CN103849819B

CN103849819B - 一种烧结机炉篦条材料及其生产方法和组合浇注单元

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Publication number: CN103849819B
Application number: CN201210511940.8A
Authority: CN
Inventors: 胡恒法; 王银军; 申庆波
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: CN103849819A

Abstract

本发明涉及一种烧结机炉篦条的生产方法。主要解决现有技术的高合金炉篦条生产工艺较复杂、生产成本较高、铸造缺陷难控制、性能不均匀等问题。本发明的技术方案如下：一种烧结机炉篦条材料，按照元素质量百分比，其化学成分包括：C？1%～1.5%、Si？1.5～2.5%、Al？1.2%～2.2%、Mn？2.5～3%、Cr？11～15%、Mo？0.3～0.8%、Nb？0.01～0.03%、Ti？0.01～0.03%、Re？0.03～0.1%、P≤0.06%、S≤0.06%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。应用“一浇多模”的砂型铸造工艺，减少含铝、硅炉篦条的铸造缺陷，降低生产成本。应用安装导流循环风扇的热处理炉对铸件低温均匀热处理，提高同批次铸件的性能均匀性。本发明能够获得工艺稳定性好、性能优良、生产成本较低的烧结机炉篦条产品。

Description

一种烧结机炉篦条材料及其生产方法和组合浇注单元

技术领域

本发明涉及炉篦条技术领域，特别涉及一种烧结机炉篦条材料及其生产方法和模具，具有生产成本较低、工艺稳定性好、铸造缺陷少、耐高温、耐磨损、抗氧化、抗冲击、性能均匀等特点。

背景技术

炉篦条是烧结机台车的关键易损件之一。烧结机台车上有很多依次排列的炉篦条，相邻炉篦条之间的凸台相连，炉篦条之间形成缝隙，排列组合的炉篦条用于承载烧结原料、抽风、烧结。烧结时，短时间(约15min)内烧结矿的温度可达1100℃左右，炉篦条的表面温度可达800-950℃，随着台车的运行又冷却到100-300℃左右，在高温烧结过程中，炉篦条既要承受烧结矿料重力作用，又要承受粉、气两相流的高速冲击磨损，台车行走和倒料时，炉篦条还要承受剧烈震动，工况十分恶劣。高温氧化、磨损、冲击、热疲劳的综合作用结果使烧结机炉篦条发生弯曲变形、间隙增大、熔断，甚至断裂等现象，造成漏风及烧结工况改变，既恶化工作环境，又降低烧结质量，必须维修、更换。因此，为了确保烧结机台车的正常工作，炉篦条需要用耐高温、耐磨损、抗氧化和有一定韧性的材料生产。

烧结机篦条所用的材料主要有如下几类：(1)普通铸铁及中硅球铁；(2)高铬铸铁，如RTCr26及CTCr26Ni等；(3)奥氏体耐热钢，如铬锰氮、铬镍、铬镍氮等；(4)铁素体耐热钢，如RTCrl7等。文献“国内烧结机篦条的发展现状及前景”也介绍了普通铸铁篦条、耐热球铁铸铁篦条、高铬合金铸铁篦条、多元合金化高铬合金篦条的应用情况。

高铬系篦条材质是国外早期发展起来的第三代新型篦条耐磨材料，它具有优越的耐磨性和抗氧化耐高温腐蚀性，适合于在冲击载荷不强烈的磨损条件下使用。国内某钢厂引进的日本新日铁的炉篦条的成分要求为：C1.6～2.2％、Si1.0～1.4％、Mn0.7～1.0％、Cr25～27％、Ni0.8～1.2％、P≤0.05%、S≤0.05%，其制作工艺要求为：浇注、落砂、清理、打磨、退火热处理。这是应用最多的炉篦条材料之一，该材料Cr、Ni合金含量高，成本高，产品韧性较差，容易折断。

文献检索的现有炉篦条产品合金含量比较高或者工艺较复杂，生产成本比较高。

中国专利CN03139603.8公开一种烧结台车用篦条及其制造方法，其技术特征是：所述篦条的化学成分为：C：(0.3％～0.5％)；Cr：(12％～15％)；Si：(3％～4％)；Al：(0.8％～1.4％)；Mn：(0.5％～1.2％)；S：≤0.04％；P：≤0.04％；其余成分为Fe和微量杂质，其制造步骤包括砂型制作、中频炉冶炼、浇铸成型、热处理四个工序。该产品C含量低、Si含量高，导致铸造性能差、铸件脆性高，工艺成本高。

中国专利CN201010241883.7公开一种炉篦条及其制备方法，其技术特征是：所述炉篦条化学组成成分(质量分数)是：1.2～1.6％C，15.0～20.0％Cr，2.3～2.8％Al，4.5～5.0％Si，0.05～0.15％Ti，0.05～0.15％Nb，0.08～0.20％RE，0.06～0.15％Mg，＜0.6％Mn，＜0.04％S，＜0.05％P，余量为Fe，且0.20％≤Ti+Nb≤0.28％。该发明利用电炉生产，采用消失模铸造成形。该产品Al、Si含量较高，导致铸造性能差，材料脆性较高，采用消失模铸造，工艺成本高。

中国专利CN201010161371.X公开一种抗高温氧化性的篦条及其制备方法，其技术特征是：所述篦条包括如下重量百分含量的组分：C0.3～0.6％，N0.2～0.4％，Cr22～25％，Si0.3～0.5％，Mn3～4％，Ni6～8％，B0.001～0.002％，Zr＜0.01％，余量为Fe。该发明采用熔化、精炼、合金化和浇注几个阶段进行制备而成。该产品C含量较低、N含量较高，导致铸造性能差，Cr、Ni含量较高，工艺成本高。

如何进一步研究多元合金化方法及生产工艺，在不降低使用性能的同时，能够节约产品制造成本，这是众多企业降本增效的追求目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝和硅元素含量较高的烧结机炉篦条的生产方法，兼顾耐高温、耐磨损、抗氧化和抗冲击的综合使用性能，主要解决现有技术的高合金炉篦条生产工艺较复杂、生产成本较高、铸造缺陷难控制、性能不均匀等问题。

本发明的技术方案如下：一种烧结机炉篦条材料，按照元素质量百分比，其化学成分包括：C1%～1.5%、Si1.5～2.5%、Al1.2%～2.2%、Mn2.5～3%、Cr11～15%、Mo0.3～0.8%、Nb0.01～0.03%、Ti0.01～0.03%、Re0.03～0.1%、P≤0.06%、S≤0.06%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

由于成分中铝和硅元素含量较高，增加了铸造工艺难度，控制不当容易形成夹杂、粘渣、铸件脆性增大。

本发明所述的生产方法包括以下工艺步骤：

用感应电炉熔炼，按照配比，加入废钢、铸造生铁、锰铁、硅铁、铬铁等炉料混合加热熔化，提升温度至1550~1600℃，优选1590±10℃，加入硅钙合金预脱氧，插入法将铝棒插入熔液终脱氧，调整熔液铝含量，加入微粒铌铁、钛铁对熔液微合金化。出炉温度控制1450~1500℃，优选1470±10℃，用冲包法变质处理，先倒出三分之一熔液至浇包，加入稀土合金，再倒出剩余熔液，浇包静置。

车间布置多个组合浇注单元，用普通砂型铸造。组合浇注单元包括多组独立的铸件砂型模具通过定位锁扣连接固定、组合。每组砂型模具由上砂型模具、下砂型模具组合而成，上砂型模具、下砂型模具通过定位锁扣连接固定，模具沿炉篦条中心面分型，设有1个平铺的炉篦条铸件型腔、浇道、出气孔，将多组独立的砂型模具组合自下而上呈水平叠放组成1个浇注单元，该单元的顶层砂型模设计安装1个浇口和1个冒口组合的保温补贴，浇口和冒口通过主直浇道相连，底层下砂型模具安置在底座上，上砂型模具、下砂型模具是由后金属框架、右金属框架、前金属框架、左金属框架拼焊成长方体模具外壳进行固定，外壳两端设有定位孔和定位销组成定位锁扣。

浇注时，钢液从浇口流入，依次沿主横浇道、主直浇道、底层的次横浇道、底层的炉篦条铸件型腔，充盈后，再逐次流入上面叠放的各组砂型模具型腔，主直浇道与冒口相连，最后的补缩钢液流入冒口，每个铸件的远端设计一个主出气孔，浇注过程中气体主要通过该孔排出，避免铸件产生疏松缺陷。顶层上砂型模具的高度大于其他部位的上砂型模具，以保证最上部的炉篦条铸件的补缩，避免铸造缺陷。实现“一浇多模”的浇注工艺，降低了生产成本，同时提高了铸件质量。

“一浇多模”的好处是：节约车间场地、节约冒口、缩短浇注时间、提高浇注效率、减少薄壁炉篦条铸件因冷却快产生的疏松、缩孔等铸造缺陷。

控制浇注温度1440~1480℃，优选1450±10℃，浇注后约30分钟，开箱落砂，将炉篦条铸件空冷，铸件修整、打磨后，用安装导流循环风扇的热处理炉对炉篦条铸件批量进行均匀时效退火处理，工艺为500~550℃保温3小时后随炉冷却，导流循环风扇始终旋转，炉温低于300℃时，炉篦条铸件出炉空冷，消除铸造应力，同时使铸件中高温固溶的微合金时效析出二次碳化物、提高材料组织和性能稳定性。由于温度均匀性好，同批次铸件产品的性能均匀性提高。

本发明与现有炉篦条产品技术相比，具有如下积极效果：本发明与中国专利CN201010241883.7公开一种炉篦条及其制备方法比较，本发明降低了铝和硅的含量，目的是改善铸造工艺性能，虽然铝和硅能够脱氧、净化钢液，但是，Si含量的增加，铸件硬度随之增加，而篦条的脆性也随之增大，Al加入量过多，铸造性能恶化，容易卷渣，增加了铸造工艺难度。通过反复试验研究，适当降低了铝和硅的含量，同时设计了一种制造炉篦条的方法，采用“一浇多模”铸造工艺，用安装导流循环风扇的热处理炉对炉篦条铸件进行均匀时效退火处理，既满足材料使用性能，又明显改善铸造工艺稳定性和铸件质量。主要体现在：1、独特的砂型浇注组合单元，操作容易。“一浇多模”砂型铸造，节约铸造成本，减少铸造缺陷。顶层上模的“增高”设计，避免顶层铸件的铸造缺陷。非常适合中小型铸造企业的生产环境。2、实现低温均匀时效退火热处理，节约能源，整个生产工艺过程简单，产品工艺稳定，性能均匀，综合性能优良。

附图说明

图1为本发明提供的组合浇注单元的主视图。

图2为本发明提供的组合浇注单元的俯视图。

图3为本发明提供的组合浇注单元的局部剖视图。

图中：1-底座；2-定位锁扣；3-出气孔；4-炉篦条铸件型腔；5-浇口；6-主横浇道；7-冒口及主直浇道；8-次横浇道；9-1-后金属框架；9-2-右金属框架；9-3-前金属框架；9-4-左金属框架；10-浇口、冒口组合保温补贴；11-底层模具组合的下模；12-底层模具组合的上模；13-顶层模具组合的下模；14-顶层模具组合的上模。

具体实施方式

选取本发明的5个实施例产品与应用广泛的比较例高铬铸铁RTCr27Ni进行对比，如表1。这些实施例仅仅是对本发明典型实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

表1化学成分（质量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质。

	本发明	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	比较例
								C	1～1.5	1.05	1.16	1.25	1.38	1.50	1.6
Si	1.5～2.5	1.53	1.77	1.95	2.11	2.48	1.8
								Mn	2.5～3	2.99	2.85	2.79	2.66	2.53	0.8
Cr	11～15	11.3	12.6	13.5	14.3	14.9	27
								Mo	0.3～0.8	0.8	0.68	0.59	0.44	0.35	0.03
Ni	/	/	/	/	/	/	1.2
								Nb	0.01～0.03	0.03	0.02	0.02	0.02	0.02	/
Ti	0.01～0.03	0.02	0.03	0.03	0.03	0.03	/
								Re	0.03～0.1	0.09	0.06	0.03	0.03	0.06	/
Al	1.2～2.2	2.16	1.83	1.66	1.51	1.22	/
								P	<0.06	0.051	0.035	0.034	0.035	0.036	0.02
S	<0.06	0.051	0.035	0.039	0.031	0.033	0.01

实施例1的生产方法如下：

把废钢、铸造生铁、锰铁、硅铁、铬铁等炉料按照配比混合，用500kg中频感应电炉熔炼，加热熔化炉料，炉前测定熔液成分，根据结果调整炉料的添加直至符合设计的元素含量，提升温度至1590±10℃，扒渣，加入硅钙合金预脱氧，插入法将直径15mm的纯铝棒插入熔液终脱氧，调整熔液铝含量，加入微粒铌铁、钛铁对熔液微合金化。出炉温度控制1470±10℃，用冲包法变质处理，先倒出三分之一熔液至浇包，加入预热200~300℃的稀土硅铁合金，合金颗粒尺寸为3~10mm，再倒出剩余熔液，适当搅拌、扒渣后，浇包静置片刻。

车间布置多个组合浇注单元，用普通砂型铸造。

以任一组合浇注单元的具体结构为例作进一步说明：

在底座1上，依次放置底层模具组合的下模11、底层模具组合的上模12，底层模具组合的下模11与底座1、底层模具组合的上模12与底层模具组合的下模11分别通过两侧的定位锁扣2装配。上模或下模是由后金属框架9-1、右金属框架9-2、前金属框架9-3、左金属框架9-4拼焊成长方体模具外壳进行固定，外壳两端设有定位孔和定位销组成定位锁扣2，底层模具组合的上模12与底层模具组合的下模11分别沿炉篦条中心面分型，设计平铺的炉篦条铸件型腔4、出气孔3、主直浇道、次横浇道8。

根据车间条件，将组合浇注单元设计成3~5组独立的上下模，参照底层模具组合的下模11、底层模具组合的上模12的结构及装配形式，自下而上通过各模具上的定位锁扣2装配。组合浇注单元的最上部为顶层模具组合的下模13和顶层模具组合的上模14。需要说明的是：顶层模具组合的下模13与其他模具组合的下模结构一样，顶层模具组合的上模14与其他模具组合的上模完全不同，其高度大于其他部位的上模，并且上部还设有浇口、冒口组合保温补贴10，浇口、冒口组合保温补贴10与顶层模具组合的上模14焊接固定。

钢液从浇口5流入，依次沿主横浇道6、冒口及主直浇道7、最底部的次横浇道8、炉篦条铸件型腔4，充盈后，再逐次流入上面叠放的各组砂型模型腔，主直浇道与冒口相连，最后的钢液流入浇口、冒口组合保温补贴10补缩。实现“一浇多模”，共用1个浇口和1个冒口，同时浇注3~5个铸件。控制开浇温度1450±10℃，浇注后约30分钟，开箱落砂，将炉篦条铸件自然空冷，铸件降温至300℃以下温度，去除浇口、冒口、浇道，打磨、修整。

用炉顶安装导流循环风扇的台车炉对炉篦条铸件进行均匀时效退火处理，工艺为530℃保温3小时后随炉冷却，导流循环风扇始终旋转，炉温低于300℃时，炉篦条铸件出炉空冷。

实施例2~5的生产方法与实施例1基本相同。实施例1~5和比较例的性能对比，见表2。

表2性能对比

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	比较例
							硬度/HRC	49	50	51	51	52	44.6
常温无缺口冲击韧性/J.cm^-2	23.3	21.9	20.2	20.6	19.8	3.9
							常温抗拉强度/MPa	660	665	663	663	675	710
650℃抗拉强度/MPa	413	410	409	413	416	411
							950℃′96h氧化平均增重/g/m^-2h^-1	0.096	0.103	0.132	0.116	0.135	0.179

从上述实施例、比较例可以看出，实施例1~5的硬度、常温无缺口冲击韧性、常温抗拉强度、高温抗拉强度等力学性能指标优于或接近高铬铸铁RTCr27Ni，实施例1~5的抗氧化性优于高铬铸铁RTCr27Ni。

再从生产工艺、炉篦条铸件实物质量来看，本发明的炉篦条铸造工艺性能好、铸造缺陷少，配合低温均匀时效退火工艺，产品性能均匀稳定，生产成本较低。

本发明经测试，预计使用寿命超过2年以上，与国内相近使用寿命的产品相比，使用成本可降低10~15%,具有明显的市场竞争优势。

上述实施例是本发明的典型实施例之一，并不限制本发明权利要求范围内的其他实施形式，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，均包含在本发明要求的保护范围之内。

Claims

1.一种用于生产烧结机炉篦条材料的组合浇注单元，其特征是所述烧结机炉篦条材料，按照元素质量百分比，其化学成分包括：C1%～1.5%、Si1.5～2.5%、Al1.2%～2.2%、Mn2.5～3%、Cr11～15%、Mo0.3～0.8%、Nb0.01～0.03%、Ti0.01～0.03%、Re0.03～0.1%、P≤0.06%、S≤0.06%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；组合浇注单元包括多组独立的铸件砂型模具通过定位锁扣连接固定、组合，每组砂型模具由上砂型模具、下砂型模具组合而成，上砂型模具、下砂型模具通过定位锁扣连接固定，模具沿炉篦条中心面分型，设有1个平铺的炉篦条铸件型腔、浇道、出气孔，将多组独立的砂型模组合自下而上呈水平叠放组成1个浇注单元，该单元的顶层砂型模具设有1个浇口和1个冒口组合的保温补贴，浇口和冒口通过主直浇道相连，底层下砂型模具安置在底座上，上砂型模具、下砂型模具是由后金属框架、右金属框架、前金属框架、左金属框架拼焊成长方体模具外壳进行固定，外壳两端设有定位孔和定位销组成定位锁扣。

2.根据权利要求1所述的组合浇注单元，其特征是顶层上砂型模具的高度大于其他部位的上砂型模具，顶层上砂型模具以焊接或其他连接方式固定保温补贴。