CN1053026A

CN1053026A - 铸态锰钢处理工艺及其装置

Info

Publication number: CN1053026A
Application number: CN 90100061
Authority: CN
Inventors: 李绍雄; 赵宇光; 赵玉谦; 何镇明
Original assignee: Jilin University of Technology
Current assignee: Jilin University of Technology
Priority date: 1990-01-05
Filing date: 1990-01-05
Publication date: 1991-07-17
Anticipated expiration: 2005-01-05
Also published as: CN1022893C

Abstract

本发明涉及一种用于生产不热处理锰钢铸件所用的包内吹氮、复合处理工艺及其装置。其特征为：处理工艺由原钢液化学成分选择，包内吹氮，型内复合处理是采用选配适当的复合块置于专用的浇注系统内完成的。本发明可有效地克服现有铸态锰钢热处理，不热处理以及包内变质处理等传统工艺的一系列缺点，对于提高铸件质量，减少环境污染，提高工作效率，节省能源等均具有明显效果。

Description

本发明涉及一种用于生产不热处理锰钢铸件所用的包内吹氮、复合处理工艺及其装置。

现有锰钢（各种成分的高锰钢和中锰钢）大多需经热处理（水韧处理和弥散化处理），以强化奥氏体基体和消除碳化物或改善碳化物的形态和分布，但同时却消耗大量的能源和水，且易使铸件产生变形和裂纹等缺陷。已有未经任何处理（只靠调整基本化学成分）的铸态锰钢难于避免由于基体得不到强化，夹杂物和碳化物沿晶界析出造成的韧性降低，故未得到广泛应用。而现有铸态锰钢包内变质处理工艺不但吸收率低、用量大、作用单一，且无法避免变质衰退或失效，因而难于在实际生产中取得效益。钢液吹氮净化强化处理由于未解决吹氮装置的简单化和小型化，也难于在锰钢铸造生产中使用。

本发明的目的是提供一种实用有效的生产铸态锰钢的塞杆吹氮和复合处理工艺及其装置。经济、有效地减少钢液和铸件中的有害夹杂物和气体;阻止（或促进）硬相沿晶界（或在晶内）析出，减少变质处理用量，避免变质衰退或失效;并兼有合金化和微型冷铁等作用。从而有效地控制铸态锰钢的组织和性能，在较大范围内取消锰钢铸件的热处理工序。节时、节能、节水、减少环境污染，避免热处理废品。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种铸态锰钢处理工艺主要是由原钢液化学成分选择，包内吹氮，型内复合处理三步完成，其特征是：

（a）所说的包内吹氮是在塞杆装置的储气保压室（3′）中装入吹氮管（6）实现的，出钢开始时按初始压（0.05～0.1大气压）给出氮气，出钢终了时将吹氮压力增大到吹洗压（0.2～0.4大气压），吹洗时间为3～8分钟;

（b）型内复合处理是将复合处理块（20）置于浇注系统内，粘结剂及延缓剂主要为聚乙烯醇（脂）和粘土，复合处理块（20）为以下五种型号：Ⅰ、阻止硬相析出型：钼铁（含Mo～55%）60～80%+中碳锰铁40～20%或铌钨锰铁（含Nb1-2%、W2～4%、Mn～50%）60～80%+钼铁（含Mo～55%）40～20%，Ⅱ、改善硬相形状分布型：硅钙合金（含Ca24～31%）20～30%+硅钡合金（含Ba≥6%）20～30%+紫铜60～40%;Ⅲ、复合内生硬相型：钛铁（含Ti～27%）30～40%+铌钨锰铁30～40%+中碳铬铁40～20%，Ⅳ净化晶界型：稀土硅铁（Re≥30%）60～80%+钼铁40～20%;Ⅴ、微冷铁型：中碳锰铁80～90%+稀土硅铁20～10%。

2.一种用于权利要求1所述的铸态锰钢处理工艺的装置，其特征是它主要由塞杆吹氮装置和专用的浇注系统组成，塞杆吹氮装置是由原包内的塞杆上加装吹氮管（6）和储气保压室（3′）组成，即在原有铁芯杆（5）上沿轴向开出一个半圆槽，吹氮管（6）沿半圆槽自上而下插入储气保压室（3′），储气保压室（3′）为铁芯杆（5）与袖砖（3）所形成的环形空间并采用密封层（4）、（7）密封，在塞头砖（1）和袖砖（3）之间留有1～2毫米宽的喷射缝隙（2），吹氮管（6）上设有开关（13），专用浇注系统主要是由直、横浇道和旋流式反切排气集渣包（17）组成，直浇道（15）上为浇口杯（14），直浇道（15）下设有反应室（16），其两端设有旋流式反切排气集渣包（17），横浇道（18）上设有内浇道（19）并通过反切通道与排气集渣包（17）相通。

根据锰钢件的壁厚、质量和使用工况，选择相应的原钢液化学成分、吹氮工艺和复合处理块（剂）。向钢液内吹氮通过置于已有钢包塞杆内的吹氮管进行的。这样既可保证良好的吹氮效果，又使吹氮工艺大大减化。复合处理块（剂）置于专门的浇注系统内，该系统的特征是有若干个反应室和排气集渣包，从而保证吹氮净化后的钢液在进入型腔前，均匀有效地吸收处理剂，并排除处理过程中产生的气体和杂质。

吹氮工艺是由塞杆吹氮装置实现的，它是在原有塞杆的结构上装上吹氮管即可，其压力限制，在出钢开始时，按初始压（0.05～0.1大气压）给氮气，出钢终了时将吹氮压力增大到吹洗压（0.2～0.4大气压），吹洗压确定根据钢包的大小和钢液的高度，以保证钢渣面翻动而不喷溅为原则。吹洗时间3-8分钟即可，根据炼钢本身的质量来确定并适当考虑出钢温度和钢包烘烤质量。吹洗结束时关闭阀（13），即可按通常方式进行浇注。

复合处理的关键是复合块，本发明提供了五种型号的复合块（剂），此外，还可根据需要将前述的五种类型的全部或部分进行适当组合做成混合型的。复合处理剂的粒度为0.025～2.500毫米，粘结剂加入量2～6%（重量比），经混制，成型、烘干制成如下规格的复合处理块（剂）系列：10g、20g、50g、100g和500g五种。

专用浇注系统主要是由浇口杯（14），直浇道（15）、反应室（16），旋流式反切排气集渣包（17）、横浇道（18）和内浇道（19）组成。复合块放在浇注系统内的适当位置（如图（4）所示的位置）。钢液由浇口杯经直浇道进入反应室，放入反应室内或浇口杯内的复合块（剂）被钢液有效均匀的吸收，此过程所产生的气体和杂质在钢液流经旋流式反切排气集渣包时被排除。再经旋流式反切通道、横浇道、内浇道进入铸件型腔进行充填。

本发明所提供的塞杆吹氮、复合处理工艺及其装置具有以下优点和效果：

1.在包内利用塞杆吹氮不仅最大限度地除去炼钢和出钢过程中带入和产生的有害杂质和气体，为用低质量原材料生产高质量钢液创造了良好条件;而且氮本身以及氮与Nb、Ti等元素作用可产生固溶强化、细化晶粒、内生硬相等多种效果;另外包内吹氮使钢液成分和温度均匀，减少漏包或打不开塞杆等恶性事故的发生;有害夹杂和气体的去除不仅减少铸件产生夹渣、气孔的可能，而且有利于防止浇不足及缩松等与流动性有关的缺陷;值得强调的还有包内塞杆吹氮装置结构简单，操作方便且有助于制氧付产品的推广应用。

2.对钢液的复合处理过程与浇注过程同时进行，处理块（剂）始终被钢液浸没且逐层溶入或带入钢液，从而烧损少，吸收率高;旋流式反切排气集渣包使溶入或带入钢液中的处理剂迅速溶解，反应和吸收并排除反应中产生的气体和杂质;处理后的钢液随即经横浇道，内浇道进入型腔，大大缩短了钢液从处理到凝固的时间间隔，有效的避免了处理失效或衰退，此外根据锰钢铸件的不同使用要求选用不同类型复合块，分别或综合达到孕育、变质、净化、合金化、微型内冷铁、阻止硬相析出或促进硬相按要求的数量、形态、分布而析出等多种效果。从而拓宽了铸态锰钢的应用范围，大幅度降低了生产成本（200～600元/吨铸件）。

附图说明：

图1为塞杆吹氮装置结构图;

图2为图1的俯视图;

图3为一种浇注系统的轴测图;

图4为复合块可能的安放位置;

图5为浇注颚式破碎机颚板的轴测图;

图6为未经吹氮和型内复合处理的铸态锰钢金相照片;

图7为同一化学成分经吹氮和型内复合处理（混合型处理剂）后的铸态锰钢金相照片。

图中（1）塞头砖，（2）喷射缝隙，（3）袖砖，（3′）储气保压室，（4）、（7）密封层，（5）铁芯杆，（6）吹氮管，（8）干砂，（9）、（12）垫片，（10）横梁，（11）吹氮管接头，（13）吹氮管开关，（14）浇口杯，（15）直浇道，（16）反应室，（17）旋流式反切排气集渣包，（18）横浇道，（19）内浇道，（20）复合块，（21）型腔，（22）排气冒口。

为了实施本发明的上述方案，现举浇注颚式破碎机颚板的一个实例予以说明。

与颚板使用工况对应的原钢液化学成分是C：0.80～1.00%，Mn：10.50～12.50%，Si：0.50～0.80%，P≤0.06%，S≤0.04%，将高纯度氮气（纯度99.999%）经塞杆吹氮装置在0.4～0.5大气压下吹洗4～6分钟，浇注温度为1430～1450℃，净化后的钢液经浇口杯（14），直浇道（15）进入反应室（16），与预先安放在反应室（16）中的混合型复合块（20）逐层进行作用（混合、溶解、反应、吸收等），并沿切线方向进入排气集渣包（17），借助旋流产生的离心力作用，排除钢液中产生的气体和熔渣，并使钢液成分初步均匀化。被复合处理并净化后的钢液经横浇道（18）再次撇渣和均匀化，通过内浇道（19）平稳地进入型腔（21）和排气冒口（22）。其中混合型复合块（20）由ReSiFe（24～34% Re）、SiCa（16～26% Ca）和TiFe（27～32% Ti）按1∶2∶2的比例混制成型，粒度均为0.2～1.5毫米，加入量为铸件重量的0.2～0.3%（重量比），粘结剂为聚乙烯醇（或脂），自然干燥或100℃烘干后使用。初步生产应用表明：在生产重200kg、厚50～80mm的颚板时，与原水韧处理高锰钢相比，寿命提高12.5～27.6%，生产成本降低325元/吨铸件，与钢包内处理相比，处理剂消耗量减少20～50%，且处理效果明显改善。

Claims

1、一种铸态锰钢处理工艺主要是由原钢液化学成分选择，包内吹氮，型内复合处理三步完成，其特征是：

(a)所说的包内吹氮是在塞杆装置上的储气保压室(3′)中装入吹氮管(6)实现的，出钢开始时按初始压(0.05～0.1大气压)给出氮气，出钢终了时将吹氮压力增大到吹洗压(0.2～0.4大气压)，吹洗时间为3～8分钟。

(b)型内复合处理是将复合处理块(20)置于浇注系统内，粘结剂及延缓剂主要为聚乙烯醇(脂)和粘土，复合块为以下五种型号：Ⅰ、阻止硬相析出型：钼铁(含Mo～55%)60～80%+中碳锰铁40～20%或铌钨锰铁(含Nb1～2%、W2～4%、Mn～50%)60～80%+钼铁(含Mo～55%)40～20%，Ⅱ、改善硬相形状分布型：硅钙合金(含Ca24～31%)20～30%+硅钡合金(含Ba≥6%)20～30%+紫铜60～40%，Ⅲ、复合内生硬相型：钛铁(含Ti～27%)30～40%+铌钨锰铁30～40%+中碳铬铁40～20%，Ⅳ、净化晶界型：稀土硅铁(Re≥30%)60～80%+钼铁40～20%，Ⅴ、微冷铁型：中碳锰铁80～90%+稀土硅铁20～10%。

2、一种用于权利要求1所述的铸态锰钢处理工艺的装置，其特征是它主要由塞杆吹氮装置和专用的浇注系统组成，塞杆吹氮装置是由原包内的塞杆上加装吹氮管（6）和储气保压室（3′）组成，即在原有铁芯杆（5）上沿轴向开出一半圆槽，吹氮管（6）沿半圆槽自上而下插入储气保压室（3′），储气保压室（3′）为铁芯杆（5）与袖砖（3）所形成的环形空间，并采用密封层（4）、（7）密封，在塞头砖（1）和袖砖（3）之间留有约1-2毫米宽的喷射缝隙（2），吹氮管（6）上设有开关（13），专用浇注系统主要是由直横浇道和旋流式反切排气集渣包（17）组成。直浇道（15）上为浇口杯（14），直浇道（15）下设有反应室（16），其两端设有旋流式反切排气集渣包（17）。横浇道（18）上设有内浇道（19）并通过反切通道与排气集渣包（17）相通。