CN107254641A - 耐高温氧化炉排片及其浇注模具和浇注工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温氧化炉排片，采用耐高温氧化铁合金制成，所述耐高温氧化铁合金包括如下重量百分比物质：C：0.2‑0.5%；Si：≤1.5%；Mn：≤1.5%；Cr：24‑28%；Ni：4‑6%；Mo：≤0.5%；Sc：0.01‑0.02%；P：≤0.04%；S：≤0.04%；余量为Fe，具有耐高温氧化，高温条件下使用寿命长的优点，本申请还公开了上述炉排片的浇注模具和浇注工艺，通过该浇铸模具和浇注工艺制成炉排片性能稳定，均衡，使用寿命长。

Description

耐高温氧化炉排片及其浇注模具和浇注工艺

技术领域

本发明涉及一种炉排片，特别涉及一种耐高温氧化炉排片及其浇注模具和浇注工艺。

背景技术

当前，城市垃圾处理已经成为我国各城市面临的严峻问题，我国的城市生活垃圾具有水分高、热值低的特点，根据我国垃圾现状，机械往复炉排焚烧炉是目前最适合我国城市生活垃圾焚烧处理的设备；在机械往复炉排焚烧炉中，炉排作为推送垃圾并使之充分燃烧的部件，在使用过程中，炉排的所处的环境具有一定的氧气用于燃烧，同时温度通常处于700℃以上，高温状态下，金属容易发生氧化腐蚀，影响炉排的使用寿命。

目前，公开号为CN102672166A的中国专利公开了一种新型高温耐磨铁基合金粉末该铁基合金粉末，按照重量百分比计算，该合金粉末包含有C 1.8％-2.2％，Ni 11％-15％，Co 11％-15％，Mo 3.5％-5.5％，Cr 26％-31％，Si 1％-2％，B 0.5％-1％，Re 0.2％-0.5％，余量为Fe，其具有耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等，优于或近似于钴基或镍基合金粉末性能，同时降低合金粉末制造成本1/3以上，增强市场竞争力的同时为客户创造了显著的经济效益。

但在焚烧炉中使用时，炉排在高温环境中，长时间工作2-3个月，依然会发生氧化腐蚀，需要焚烧炉停机进行更换，损失较大。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种耐高温氧化炉排片，其具有耐高温氧化，高温条件下使用寿命长的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种耐高温氧化炉排片，采用耐高温氧化铁合金制成，所述耐高温氧化铁合金包括如下重量百分比物质：C：0.2-0.5%；Si：≤1.5%；Mn：≤1.5%；Cr：24-28%；Ni：4-6%；Mo：≤0.5%；Sc：0.01-0.02%；P：≤0.04%；S：≤0.04%；余量为Fe。

铬可以使耐热合金在氧化性气氛下，表面形成连续致密的Cr₂O₃氧化膜，能够防止氧及其他氧化性气体进入材料内部，减小材料内部的氧化，提高材料的抗氧化性能，在炉排炉内的，温度较高，金属表面容易发生氧化腐蚀，由于碳的加入会形成铬的碳化物，过低的铬含量会导致基体贫铬，这对合金的抗氧化性能不利，但当铬含量高于30%时，会在基体中形成体心立方结构的σ相，一般在铁素体基体或铁素体-奥氏体、铁素体-铁素体相界上形核长大，导致合金变脆，因此设置Cr在26%左右，保证抗氧化性的情况下，不会损害铁合金的强度。

碳是影响合金性能的主要元素。随着含碳量的增加，合金的强度、硬度高，奥氏体稳定性增强，但韧性会有所下降。碳量增加也会引起碳化物数量增加，一定程度上会提高材料的抗磨性能。高铬合金中所析出的碳化物相的结构随含铬量的提高，按 M₃C-M₇C₃-M₂₃C₆的方向发展。铬含量在 25%~28%，当碳含量高于 0.3%时，基体组织中就会形成 M₂₃C₆和M₇C₃，对铁合金的韧性和强度增强。

镍是扩大奥氏体区元素，可提高材料高温强度，镍与铬配合使用则会大大提高其的氧化性，镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。

锰也是奥氏体化元素，在钢中可部分代替镍的作用，同时固溶强化基体。但锰量过高会降低耐热合金的高温强度和抗氧化性能，特别是在高于 950℃时，锰含量过高对高温抗氧化性能极其不利，炉排片的使用通常低于950℃，在本申请中配方中适量加入Mn，与Ni共同作用，增强了炉排片的高温耐氧化性能。

钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，增加钢钝化能力，同时可以强烈地固溶强化基体，提高耐热合金的热稳定性，钼还可以提高材料的高温强度及在 Cl离子中的耐腐蚀性能，但其形成的氧化物在高温下容易挥发，因此钼含量过高则对抗氧化性能不利，本申请中选用0.5%的钼，能提高炉排片强度的情况下，避免破坏铁合金在高温时的稳定性，保证炉排片具有足够的使用寿命。

硅是耐热合金中对抗高温氧化的有益元素，含硅的铬系耐热合金在高温下与氧反应，形成致密的混合氧化膜，对炉排片表面的强度有所增强，阻止炉排片与炉排炉内的氧气接触氧化，具有较好的抗氧化性，硅含量高于 3%时，会降低刚的塑性和韧性。

钪的熔点为1541℃，钪添加进合金中，会在合金表面形成氧化钪保护膜，对合金的抗氧化性能进行了增强，并且钪加入合金中可以增大的合金的强度和硬度，在炉排炉使用温度800℃左右能保证良好的耐磨性，高温强度高。

本发明进一步设置为：还包括W：0.1-0.2%。

钨具有很高的熔点，钨的加入一部分会固溶在基体内，提高基体的耐温性，细化奥氏体的树枝状晶，改善基体内M7C3、MnC2等多种碳化物的分布，提高炉排片内元素分布的均匀性。

通过采用上述技术方案，钨可以强化合金基体，提高炉排的强度，同时钨的碳化物高温下性能稳定，具有良好的抗氧化能力。

本发明进一步设置为：所述铁合金材料包括如下重量百分比物质：C：0.35%；Si：1.2%；Mn：1.3%；Cr：27%；Ni：5%；Mo：0.35%；Sc：0.015%；P：0.02%；S：0.03%；W：0.15%；余量为Fe。

本发明进一步设置为：所述炉排片包括位于炉排片下方的加强撑条。

通过采用上述技术方案，加强撑条的设置，对炉排片的上表面进行支撑加强，避免上表面不断接触垃圾的过程中发生弯曲，保证炉排片结构的稳定。

本发明的第二目的在于提供一种上述炉排片的浇注模具，其具有浇注完全，避免出现气孔的优点。

本发明的上述技术目的是通过如下技术方案实现的：一种上述的炉排片的浇铸模具，分为上模和下模，所述上模开设有正对加强撑条的覆膜砂若干安装缺口，所述安装缺口处放置有发射冒口，所述发热冒口内添加有氧化剂。

通过采用上述技术方案，加强撑条处具有弯折结构，钢水不容易布满该处的模腔，发热冒口内添加氧化剂，在浇注过程中，钢水的高温使得发热冒口燃烧，发热冒口内的氧化剂被还原产生大量的热量，使得发热冒口内的钢水的温度升高，保证长时间的熔融状态，避免内部产生气孔，提高炉排板结构强度。

本发明进一步设置为：所述氧化剂为重铬酸钾。

通过采用上述技术方案，重铬酸钾在使用时，燃烧产生大量的热，对钢水具有良好的加热作用，从而保证在加热撑条处炉排片结构密实，避免产生气孔。

本发明的第三发明目的在于提供一种炉排片的浇注工艺，其具有加工便捷，成品质量高的优点。

本发明的上述技术目的是通过如下技术方案实现的：一种上述炉排片的浇注工艺，包括如下步骤：

SP1、将上述模具合模，安装好箱卡、浇口杯和发热冒口；

SP2、将冶炼完成的钢水控制在1400-1500摄氏度通过浇口杯注入模具内，注入至冒口内钢水的高度到达冒口高度的三分之二处停止；

SP3、当浇口杯中铁液暗红时打掉浇口杯，冷却30min，将模具卸掉箱卡，通过捅箱机进行捅箱、落砂，将毛坯摆放冷却。

本发明进一步设置为：SP2中钢水浇注温度控制为1450摄氏度。

通过采用上述技术方案，在上述温度浇注冷却过程中，合金形成奥氏体结构，强度高，耐磨性好。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、钪添加进合金中，会形成致密的氧化层，对合金的抗氧化性能进行了增强，并且钪加入合金中可以增大的合金的强度和硬度；

2、钨提高了基体的耐温性，细化奥氏体的树枝状晶，提高炉排片内元素分布的均匀性；

3、采用Si，Ni，Cr形成的氧化物分布在炉排片的表面，交错分布，在炉排片的表面密度较高，保证了炉排片的耐磨性能。

具体实施方式

实施例一：

一种高温耐磨炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.2%；Si：1.31%；Mn：0.71%；Cr:28%；Ni：5.8%；Mo：0.22%；Sc：0.012%；P：0.018%；S:0.04%；W：0.12%，余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

实施例二：

一种高温耐磨炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.34%；Si：0.48%；Mn：1.13%；Cr:24%；Ni：4.1%；Mo：0.41%；Sc：0.01%；P：0.028%；S:0.025%；W：0.15%，余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

实施例三：

一种高温耐磨炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.46%；Si：1.5%；Mn：1.34%；Cr:24.5%；Ni：4%；Mo：0.15%；Sc：0.016%；P：0.04%；S:0.039%；W：0.17%，余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

实施例四：

一种高温耐磨炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.5%；Si：1.47%；Mn：1.45%；Cr:24%；Ni：5.3%；Mo：0.5%；Sc：0；P：0.035%；S:0.033%；W：0.1%，余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

实施例五：

一种高温耐磨炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.38%；Si：1.35%；Mn：1.5%；Cr:26.9%；Ni：6%；Mo：0.12%；Sc：0.02%；P：0.027%；S:0.023%；W：0.2%，余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

实施例六：

一种高温耐磨炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.35%；Si：1.2%；Mn：1.3%；Cr：27%；Ni：5%；Mo：0.35%；Sc：0.015；P：0.02%；S：0.03%；W：0.15%，余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

对比例一：

一种炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.35%；Si：1.2%；Cr：27%；Ni：5%；Mo：0.35%；P：0.02%；S：0.03%；余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

对比例二：

一种高温耐磨炉排片，采用铁基合金材料制成，铁基合金材料包括如下重量百分比的物质：C：0.35%；Si：1.2%；Mn：1.3%；Cr：27%；Ni：5%；Mo：0.35%；Sc：0.015；P：0.02%；S：0.03%；W：0.15%，余量为Fe，炉排片的下方具有若干加强撑条。

对比例三：

一种炉排片，采用钢牌号为RQTSi4的中硅球墨铸铁制成。

性能检测：

根据国家标准GB/T13303-1991对实施例和对比例中的铁基合金材料进行抗氧化性能测定，试验条件950℃×40h记录增重量；根据国家标准GB/T228-2002对实施例和对比例的铁基合金材料进行检测，并记录拉伸强度和断裂伸长率；根据国家标准GB/T4338-2006对实施例和对比例的铁基合金材料进行检测，并记录拉伸强度和断裂伸长率；根据国家标准GB7233-87对实施例和对比例中的炉排片进行超声波探伤检查，其中实施例一至三、对比例三采用常见的浇注工艺进行浇注成型，实施例四至六、对比例一和对比例二采用实施例七的模具和实施例八中的浇注工艺进行制造，记录评定质量等级。实验结果见下表1。

表1 合金材料性能检测结果

	增重量（g/m2）	拉伸强度（室温）	断裂伸长率（室温）	拉伸强度（800℃）	断裂伸长率（800℃）	质量等级（非平面型缺陷）
							实施例一	18.35	623	1.23	523	1.56	3
实施例二	19.24	612	1.27	543	1.57	3
							实施例三	18.67	598	1.26	531	1.48	3
实施例四	21.5	589	1.25	509	1.62	2
							实施例五	17.05	633	1.29	534	1.59	2
实施例六	16.59	654	1.31	556	1.65	2
							对比例一	24.65	583	1.20	476	1.44	3
对比例二	25.86	530	1.24	463	1.57	3
							对比例三	28.31	571	1.18	452	1.35	4

由上表可以看出，氧化测试的结果来看，实施例五至六中的合金材料的平均氧化速度小于0.1g·m^-2·h^-1，为完全抗氧化级别，能有效避免在炉排炉内发生氧化，实施例四中缺少Sc的加入，降低了铁基合金表面抗氧化性能，因此增重量上升，而实施例一到三虽然组成近似，但是未采用带冒口的浇注模具进行加工，内部形成缺陷较多，降低了一定的抗氧化性能；实施例中的合金材料具有较高的力学性能，并且在高温条件下能保持较高的力学性能，在炉排片的往复运动的过程中，避免损坏；同时根据超声探伤检查的结果来看，本发明的浇注模具及浇注工艺配合下，生成的炉排片具有更好的性能，内部缺陷少，保证了炉排片的使用寿命；根据对比例二的数据来看，Mn的加入增强了合金材料的力学性能和抗氧化性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种耐高温氧化炉排片，其特征在于：采用合金材料制成，所述耐高温氧化铁合金包括如下重量百分比物质：C：0.2-0.5%；Si：≤1.5%；Mn：≤1.5%；Cr：24-28%；Ni：4-6%；Mo：≤0.5%；Sc：0.01-0.02%；P：≤0.04%；S：≤0.04%；余量 为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温氧化炉排片，其特征在于：还包括W：0.1-0.2%。

3.根据权利要求2所述的一种耐高温氧化炉排片，其特征在于：所述铁合金材料包括如下重量百分比物质：C：0.35%；Si：1.2%；Mn：1.3%；Cr：27%；Ni：5%；Mo：0.35%；Sc：0.015%；P：0.02%；S：0.03%；W：0.15%；余量 为Fe。

4.根据权利要求3所述的一种耐高温氧化炉排片，其特征在于：所述炉排片包括位于炉排片下方的加强撑条。

5.一种权利要求4所述的炉排片的浇铸模具，包括铁型，其特征在于：所述铁型分为上模和下模，所述上模开设有正对加强撑条的覆膜砂若干安装缺口，所述安装缺口处放置有发射冒口，所述发热冒口内添加有氧化剂。

6.根据权利要求5所述的一种耐高温氧化炉排片，其特征在于：所述氧化剂为重铬酸钾。

7.一种权利要求4所述炉排片的浇注工艺，包括如下步骤：

SP1、将上述浇注模具合模，安装好箱卡、浇口杯和发热冒口；

SP2、将冶炼完成的钢水控制在1500-1600摄氏度通过浇口杯注入模具内，注入至冒口内钢水的高度到达冒口高度的三分之二处停止；

SP3、当浇口杯中铁液暗红时打掉浇口杯，冷却30min，将模具卸掉箱卡，通过捅箱机进行捅箱、落砂，将毛坯摆放冷却。

8.根据权利要求7所述的一种耐高温氧化炉排片，其特征在于：SP2中钢水浇注温度控制为1550摄氏度。