CN102821909A - 烧结块支架、堆焊用焊丝和堆焊金属 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是得到在烧结矿加热温度1200℃~1400℃的高温气氛下的耐磨损性、耐裂纹性和对于高温氧化·硫化气氛的耐腐蚀性优异的烧结块支架。为此,本发明涉及的烧结块支架,是配置在制造烧结矿的下方吸引式烧结机的烧结台车上的烧结块支架(10),其特征在于,具有载置于所述烧结台车上的台座部(11)和从该台座部(11)朝向上方延伸设置的叶片部(15),在叶片部(15)的至少上缘部设置有堆焊部(18),构成该堆焊部(18)的堆焊用金属具有下述组成:含有C:3.0质量%~5.0质量%、Si:0.8质量%~2.0质量%、Cr:10质量%~15质量%、Mo:7质量%~10质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。

Description

烧结块支架、堆焊用焊丝和堆焊金属
技术领域
本发明涉及在制造烧结矿的下方吸引式烧结机中使用的烧结块支架、在形成该烧结块支架(烧结块支持架)的堆焊部时使用的堆焊用焊丝和堆焊金属(Overlay welding metal)。
背景技术
以往,作为向炼铁厂的高炉投入的原料,可使用将由粉状铁矿石等的含铁原料、石灰石等的辅助原料、焦炭粉等的固体燃料构成的烧结原料烧结而成的烧结矿。作为制造该烧结矿的手段,采用了下方吸引式烧结机,其是将烧结原料装载于烧结台车,对其表层中的固体燃料进行点火,一边移送烧结台车,一边从烧结台车的下方吸引,由此使烧结台车内的原料填充层的燃烧点移动,从而进行原料的烧成,生成烧结块(烧结饼:Sintercake)。
在此,在上述的下方吸引式烧结机中,在进行烧结台车内的原料填充层的烧结的过程中,由于在上部侧生成的烧结块的自重,位于其下方侧的位置的烧结原料被压缩,体积密度变高,因此存在通气性降低、不能够高效地进行烧结的问题。
专利文献1曾提出了下述技术:在烧结台车上配置与行进方向平行的截面形成为大致梯形板状的烧结块支架,在填充到烧结台车中的烧结原料填充层的烧结过程中支持(支撑)在上部侧形成的烧结块,由此确保下部侧的原料填充层内的通气性。
该烧结块支架,会因将烧结原料装入台车时的冲击、摩擦和将烧结完成后的烧结块向烧结台车外部排出(排矿)时的摩擦而损耗。另外,在上述的烧结机中,烧结时加热温度变为1200~1400℃的非常高的温度,其后被空冷,因此有烧结块支架产生由热应变所引起的裂纹之虞。而且已知在烧结机内成为高温的氧化、硫化气氛。因此,烧结块支架需要在高温气氛下确保耐磨损性、耐裂纹性和耐腐蚀性。因此,在专利文献2~4中,提出了以下的技术。
专利文献2曾提出了采用特殊铸钢以一体铸造部件的形式制造烧结块支架的方案。
专利文献3曾提出了将分开地制作出的下部台座部和上部叶片部接合了的结构,对上部叶片部的棱线部和侧面部实施堆焊的方案。
专利文献4曾提出了对烧结块支架的上部叶片部的侧面等实施减薄(减少壁厚)加工,并对该减薄了的部分实施堆焊的方案。
现有技术文献
专利文献1:日本特开平06-147765号公报
专利文献2:日本特开平09-041098号公报
专利文献3:日本特开2002-013876号公报
专利文献4:日本特开2006-118769号公报
发明内容
专利文献2所记载的烧结块支架是特殊铸钢制的,一体成形出烧结块支架整体。因此,烧结块支架的制造成本大幅度地增大。另外,该特殊铸钢是碳含量约为0.3质量%、铬含量约为13质量%的铸钢,在1200~1400℃的高温气氛下的耐磨损性、耐裂纹性和耐腐蚀性等不充分。另外,由于烧结块支架是上述特殊铸钢的一体成形品,因此即使是上部的不均匀磨损也需要更换整体,缺乏维修性,成本也高。
另外,专利文献3、4所记载的烧结块支架在上部的不均匀磨损的部分堆焊了耐磨损性材料,因此即使磨损,只要再次堆焊即可,改善了维修性。但是,用于堆焊的材料的Cr含量多,在高温下脆化,耐裂纹性大大降低。因此,在高温下的耐磨损性、耐裂纹性和耐腐蚀性等不充分,不能够谋求烧结块支架的大幅度的寿命延长。
本发明是鉴于上述的状况完成的,其目的是得到在烧结矿加热温度1200℃~1400℃的高温气氛下的耐磨损性、耐裂纹性和对于高温氧化·硫化气氛的耐腐蚀性优异的烧结块支架。此外,其目的还在于得到被用于该烧结块支架的堆焊部的堆焊用焊丝和堆焊金属。
本发明者们为了解决上述课题反复专心研讨的结果发现:减少成为高温脆化的起因的Cr,并且适度地具有对耐磨损性重要的Cr碳化物的堆焊金属。Cr改善耐高温氧化性,其碳化物改善耐磨损性。而另一方面,未碳化完的Cr固溶在金属中,成为高温脆化的原因。因此,发现了将C含量、Cr含量等适当化了的堆焊金属。
发现了通过将该堆焊金属应用于专利文献4所记载的烧结块支架,可得到在烧结矿加热温度1200℃~1400℃的高温气氛下的耐磨损性、耐裂纹性和对于高温氧化·硫化气氛的耐腐蚀性优异的烧结块支架。
本发明是基于这些见解完成的,其要旨如下。
(1)本发明涉及的烧结块支架,是配置在制造烧结矿的下方吸引式烧结机(下吸式烧结机,downward suction sintering machine)的烧结台车(sintering pallet)上的烧结块支架,其特征在于,具有载置于上述烧结台车上的台座部和从该台座部朝向上方延伸设置的叶片(blade)部,在上述叶片部的至少上缘部或者侧面部的上部设置有堆焊部,构成该堆焊部的堆焊金属具有下述组成:含有C:3.0质量%~5.0质量%、Si:0.8质量%~2.0质量%、Cr:10质量%~15质量%、Mo:7质量%~10质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。
(2)上述(1)的烧结块支架,其特征在于,上述堆焊部形成于从上述烧结块支架的至少上缘部或侧面上部的表面减薄了2mm~10mm的部分的部分上。
(3)另外,上述(1)或(2)的烧结块支架,其特征在于,上述堆焊部以消灭上述烧结块支架的减薄了的部分的方式形成。
(4)进而,上述(1)~(3)的任一项的烧结块支架,其特征在于,上述堆焊部的从上述烧结块支架顶上部算起的距离,与烧结台车行进方向前侧相比,在行进方向后侧较长。
(5)本发明涉及的堆焊用焊丝,是在形成烧结块支架的堆焊部时使用的堆焊用焊丝,其特征在于,具有下述组成:含有C:3.3质量%~5.5质量%、Si:0.9质量%~2.2质量%、Cr:11质量%~17质量%、Mo:8质量%~11质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。
(6)本发明涉及的堆焊金属,是烧结块支架的堆焊部所使用的堆焊金属,其特征在于,具有下述组成:含有C:3.0质量%~5.0质量%、Si:0.8质量%~2.0质量%、Cr:10质量%~15质量%、Mo:7质量%~10质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。
如上述那样,根据本发明,可以得到在1200℃~1400℃的高温气氛下的耐磨损性、耐裂纹性和对于高温氧化·硫化气氛的耐腐蚀性优异的烧结块支架,能够大幅度地延长烧结块支架的寿命。
附图说明
图1是作为本发明的一实施方式的烧结块支架的立体图。
图2是图1所示的烧结块支架的主视图。
图3是图2中的X-X截面向视图。
图4是表示在图1的烧结块支架中形成堆焊部之前的状态的立体图。
图5是作为本发明的另一实施方式的烧结块支架的主视图。
图6是作为本发明的另一实施方式的烧结块支架的主视图。
具体实施方式
以下,对于作为本发明的一实施方式的烧结块支架、堆焊用焊丝和堆焊金属,参照图1~图4进行说明。
烧结块支架10配置在制造作为向高炉投入的原料的的烧结矿的下方吸引式烧结机的烧结台车上。在烧结过程中,烧结块支架10是用于支持在原料填充层上部侧生成的烧结块(烧结饼),维持烧结原料填充层下部侧的通气性的构件。
该烧结块支架10,如图1~图3所示,具备:固定在烧结台车上的台座部11、和从该台座部11朝向上方延伸设置的叶片主体16。并且,叶片主体16的上缘部和侧面上部进行减薄(剥皮)以使得将表面切削1~5mm的深度,向该减薄部提供堆焊部。将该叶片主体16和堆焊部18总称为叶片部15。再者,在图1和图3中,在叶片部15的下端部所表示的箭头Y,表示在烧结机内的烧结块支架10和烧结台车的行进方向。
台座部11由例如不锈铸钢(SCS2:JIS 5121中规定的马氏体系不锈钢)、奥氏体系铸钢、或铁素体系与奥氏体系的双相系铸钢构成,在下部设置有用于安装于烧结台车的安装部12。在本实施方式中,台座部11的高度H2被设定在120mm≤H2≤130mm的范围内。
从使排矿性良好的观点出发,叶片部15相对于台车的行进方向形成为侧视大致梯形,具备叶片主体16、和形成于该叶片主体16的上缘部(梯形的上边部和斜边部)以及梯形面的上部的堆焊部18。另外,从使排矿性良好的观点出发,叶片部15的厚度方向的截面优选为板厚从下向上变薄的锥形。
在此,在本实施方式中,叶片部15的高度H1被设定在300mm≤H1≤450mm的范围内,叶片部15的厚度T被设定在30mm≤T≤70mm的范围内。
叶片主体16与台座部11同样地由例如不锈铸钢(SCS2)、奥氏体系铸钢、或铁素体系与奥氏体系的双相系铸钢构成,在本实施方式中,与台座部11一体成形。
在该叶片主体16的上缘部(梯形的上边部和斜边部)和梯形面的表层部,如图4所示,形成有切削了表层的减薄部(剥皮)17。再者,在本实施方式中,梯形面侧的减薄部17形成为:与烧结块支架10的行进方向前方(箭头Y前方方向)侧部分相比,后方(箭头Y后方方向)侧部分的面积大。另外,实施堆焊,从而形成有堆焊部18,使得填埋该减薄部17。
堆焊部18,如图2和图3所示,通过对上述的减薄部17采用含有堆焊金属的堆焊用焊丝实施堆焊来形成。在此,叶片部15的上缘部(梯形的上边部和斜边部)侧的减薄部17的堆焊部18的厚度t1被设定在大致相当于减薄部17的单侧的深度的2mm≤t1≤4mm的范围内。另外,梯形面表层部侧的减薄部17的堆焊部18的厚度t2被设定在大致相当于减薄部17的单侧的深度的2mm≤t2≤4mm的范围内。
该堆焊部18,是烧成中的被加热了的烧结矿(烧结块)直接接触的部分,而且也是所排出的烧结矿碰撞的部分。因此,为了得到作为本发明要解决的课题的、在温度1200℃~1400℃的高温气氛下的耐磨损性、耐裂纹性和对于高温氧化·硫化气氛的耐腐蚀性优异的烧结块支架,成为最重要的部分。
发现了:为了使该堆焊部18具有耐磨损性、耐裂纹性和对于高温氧化·硫化气氛的耐腐蚀性,需要构成堆焊部的焊缝金属(以下称为堆焊金属)设定为如下的组成。
即为下述组成:含有C:3.0质量%~5.0质量%、Si:0.8质量%~2.0质量%、Cr:10质量%~15质量%、Mo:7质量%~10质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。
以下,对于如上述那样限定堆焊金属的组成的理由进行说明(以下,只要没有特别说明,成分含量就是指质量%)。
(C:碳)
C是具有与Cr等结合形成碳化物,使高温强度、耐磨损性提高的作用的元素。
在此,C的含量低于3.0%时,不能够充分地生成碳化物,不能够充分获得上述的作用效果。另一方面,如果C的含量超过5.0%,则碳化物过量地存在,有堆焊部18从叶片主体16剥离之虞。从这样的理由来看,将C的含量设定为3.0%~5.0%。为了切实地得到效果,优选设定为3.3%~4.7%,更优选设定为3.5%~4.5%。
(Si:硅)
Si是对实施堆焊时的脱氧有效的元素。另外,具有使高温气氛下的耐氧化性提高的作用。
在此,Si的含量低于0.8%时,不能够充分获得上述的作用效果。另一方面,如果Si的含量超过2.0%,则有堆焊部18的韧性降低之虞。
从这样的理由出发,将Si的含量设定为0.8%~2.0%。为了切实地得到效果,优选设定为1.0%~1.8%,更优选设定为1.2%~1.6%。
(Cr:铬)
Cr是具有与碳结合生成高硬度的Cr碳化物,使耐磨损性和高温强度提高的作用的元素。另外,具有使耐腐蚀性提高的作用。
在此,Cr的含量低于10%时,不能够充分地生成Cr碳化物,不能够充分获得上述的作用效果。另一方面,如果Cr的含量超过15%,则Cr碳化物过量地存在,有堆焊部18脆化、耐裂纹性大大降低之虞。
从这样的理由出发,将Cr的含量设定为10%~15%。为了切实地得到效果,优选设定为10.5%~14.5%,更优选设定为11.0%~14.0%。
(Mo:钼)
Mo是具有固溶于堆焊金属的基体内,使强度、耐磨损性、韧性提高的作用的元素。
在此,Mo的含量低于7%时,不能够充分获得上述的作用效果。另一方面,即使Mo的含量超过10%,上述的作用效果也不会提高。
从这样的理由出发,将Mo的含量设定为7%~10%。为了切实地得到效果,优选设定为7.5%~9.5%,更优选设定为8.0%~9.0%。
再者,作为不可避免的杂质,可举出P、S等。这些不可避免的杂质优选总量为0.06%以下。
如上述那样,构成本发明的烧结块支架的叶片主体可使用例如不锈铸钢(SCS2:JIS 5121中规定的马氏体不锈钢)、奥氏体系铸钢、或铁素体系与奥氏体系的双相系铸钢。
在本发明中,为了通过堆焊在叶片主体的减薄部形成具有上述的成分组成的堆焊金属,需要考虑焊接时的来自叶片主体的成分稀释。叶片主体的材料,如上述那样,实际使用了不锈铸钢、奥氏体系铸钢、或铁素体-奥氏体双相系铸钢等。本发明人等考虑了上述的各种各样的种类的叶片材料后发现:堆焊用焊丝的成分组成可设为:含有C:3.3%~5.5%、Si:0.9%~2.2%、Cr:11%~17%、Mo:8%~11%,其余量为Fe和不可避免的杂质。堆焊用焊丝的各成分元素的限定理由,与上述堆焊金属的成分元素相同。
但是,为了切实地得到其效果,优选设定为:C:3.5%~5.2%、Si:1.1%~2.0%、Cr:12%~16%、Mo:8.5%~10.5%,进一步优选设定为:C:3.8%~5.0%、Si:1.3%~1.8%、Cr:13%~15%、Mo:8.5%~10.5%。
如以上说明那样,根据本实施方式涉及的烧结块支架10、堆焊用焊丝和堆焊金属,在叶片部15的上缘部和侧面的梯形面的表层部形成堆焊部18,因此烧结时的加热温度为1200~1400℃的高温气氛下的耐磨损性、耐裂纹性和耐腐蚀性优异。因此,可以抑制叶片部15的早期劣化,能够大幅度地延长该烧结块支架10的使用寿命。
另外,在本实施方式中,在叶片主体16的上缘部和侧面上部形成减薄部17,并以填埋此处的方式形成堆焊部18。因此,堆焊部18不会从架子突出,可以将烧结块顺利地排出。
此外,烧结块支架的侧面(梯形面侧)的减薄部17被形成为:与烧结块支架10的行进方向前方侧部分相比,行进方向后方侧部分的面积较大,并与其对应地形成堆焊部18。在此,在将烧结块排出时,烧结块支架10的行进方向后方侧部分与烧结块长时间地滑动接触。因此,通过以行进方向后方侧部分的堆焊部18的面积变大的方式构成,能够切实地抑制烧结块支架10的磨损。
烧结块支架侧面的减薄部分的形状(相当于图2的阴影部分)不特别限定。例如,如图2所示,可以为行进方向前方侧部分的从侧面梯形形状的上边算起的减薄宽度b比行进方向后方侧部分的从侧面梯形形状的上边算起的减薄宽度a短(a>b)的阶梯状的形状。另外,也可以为如图6那样随着趋向后方而变宽的形状。当然,如图5那样从侧面梯形形状的上边算起的减薄宽度为一定也无妨,但是如果考虑实际操作中的磨损形态,则优选使后方的减薄宽度比前方增大。
以上,对于作为本发明的实施方式的烧结块支架、堆焊用焊丝和堆焊金属进行了说明,但本发明不限于此,可以在不脱离本发明的技术思想的范围适当变更。
例如,烧结块支架上的堆焊部的形状,并不限于本实施方式中所示出的形状,例如也可以是如图5和图6所示那样在从台座部111、211向上方延伸设置的叶片主体116、216上形成了堆焊部118、218的烧结块支架110、210。
另外,作为将台座部和叶片主体一体成形了的制品进行了说明,但不限于此,也可以采用分开地制作台座部和叶片主体,并将它们接合的结构。
此外,台座部的安装部的结构不限于本实施方式,也可以对应于烧结台车等的结构来适当设计变更。
实施例
以下,对于为了确认本发明的效果而实施的确认实验的结果进行说明。
对图4所示的叶片主体的减薄部进行了堆焊。叶片是SCS2制的,其成分规格是:C:0.16~0.24%、Si:约1.50%、Mn:约1.00%、P:约0.040%、S:约0.040%、Cr:11.50~14.00%。考虑焊接后的成分稀释,堆焊焊丝使用调整了C、Si、Cr、Mo的含量的焊丝。将对叶片堆焊后的焊缝金属的成分组成示于表1。堆焊部的成分组成,从堆焊部的表面切削1~2mm的范围来分析该切屑。C是将切屑在坩埚中加热、熔化,使产生的气体在氧气流中燃烧,利用非分散红外线检测器测定成分。另外,C以外的成分,通过切屑的化学分析来测定。将利用以往使用的堆焊焊丝进行堆焊得到的堆焊金属的组成作为「以往例」。
表1(质量%)
Figure BDA00002161069700101
在图1~图3中,叶片部的高度H1为300mm,厚度T为40mm,台座部的高度H2为125mm。
叶片部的上缘部(梯形侧面的上边部和斜边部)侧的减薄部17的堆焊部的厚度(大致相当于减薄部的深度)t1为3.0mm,梯形面表层部侧的减薄部17的堆焊部的厚度(大致相当于减薄部的深度)t2为3.0mm。另外,在图2中,堆焊部的各尺寸为a=150mm、b=200mm、c=20mm。
将这样得到的烧结块支架配置在烧结台车宽度为5m、有效面积为660m2的下方吸引式烧结机的烧结台车上。
并且,在烧结原料厚度700mm、烧结台车速度4m/分钟的条件下进行操作,每隔3个月对于由磨损和腐蚀造成的损耗状况、裂纹的产生状况进行确认。将评价结果示于表2。
表2
在表2中,磨损量是由利用专用规尺对支架中心部测量出的初始高度和使用规定期间后的高度之差算出,将超过110mm的时刻作为使用界限。
另外,裂纹产生状况,将利用刻度尺测定出的裂纹长度为50mm以上或裂纹开口宽度为1.0mm以上的裂纹定义为“大”;将上述长度为20mm以上且低于50mm或裂纹开口宽度为0.5mm以上且低于1.0mm的裂纹定义为“中”;将上述长度低于20mm或裂纹开口宽度低于0.5mm的裂纹定义为“小”。
比较例1,堆焊金属中的C含量较高而从本发明的范围脱离,因此由于碳化物的过量析出而发生叶片主体与焊接部的剥离,在3个月时裂纹的大小超过容许范围(裂纹的长度为50mm以上,裂纹开口宽度为1.0mm以上)。
比较例2,堆焊部的焊缝金属中的C含量较低而从本发明的范围脱离,因此得不到碳化物的析出强化所引起的高温强度和耐磨损性提高效果,在12个月时损耗量超过容许范围(110mm以下)。
比较例3,堆焊金属中的Si含量较高而从本发明的范围脱离,因此堆焊部的韧性降低,在3个月时裂纹的大小超过容许范围(裂纹的长度为50mm以上,裂纹开口宽度为1.0mm以上)。
比较例4,堆焊金属中的Si含量较低而从本发明的范围脱离,因此得不到在高温气氛下的耐氧化性提高的效果,在24个月时损耗量超过容许范围(110mm以下)。
比较例5,堆焊金属中的Cr含量较低而从本发明的范围脱离,因此得不到Cr碳化物的析出强化所引起的耐磨损性和高温强度的提高效果、耐腐蚀性的提高效果,在24个月时损耗量超过容许范围(110mm以下)。
比较例6,堆焊金属中的Cr含量较高而从本发明的范围脱离,因此由于Cr碳化物的过量析出,堆焊部脆化,在3个月时裂纹的大小超过容许范围(裂纹的长度为50mm以上,裂纹开口宽度为1.0mm以上)。
比较例7,堆焊金属中的Mo含量较低而从本发明的范围脱离,因此得不到由固溶强化带来的强度和耐磨损性的提高、韧性的提高效果,在3个月时裂纹的大小超过容许范围(裂纹的长度为50mm以上,裂纹开口宽度为1.0mm以上)。
在本发明例1~9中,堆焊部的焊接金属的成分组成满足本发明的范围,因此即使使用48个月后,与以往例和比较例相比损耗量也较少,为100mm以下,并且,裂纹的产生也少,即使有裂纹也限于中、小程度,确认出耐磨损性、耐腐蚀性和耐裂纹性大幅度地提高。
由以上来看,根据本发明,使堆焊部的耐磨损性、耐腐蚀性和耐裂纹性提高,能够实现烧结块支架的大幅度的寿命延长。
产业上的利用可能性
本发明可以用于钢铁用高炉原料的制造。通过利用本发明,能够大幅度地延长钢铁用原料的烧结工序中的烧结块支架的寿命。
附图标记说明
10 烧结块支架
11 台座部
15 叶片部
18 堆焊部

Claims (6)

1.一种烧结块支架,是配置在制造烧结矿的下方吸引式烧结机的烧结台车上的烧结块支架,其特征在于,
在所述烧结块支架的至少上缘部或者侧面上部设置有堆焊部,
构成该堆焊部的堆焊金属具有下述组成:含有C:3.0质量%~5.0质量%、Si:0.8质量%~2.0质量%、Cr:10质量%~15质量%、Mo:7质量%~10质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。
2.根据权利要求1所述的烧结块支架,其特征在于,所述堆焊部形成于从所述烧结块支架的至少上缘部或侧面上部的表面减薄了2mm~10mm的部分的部分上。
3.根据权利要求1或2所述的烧结块支架,其特征在于,所述堆焊部以消灭所述烧结块支架的减薄了的部分的方式形成。
4.根据权利要求1或2所述的烧结块支架,其特征在于,所述堆焊部的从所述烧结块支架顶上部算起的距离,与烧结台车行进方向前侧相比,在行进方向后侧较长。
5.一种堆焊用焊丝,是在进行烧结块支架的堆焊时使用的堆焊用焊丝,其特征在于,具备具有下述组成的堆焊金属:含有C:3.3质量%~5.5质量%、Si:0.9质量%~2.2质量%、Cr:11质量%~17质量%、Mo:8质量%~11质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。
6.一种堆焊金属,是在进行烧结块支架的堆焊时所使用的堆焊金属,其特征在于,具有下述组成:含有C:3.0质量%~5.0质量%、Si:0.8质量%~2.0质量%、Cr:10质量%~15质量%、Mo:7质量%~10质量%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成。
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