耐熱鑄鐵渣灌生產工藝分析范文

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摘要：介紹了大型渣罐鑄件的結構及采用鑄鋼材料制造時出現的問題，詳細闡述了耐熱鑄鐵渣罐的生產工藝：（1）3箱造型，渣灌口朝下，4個支撐腳朝上；（2）采用22t拔塞式定量澆口杯，半封閉、側底注式澆注系統；（3）在渣灌4個支撐腳各放置尺寸為160mm×160mm的方形冒口；（4）采用Q10生鐵、球墨鑄鐵回爐料和優質打包廢鋼；（5）采用RE-Ca-Ba孕育劑和高Ca-Ba孕育劑進行孕育處理。對其各項指標的檢驗結果以及客戶使用驗證的結果表明：采用該成分生產的耐熱鑄鐵渣灌不僅具有良好的力學性能和組織，還具有導熱性好、抗高溫抗氧化性強和耐熱疲勞好的特點，使用壽命大大優于鑄鋼渣罐。

關鍵詞：耐熱鑄鐵；渣灌；化學成分；使用壽命

鋼廠所用大型渣罐鑄件質量為19500kg，外徑為3380mm，高度為2550mm，灌身主要壁厚為100~105mm，鑄件結構如圖1所示，采用鑄鋼整體鑄造而成。由于鋼渣的溫度一般在920~1340℃，在使用中渣罐氧化嚴重，特別是渣罐底部因鋼渣反復的急冷急熱，渣罐內壁就會出現龜裂；當裂紋較多、較深時，因鋼渣粘附渣罐，使渣罐倒不完渣，導致渣罐失效報廢。針對渣灌使用工況條件，筆者公司經過研究，決定采用耐熱鑄鐵生產大型渣灌，耐熱鑄鐵導熱率是45~53W/m•K，而鑄鋼的導熱率是25W/m•K，可見，耐熱鑄鐵的導熱率為鑄鋼的導熱率的2倍。筆者從化學成分的設定、鑄造工藝方案的制定、熔煉工藝方案的制定和試棒的檢驗結果及客戶使用驗證等方面，介紹大型耐熱鑄鐵渣灌的研制過程。

1化學成分的確定

1.1C

C在基體組織中以片狀晶體石墨存在，石墨的導熱率是60W/m•K，而鋼材的導熱率是25W/m•K，由此可見，提高w（C）量，可以增加石墨數量，有利于提高罐身的導熱率，使罐身在急冷急熱過程中溫度差減少。

1.2Si

Si有促進石墨化的作用，FeSi加入鐵液中，有強烈的孕育作用。因為罐身含有合金元素Cr、Mo的碳化物，加入FeSi可以強化孕育，有利于減少Cr、Mo的碳化物，使Cr、Mo盡量多的溶入基體組織中，而且Si在鐵液中具有抗氧化性。

1.3Cr、Mo

Cr可以提高基體組織的電極電位，使鑄鐵提高耐腐蝕性；而更為重要的是，Cr形成的Cr2O3，是致密的鈍化膜，這層鈍化膜均勻地包覆在鑄件的表面，阻止了O原子向鑄鐵內部的滲入，使罐身在高溫下具有很強的抗氧化性。Mo的作用和Cr類似，但Mo形成的Mo2O3鈍化膜比Cr2O3鈍化膜更牢固，高溫抗氧化性更強，而且Mo2O3鈍化膜能耐含S離子、Cl離子氣體或液體的腐蝕。

1.4P

P在鑄鐵中容易形成低熔點的三元磷共晶，降低耐熱鑄鐵的熱強性，是需要嚴格控制的有害元素。

1.5微量RE元素

RE的化學性質極為活潑，可以和一些有害元素形成化合物，降低或消除有害元素的影響，使耐熱鑄鐵有更好的使用壽命。

1.6S

首先，硫化物可以作為石墨晶核，其次，S增加C原子的選擇性吸附，使石墨成片狀，而片狀石墨有更好的導熱性，但w（S）量過高會增加脆性，所以將w（S）量控制在0.08%~0.10%。綜上分析，渣灌的化學成分設計為：w（C）3.4%~3.6%，w（Si）2.2%~2.3%，w（Mn）0.80%~1.0%，w（Cr）0.7%~0.8%，w（Mo）0.35%~0.50%，w（P）＜0.03%，w（S）0.08%~0.10%，w（RE）0.02%~0.03%。

2鑄件的生產工藝

2.1鑄造工藝方案的制定

采用實樣模具，3箱造型，渣灌口朝下，4個支撐腳朝上，耳軸材料牌號為S355J2G3，預制砂芯后，落砂時預埋在砂型內。澆注時，采用22t拔塞式定量澆口杯，半封閉、側底注式澆注系統[1-5]，為了保證快速充型，設定充型時間為90~110s。因此，直澆道選用φ130mm的陶瓷管，橫澆道為半圓形，尺寸為80/100mm×160mm，內澆道尺寸為60mm×12mm，共16個均布，在渣灌4個支撐腳各放置尺寸為160mm×160mm的方形冒口，鑄造工藝如圖2所示。

2.2熔煉工藝方案的制定

2.2.1原材料采用Q10生鐵，化學成分為：w（C）4.43%，w（Si）1.07%，w（Mn）0.15%，w（P）0.025%，w（S）0.020%；回爐料為筆者公司球墨鑄鐵冒口及廢品等，化學成分為：w（C）3.65%，w（Si）2.35%，w（Mn）0.31%，w（P）0.020%，w（S）0.015%；優質打包廢鋼，化學成分為：w（C）0.10%，w（Si）0.20%，w（Mn）0.50%，w（P）0.030%，w（S）0.020%；鐵合金為75SiFe、Cr-Fe，Mo-Fe、Mn-Fe、FeS；孕育劑為RE-Ca-Ba孕育劑[w（RE）3.5%~4.5%]和高Ca-Ba孕育劑；固定C為99%的增碳劑。

2.2.2熔煉設備及過程控制采用30t中頻熔煉爐熔煉鐵液，爐料配比為10%~20%生鐵+40%~50%球墨鑄鐵回爐料+30%~50%優質打包廢鋼+增碳劑，同時在熔化過程加入所需的鐵合金。采用光譜分析儀檢測原鐵液化學成分，并符合以下要求：w（C）3.4%~3.6%，w（Si）1.80%~1.95%，w（Mn）0.80%~1.0%，w（Cr）0.7%~0.8%，w（Mo）0.35%~0.50%，w（P）＜0.03%，w（S）0.08%~0.10%。在鐵液溫度為1450~1460℃時用25t澆包出鐵，并進行孕育處理[6-9]。出鐵量達到總量的1/2時，先加入0.4%的RE-Ca-Ba孕育劑，再加入0.2%的高Ca-Ba孕育劑進行孕育處理，同時，在澆口杯內放置0.1%的高Ca-Ba孕育劑。在扒渣時，使用高效除渣劑將鐵液表面的渣子清除干凈。

3鑄件試棒檢驗及結果

3.1試棒檢驗

參照GB/T9439-2010《灰鑄鐵件》的要求，在鑄件渣灌口外側放置φ50mm的附鑄試棒，開箱后對附鑄試棒進行化學成分、金相組織和力學性能的檢驗。采用高頻紅外C-S分析儀和722N可見光光度計檢驗化學成分；用φ10mm×15mm試樣和XJG-05大型顯微鏡觀察組織；在WA-600KE型電液式萬能試驗機上檢驗力學性能；采用錘擊布氏硬度計檢測6處本體硬度。

3.2檢驗結果

#1渣灌的化學成分為：w（C）3.52%，w（Si）2.26%，w（Mn）0.96%，w（Cr）0.81%，w（Mo）0.39%，w（P）0.026%，w（S）0.094%，w（RE）0.024%。#1渣灌的金相組織為：石墨形態以A+C型石墨為主（如圖3所示），腐蝕后的基體組織為85%珠光體+14%鐵素體+1%碳化物，如圖4所示。#1渣灌的力學性能為：抗拉強度168MPa，硬度219HB，本體平均硬度206HB。采用上述工藝方案，又生產3件渣灌，小批量生產渣灌附鑄試棒的檢驗結果如表1所示，客戶使用18個月后反饋其使用壽命明顯優于采用鑄鋼生產的渣灌。

4結論

（1）采用上述化學成分生產的渣灌，其性能指標等同于灰鑄鐵牌號HT225的要求。（2）通過多次孕育、強化孕育處理，即使在高CE和高w（Cr）量時，也能確保渣灌具有好的強度，而且具有較少的碳化物。（3）加入Cr和Mo分別形成Cr2O3和Mo2O3。Cr2O3和Mo2O3都是致密的鈍化膜，這層鈍化膜均勻的包覆在鑄件的表面，阻止了O原子向鑄鐵內部的滲入，使罐身在高溫下有了很強的抗氧化性，從而延長渣灌的使用壽命。（4）采用耐熱鑄鐵制造的渣灌，具有導熱性好、抗高溫抗氧化性強和耐熱疲勞好的特點，使用壽命大大優于采用鑄鋼渣罐。

參考文獻

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作者：柯志敏 單位：廣東中天創展球鐵有限公司