CN105369122B - 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，C 3.2‑4.0％，Mn 0.6‑0.9％，Si 0.4‑0.8％，P 0.03‑0.05％，S 0.03‑0.05％，W 3.5‑4.5％，Mo 1.8‑2.2％，V 0.8‑1.2％，Cr 19.5‑20.5％，B 0.6‑0.9％，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

一种炼铁高炉布料器溜槽衬板及其制备方法
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*10mm HRC64～65)；
3、在钢板内表面堆焊8～10mm碳化钨焊层(HRC 64～65)；
4、在溜槽内腔焊月牙板，月牙板上端堆焊耐磨材料(HRC 64～65)；
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，C 3.2-4.0％，Mn 0.6-0.9％，Si 0.4-0.8％，P 0.03-0.05％，S 0.03-0.05％，W 3.5-4.5％，Mo 1.8-2.2％，V 0.8-1.2％，Cr 19.5-20.5％，B 0.6-0.9％，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，C 3.4-3.6％，Mn 0.7-0.8％，Si 0.5-0.7％，P 0.04-0.045％，S 0.04-0.045％，W 3.8-4.2％，Mo 1.9-2.1％，V 0.9-1.1％，Cr 19.8-20.3％，B 0.7-0.8％，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，C 3.5％，Mn 0.75％，Si 0.6％，P 0.043％，S 0.043％，W 4％，Mo 2％，V 1％，Cr 20％，B 0.75％，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，C 3.5％，Mn 0.65％，Si 0.45％，P 0.035％，S 0.035％，W 3.55％，Mo 1.85％，V0.85％，Cr 19.5％，B 0.65％，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，C 3.6％，Mn 0.75％，Si 0.67％，P 0.045％，S 0.04％，W 4.2％，Mo 2％，V 1％，Cr19.8％，B 0.7％，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，C 3.2％，Mn 0.7％，Si 0.5％，P 0.04％，S 0.03％，W 3.5％，Mo 1.9％，V 0.9％，Cr20％，B 0.7％，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，C 3.3％，Mn 0.6％，Si 0.4％，P 0.05％，S 0.05％，W 4.5％，Mo 2.2％，V 1.2％，Cr20.5％，B 0.9％，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，C 4.0％，Mn 0.9％，Si 0.8％，P 0.03％，S 0.032％，W 3.7％，Mo 1.8％，V 0.8％，Cr19.5％，B 0.6％，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，C 3.7％，Mn 0.8％，Si 0.6％，P 0.035％，S 0.04％，W 3.8％，Mo 2.0％，V 1.1％，Cr19.9％，B 0.8％，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，C 3.9％，Mn 0.67％，Si 0.7％，P 0.044％，S 0.045％，W 3.9％，Mo 2.1％，V 1.0％，Cr20.2％，B 0.65％，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，C 3.4％，Mn 0.72％，Si 0.72％，P 0.039％，S 0.039％，W 4.0％，Mo 2.03％，V1.05％，Cr 19.7％，B 0.72％，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，C 3.6％，Mn 0.77％，Si 0.48％，P 0.049％，S 0.048％，W 4.2％，Mo 1.87％，V0.88％，Cr 19.8％，B 0.88％，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，C 3.8％，Mn 0.85％，Si 0.52％，P 0.045％，S 0.037％，W 4.4％，Mo 2.15％，V1.17％，Cr 20.3％，B 0.79％，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 (1)

1.一种炼铁高炉布料器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：所述的制备工艺具体工序步骤如下：
a、备料：按重量百分比准备各化学成分：C 3.2-4.0％，Mn 0.6-0.9％，Si 0.4-0.8％，P0.03-0.05％，S 0.03-0.05％，W 3.5-4.5％，Mo 1.8-2.2％，V0.8-1.2％，Cr 19.5-20.5％，B 0.6-0.9％，余量为Fe，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；
c、热处理
c1、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；
c2、等温淬火处理：将经过步骤c1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；
c3、高温回火处理：将经过步骤c2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。
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