CN101407015A - 蠕墨铸铁台车体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蠕墨铸铁台车体的制造方法，解决现有台车体产生蠕变的缺陷。制造方法包括树脂砂型砂芯制作、铁水熔炼和蠕化处理及浇注控制、开箱、热处理四个工序。其中严格控制树脂砂型砂芯工艺配比，采取合理的蠕墨铸铁熔炼工艺，蠕化处理包括严格、准确地控制含硫量，脱硫后铁水含硫量控制在0.020％～0.050％、蠕化处理温度、准确的出铁量及蠕化剂和孕育剂的加入量；采用冲入法蠕化工艺，将蠕化剂和部分孕育剂加在堤坝式球化包的底部，以防止蠕化衰退；台车体浇注后48小时后开箱；台车体铸件进行时效退火。由于采取上述技术措施解决了目前台车体使用中产生裂纹、烧损、高温条件下容易发生蠕变质量问题，延长烧结机台车体的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及烧结机台车体制造方法，具体涉及一种蠕墨铸铁台车体的制造方法。
背景技术
台车工作条件非常恶劣，烧结燃烧区温度在1300℃左右，台车体在倒数第二个(或第三个)风箱处，废气温度达到最高值，在返回下轨道时温度下降，所以台车在整个工作的过程中，既要承受本身的自重、篦条的重力、烧结矿的重力及抽风负压的作用，又要受到长时间反复升、降温度的作用，台车体的温度变化范围通常在200℃～500℃，产生很大的热疲劳。据分析台车的损坏主要由于热循环变化，以及与燃烧物接触而引起的裂纹与变形，此外还有高温气流的烧损。因此要求台车车架强度高，不易热变形；篦条形式合理，气流通过阻力小，而又保证抽风面积大，强度高、耐热耐腐。目前台车体主要为高性能球墨铸铁台车体及铸钢铁台车。台车体的主要损坏形式有两种，一是断裂，二是“塌腰”。台车体在工况下受交变热应力及重力作用，如果台车体材料的化学成分、球化率控制不良，则台车体的主要损坏形式为断裂；以湘铜烧结厂为例，其两台24平烧结机配用的QT420材质的烧结台车体平均使用寿命仅为3.3年，主要是断裂。一般铸钢台车体温度超过350℃、球墨铸铁台车体温度超过400℃，即使在较小的应力作用下，也会缓慢的产生塑性变形，也就是蠕变，即台车体“塌腰”；湘铜烧结厂在改扩建过程中，采用种种措施严格控制台车体材料的化学成分、球化率，使台车体寿命提高到5年，开裂现象大大减少，而主要损坏形式为“塌腰”。由于烧结机台车体日益向大型化发展，导致台车体也日益大型化，以大铁新扩建的烧结工程为例，其台车中间体的尺寸达到5000mm×1486mm，蠕变导致的“塌腰”已成为台车体损坏的主要形式。
发明内容
本发明提供一种蠕墨铸铁台车体的制造方法，包括树脂砂型芯制作、铁水熔炼和蠕化处理及浇注控制、开箱、热处理四个工序。采取的具体技术方案是：
一.树脂砂型砂芯制作
树脂砂型砂芯工艺配比为：
1.砂型：
新砂20％，旧砂80％；
呋喃树脂为总砂量的1.0％；
固化剂为树脂量的35％～55％。
2.芯砂：
新砂50％，旧砂50％；
呋喃树脂为总砂量的1.1％；
固化剂为树脂量的35％～55％。
树脂砂型芯硬化24小时后表面涂刷醇基石墨涂料，点火烘干后合箱。
二.铁水熔炼和蠕化处理及浇注控制
采取合理的蠕墨铸铁熔炼工艺和蠕化处理工艺，严格控制蠕化处理后至浇注完成的时间，以防止蠕化衰退。
1.采用冲天炉-电炉双联熔炼的工艺：冲天炉熔炼出来的铁水经过脱硫后转入电炉提温和调质。脱硫后铁水含硫量控制在0.020％～0.050％。
蠕墨铸铁规定化学成分(％)：
C：3.5～3.9；Si：2.2～2.8；Mn：0.20～0.80；P：＜0.07；
S：0.020～0.050；RE 0.04～0.08(RE稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素)。
2.蠕化处理温度：1485℃～1510℃。
3.蠕化工艺：严格、准确地控制含硫量、蠕化处理温度、准确的出铁量及蠕化剂和孕育剂的加入量；采用冲入法进行蠕化处理，将蠕化剂和部分孕育剂加在堤坝式球化包的底部。
两种蠕化剂的型号分别是：XDR-1和XDR-2。其中XDR-1稀土含量较高(20％以上)，XDR-2为含镁的蠕化剂，加入时，XDR-1放在XDR-2下方，使XDR-2蠕化剂起引爆作用；XDR-1型蠕化剂和XDR-2型蠕化剂的加入比例为2∶1，通常加入量为0.7％～1.1％。加料顺序：堤坝式球化包，背对浇包嘴一侧的堤坝内先加入XDR-1型蠕化剂，然后加入XDR-2型蠕化剂，上面覆盖XDY-1型孕育剂，(即堤坝内由下到上：XDR-1型蠕化剂→XDR-2型蠕化剂→XDY-1型孕育剂)。其它孕育剂硅铁加入量为0.6％，可全部在出铁时采用随流孕育加入。
4浇注温度：1380℃～1430℃。
5.浇注时间：蠕化处理后应该在10分钟内完成浇注。
6.机械性能：常温抗拉强度达到≥320MPa，延伸率≥1％。
7.金相组织：蠕化率达到50％～70％，以蠕虫状石墨为主，兼有部分球状石墨。
三.开箱
台车体浇注后48小时后开箱。
四.热处理
台车体铸件时效退火，退火工艺为：
1升温速度：不超过70℃/h；
2退火温度：560℃～650℃；
3保温时间：2小时～3小时。
本发明的技术核心是解决蠕化衰退，主要从选择材质和制造方法两个方面采取技术措施。采用蠕墨铸铁基于以下分析：蠕墨铸铁的密度约7.10g/cm3左右，铸造应力比球墨铸铁小，蠕墨铸铁的石墨呈蠕虫状，形态介于片状石墨和球状石墨之间，所以既保持了灰口铸铁的优异特性，如耐磨、消震、易切削、易铸造等，又具有球墨铸铁的高强度、高塑性、高韧性，兼有球墨铸铁和灰口铸铁的性能和更优异的热疲劳性能。一般来说铸件在反复加热、冷却引起交变热应力的条件下工作时，失效形式一般有开裂、龟裂和变形三种，蠕墨铸铁表现出比灰口铸铁和球墨铸铁更为优异的综合热疲劳性能。利用蠕墨铸铁具有的良好的综合性能、力学性能较高，在高温下有较高的强度，氧化生长较小、组织致密、热导率高以及断面敏感性小等特点，可以制造经受热循环载荷、要求组织致密、结构复杂、强度高的烧结现场台车体。
采用本发明的蠕墨铸铁台车体的制造方法，主要是合理的蠕墨铸铁熔炼工艺和蠕化处理工艺，能够解决大型蠕墨铸铁台车体制造过程中易于出现蠕化衰退、气孔等铸造缺陷等技术问题。
由于采取上述技术措施解决了目前台车体使用中产生裂纹、烧损、高温条件下容易发生蠕变质量问题，延长烧结机台车体的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1中a图是第一台车体石墨形态的图片；(蠕化率是55％)
b图是第一台车体腐蚀后的基体组织图片；
图2中a图是第二台车体石墨形态的图片；(蠕化率是65％)
b图是第二台车体腐蚀后的基体组织图片。
具体实施方式
目前已经成功的铸造了蠕墨铸铁材质的台车体，下面以第一台台车体和第二台台车体为实施例来详细说明。
一.树脂砂型芯制作
选择合理的树脂砂型砂芯制作工艺，既保证砂型有足够的工作强度，又保证砂型浇注时不产生过大的发气量。树脂砂型砂芯工艺配比为：
1.砂型：
新砂20％，旧砂80％；
呋喃树脂为总砂量的1.0％；
固化剂为树脂量的35％～55％。
2.芯砂：
新砂50％，旧砂50％；
呋喃树脂为总砂量的1.1％；
固化剂为树脂量的35％～55％。
树脂砂型砂芯硬化24小时后表面涂刷醇基石墨涂料，点火烘干后合箱。
二.铁水熔炼和蠕化处理及浇注控制
采取合理的蠕墨铸铁熔炼工艺和蠕化处理工艺，保证包括浇注系统在内重量将近5吨的中大型蠕墨铸铁台车体铸件获得符合技术性能要求的金相组织和机械性能，以满足台车体的使用技术性能要求；而且必须严格控制蠕化处理后至浇注完成的时间，以防止蠕化衰退。这也是本发明的技术重点。
1.采用冲天炉-电炉双联熔炼的工艺：冲天炉熔炼出来的铁水经过脱硫后转入电炉提温和调质，采用高精度直读光谱仪进行化学成分检测。脱硫后铁水含硫量应控制在0.020％～0.050％，分析结果如表1。
表1
2.蠕墨铸铁是高强度铸铁，选择如下规定的化学成分(％)：
C；3.5～3.9；Si：2.2～2.8；Mn：0.20～0.80；P：＜0.07；
S：0.020～0.050；RE 0.04～0.08(RE稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素)。
3.蠕化工艺：严格、准确地控制含硫量、蠕化处理温度、准确的出铁量及蠕化剂和孕育剂的加入量是蠕化处理的关键。
蠕化处理温度应为1485℃～1510℃，实际第一台台车体蠕化处理温度1491℃，第二台台车体蠕化处理温度1488℃。
采用冲入法进行蠕化处理，将蠕化剂和部分孕育剂加在堤坝式球化包的底部。两种蠕化剂的型号分别是：XDR-1和XDR-2。其中XDR-1稀土含量较高(20％以上)，XDR-2为含镁的蠕化剂，加入时，XDR-1放在XDR-2下方，使XDR-2蠕化剂起引爆作用；XDR-1型蠕化剂和XDR-2型蠕化剂的加入比例为2∶1，通常加入量为0.7％～1.1％。加料顺序：堤坝式球化包，背对浇包嘴一侧的堤坝内先加入XDR-1型蠕化剂，然后加入XDR-2型蠕化剂，上面覆盖XDY-1型孕育剂，(即堤坝内由下到上：XDR-1型蠕化剂→XDR-2型蠕化剂→XDY-1型孕育剂)。其它孕育剂硅铁加入量为0.6％，可全部在出铁时采用随流孕育加入。
蠕化处理后化学成分分析结果如表2。
表2
实际出铁量第一台台车体4800Kg，第二台台车体4800Kg。
4浇注温度应为1380℃～1430℃，实际浇注温度第一台台车体1390℃，第二台台车体1385℃。
5.浇注时间：由于台车体属于中大件，包括浇注系统在内铁水重量将近5吨，为防止蠕化衰退，蠕化处理后在10分钟内完成浇注。
6.机械性能：此条件下生产的蠕墨铸铁，其常温抗拉强度应达到320MPa～400MPa，延伸率应达到2％～7％。性能验收标准，以单铸试块的抗拉强度作为验收指标。
第一台台车体实测常温抗拉强度达到390MPa，实测延伸率4.5％；第二台台车体实测常温抗拉强度达到375MPa，实测延伸率3.0％。
7.金相组织：由于台车体除了需要有优良的抗热疲劳性能外还需要有较高的强度，因此要求其蠕化率不能太高，达到50％～70％即可，以蠕虫状石墨为主，兼有部分球状石墨。
如图1所示，第一台台车体金相照片，a图为石墨形态的图片，b图为腐蚀后的基体组织图片。经检验，本体蠕化率约55％，基体为：F+P，P约15％。
如图2所示，第二台台车体金相照片，a图为石墨形态的图片，b图为腐蚀后的基体组织图片。经检验，本体蠕化率约65％，基体为：F+P，P约10％。
三.开箱
为防止铸件开裂和变形，台车体浇注后48小时后开箱。
四.热处理
为消除铸造应力，台车体铸件需要进行时效退火，退火工艺为：
1.升温速度：不超过70℃/h；
2.退火温度：560℃～650℃；
3.保温时间：2小时～3小时。
Claims (9)
1一种蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：本制造方法包括树脂砂型芯制作、铁水熔炼和蠕化处理及浇注控制、开箱、热处理四个工序。
2根据权利要求1所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：所述砂型砂芯制作的树脂砂型砂芯配比及工艺为：
1.砂型：
新砂20％，旧砂80％；
呋喃树脂为总砂量的1.0％；
固化剂为树脂量的35％～55％；
2.芯砂：
新砂50％，旧砂50％；
呋喃树脂为总砂量的1.1％；
固化剂为树脂量的35％～55％；
树脂砂型芯硬化24小时后表面涂刷醇基石墨涂料，点火烘干后合箱。
3根据权利要求1所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：所述铁水熔炼采用冲天炉-电炉双联熔炼的工艺：冲天炉熔炼出来的铁水经过脱硫后转入电炉提温和调质；脱硫后铁水含硫量控制在0.020％～0.050％；
蠕墨铸铁规定化学成分(％)：
C：3.5～3.9；Si：2.2～2.8；Mn：0.20～0.80；P：＜0.07；
S：0.020～0.050；RE：0.04～0.08(RE稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素)。
4根据权利要求1所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：所述蠕化处理，其蠕化处理温度为1485℃～1510℃；其蠕化处理工艺包括严格、准确地控制含硫量、蠕化处理温度、准确的出铁量及蠕化剂和孕育剂的加入量；采用冲入法将蠕化剂和部分孕育剂加在堤坝式球化包的底部。
5根据权利要求4所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：所述蠕化剂，其两种型号分别是：XDR-1和XDR-2；其中XDR-1稀土含量20％以上，XDR-2为含镁的蠕化剂，加入时，XDR-1放在XDR-2下方，使XDR-2蠕化剂起引爆作用；XDR-1型蠕化剂和XDR-2型蠕化剂的加入比例为2∶1，通常加入量为0.7％～1.1％；加料顺序：堤坝式球化包，背对浇包嘴一侧的堤坝内先加入XDR-1型蠕化剂，然后加入XDR-2型蠕化剂，上面覆盖XDY-1型孕育剂；其它孕育剂硅铁加入量为0.6％，可全部在出铁时采用随流孕育加入。
6根据权利要求1所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：所述浇注控制，浇注温度：1380℃～1430℃；浇注时间：蠕化处理后应在10分钟内完成浇注。
7据权利要求1所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：所述开箱是在台车体浇注后48小时后开箱。
8据权权利要求1所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：所述热处理，对台车体铸件时效退火，退火工艺为：
(1)升温速度：不超过70℃/h；
(2)退火温度：560℃～650℃；
(3)保温时间：2小时～3小时。
9根据权利要求1所述蠕墨铸铁台车体的制造方法，其特征在于：蠕墨铸铁台车体的机械性能：常温抗拉强度达到≥320MPa，延伸率≥1％。
蠕墨铸铁台车体的金相组织：蠕化率达到50％～70％，以蠕虫状石墨为主，兼有部分球状石墨。
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