CN106736004B - 一种堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料及工艺。该堆焊材料的形式为堆焊药芯焊丝，其熔覆金属按重量百分比计含有以下成分：C：1.5％‑4％；W：40％‑52％；Co：0.2％‑2.0％；Mn：0.5％‑1.8％；稀土氧化物：0.1‑0.3％；Si：0‑1.8％；Mo：0‑5.0％；V：0‑4％；Ti：0‑5.0％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。采用所述堆焊材料堆焊复合制造高炉出铁口钻头的工艺包括以下步骤：堆焊用钻头底座整备；预热；采用堆焊药芯焊丝配以TIG焊接钻刃；焊后热处理；打磨成型。采用本发明制造的高炉出铁口钻头制造工艺简单，能够促使钻具的使用寿命显著提高，有利于进一步改善炉前的工作条件。

Description

一种堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料及工艺

技术领域

本发明涉及一种堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料及工艺，属于焊接技术领域。

背景技术

大型高炉的出铁口，通常以沥青基耐火泥堵塞，在高温作用下，堵口耐火泥被加热至1400℃并结成坚实的硬块。用于打开出铁口的高炉钻具(包括开铁口钻头、钻杆、钻尾、套管)是炼铁高炉易损备件，配套液压开口机或气动开口机，钻透出铁孔，放出铁水。在钻透高炉出铁口的过程中，它受到高温环境中的扭转、压缩、弯曲、摩擦等交变应力作用，进入孔内越深，温度越高，炮泥层越硬，钻具的前端即钻头损坏的可能性越大。因此，开铁口钻头的优劣直接影响出铁、出渣生产作业及出铁口的维护。国内对出铁口钻具核心——钻头的形貌设计和装配研究较多，但对合金钻头的选材及制造方式比较单一，一般选用钎焊方式将硬质合金镶嵌在钻头的座体上。

焊接在现代制造业和工程建设中发挥了重要的作用，特别是堆焊药芯焊丝具有易渗、电流密度集中、熔深大、熔敷效率高、易制造、综合成本低等优点成为一种极有发展前途的焊接材料及高技术产品，在焊接材料中所占的比例越来越大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料，以提高开铁口效率，并降低炉前的生产成本。

本发明的另一目的在于提供一种采用所述堆焊材料堆焊复合制造高炉出铁口钻头的工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料，该堆焊材料的形式为堆焊药芯焊丝，其熔覆金属按重量百分比计含有以下成分：C：1.5％-4％；W：40％-52％；Co：0.2％-2.0％；Mn：0.5％-1.8％；稀土氧化物：0.1-0.3％；Si：0-1.8％；Mo：0-5.0％；V：0-4％；Ti：0-5.0％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。

所述堆焊药芯焊丝中C的实现形式主要依赖药芯焊丝中加入的大量石墨及直接加入的少量铸造碳化钨或其他碳化物。为保证堆焊药芯焊丝的焊接工艺性能，特别是保证堆焊药芯焊丝焊芯焊接完全熔化及焊道的浸润性良好，优选地，所述堆焊药芯焊丝中石墨/碳化钨的含量比值0.5～5。

所述堆焊材料中加入一定量的Co是为了增加堆焊熔敷金属的红硬性，提高抗氧化性能。

所述堆焊材料中Ti、V、Mo是碳化物形成元素，主要以MeC的形式存在，同时部分固溶在基体中。

所述堆焊材料熔敷金属组织中的碳化物体积百分比(金相测量面积百分比)占整个组织的40％以上，碳化物的来源主要依赖于石墨和钨、钛等合金利用TIG电弧原位形成，同时也依赖于少量的直接加入的碳化钨颗粒。

所述稀土氧化物为Er₃O₂+La₂O₃。可以改善堆焊熔敷金属夹杂物分布，净化熔敷金属，增加金属的流动性及细化晶粒，提高堆焊材料的抗裂性能。

所述堆焊材料中杂质P、S可适当高一些，但是P的含量低于0.028％，且杂质S含量低于0.024％。

一种采用所述堆焊材料堆焊复合制造高炉出铁口钻头的工艺，包括以下步骤：

(1)堆焊用钻头底座整备：按图纸要求采用铸造等工艺制作钻头座体，推荐的材质为普通材质的42CrMo、40Cr等低合金钢；并在钻头座体与钻刃连接部位制成平面，且打磨干净；

(2)预热：对钻头座体采用电加热或火加热进行预热，预热温度高于150℃，保温时间超过15分钟；

(3)钻刃的堆焊：采用堆焊药芯焊丝配以TIG焊接钻刃，焊接工艺参数为：采用钨极氩弧焊焊接时，Ar气流量为6L/min～9L/min；焊接电流为200A～350A；电压为24V～28V；

(4)焊后热处理：焊后采用热处理炉对钻头进行600℃保温半小时的热处理；

(5)打磨成型：采用手砂轮按图纸要求打磨堆焊的钻刃，打磨成图纸要求的最终形貌或相似形貌。

其中，在所述步骤(3)中，堆焊高度即钻刃的高度为8mm～30mm。

本发明的优点在于：

本发明的堆焊材料熔敷金属的焊态硬度高于60HRC，其堆焊熔敷金属具有良好的耐热性、耐磨性及高强度、高硬度，同时具备一定的韧性。

采用本发明堆焊复合制造的钻头生产现场统计结果表明：开一次铁口平均消耗一个钻头，且时间约为1～2分钟；不仅提高了开铁口效率，并极大降低炉前的生产成本。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于此。

实施例

以内蒙古宇亚科技股份有限公司申请的实用新型专利“一种新型长寿命高炉出铁口钻头”，公开(公告)号为CN205275625U的钻头形貌为例说明出铁口钻头的制作工艺流程，其他形貌也可以根据此工艺进行。

(1)堆焊材料的成分如表1所示：

表1堆焊熔敷金属中各成分的配比(wt％)

	C	W	Mn	Si	S	P	Co	Ti	V	稀土	Mo	Fe
													材料1	1.8	50	1.7	0	0.014	0.010	2.0	0.5	3.9	0.1	0	余量
材料2	3.9	42	0.9	1.5	0.020	0.022	0	4.5	0	0.4	4.8	余量

(2)材料1和材料2的制备过程如下：

①按照表1所示的配比将各组成成分的粉体在混粉器中混合均匀；

②用纵剪机将冷轧钢带纵剪成宽12mm～16mm的钢带，在轧丝机上将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U形凹槽中填加混合后的材料粉体，随后将U形钢带轧制成Φ3mm～5mm的焊丝坯管；

③用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品尺寸Φ1.4mm～2.0mm，随后用层绕机分绕标准层绕卷。

制成的堆焊药芯焊丝编号为1#、2#。

(3)钻刃的堆焊

应用实施例中制备的堆焊药芯焊丝，分别在钻头座体要堆焊的表面上堆焊，堆焊方法采用TIG焊接，其工艺流程如上文所述，堆焊操作的具体工艺参数如表2所示：

表2堆焊工艺参数

堆焊及热处理后，1#硬度(HRC)为62HRC，2#硬度(HRC)为64HRC。

(4)上机测试

按表2的堆焊工艺制取的钻刃按要求打磨平整，将钻头与钻杆按图纸要求组焊成高炉出铁口钻头，在包钢高炉上进行工业性试验。试验表明：新型钻头打开一个出铁口仅需1～2分钟，且每次一个钻头能够打开一个出铁口，出铁口钻具的制造费用急剧降低，钻具的使用寿命显著的提高，同时炉前的工作条件得到了改善，提高了性价比，经济效益显著。

总之，采用特制的高性能堆焊药芯焊丝，采用TIG焊接方法堆焊复合制造的高炉出铁口钻头制造方式简单，且钻刃具有良好的耐热性、耐磨性及高强度、高硬度，同时具备一定的韧性，从而促使钻具的使用寿命显著提高，有利于进一步改善炉前的工作条件。

Claims (7)

1.一种堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料，其特征在于，该堆焊材料的形式为堆焊药芯焊丝，其熔覆金属按重量百分比计含有以下成分：C：1.5％-4％；W：40％-52％；Co：0.2％-2.0％；Mn：0.5％-1.8％；稀土氧化物：0.1-0.3％；Si：0-1.8％；Mo：0-5.0％；V：0-4％；Ti：0-5.0％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料，其特征在于，所述堆焊药芯焊丝中C的存在形式为石墨和碳化物，其中石墨/碳化钨的含量比值范围0.5～5。

3.根据权利要求1所述的堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料，其特征在于，所述熔覆 金属组织中的碳化物体积百分比占整个组织的40％以上。

4.根据权利要求1所述的堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料，其特征在于，所述稀土氧化物为Er₃O₂+La₂O₃。

5.根据权利要求1所述的堆焊复合制造高炉出铁口钻头的堆焊材料，其特征在于，所述堆焊材料中杂质P的含量低于0.026％，且杂质S含量低于0.020％。

6.一种采用权利要求1-5中任一项所述的堆焊材料堆焊复合制造高炉出铁口钻头的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)堆焊用钻头底座整备：按图纸要求制作钻头座体，并在钻头座体与钻刃连接部位制成平面，且打磨干净；

(2)预热：对钻头座体采用电加热或火加热进行预热，预热温度高于150℃，保温时间超过15分钟；

(3)钻刃的堆焊：采用堆焊药芯焊丝配以TIG焊接钻刃，焊接工艺参数为：采用钨极氩弧焊焊接时，Ar气流量应为6L/min～9L/min；焊接电流应为200A～350A；电压应为24V～28V；

(4)焊后热处理：焊后采用热处理炉对钻头进行600℃保温半小时的热处理；

(5)打磨成型：采用手砂轮按图纸要求打磨堆焊的钻刃，打磨成图纸要求的最终形貌或相似形貌。

7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，在所述步骤(3)中，堆焊高度即钻刃的高度为8mm～30mm。