100mm；所述喷枪浇注体下部由高铝
质浇注料浇注而成；
所述回收料制备的浇注料中各组重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉和活性α-Al2O3微粉的一种或两种的混合物；
所述高铝质浇注料中各组分重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉、SiC微粉和活性α-Al2O3微粉中的一种或几种
的混合物。
进一步地，所述的回收料制备的浇注料中，铁水喷枪回收料的粒径≤
15mm，红柱石的粒径≤1mm，焦宝石的粒径≤0.088mm。
再进一步地，所述的高铝质浇注料中，焦宝石的粒径≤15mm，莫来石
的粒径≤5mm，红柱石的粒径：1~3mm，锆莫来石的粒径≤1mm，电熔白
刚玉的粒径≤0.088mm。
再进一步地，所述铁水喷枪回收料中，5mm＜粒径≤15mm的占其总重量
的45~65%，粒径≤5mm的占其总重量的35~55%。
再进一步地，所述的高铝质浇注料中，焦宝石中，8mm＜粒径≤15mm的
占其总重量的45~70%，5mm≤粒径≤8mm的占其总重量的30~55%；莫来
石中，3mm＜粒径≤5mm的占其总重量的65~92%；粒径≤3mm的占其总重
量的8~35%。
再进一步地，所述莫来石为烧结莫来石。
再进一步地，所述结合剂为铝酸钙水泥、水合氧化铝中的一种或二种
的混合物。
再进一步地，所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、分散氧化铝中
的一种或几种的混合物。
再进一步地，所述复合材质铁水脱硫喷枪的外形为倒T形或喇叭形。
本发明还提供了一种所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括
以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，先
将模具装配好，吊入喷枪枪芯，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，防
止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部的高铝质浇注料：将所
述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3~5min，加入物料总
量的6.1~6.5%的水，再搅拌4~5min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部
内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇注
料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部的由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：
将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3~5min，加入物料总量
的6.5~6.8%的水，再搅拌4~5min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料加入模
具中喷枪浇注体上部内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，
此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水脱
硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：当室温低于15
℃时，自然养护48h再脱模；当室温高于15℃时，自然养护24h再脱模
；
7）脱模后继续自然养护72~96h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以10~
12℃/h的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以7~9℃/h
的升温速度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以13~15℃/h的升温
速度升温到250℃；在250℃时保温12h；再以18~20℃/h的升温速度升
温到450℃；在450℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为12~24
h，即可得到复合材质铁水脱硫喷枪。
本发明所制备的复合材质铁水脱硫喷枪与现有的脱硫喷枪相比，具有
以下优点：
1）本发明的复合材质铁水脱硫喷枪的枪芯与常用的脱硫喷枪相同，改
进耐火材料覆盖层的设计与工艺，施工简单方便。
2）本发明采用用后铁水脱硫喷枪回收料代替特级焦宝石及烧结合成莫
来石作为复合材质铁水脱硫喷枪上部的骨料，不仅大幅降低了制造成
本，而且有效缓解了耐火材料资源紧缺的问题。
3）本发明制备的复合材质铁水脱硫喷枪，其上部（不接触铁水部分）
的耐火材料的原料成本得以大幅地降低；其下部（接触铁水部分）的
耐火材料经过提高档次和配方优化，使得脱硫喷枪的实际使用寿命及
浸泡时间提高60~80%。
4）本发明的复合材质铁水脱硫喷枪工作过程中，铁水面以上不接触铁
水部位与接触铁水的工作部位采用的浇注料，在非工作部位采用用后
脱硫喷枪回收料替代价格较昂贵的耐火原料，来降低成本。通过提高
工作部位耐火材料的档次，进一步提高脱硫喷枪的使用寿命。
附图说明
图1为铁水脱硫喷枪成型后示意图；
图2为铁水脱硫喷枪在铁水中使用示意图；
图中，喷枪浇注体上部1，喷枪浇注体下部2，喷枪枪芯3，铁水4，喷
枪浇注体5。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主
要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1：
一种复合材质铁水脱硫喷枪，其外形为倒T形，它包括喷枪枪芯3和喷
枪浇注体5，所述喷枪浇注体5包括喷枪浇注体上部1和喷枪浇注体下部
2，所述喷枪浇注体上部1由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而
成，高度H为900mm；所述喷枪浇注体下部2由高铝质浇注料浇注而成；
所述回收料制备的浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉和活性α-Al2O3微粉的混合物；结合剂为铝酸
钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠与六偏磷酸钠的混合物。
本实施例与以下实施例中，铁水喷枪回收料中Al2O3含量≥60%；焦宝
石中Al2O3含量≥44%；SiO2微粉中SiO2含量≥92%，活性α-Al2O3微粉
中Al2O3含量≥99%；
所述高铝质浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉、SiC微粉和活性α-Al2O3微粉的混合物；结合
剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例与以下实施例中，焦宝石中Al2O3含量≥44%；烧结莫来石中
Al2O3含量：70~77%，SiO2含量：22~29%，岩相分析：烧结莫莫来石晶
相量≥90%；锆莫来石中ZrO2含量≥34%，Al2O3含量≥45%，并且ZrO2
+Al2O3含量≥80%；电熔白刚玉中Al2O3含量≥98.5%；SiO2微粉中SiO
2含量≥92%，SiC微粉中SiC含量≥97%，活性α-Al2O3微粉中Al2O3含
量≥99%。
所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯4及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，
先将模具装配好，吊入喷枪枪芯3，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，
防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部2的高铝质浇注料：将
所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合5min，加入物料总
量的6.1%的水，再搅拌5min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部
2内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇
注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部1的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：
将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3min，加入物料总量的
6.5%的水，再搅拌4~5min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体上部
1内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加料边震动
成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：在室温低于15
℃时，自然养护48h再脱模；
7）脱模后继续自然养护72h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以10℃/h
的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以9℃/h的升温速
度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以13℃/h的升温速度升温到2
50℃；在250℃时保温12h；再以18℃/h的升温速度升温到450℃；在4
50℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为12h，即可得到复合材
质铁水脱硫喷枪。
实施例2
一种复合材质铁水脱硫喷枪，其外形为喇叭形，它包括喷枪枪芯4和喷
枪浇注体5，所述喷枪浇注体5包括喷枪浇注体上部1和喷枪浇注体下部
2，所述喷枪浇注体上部1由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而
成，高度H为1100mm；所述喷枪浇注体下部2由高铝质浇注料浇注而成
；
所述回收料制备的浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉；结合剂为水合氧化铝；减水剂为分散氧化铝
，分散氧化铝购于青岛安迈铝业公司，牌号为：ADS1/ADW1。
所述高铝质浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiC微粉和活性α-Al2O3微粉中的混合物；结合剂为铝酸
钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠与六偏磷酸钠的混合物。
所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯3及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，
先将模具装配好，吊入喷枪枪芯3，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，
防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部2的高铝质浇注料：将
所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3min，加入物料总
量的6.1%的水，再搅拌4min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部
2内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇
注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部1的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：
将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3min，加入物料总量的
6.58%的水，再搅拌4min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料加入模
具中喷枪浇注体上部1内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm
，此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水
脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：室温高于15℃
，自然养护24h再脱模；
7）脱模后继续自然养护72h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以12℃/h
的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以7℃/h的升温速
度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以15℃/h的升温速度升温到2
50℃；在250℃时保温12h；再以20℃/h的升温速度升温到450℃；在4
50℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为24h，即可得到复合材
质铁水脱硫喷枪。
实施例3
一种复合材质铁水脱硫喷枪，其外形为倒T形，它包括喷枪枪芯3和喷
枪浇注体4，所述喷枪浇注体包括喷枪浇注体上部1和喷枪浇注体下部
2，所述喷枪浇注体上部1由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而
成，高度H为900~1100mm；所述喷枪浇注体下部2由高铝质浇注料浇注
而成；
所述回收料制备的浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为活性α-Al2O3微粉；结合剂为水合氧化铝；减水剂为六
偏磷酸钠。
所述高铝质浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉、SiC微粉和活性α-Al2O3微粉的混合物；
结合剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。
所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯3及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，
先将模具装配好，吊入喷枪枪芯3，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，
防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部2的高铝质浇注料：将
所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合4min，加入物料总
量的6.13%的水，再搅拌5min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部
2内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇
注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部1的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：
将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合4min，加入物料总量的
6.6%的水，再搅拌5min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料加入模
具中喷枪浇注体上部1内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm
，此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水
脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：室温高于15℃
时，自然养护24h再脱模；
7）脱模后继续自然养护84h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以10℃/h
的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以8℃/h的升温速
度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以13℃/h的升温速度升温到2
50℃；在250℃时保温12h；再以18℃/h的升温速度升温到450℃；在4
50℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为20h，即可得到复合材
质铁水脱硫喷枪。