鐵水預(yù)處理是指鐵水進(jìn)入煉鋼爐之前采取的冶煉工藝。鐵水預(yù)處理工藝始于鐵水爐脫硫。鐵水預(yù)處理的目的是為了在鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煉鋼之前，去除某些有害成分或回收有益成分的處理過(guò)程。
噴槍為鐵水預(yù)處理的重要裝置，在鐵水預(yù)處理時(shí)，噴槍浸入鐵水中，預(yù)處理劑通過(guò)噴槍以氧氣、氮?dú)鉃檩d體吹入鐵水中，與鐵水充分混合和反應(yīng)。噴槍主要由槍桿和槍體組成，槍桿的主要作用是完成與噴吹系統(tǒng)的連接和噴槍的安裝固定;槍體的主要作用是將預(yù)處理劑導(dǎo)入到熔融的鐵水之中進(jìn)行鐵水預(yù)處理。
噴槍所用耐火材料經(jīng)歷了由定形到不定形的發(fā)展過(guò)程。最初的噴槍由袖磚套裝而成，即采用不同材料，不同工藝制成的袖磚，在鋼管外套接起來(lái)。國(guó)外許多鋼廠的鋼包噴粉用噴槍，普遍采用黏土質(zhì)的袖磚和槍頭磚，使用一次或二次便主動(dòng)淘汰以防止因噴槍中途損壞而報(bào)廢整罐鋼，而維蘇威尤斯噴槍用的袖磚和槍頭磚采用高鋁質(zhì)原料和鱗片石墨經(jīng)等靜壓成型制作，砌筑時(shí)，除最上一塊用定心袖磚外，其余袖磚與噴槍管之間留有間隙，以便隔熱，該槍使用壽命較長(zhǎng).
隨著不定形耐火材料的發(fā)展，噴槍用耐火材料逐漸被澆注料整體澆注成型取代，形成一體化結(jié)構(gòu)，比如，聯(lián)邦德國(guó)的爐外精煉用噴槍，即采用不定形耐火材料作襯體，使用壽命為50次;而日本早期的倒T形噴槍采用高鋁質(zhì)可塑料搗打成型，在噴槍的渣線部位采用抗渣侵蝕性能較好的特級(jí)高鋁可塑料或增加耐火材料層的厚度，或改進(jìn)為莫來(lái)石、紅柱石高鋁質(zhì)耐火澆注料整體澆注，并在渣線部位材料中添加了鎂鋁尖晶石改善抗渣性，此后又進(jìn)一步采用有機(jī)纖維改進(jìn)澆注料的抗熱震性、添加耐熱鋼纖維提高澆注料層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;而日本另一家公司則在澆注料中添加棒狀陶瓷耐火原料和耐熱鋼纖維，以提高脫硫噴槍澆注料的整體結(jié)合強(qiáng)度與抗熱震性。
我國(guó)在20世紀(jì)50年代初期開始用蘇打鋪撒法處理高硫鐵水，但由于我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼起步較晚，因此直到70年代末才發(fā)展起來(lái)鐵水爐外脫硫技術(shù)。我國(guó)初期多采用黏土質(zhì)袖磚，其壽命僅為1~3次，從20世紀(jì)80年代中后期開始，噴槍耐材逐漸發(fā)展為澆注料整體澆注噴槍。使用不定形耐火材料制成的整體噴槍具有組織均勻、無(wú)接縫、抗熱震性能好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其材質(zhì)以Al203-SiO2系為主。
目前預(yù)處理噴槍大都由金屬管芯和耐火澆注料構(gòu)成，管芯為普通壁厚的無(wú)縫碳素鋼管，外層為高鋁質(zhì)不定形耐火澆注料，以震動(dòng)成型的方法制成整體噴槍。要求高鋁澆注料中加入4%左右的耐熱鋼纖維，澆注料中的A1203含量為60%~80%時(shí)材料具有較好的抗侵蝕性能和抗熱震性。噴槍工作時(shí)，不同位置上的耐火材料受到不同的損傷作用， 上圖給出了噴槍各部位耐火材料的損毀因素和對(duì)耐火材料的要求。表1給出了鐵水預(yù)處理噴槍的工作條件。表2為某廠生產(chǎn)的鐵水預(yù)處理脫硫噴槍的性能指標(biāo)。
在噴槍頭部的噴出口周圍，耐火材料受到高速氣流和粉料的激烈磨損和爐渣的侵蝕作用;在鐵水浸漬的中間部位，熔損作用小，主要是受到材料在使用過(guò)程中溫度波動(dòng)產(chǎn)生的龜裂和剝落造成的損傷;在渣線部位，主要受到預(yù)處理劑的侵蝕作用，其次噴槍在使用過(guò)程中，還會(huì)受到機(jī)械的震動(dòng)。因此在使用過(guò)程中，要求噴槍用耐火材料必須能與噴槍結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合在一起，以提高噴槍整體使用性能;必須具有足夠的強(qiáng)度，以適應(yīng)噴槍使用時(shí)由于機(jī)械振動(dòng)帶來(lái)的損壞;應(yīng)具有優(yōu)良的抗熱震性，盡量減少因溫度的急劇變化使噴槍槍體產(chǎn)生裂紋;還應(yīng)具有良好的高溫體積穩(wěn)定性，避免因髙溫受熱后產(chǎn)生收縮裂縫、剝落;具有良好的抗侵蝕性，使?jié)沧⒘夏苡行У挚姑摿蚍蹌⑷墼任镔|(zhì)的侵蝕。
在脫硫工藝操作中，噴槍邊插入到鐵水深處，邊噴吹氣體和粉料，工作一段時(shí)間后拔出。因此，噴槍首先是間歇性操作，同時(shí)，噴吹的氣體攪動(dòng)了鐵水，而鐵水的攪動(dòng)使噴槍耐火材料經(jīng)受高溫沖刷磨損，并且噴吹時(shí)槍體振動(dòng)帶來(lái)機(jī)械破壞作用，加上間歇式作業(yè)產(chǎn)生的溫度的驟然變化，使噴槍澆注料的工作條件十分苛刻，易產(chǎn)生穿孔、開裂、熔損、剝落等現(xiàn)象，進(jìn)而破壞槍體的芯管結(jié)構(gòu)。另外，脫硫劑對(duì)噴槍的損毀也比較嚴(yán)重，這些處理劑在對(duì)鐵水進(jìn)行處理的同時(shí)對(duì)耐火材料的損壞作用也極其嚴(yán)重，且大大加劇了熔渣對(duì)內(nèi)襯澆注料的侵蝕，因此噴槍用耐火材料的損毀有渣和鐵水的侵蝕和沖刷;反復(fù)的加熱和冷卻引起的熱剝落和龜裂;噴槍的搖動(dòng)和振動(dòng)等機(jī)械作用引起的剝落。
改進(jìn)方法
通過(guò)改善材料的基質(zhì)和用抗熱震性好的材料，可以顯著提高材料的抗熱震性和抗侵蝕性;添加耐熱鋼纖維，可以保持澆注料在使用過(guò)程中的整體性，減小材料使用過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)剝落;在鋼管和澆注料之間留出膨脹縫隙，可以防止?jié)沧⒘虾蜆屝局g在使用時(shí)由于材料的性能不一致而產(chǎn)生的裂紋。
