燒結(jié)臺(tái)車高鉻篦條的工藝優(yōu)化

劉洪峰

（甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

燒結(jié)臺(tái)車高鉻篦條的工藝優(yōu)化

劉洪峰

（甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

燒結(jié)臺(tái)車篦條采用潮模砂生產(chǎn)工藝，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化澆注系統(tǒng)，消除篦條縮孔縮松缺陷；采用復(fù)合合金化和稀土合金變質(zhì)處理，細(xì)化篦條金相組織，改善碳化物分布，大幅度提高燒結(jié)臺(tái)車篦條的使用壽命。

潮模砂;篦條;計(jì)算機(jī)模擬;變質(zhì)處理

燒結(jié)臺(tái)車高鉻篦條是燒結(jié)機(jī)消耗量最大的備件，根據(jù)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車的大小分兩排或三排安裝在臺(tái)車梁上的耐磨套上，與臺(tái)車欄板構(gòu)成凹型儲(chǔ)料工作空間，礦料均勻在其間進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，在運(yùn)行過(guò)程中，篦條與燒結(jié)礦粒直接接觸，處于高溫-常溫交替工作環(huán)境中，最高溫度900℃左右，長(zhǎng)期經(jīng)受冷熱循環(huán)沖擊，經(jīng)受負(fù)壓高溫爐氣的氧化侵蝕，表面不斷侵蝕導(dǎo)致篦條變薄，發(fā)生扭曲變形或斷裂而失效。圖1和圖2為失效前后篦條照片，從圖中可以看出，如果篦條存在縮孔、縮松鑄造缺陷，極易斷裂，壽命大幅降低。將前期生產(chǎn)的篦條從中部敲斷，斷面為圖3所示，中心部位存在縮孔、縮松缺陷，此種缺陷嚴(yán)重影響其使用壽命。此外篦條的力學(xué)性能和耐熱性也是影響使用壽面的重要因素，之前燒結(jié)臺(tái)車篦條的使用壽命不到1年。

圖1 失效后的篦條

圖2 未使用的篦條

圖3 失效篦條斷面圖

本文從篦條的鑄造工藝、熔煉工藝和后處理工藝三個(gè)方面對(duì)篦條的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)篦條的缺陷和力學(xué)性能進(jìn)行改善，取得了較好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1 篦條鑄造工藝的優(yōu)化

1.1 鑄造工藝改進(jìn)

原工藝方案為：一箱2件，上箱吃砂量75mm，下箱60mm，側(cè)面吃砂量35mm，采用模板造型，分型面敷撒石英粉，采用封閉式澆口。

采用華鑄CAE軟件對(duì)原工藝方案中的參數(shù)予以優(yōu)化。圖4為原工藝方案的溫度場(chǎng)和縮孔預(yù)測(cè)圖。圖5為優(yōu)化后的工藝方案。

圖4 原工藝方案

圖5 優(yōu)化工藝方案

2 篦條的熔煉工藝優(yōu)化

原篦條控制成分為Cr18，本文作者采用Cr26。

采用500kg中頻爐熔煉，爐料配比為Z18生鐵40%，廢鋼14%，低碳鉻鐵46%，溫度升至1630℃左右時(shí)，加入1%鎳，待充分熔解后取樣調(diào)整硅、錳等化學(xué)元素至控制范圍內(nèi)準(zhǔn)備出爐。澆包采用堤壩式，用煤氣烘烤至300℃，在鐵水沖入的對(duì)面一側(cè)包底加入0.15%～0.2%稀土鎂硅鐵合金，鐵水迅速倒入澆包，待反應(yīng)結(jié)束使用聚渣劑扒除浮渣，取樣、澆注。

3 工藝優(yōu)化效果及分析

鑄造缺陷分析：高鉻合金鑄鐵線收縮較大，實(shí)測(cè)達(dá)到1.5%～2.0%，原工藝如圖4所示，鑄件內(nèi)部質(zhì)量不穩(wěn)定，斷口存在不同程度的縮孔、縮松鑄造缺陷。原因?yàn)?；原工藝的澆注系統(tǒng)為同時(shí)凝固工藝，因澆注過(guò)程中鐵水進(jìn)入型腔內(nèi)溫度不均勻，不能形成有效的補(bǔ)縮通道，在較大面積和熱節(jié)位置出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷。針對(duì)以上不足，作者采用最新的鑄造工藝優(yōu)化軟件華鑄CAE對(duì)篦條的澆注系統(tǒng)和凝固方式進(jìn)行了優(yōu)化，圖5為優(yōu)化后工藝，通過(guò)圖4和圖5的對(duì)比可以看出，將內(nèi)澆口由原來(lái)的兩個(gè)改為一個(gè)，強(qiáng)化了順序凝固，同時(shí)將澆口冒口的尺寸加大，加強(qiáng)了液態(tài)補(bǔ)縮效果。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)際生產(chǎn)顯示，顯著改善了篦條的內(nèi)部質(zhì)量。圖3中縮孔、縮松基本消除。

圖6為改進(jìn)后Cr26篦條金相照片。Cr26主要組織為回火馬氏體+M7C3型共晶碳化物+M23C6型二次碳化物+殘余奧氏體[1]。

圖6 Cr26篦條金相照片

本文在改進(jìn)化學(xué)成分的同時(shí)采用了復(fù)合合金化，即為同時(shí)加入了鉻和鎳和與合金元素相適應(yīng)的其他元素的含量。此外為了改善金相組織，采用稀土鎂硅鐵合金進(jìn)行變質(zhì)處理。

鉻：鉻是基礎(chǔ)元素，它延長(zhǎng)等溫轉(zhuǎn)變的孕育期，使冷卻轉(zhuǎn)變線右移，當(dāng)提高鉻含量時(shí)，有可能獲得全奧氏體組織，鉻在高鉻鑄鐵中的分布主要是固溶在奧氏體和富集在鉻的碳化物中，少量分布在其他類型的碳化物和夾雜物中，由于鉻含量較高，形成一層致密的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氧化膜，主要為Cr2O3,還有類似尖晶石結(jié)構(gòu)的FeCr2O4相，在氧化膜中降低了FeO相的量，相對(duì)減少了Fe通過(guò)FeO相擴(kuò)散，隨著鉻含量的增加，抗氧化性不斷增強(qiáng)，有資料表明，在其他化學(xué)成分不變情況下，在700℃，保溫480h后，Cr15的氧化速率是Cr25的2.6倍，實(shí)踐證明，鉻的含量越高，其耐熱性、耐磨性越好，但含量過(guò)高時(shí)，一方面脆性增加，材質(zhì)熔煉困難，另一方面鑄造性能惡化，鉻含量控制在25%～27%[2]。

碳：碳含量的提高，增加了組織中的碳化物數(shù)量，碳化物是高鉻鑄鐵的主要耐磨相，因而提高了高鉻鑄鐵的硬度，同時(shí)碳的另一作用是強(qiáng)烈強(qiáng)化金屬基體。因此選用較高的含碳量，對(duì)高鉻鑄-的耐磨性非常有利，但含量過(guò)高，鑄件的脆性增加，為保證高鉻鑄鐵具有良好的沖擊韌性，又保證足夠的硬度，我們選用碳含量在1.6%～2.2%范圍。

硅：在高鉻鑄鐵中，硅主要固溶于基體中，在共晶碳化物周邊濃度有所富集，造成鉻的濃度降低，易于形成硬而脆的馬氏體伴隨微觀裂紋，并沿界面擴(kuò)展，是材料微觀剝落的促成因素，但硅的提高可明顯改善鑄件的抗氧化性，增加合金流動(dòng)性，改善鑄造性能，綜合考慮，硅的含量取0.8%～1.2%為宜。

錳：錳具有擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，降低馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度，有資料顯示，錳對(duì)高鉻合金抗氧化性能會(huì)產(chǎn)生不利的影響，但在熔煉過(guò)程中，錳可起脫氧作用，因此，錳的含量一般取0.7%～1.0%。

硫、磷：在高鉻鑄鐵中，硫磷都易形成金屬化合物而成為夾雜物，嚴(yán)重降低其沖擊韌性，因此，含量越低越好，P≤0.03%,S≤0.03%。

鎳：鎳固溶于金屬基體，主要提高基體的耐熱、耐蝕性，同時(shí)提高鑄件的淬透性，加入量0.8%～1.2%。

稀土鎂硅鐵合金：通過(guò)加入0.15%～0.3%的稀土鎂硅鐵合金，一方面能夠細(xì)化晶粒，促使碳化物呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，進(jìn)一步強(qiáng)化了基體，另一方面稀土鎂硅鐵合金強(qiáng)烈的脫氧、脫硫作用，能夠降低氧、硫在鐵液中的含量，從而減少氧、硫夾渣的危害性。

對(duì)改進(jìn)后的篦條做整個(gè)生命周期實(shí)驗(yàn)，原Cr18篦條使用壽命在5～9個(gè)月，改進(jìn)后Cr26篦條的使用壽命在24～48個(gè)月。

4 結(jié)論

1）改進(jìn)的鑄造工藝消除了篦條縮孔、縮松鑄造缺陷，減少了斷裂失效的風(fēng)險(xiǎn)；

2）將原成分Cr18改為Cr26,提高了篦條綜合性能；

3）采用復(fù)合合金化和稀土鎂硅鐵合金變質(zhì)處理，細(xì)化了晶粒，改善碳化物分布，提高了使用壽命。

[1]李衛(wèi)，樸東學(xué).濕礦沖擊磨損條件下中高鉻鑄鐵的抗磨性[J].礦山機(jī)械，1995（3）：33-36.

[2]黃世平，李衛(wèi)，李盛峰，等.火電廠高鉻鑄鐵灰渣泵過(guò)流件的研制與應(yīng)用[J].現(xiàn)代鑄鐵，2002（2）：22-24.

[3]陳璟琚，余自甦，許光奎，等.合金高鉻鑄鐵及其應(yīng)用[J].冶金工業(yè)出版社，1999.

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