CN102618797B

CN102618797B - 镍铬合金带上下加固环的铝水分配器

Info

Publication number: CN102618797B
Application number: CN2012101006504A
Authority: CN
Inventors: 王称义; 王泽中; 王泽华
Original assignee: Baotou Zeao Technology & Trade Co Ltd
Current assignee: Baotou Zeao Technology & Trade Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: CN102618797A

Abstract

本发明涉及一种镍铬合金带上下加固环的铝水分配器，包括分配器本体，其特征是：分配器本体由下述重量百分比组分的合金材料整体浇注而成：C碳：0.25％-0.45％；Cr铬：24％-30％；Ni镍：4.50％-7.50％；Si硅：0.30％-0.60％；Mn锰：0.50％-0.80％；Mo：钼：0.8％-1.2％；Ti钛：0.4％-0.7％；Nb铌：0.5-0.8％；S硫≤0.04％；P磷≤0.04％；余量为铁(Fe)；在分配器本体的出铝嘴上部、下部环绕分配器本体各组焊有一圈不锈钢圆钢加固环。其优点是：分配器在高温运行中，各部件不易变形，强度高；不锈钢圆钢加固环的设置，起到了一个外力保护的作用，可以使分配器不易开裂。同比不锈钢的铝水分配器，寿命提高了十到二十倍；同比一般耐热合金钢铝水分配器，寿命提高了二至三倍。

Description

镍铬合金带上下加固环的铝水分配器

一、技术领域：

本发明涉及一种镍铬合金带上下加固环的铝水分配器，属于冶金技术领域。

二、技术背景：

铝水分配器是在高温状态下运行，是电解铝行业中铸造机的心脏部分。目前使用的分配器大部分采用一般不锈钢铸造或耐热合金钢铸造而成。这种分配器对于旧设备9t/h铸造线和16t/h铸造线还可以使用。但是随着市场上对铝锭的大量需求，铝业公司淘汰落后的生产线，采用先进技术。改进为20t/h铸造线和25t/h铸造线。新的生产线在24小时不停运转的情况下，就要求铝水分配器的耐抗强度大幅度增加。这样原来的分配器在材质和工艺上都无法满足现在生产的需求。用不了几天就会烧穿开裂，迫使厂家不断的停机更换。浪费了大量的人力、物力，给企业造成了巨大的经济损失。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种具备抗高温氧化性能、耐冲刷、耐腐蚀、强度高、不变形、机械性能和可焊性能好、使用寿命长的镍铬合金带上下加固环的铝水分配器。

本发明的目的是由以下方式实现的：

本发明包括分配器本体，其特征是：分配器本体由下述重量百分比组分的合金材料整体浇注而成：

C碳：0.25％-0.45％；Cr铬：24％-30％；Ni镍：4.50％-7.50％；Si硅：0.30％-0.60％；Mn锰：0.50％-0.80％；Mo：钼：0.8％-1.2％；Ti钛：0.4％-0.7％；Nb铌：0.5-0.8％；S硫≤0.04％；P磷≤0.04％；余量为铁(Fe)；

在分配器本体的出铝嘴上部、下部环绕分配器本体各组焊有一圈不锈钢圆钢加固环。

所述不锈钢圆钢加固环与分配器本体的组焊采取按圆周等分分段间隔焊接。

为更好地理解本发明，下面对本发明的材料设计作进一步说明：

化学成分是决定合金性能的关键因素，要解决高温条件下金属的耐磨；耐腐蚀，耐冲刷等问题。首先进行成分设计，经综合对比分析，本发明采用确定以镍铬合金为基础的双相耐热耐磨钢。采用主导合金元素(镍、铬)与辅助元素(钼、钛、铌)组成铁素体奥氏体双相耐热耐磨钢，以保证合金材料在高温下抗氧化性、抗蠕变性、耐磨、耐腐蚀。

铬Cr：铬是决定双相耐热耐磨钢耐腐蚀性能的最基本元素，铬是稳定铁素体的元素。在氧化性介质中，铬能使钢的表面形成一层实际腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬氧化膜，这层氧化膜很致密，并与金属基本结合的很牢靠，保护钢免受外界介质的侵蚀。铬还能有效地提高钢的电极电位，含铬量不低于12.5wt％时，可使钢的电极电位发生突变，由负电升到正的电位，因而可显著提高钢的耐腐蚀性。但当铬含量达到30wt％以上，到极限反而钢性脆化，效果不好，因此，铬的控制含量为：22％-30wt％。

镍Ni：镍是双相钢重要的合金元素。铬含量一定时，必须有一定适宜的镍含量与之配合，才能起到很好的耐腐蚀性作用。另外，为保证铁素体和奥氏体材料的高温性能，将镍确定为：4.50％-7.50wt％。

碳C：碳是奥氏体稳定元素，含碳量高，强度也高，但降低韧性。碳和铬有很强的亲和力，结合成碳化铬。随着钢中碳量的增加，形成碳化物的铬越多，从而降低钢的耐腐蚀性，所以强度与耐腐蚀性是相互矛盾的，因此本合金材料将碳控制在0.25％-0.45wt％的范围之内。

钼Mo：是双相不锈钢中必不可少的合金元素，能显著提高双相钢在氧化物介质中的耐点腐蚀性能，提高以点腐蚀为起源的应力腐蚀性能，但提高钼含量有利于脆性相的析出，因此将钼含量控制在0.80％-1.20wt％范围内。

钛Ti、铌Nb与碳C能够生成稳定的TiC和NbC，以避免钢中的碳与铬结合形成碳化铬，从而减少了晶界贫铬区的产生，因此为稳定化元素，所以钛的含量为：0.40％-0.70wt％；铌的含量为：0.50％-0.80wt％。

锰Mn：锰对双相钢的耐腐蚀性能产生不利因素，同时锰是奥氏体形成元素，控制含量为：0.50％-0.80wt％。

硅Si：可以提高双相钢的淬透性，但它也降低双相钢的塑性，硅作为沉淀脱氧剂，控制含量为：0.30％-0.60wt％

综上所述，本发明的镍铬合金带上下加固环的铝水分配器成分设计如下：

力学性能与金相组织

铝水分配器在高温状态下运行，相当于高温容器，承载着高温铝水本身重量和向外张力，就特别需要一个外力加以保护，因此在铝水分配器的出铝嘴上下焊接两圈加固环，将提高其使用寿命。

本发明的优点是：分配器具备良好的抗高温氧化性能、耐冲刷、耐腐蚀、强度高、机械性能和可焊性能好，在高温运行中，各部件不易变形，强度高；不锈钢圆钢加固环的设置，起到了一个外力保护的作用，可以使分配器不易开裂。同比不锈钢的铝水分配器，寿命提高了十到二十倍；同比一般耐热合金钢铝水分配器，寿命提高了二至三倍。

四、附图说明：

图1是铝水分配器整体结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是铝水分配器加固环及焊缝分布示意图。

图中：1、上加固环，2、下加固环，3、出铝嘴，4、分配器本体，5、分配器轴套，6、加固环焊缝。

五、具体实施方式：

实施例1：

参照附图1、2，本发明镍铬合金带上下加固环的铝水分配器，外形及本体结构同现有的铝水分配器，包括分配器本体4，分配器本体上按圆周上等间隔地环绕有出铝嘴3，在分配器本体的中部设有分配器轴套5，在分配器本体的出铝嘴上部、下部环绕分配器本体分别组焊有上加固环1和下加固环2。

采用的制造工艺过程：制作模型——涂料配制——挂砂——装箱——熔炼浇注——组焊加固环。

1、制作模型：用聚苯乙烯(EPS)。按铝水分配器的图纸，用制模机加工成型，模型的收缩为2％。

2、涂料配制：用石英粉100Kg(200/270目)纤维素2.5Kg；白乳胶6.5Kg；膨润土2Kg；耐火黏土2Kg；水适量，在搅拌机中搅拌成稀糊状，搅拌三小时方可使用。

3、挂砂(也就是刷涂料)：铝水分配器模型要刷三遍涂料，第一遍刷好后放到烘干窑中烘干，时间为24小时。第二遍同理，第三遍同理。

4、装箱：把烘干的分配器模型放到专用砂箱里，用干石英砂把模型埋好，再把专用砂箱放在震动平台上震动三到五分钟，然后放到浇注坑内，以待浇注。

5、熔炼浇注：冶炼是在在1吨的碱性(镁砂炉衬)无铁芯中频感应炉中熔炼。将优质低碳钢；铬铁；钼铁；镍板；硅铁；锰铁；铌铁，按比例加入电炉中进行融化。钛在脱氧后、出炉前加入。出炉前做成分分析，成分合格方可出炉。出炉温度：1640℃-1670℃。浇注温度：1560℃-1590℃，快速浇注。浇注前十分钟，开始抽真空。直到浇注完毕五分钟后，把真空系统负压减小，三十分钟后把真空系统关闭，六小时以后开箱切割冒口。

本发明根据25t/h铸造线使用铝水分配器的重量和浇道、冒口和其它因素，总装料为450Kg。

450Kg炉料配比：含碳为0.15wt％的优质碳钢196Kg，FeCr58CO.21铬铁193Kg，FeCr58C7.5铬铁加入量为9Kg，镍以纯镍形式加入25Kg，FeMo70钼铁加入量为6.5Kg，FeNb60铌铁加入量为4.5Kg，FeTi30钛铁加入量为8Kg，FeSi60硅铁加入量为3Kg，FeMn65锰铁加入量为5Kg。

化验分析：化学成分(重量百分比)：C：0.3，Cr：25，Ni：5.5，Mo：1，Nb：0.6，Ti：0.5，Si：0.4Mn：0.6，余量为Fe和不可避免的杂质。

6、不锈钢圆钢加固环的组焊：

A：选材：A412；A507焊条；φ16-φ25不锈钢。

B：把圆钢压制成直径920mm圆环。然后固定在铝水分配器的出铝嘴上、下部。按图3的焊缝分布示意图设计有1#--12#共计12条焊缝6，焊接时对称焊接：1#对7#、2#对8#、3#对9#、4#对10#、5#对11#、6#对12#，焊缝的长度：120mm，焊缝之间等间距分布，给加固环有一定缓冲空隙，从而提高加固环冷热疲劳性能。

C：把焊接好加固环的铝水分配器放在箱式电极炉加热，加热温度不低于950℃，保温2-2.5小时进行退火处理，消除焊接应力，铸造应力。

实施例2：

制造工艺过程同实施例1，450Kg炉料配比为：含碳为0.15wt％优质低碳钢：172Kg，FeCr58CO.21铬铁加入量为209Kg，FeCr58C7.5铬铁加入量为11Kg。镍以纯镍形式加入28Kg，FeMo70钼铁加入量6.5Kg，FeNb60铌铁加入量为5.5Kg，FeTi30钛铁加入量为9.5Kg，FeSi60硅铁加入量为3Kg，FeMn65锰铁加入量为5.5Kg。

化验分析：化学成分(重量百分比)：C：0.35，Cr：27，Ni：6，Mo：1，Nb：0.7，Ti：0.6，Si：0.4，Mn：0.7，余量为Fe和不可避免的杂质。

不锈钢圆钢加固环的组焊同实施例1。

Claims

1.一种镍铬合金带上下加固环的铝水分配器，包括分配器本体，其特征是：分配器本体由下述重量百分比组分的合金材料整体浇注而成：

2.根据权利要求1所述的镍铬合金带上下加固环的铝水分配器，其特征是：所述不锈钢圆钢加固环与分配器本体的组焊采取按圆周等分分段间隔焊接。