CN101899607A - 耐磨合金铸钢的熔炼工艺及其设备系统 - Google Patents

Abstract

熔炼耐磨合金铸钢的工艺及其设备系统，由熔炼炉、温度监控装置、下料装置，根据与其相连的上位控制单元：在钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁；在1570-1580℃时，加入硅铁；在1590-1600℃时，加入锰铁；在1610-1630℃时，断电出钢液浇注。所得铸钢：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03，该工艺生产简单、设备系统成本低且无污染，所得铸钢可用于制造与冻岩、冻土层接触的工程机械设备。

Description

耐磨合金铸钢的熔炼工艺及其设备系统

技术领域

本发明涉及一种耐磨合金铸钢的熔炼工艺及其设备系统，特别是可用于野外多工矿开采设备上、能够适于高强度、以及低温等恶劣环境要求，具有超高硬韧性的耐磨合金铸钢的熔炼工艺及其设备系统。

背景技术

磨损是许多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因，同时其也消耗了大量的能源和材料。由合金铸钢制造的各种工程挖掘机和装载机斗齿、各种耐磨输送管道、各种破碎机锤头和颚板、各种履带板，由于处于高强度、恶劣气候等工作条件，其磨损情况更加严重。

目前的技术现状是：一般材料的硬度和韧性是互相矛盾的性能指标，通常是硬度高则韧性差，韧性高则硬度低。一类是强调材料的高韧性，一类是强调材料的抗磨性。而无法达到一个有效的统一，尤其是在用于室外矿山开采、挖掘等工程机械上的应用。高锰钢的耐磨性是有条件的，而且其屈服强度低、易于变形；低、中合金耐磨钢具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的问题，耐磨性较差；高铬铸铁组织中含有超过20％的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，可是存在合金元素含量高、生产成本高以及高温熔炼易变形开裂的不足；普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。

针对现状，得到一种生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染，同时保证在低温环境中的良好工作，并在多工矿条件下中也能良好使用的耐磨合金铸钢已成为一项技术问题。同时人们也认识到炉前孕育变质处理技术是提高钢铁液质量的有力措施之一，它在一定程度上能够弥补熔炼过程中的不足；熔炼、精炼和过滤技术是耐磨金属材料的生产关键技术，上述两项技术对于能否实现本项目匹配合理化方案至关重要。因此提供一种新的与耐磨合金铸钢的合金成分相适应的熔炼工艺及其设备系统将是保证耐磨合金铸钢的合金成分进而保证其机械性能的重要的制造技术环节。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种与新型耐磨合金铸钢相适用的熔炼工艺及其设备系统。所述熔炼工艺包括：

步骤1、当熔炼的钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁；

步骤2、当熔炼的钢液升温至1570-1580℃时，加入硅铁；

步骤3、当熔炼的钢液升温至1590-1600℃时，加入锰铁；

步骤4、当熔炼的钢液升温至1610-1630℃时，断电出钢液浇注。

为得到更加优质的所述耐磨合金铸钢，还可以在配以优化的装料和钢料初步熔化工艺；同时也可在上述步骤中配以添加熔剂工序形成熔渣保证耐磨合金铸钢的化学成分；另外，增加适当的炉前、炉中的取样分析以得到各化学成分的正确含量百分比。

相对应的，本发明还提供一种熔炼设备系统，包括：熔炼炉，置于炉内以监测所述熔炼炉内温度的温度监控装置，和可向所述熔炼炉中投放材料的下料装置，以及与上述装置相连的上位控制单元；所述上位控制单元可以根据所获得的温度监控装置传送的温度信号，对熔炼炉的温度和下料装置的工作作出与上述工艺向对应的控制操作。

经过本发明所提供的生产工艺简单、成本低、污染小的熔炼工艺可以有效、优质得到新型的化学成分及其质量百分比为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03的耐磨合金铸钢。其抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δ57-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC。并适合用于在低温环境中，如-20℃～0℃，与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备，适应在寒带环境中长期工作的要求。

附图说明

图1是本熔炼设备系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种与新型耐磨合金铸钢相适用的熔炼工艺及其设备系统，其中熔炼所得的铸钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03。其中各合金所具有的主要功能为：

碳(C)：碳含量越高，钢的强度和硬度值增加，塑性和韧性值降低；

硅(Si)：强化铁素体，提高抗拉强度和屈服强度，提高耐热性和耐蚀性，降低韧性和塑性；

锰(Mn)：提高强度，硬度和耐磨性；

铬(Cr)：降低钢的导热性，能提高耐磨性；

钼(Mo)：强化铁素体，提高高温性能，改善脆性；

镍(Ni)：扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素，提高强度而不显著降低塑性，有良好的耐腐蚀能力；

钛铁(Ti)：能强化铁素体，脱氧和细化晶粒。

为得到上述耐磨合金铸钢，本发明提供了一与其相应的，并具有生产工艺简单、成本低、污染小特点的熔炼工艺及设备系统。熔炼工艺具体包括：

1)、装料熔化

优选的实施例是采用酸性的高频或中频感应电炉进行熔炼，并根据炉子的容量大小来确定预装量。在熔炼时首先在炉中底部上撒上一层熔剂(厚度约10mm左右)，同时根据炉子的容量大小再装料，应先装入部分小料后即可送电熔化，随着炉料的熔化，应陆续装入未装完的炉料，为防止“架桥”(即阻塞)现象，应做到“下紧上松”，并且在熔炼过程中应及时捅料，以便炉料的熔化，并及时撒上熔剂进行造渣，熔剂用量以覆盖住整个熔池液面为准。

2)、调配熔炼

本发明优选的实施例是：随着炉料的熔化，当钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍和钛铁；对其搅拌后覆盖上熔剂，然后继续升温；当钢液温度达到1570-1580℃时，加入硅铁；然后进行炉前取样分析(分析仪器可有选的采用光谱仪)，根据炉前的化学成份，再添补相应元素；当钢液温度1590-1600℃时加入锰铁；然后脱氧以尽量减小钢液中的含气量，脱氧优选的为铝，其比例为0.03-0.06％，并及时撒上熔剂造渣；然后进行炉后取样分析，直至达到成份要求范围为止；当合金液温度到1610-1630℃时，即可断电扒渣，出钢液浇注。

相对应的，本发明还提供一种熔炼设备系统，如图1所示，包括：熔炼炉1，置于炉内以监测所述熔炼炉内温度的温度监控装置2，和可向所述熔炼炉中投放材料的下料装置3，以及与上述装置相连的上位控制单元8。同时优选的，还可以具有与上位控制单元相连的并设有熔剂的造渣装置4，以受控向所述熔炼炉1中加入熔剂以形成熔渣；与上位控制单元相连的取样分析装置5，以受控对熔炼炉1中的钢液进行分析的取样分析并向控制单元传送数据结果；还有与上位控制单元相连的脱氧装置6，以受控向熔炼炉1中加入脱氧剂以尽量减小钢液中的含气量。所述上位控制单元可以根据所获得的温度监控装置传送的温度信号，对熔炼炉的温度、下料装置和其他相关设备的工作作出与上述工艺向对应的控制操作：

当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1550-1560℃时，所述下料装置3分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁，对其搅拌后通过下料装置3覆盖上熔剂造渣，然后继续升温；

当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1570-1580℃时，所述下料装置3加入硅铁；

然后控制取样分析装置5进行炉前取样分析，分析仪器可优选的采用光谱仪，根据取样分析装置5向上位控制单元所传送的炉前化学成份，所述控制单元控制所述下料装置3再添补相应元素；

当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1590-1600℃时，所述下料装置3加入锰铁；

然后上位控制单元控制脱氧装置6脱氧以尽量减小钢液的含气量，脱氧优选的为铝，其比例为0.03-0.06％，并及时控制造渣装置4撒上熔剂造渣；然后控制取样分析装置5进行炉后取样分析，并结合控制下料装置3直至达到成份要求范围为止；

当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1610-1630℃时，所述熔炼炉1断电扒渣并出钢液浇注。

根据优选实施例中介绍，由于采用酸性炉进行熔炼，同时与一定钢液的温度相对应加入不同合金元素，因此使得贵重的重要合金元素的烧损降到最低，例如最后加入的锰铁的有效成分便得到最大的保护。这不仅使得整个熔炼过程生产工艺简单、污染小，同时生产成本也得到了有效的控制。另外，作为技术的进一步改进，通过在适当步骤间进行熔剂造渣，排出了熔液中的杂质，熔炼产品的精度和合格品率更加可靠和得以提高；又添加了炉前(还可以加入炉中)取样分析，使得工艺过程更加紧凑，生产效率和过程更加可靠。

经本熔炼工艺所得到的具有前文述的成分和百分比的所述耐磨合金铸钢，其抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δ57-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC。本发明中的合金铸钢及其熔炼工艺具有：生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染的特点。所得到的合金铸钢适合用于在低温环境中，如-20℃～0℃，与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备，适应在寒带环境中长期工作的要求。

本发明中所揭示的实施例，将通过权利要求得到体现和保护，任何根据本发明中所得到的启示，均落入本发明所保护的范围之中。

Claims (10)

1.一种耐磨合金铸钢的熔炼工艺，包括：

步骤1、当熔炼钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁，然后继续升温；

步骤2、当熔炼钢液升温至1570-1580℃时，加入硅铁；

步骤3、当熔炼钢液升温至1590-1600℃时，加入锰铁；

步骤4、当熔炼钢液升温至1610-1630℃时，断电出钢液浇注。

2.根据权利要求1所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：所述熔炼钢液是采用酸性的高频或中频感应电炉进行熔炼。

3.根据权利要求1所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：在所述步骤1后还对所述钢液搅拌后，并覆盖上熔渣工序。

4.根据权利要求1所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：在所述步骤2后还进行炉前取样分析工序，并根据炉前的化学成份，再添补相应元素。

5.根据权利要求1所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：在所述步骤3后还进行脱氧工序以尽量减小钢液中的含气量，并采取撒上熔剂造渣工序。

6.根据权利要求5所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：所述脱氧工序采用比例为0.03-0.06％的铝。

7.根据权利要求5所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：在所述熔剂造渣后，进行炉后取样分析，并直至达到所需的成分范围为止。

8.一种耐磨合金铸钢的熔炼设备系统，包括：熔炼炉，置于炉内以监测所述熔炼炉内温度的温度监控装置，和可向所述熔炼炉中投放材料的下料装置，以及与上述装置相连的上位控制单元；所述上位控制单元可以根据所获得的温度监控装置传送的温度信号，对熔炼炉的温度和下料装置的工作作出如下的控制：

当所述温度监控装置监测到所述熔炼炉内熔炼钢液升温至1550-1560℃时，所述下料装置分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁；

当所述温度监控装置监测到所述熔炼炉内熔炼钢液升温至1570-1580℃时，所述下料装置加入硅铁；

当所述温度监控装置监测到所述熔炼炉内熔炼钢液升温至1590-1600℃时，所述下料装置加入锰铁；

当所述温度监控装置监测到所述熔炼炉内熔炼钢液升温至1610-1630℃时，所述熔炼炉断电并出钢液浇注。

9.根据权利要求1所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺所得到耐磨合金铸钢，其化学成分及其质量百分比为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03。

10.根据权利要求1所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺所得到耐磨合金铸钢，其特征在于：所述耐磨合金铸钢抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δ57-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC，适用于制造用于在-20℃-0℃的环境下与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备。

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