CN107267778A - 一种新型高效炼镁还原罐及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种新型高效炼镁还原罐及其制作方法，一种新型高效炼镁还原罐，包括罐身、帽头和冷却水套，所述的罐身经过离心铸造而成，罐身一端与帽头焊接，罐身另一端与冷却水套铆焊，罐身及帽头的成分按重量百分比为：C：0.03%～0.07%、Cr：20%～27%、Ni：8%～12%、AL：2%～3%、Si：1%～2%、Re：0～0.03%、S：0～ 0.03%、P：0～0.03%、余量为Fe，采用合理的制造工艺，加入有益元素铬、镍、钨、锰等，并控制有害元素碳、硫、磷等的含量，研制了一种新型Fe‑Cr‑Ni‑Al双相耐热合金，将此合金的耐热温度提高到1200—1280℃范围内，获得优良的铸造性、可焊性，在高温下获得良好的力学性能和高温抗氧化性能，其寿命是同类产品的2倍以上。

Description

一种新型高效炼镁还原罐及其制作方法

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种新型高效炼镁还原罐及其制作方法。

背景技术

金属镁属于一种轻质金属结构材料,具有良好的金属性能,能与多种金属组合生产轻质高强度合金材料,广泛应用于航空、航天、冶金、交通等部门。制取镁的主要生产工艺为硅热法和电解法，在硅热法炼镁技术的工艺装备中，还原罐是重要的装备单元，而还原罐属易耗部件，占生产成本10%左右。还原罐工况条件恶劣,长时间是在1180℃~1230℃的高温及罐内抽真空负压5~13.3pa的条件下，进行周期性生产很容易造成严重的氧化腐蚀以及高温状态下的强度下降，高温组织不稳定等，因此要求还原罐具有良好的高温抗氧化、抗烟气腐蚀性能,以及足够的高温强度和综合机械性能，以抵抗因抽真空而带来的罐体变形。目前大多炼镁企业使用ZG35Cr24Ni7SiN还原罐，罐的金属成分：以Fe、Cr、Ni为基体金属，Mn、Mo、Si、C、N、Re为可控添加元素。其中：C 0.3—0.4%；S≤1.3—2%；P≤0.04%；Mn 1.0—2%；Si1.3—2%；Cr 23—25.5%；Ni 7—8.5%；Mo 0.5%；N 0.2—0.28%。这种罐的耐热性能较低，使用寿命较短，质量不稳定，高温氧化，而且还在高温下受含硫气体的腐蚀，罐身易发生蠕变，变形及裂纹，使其过早失效。在使用不足两个月就出现纵向凹塌，横向弯曲变形，虽然可进行矫正，但使用寿命也只有60~70天。还原罐寿命低、价格高是国内外炼镁业的一大难题，提高还原罐的使用寿命，降低还原罐的制造成本已成为镁业的重要课题，对提高企业经济效益有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种新型高效炼镁还原罐及其制作方法，延长还原罐的使用寿命，降低还原罐的使用成本。

本发明是这样实现的：一种新型高效炼镁还原罐，包括罐身、帽头和冷却水套，其特征在于：所述的罐身经过离心铸造而成，罐身一端与帽头焊接，罐身另一端与冷却水套铆焊，罐身及帽头的成分按重量百分比为：C：0.03%～0.07%、Cr：20%～23%、Ni：8%～12%、AL：2%～3%、Si：1%～2%、Re：0～0.03%、S：0～ 0.03%、P：0～0.03%、余量为Fe。

所述的罐身的离心铸造工艺包括以下步骤：

步骤1）按上述练镁还原罐合金元素进行配比；

步骤2）采用中频感应电炉熔炼合金；

步骤3）钢水熔融后，炉温在1650—1800℃时，制取试块经光谱检验钢水化学成分；

步骤4）将铸型预热至300℃-350℃，型桶转速控制在900r/min-980r/min；

步骤5）将1620-1750℃的熔融钢水浇铸在旋转的铸型里，在离心力的作用下，钢水布满铸型内表面且随之转动，浇筑时间为25-35s，最后形成罐体；

步骤6）罐体浇筑完毕后，继续旋转10-15min，罐体冷却至750-850℃时，使离心机断电，离心机停稳后取出罐体；

步骤7）将罐体平稳放置在干燥通风处冷却后，将罐身两端切除磨平

所述帽头使用砂型铸造工艺铸造。

本发明的优点是：碳是形成钢基础强度的元素，一般随含碳量的增加可使钢的强度提高，但高温下碳化合物析出聚合，降低合金元素的强化作用，从而使材质的抗氧化性和耐腐蚀性降低，因此，将碳含量控制在0.03-0.07％，在满足强度钢强度的基础上使高温下的抗氧化性和耐腐蚀性较好，铬是保证材质抗高温腐蚀的主要元素，在高温下形成三氧化二铬氧化膜，在耐热钢中能显著改善钢的抗氧化性和抗腐蚀性，将铬的含量控制在20%～23%之间，能提高还原罐在高温下的抗氧化性和抗腐蚀性，高温下铝元素形成的三氧化二铝氧化膜紧致坚固，与三氧化二铬氧化膜紧密结合大大增加了还原罐的高温抗氧化性，将铝含量控制在2%～3%之间，使得还原罐在高温下获得良好的力学性能和高温抗氧化性能，硅元素在高温下形成二氧化硅氧化膜，二氧化硅氧化膜热稳定性高，不但增加了三氧化二铬氧化膜的致密度，而且提高了氧化膜与基体的附着力，减少氧化膜剥落的倾向，铬、铝、硅氧化膜的复合作用在保证一定高温力学性能的基础上，进一步提高合金的耐热温度，镍可提高金属的抗蠕变性，将其含量控制在8%～12%之间，提高还原罐在高温下的抗蠕变性，减小还原罐在高温负压下的变形，因此本发明的合金以高温耐热合金钢为主料，控制有害元素碳、硫、磷等的含量，将耐热温度提高到1200—1280℃范围内，而且此合金在1250℃时氧化增重速率稳定在0.18-0.21g/m²之间，具有优良的高温抗氧化性。同时，合金在1250℃氧化500h的氧化膜从X-射线图谱中可看出氧化膜形貌变化为：粗糙→起薄皮→薄皮脱落→光整致密，氧化膜中各种氧化物晶粒呈米状，大小均匀，排列紧密，无空隙，较好地保护了罐体合金内部基本组织，本发明合金的使用延长了还原罐的使用寿命，具有非常大的开发和使用价值。

具体实施方式

实施例1：一种新型高效炼镁还原罐，包括罐身、帽头和冷却水套，所述的罐身经过离心铸造而成，罐身一端与帽头焊接，罐身另一端与冷却水套铆焊，罐身及帽头的成分按重量百分比为：C：0.05%5、Cr：22%、Ni：10%、AL：2.5%、Si：1.5%、Re：0.02%、S：0.03%、P：0.02%、余量为Fe

所述的罐身的离心铸造工艺包括以下步骤：

步骤1）按上述练镁还原罐合金元素进行配比；

步骤2）采用中频感应电炉熔炼合金；

步骤3）钢水熔融后，炉温在1700℃时，制取试块经光谱检验钢水化学成分，根据化学分析结果调整钢水化学成分，使钢水满足上述配比要求，其中硅在钢水出炉前10min内进行调整；

步骤4）将铸型预热至340℃，型桶转速控制在950r/min；

步骤5）选定熔融钢水在1680℃时浇铸在旋转的铸型里，在离心力的作用下，钢水布满铸型内表面且随之转动，浇筑时间为25s，最后形成罐体，由于合金内铬含量较高，在浇注过程中钢水表面与空气接触，极易产生氧化铬膜，这些氧化铬膜极易与氧化铁形成更复杂的化合物，而降低钢水的流动性，因此要提高浇注温度和较少浇注时间；

步骤6）罐体浇筑完毕后，继续旋转15min，罐体冷却至750℃时，使离心机断电，离心机停稳后取出罐体；

步骤7）将罐体平稳放置在干燥通风处冷却后，将罐身两端切除磨平。

所述帽头使用砂型铸造工艺铸造。

对直径339mm、长L2700mm、壁厚32mm的还原罐产品进行化学成分的分析，通过对本发明与原传统的还原罐各种性能进行现场对比，如表1，本发明的材料与美国HK40合金进行对比，如表2，得出以下结果：

表1：本发明与原传统的还原罐各种性能进行对比

对比项目	本实验产品	原产品
			使用寿命	2810-3015h	1320-1560h
生产成本	8116元/只	7285元/只

表2：本发明的材料与美国HK40合金进行对比

对比项目	本实验产品	美国HK40合金
			抗拉强度/MPa	538-563	481
硬度/HB	174-181	170
			密度/g/cm3	7.7-8.3	7.75
条件屈服强度/ MPa	228-241	253
			断面收缩率/%	62-68	67
伸长率/%	12-14	14

试验结果：以本发明合金原料配比的钢水按本发明的铸造工艺制成的炼镁还原罐，由于用低价金属取代部分高价金属，还原罐的生产成本基本相同，而寿命是同类产品的2倍以上，与美国HK40合金比较，本发明材料的各个参数与美国HK40合金相当，其中抗拉强度及硬度高于美国HK40合金。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种新型高效炼镁还原罐，包括罐身、帽头和冷却水套，其特征在于：所述的罐身经过离心铸造而成，罐身一端与帽头焊接，罐身另一端与冷却水套铆焊，罐身及帽头的成分按重量百分比为：C：0.03%～0.07%、Cr：20%～23%、Ni：8%～12%、AL：2%～3%、Si：1%～2%、Re：0～0.03%、S：0～ 0.03%、P：0～0.03%、余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种新型高效炼镁还原罐的制作方法，其特征在于：所述的罐身的离心铸造工艺步骤：

步骤1）按上述练镁还原罐合金元素进行配比；

步骤2）采用中频感应电炉熔炼合金；

步骤3）钢水熔融后，炉温在1650—1800℃时，制取试块经光谱检验钢水化学成分；

步骤4）将铸型预热至300℃-350℃，型桶转速控制在900r/min-980r/min；

步骤5）将1620-1750℃的熔融钢水浇铸在旋转的铸型里，在离心力的作用下，钢水布满铸型内表面且随之转动，浇筑时间为25-35s，最后形成罐体；

步骤6）罐体浇筑完毕后，继续旋转10-15min，罐体冷却至750-850℃时，使离心机断电，离心机停稳后取出罐体；

步骤7）将罐体平稳放置在干燥通风处冷却后，将罐身两端切除磨平。

3.根据权利要求1所述的一种新型高效炼镁还原罐的制作方法，其特征在于：所述帽头使用砂型铸造工艺铸造。