CN105369122A - 一种炼铁高炉布料器溜槽衬板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,属于溜槽衬板的技术领域,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.2-4.0%,Mn0.6-0.9%,Si0.4-0.8%,P0.03-0.05%,S0.03-0.05%,W3.5-4.5%,Mo1.8-2.2%,V0.8-1.2%,Cr19.5-20.5%,B0.6-0.9%,余量为Fe。本发明还公开了所述溜槽衬板的制备工艺,通过本发明的制备工艺及溜槽衬板各化学成分的改进,制备的溜槽衬板,既有高硬度、高耐磨性、耐冲击性能,又有高韧性、耐冷、热疲劳性能,能够满足各种不同的工况条件达到长寿命。
Description
技术领域
本发明属于溜槽衬板的技术领域,涉及一种双金属结构溜槽衬板,具体涉及一种炼铁高炉布料器溜槽衬板及其制备方法,这种衬板既有高硬度、高耐磨性、耐冲击性能,又有高韧性、耐冷、热疲劳性能,能够满足各种不同的工况条件达到长寿命。
背景技术
炼铁高炉炉顶加料设备安装于高炉最高端,布料器安装在整套加料设备的最底层,它安装于高炉炉头(即风罩帽)上端,与炉顶法兰连接。布料溜槽与布料器为整体结构,可以随时拆卸或安装,因此,人们通常称为溜槽布料器。溜槽上距炼铁原料的加料料位约五米,下距高炉炉膛约五米,悬挂于料位与炉膛的中心。
炼铁原料为烧结矿、块矿、球团、焦碳、石灰石等固体原料。除焦碳外它们的比重都很高,形状为多角形、多边形的异形块,烧结矿除形状特异外还具有高硬度(HRC>50)。这些物料都要在五米多的高空向溜槽冲击坠落,布撒于高炉炉膛。
炼铁高炉运行正常时炉顶压力为1~3kg,温度200~300℃。遇到异常(塌料、串风等)温度会急速上升,温度会达到600℃以上。必须采取应急措施向炉膛喷雾或打水降温。因此,炉顶温度处于波动状态,忽冷忽热。在发生塌料故障时,伴有气浪冲击,炉顶压力也会发生波动。特殊的工况条件、恶劣的工作环境,要满足其使用要求,业界同仁做了很多研发和创新,但结果都很不理想,已成为全世界同行业的难题,突出表现是寿命短、造价高。
要满足长寿命的条件,布料溜槽必须具备:1、高硬度(HRC>64)提高耐磨性。2、高温状态(450℃以上)硬度不下降,具有红硬性。3、高温、低温急速变化不开裂、不剥落、不掉块,保持基体的完整性。同一基体的金属材料满足三项要求是矛与盾,顾此失彼。高硬度必然伴随高脆性,温差急速变化既会造成氧化脱碳也会造成裂纹,现象重复使基体产生疲劳剥落掉块等缺陷,影响使用寿命。
布料器溜槽是一个近似半圆型月牙筒,外壳是一个金属板体,内层镶有耐磨衬板,目前,国内外炼铁行业使用的溜槽衬板有如下几种:
1、高铬耐磨铸铁衬板(HRC55~60);
2、在钢板筒内表面用铜浸润焊碳化钨条块(12*10mmHRC64~65);
3、在钢板内表面堆焊8~10mm碳化钨焊层(HRC64~65);
4、在溜槽内腔焊月牙板,月牙板上端堆焊耐磨材料(HRC64~65);
5、自由化的自制溜槽衬板。
溜槽衬板虽然属于易损件,但寿命太短会影响高炉产量,影响其它工序的煤气供应,造成大面积的停产。钢铁企业希望使用周期达一年,产铁量达50万吨~150万吨(产量以高炉容积确定)。上述的衬板都存在一些问题,不能满足用户的要求:例如,
高铬耐磨铸铁衬板体积大,热处理淬火淬透性差,基体内存有残余奥氏体,而硬度偏低(HRC55~60),经低温回火基体组织为回火马氏体组织,该组织当炉顶温度高于250℃以上,马氏体中的固溶碳析出,析出的碳以粉状物剥落,耐磨性减弱,影响寿命;
碳化钨条块浸润焊接衬板,焊材使用的是黄铜,在盐浴炉中施焊,这种焊接方法疵病多,不易焊接牢固,再加上铜的熔点低,使用中易发生“掉牙”现象,一旦发生此现象,寿命也打折扣;
堆焊碳化钨的衬板,只能堆焊厚度8~10mm,如果堆焊加厚会产生焊道裂纹或剥落,尽管碳化钨材质具有高硬度、高耐磨性,但焊道太薄,经不得长久磨损。
发明内容
本发明为解决现有技术中的溜槽衬板无法实现既有高硬度、高耐磨性、耐冲击性能,又有高韧性、耐冷、热疲劳性能的优点,而且寿命短的缺陷,提供了一种炼铁高炉布料器溜槽衬板及其制备方法,这种衬板是把两种金属溶液浇注到同一物体中,使之形成两种不同化学成份的金属物体。两者单独存在,不能混合,使其具有双重性能,既有高硬度、高耐磨性、耐冲击性能,又有高韧性、耐冷、热疲劳性能,能够满足各种不同的工况条件达到长寿命,同时,可使物料的过流量提高1倍。
本发明为实现其目的采用的技术手段是:
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.2-4.0%,Mn0.6-0.9%,Si0.4-0.8%,P0.03-0.05%,S0.03-0.05%,W3.5-4.5%,Mo1.8-2.2%,V0.8-1.2%,Cr19.5-20.5%,B0.6-0.9%,余量为Fe。
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.4-3.6%,Mn0.7-0.8%,Si0.5-0.7%,P0.04-0.045%,S0.04-0.045%,W3.8-4.2%,Mo1.9-2.1%,V0.9-1.1%,Cr19.8-20.3%,B0.7-0.8%,余量为Fe。
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.5%,Mn0.75%,Si0.6%,P0.043%,S0.043%,W4%,Mo2%,V1%,Cr20%,B0.75%,余量为Fe。
一种溜槽衬板的制备工艺,包括备料工序、成型工序及热处理工序,所述的热处理工序包括以下步骤:
A均匀化退火处理:将经过成型工序得到的溜槽衬板置于加热炉中进行加热,加热至940-960℃,并于940-960℃条件下保温2.8-3.2h,然后随炉冷却至300℃,之后出炉空冷;
B等温淬火处理:将经过步骤A均匀化退火处理的溜槽衬板置于加热炉中加热,加热至1040-1060℃,并保温3-4h,然后从炉中取出,置于300-360℃的硝盐炉中进行冷却,冷却30min,然后出炉空冷;
C高温回火处理:将经过步骤B等温淬火处理的溜槽衬板置于560℃的加热炉中加热,加热至560℃,保温2-4h,出炉空冷,将此操作重复进行三次,得到成品溜槽衬板。
溜槽衬板的板体由下述方法制备而成:
a、备料:按重量百分比准备各化学成分,然后将W、Mo、V、Cr、Mn、Si、P、S、B这些化学成分熔炼成内环衬板溶液,其余的化学成分熔炼成外环衬板溶液,备用;
b、成型:先通过模型和型砂进行造型处理,做出浇口和冒口,做出上箱和下箱,并在下箱中预埋圆钢,然后将上箱和下箱合并,用两个浇包同时将内环衬板溶液和外环衬板溶液浇注到型腔中,内环衬板溶液和外环衬板溶液凝固后结为一体,然后把预埋的圆钢包熔,即可将三者融为一体,得到成型的溜槽衬板。
本发明的有益效果:
溜槽与物料直接接触的为内环衬板,与外壳连接的为外环衬板,两层在熔铸时附加连接柱,三者熔为一体,使之牢固结合,永不脱离,保持一体化的完整性。当耐磨的内环受忽冷忽热气浪冲击时,外环利用高韧性给以保护,使之不开裂、不脱落。另外,可克服冷、热应力的集聚,缩小截面积,分散合成力量。
为提高硬度,使之具有红硬性,增加钨、钼含量,增加4%的钨,增加2%的钼。为细化晶粒,防止冶炼中的氧化,增加1%的钒,同时添加非合金元素硼,使硬度更佳。传统的高铬耐磨铸铁,主要是碳与铬形成高碳铬铁(FeC),这些合金颗粒弥散于基体,使硬度和耐磨性提高。当温度升高金相组织发生变化,碳从颗粒中析出,硬度下降,耐磨性降低。钨与钼的增加,使碳与钨、钼形成碳化钨,使相变温度和碳析出温度提高,600℃时硬度不下降,所以溜槽衬板具有红硬性。碳与硼生成碳化硼,是硬度值最高的化合物,这些化合物高度弥散于回火马氏体组织内,使之具有高硬度、高耐磨性,并且耐高温。
本发明的溜槽衬板是双金属溜槽衬板,并通过本发明的热处理工艺得到了理想的金相组织。本发明的溜槽衬板采用下列工艺流程:均匀化退火─高温等温淬火─高温回火─高温回火─高温回火,各工序的操作解析如下:
由于铸态的工件存在化学成份偏析现象,合金元素含量越高偏析现象越严重,因此,本发明热处理的第一道工序就是消除化学成份的偏析,而化学成分偏析会造成钢材的化学成分不均匀,冷脆性增大以及硬度、耐冲击性、耐磨性等性能降低,缩短溜槽衬板的使用寿命,因此,本发明采用均匀化退火的方法解决此问题,为下道工序进行预备处理。
本发明溜槽衬板含多种合金元素达30%,使AC3相变线温度大大提高,要使基体全部奥氏体之后才能淬火,温度达1200℃,其中AC3是相对于铁碳合金相图中的A3而言,它是非平衡加热状态下铁素体完全溶解转变为奥氏体的临界温度。如果使用常规冷却方法,既怕淬不透又怕产生淬火裂纹。因此采用特殊的硝盐炉等温淬火,淬火后得到的金相组织是马氏体+残余奥氏体,这种组织不稳定,内应力非常大,随时会发生自然断裂,必须立即进行回火。
本发明的回火与众不同,在试制过程中,我们按常规回火,经硬度检测为HRC59~61,金相检查为回火马氏体+残留奥氏体,不是理想结果。为消除残留奥氏体又进行了第二次回火,发现硬度达HRC63~64,随即又进行第三次回火,HRC达到64~66,金相检查为回火马氏体+微量残留奥氏体,实现了预期结果。本发明的高温回火进行了三次,主要是为了减少残余奥氏体的数量,使之充分变为回火马氏体,从而提高硬度,强化机体性能。
具体实施方式
本发明为解决现有技术中的溜槽衬板无法实现既有高硬度、高耐磨性、耐冲击性能,又有高韧性、耐冷、热疲劳性能的优点,而且寿命短的缺陷,提供了一种炼铁高炉布料器溜槽衬板及其制备方法,这种衬板是把两种金属溶液浇注到同一物体中,使之形成两种不同化学成份的金属物体,下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.5%,Mn0.65%,Si0.45%,P0.035%,S0.035%,W3.55%,Mo1.85%,V0.85%,Cr19.5%,B0.65%,余量为Fe。
实施例2
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.6%,Mn0.75%,Si0.67%,P0.045%,S0.04%,W4.2%,Mo2%,V1%,Cr19.8%,B0.7%,余量为Fe。
实施例3
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.2%,Mn0.7%,Si0.5%,P0.04%,S0.03%,W3.5%,Mo1.9%,V0.9%,Cr20%,B0.7%,余量为Fe。
实施例4
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.3%,Mn0.6%,Si0.4%,P0.05%,S0.05%,W4.5%,Mo2.2%,V1.2%,Cr20.5%,B0.9%,余量为Fe。
实施例5
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C4.0%,Mn0.9%,Si0.8%,P0.03%,S0.032%,W3.7%,Mo1.8%,V0.8%,Cr19.5%,B0.6%,余量为Fe。
实施例6
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.7%,Mn0.8%,Si0.6%,P0.035%,S0.04%,W3.8%,Mo2.0%,V1.1%,Cr19.9%,B0.8%,余量为Fe。
实施例7
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.9%,Mn0.67%,Si0.7%,P0.044%,S0.045%,W3.9%,Mo2.1%,V1.0%,Cr20.2%,B0.65%,余量为Fe。
实施例8
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.4%,Mn0.72%,Si0.72%,P0.039%,S0.039%,W4.0%,Mo2.03%,V1.05%,Cr19.7%,B0.72%,余量为Fe。
实施例9
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.6%,Mn0.77%,Si0.48%,P0.049%,S0.048%,W4.2%,Mo1.87%,V0.88%,Cr19.8%,B0.88%,余量为Fe。
实施例10
一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.8%,Mn0.85%,Si0.52%,P0.045%,S0.037%,W4.4%,Mo2.15%,V1.17%,Cr20.3%,B0.79%,余量为Fe。
将上述实施例所制备的溜槽衬板进行性能参数的检验,检验结果如下:
Claims (5)
1.一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,其特征在于:所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.2-4.0%,Mn0.6-0.9%,Si0.4-0.8%,P0.03-0.05%,S0.03-0.05%,W3.5-4.5%,Mo1.8-2.2%,V0.8-1.2%,Cr19.5-20.5%,B0.6-0.9%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,其特征在于:所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.4-3.6%,Mn0.7-0.8%,Si0.5-0.7%,P0.04-0.045%,S0.04-0.045%,W3.8-4.2%,Mo1.9-2.1%,V0.9-1.1%,Cr19.8-20.3%,B0.7-0.8%,余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种炼铁高炉布料器溜槽衬板,其特征在于:所述的溜槽衬板的化学成分包括:以重量百分比计,C3.5%,Mn0.75%,Si0.6%,P0.043%,S0.043%,W4%,Mo2%,V1%,Cr20%,B0.75%,余量为Fe。
4.一种如权利要求1所述的溜槽衬板的制备工艺,包括备料工序、成型工序及热处理工序,其特征在于:所述的热处理工序包括以下步骤:
A均匀化退火处理:将经过成型工序得到的溜槽衬板置于加热炉中进行加热,加热至940-960℃,并于940-960℃条件下保温2.8-3.2h,然后随炉冷却至300℃,之后出炉空冷;
B等温淬火处理:将经过步骤A均匀化退火处理的溜槽衬板置于加热炉中加热,加热至1040-1060℃,并保温3-4h,然后从炉中取出,置于300-360℃的硝盐炉中进行冷却,冷却30min,然后出炉空冷;
C高温回火处理:将经过步骤B等温淬火处理的溜槽衬板置于560℃的加热炉中加热,加热至560℃,保温2-4h,出炉空冷,将此操作重复进行三次,得到成品溜槽衬板。
5.根据权利要求4所述的溜槽衬板的制备工艺,其特征在于:溜槽衬板的板体由下述方法制备而成:
a、备料:按重量百分比准备各化学成分,然后将W、Mo、V、Cr、Mn、Si、P、S、B这些化学成分熔炼成内环衬板溶液,其余的化学成分熔炼成外环衬板溶液,备用;
b、成型:先通过模型和型砂进行造型处理,做出浇口和冒口,做出上箱和下箱,并在下箱中预埋圆钢,然后将上箱和下箱合并,用两个浇包同时将内环衬板溶液和外环衬板溶液浇注到型腔中,内环衬板溶液和外环衬板溶液凝固后结为一体,然后把预埋的圆钢包熔,即可将三者融为一体,得到成型的溜槽衬板。
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