CN111363986A - 一种cfb锅炉水冷壁防磨用导流板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及合金铸造领域，具体涉及CFB锅炉水冷壁防磨用导流板及其生产方法。旨在解决现有技术中导流板易出现焊点脱开导致导流板脱落的情况的问题。本发明包括导流板的化学成分按重量百分比组成为：Cr 21.0％～22.0％、Ni 9.5％～10.0％、Mo 0.80％～1.2％、Ti 0.02％～0.04％、Mn 1.5％～2.0％、C 0.20％～0.25％、其余为Fe及不可避免的杂质，其原料包括按重量计算的以下组分：碳铬铁合金(Cr，55％，C，0.3％)38～40重量份、低碳镍铁合金(Ni，50％，C，0.02％)19～20重量份、低碳钼铁合金(Mo，55％，C，0.2％)1.46～2.18重量份、低碳锰铁合金(Mn，65％，C，0.25％)2.31～3.08重量份，低碳废钢35～45重量份。优点在于：碳当量降低，可焊性提高，也利于应用中的稳定性。

Description

一种CFB锅炉水冷壁防磨用导流板及其生产方法
技术领域
本发明属于合金铸造领域，具体涉及CFB锅炉水冷壁防磨用导流板及其生产方法。
背景技术
采用低温燃烧技术的CFB循环流化床锅炉，是当前发展最为迅速的煤炭洁净燃烧设备。CFB技术对于煤炭资源综合利用、有效减轻环境污染等具有重要意义。但是CFB的燃烧特性决定了炉内水冷壁磨损是其运行过程中最重要的故障发生源头。
在CFB锅炉水冷壁防磨方面，以主动防磨技术为最新发展方向，其中导流板防磨技术是主动防磨技术中效果最好、应用最为稳定的技术，其本质是通过在炉内安装以导流板为核心的组件，疏导和组织炉内物料颗粒，使其在内循环过程中与水冷壁相对均匀地接触和碰撞，减少或消除横切流、贴壁流以及局部涡流等对水冷壁的冲刷、磨损和破坏，达到全面防磨效果，明显提高水冷壁寿命。
作为CFB锅炉水冷壁防磨的核心部件，导流板持续在高温环境中服役，且受到燃烧中的循环煤粉颗粒的碰撞、冲刷，工作环境恶劣，一旦发生脱落、破损，则极易因木桶效应，形成磨损集中点，造成防磨体系失效，产生漏水停机等生产事故。
当前导流板的材质以ZG4Cr22Ni10Mo为主，该材质导流板具有一定的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能。但是作为奥氏体不锈钢，焊接过程中易出现热裂，在实际应用中，由于水冷管壁与导流板材质不同，易出现焊点脱开导致导流板脱落的情况，而材料本身浇注和焊接过程已产生微裂纹等缺陷，可能导致使用中开裂，进而引起防磨失效。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种CFB锅炉水冷壁防磨用导流板及其生产方法，通过向ZG4Cr22Ni10Mo中加入Ti进行微合金化，并微调合金成分，提高材料韧性和铸件质量，优化应用稳定性和焊接性能，提升材料耐磨性。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种CFB锅炉水冷壁防磨用导流板，所述的导流板的化学成分按重量百分比组成为：Cr 21.0％～22.0％、Ni 9.5％～10.0％、Mo 0.80％～1.2％、Ti 0.02％～0.04％、Mn1.5％～2.0％、C 0.20％～0.25％、其余为Fe及不可避免的杂质，其原料包括按重量计算的以下组分：
碳铬铁合金(Cr，55％，C，0.3％)38～40重量份、低碳镍铁合金(Ni，50％，C，0.02％)19～20重量份、低碳钼铁合金(Mo，55％，C，0.2％)1.46～2.18重量份、低碳锰铁合金(Mn，65％，C，0.25％)2.31～3.08重量份，低碳废钢35～45重量份。
所述CFB锅炉水冷壁防磨用导流板的制备方法，包括如下步骤：
(1)往中频炉中按重量投入低碳废钢熔炼成钢水，钢水达到1630～1650℃时，加入碳铬铁合金、低碳镍铁合金、低碳钼铁合金、低碳锰铁合金进行合金化，合金化操作完成后加入碳粉(碳粉中C含量90％以上)，调整C含量至0.20％～0.25％，进行出钢；
(2)步骤(1)中出钢同时喂入包芯线，预先向钢水包投入包芯线盘，在温度为1600～1620℃的条件下，将步骤(1)中合金化后的钢水加入钢水包中，以合金化后的钢水为1吨计算，加入包芯线盘3.3～10m，所述包芯线盘采用钛铁包芯线，包芯线直径为10～15mm，包芯线以DC01(Q195)铁皮包裹，铁皮厚0.2～0.6mm，每米包裹350～380g的钛铁粉芯；钛铁粉芯按重量配比的组成如下：Ti 28％～32％、Si、Mn、P、S合并≤2.0，余量为Fe。
(3)浇注成型，将钢水包吊至浇注工位，通过附带有氩气吹入的喇叭状导流管经型箱孔向型箱内注入钢水，待20～30小时型箱完全冷却后，开箱，对导流板进行打磨得到CFB锅炉水冷壁防磨用导流板。
需要说明的是，本发明的方法不在熔融过程中投入钛铁块或钛铁包芯线增钛，是因为在此过程中钢液处于电流作用下，剧烈搅拌，钛属于及其活跃的元素，易快速氧化烧损，收得率波动剧烈，不利于成分控制。
用包芯线在钢水包底投入，钢水很快淹没包芯线，而待钢液稳定后，铁皮熔化，含钛铁的粉芯才熔入钢液中，与空气接触几率小，收得率稳定。这是因为钛本身是一个活跃的金属，处于底部，在高温下钢液融化的过程中，与空气接触量低，在加热融化的过程中被氧化失活的比例就低，可以有更多的钛成分参与分子融合而不是由于接触空气被氧化。并且采用包芯线的形式加入使得微合金成分融化均匀，保证收得率的稳定。根据钢水包大小，以钛的综合收得率40～50％计算包芯线盘的投入量，钢水包越大，收得率越高。
浇注时，附带氩气吹入的喇叭形导流管可保证钢水流经过程中，与空气接触较少，Ti的氧化减少，钢水的纯净度也同时提高，其外形如图1所示。在图1中，导流管上端喇叭口出气孔持续排出氩气(15～20L/min),可以在导流管上部形成氩气填充区域，使钢流与空气接触明显减少，保证Ti的收得率，也减少钢水的进一步氧化。
本发明的有益效果：不加微合金成分时，晶粒度为8.0～9.0，延伸率为45～50％，本方案实施后，晶粒度为9.0～10.5，延伸率为50～60％。1000℃高温强度，本方案与原方案(不加微合金成分)均在200MPa左右。采用本方案，由于晶粒度提升，晶间结合能增加，游离态气体相对减少，则裂纹、气孔等缺陷发生率降低，成材率可从原方案的90％左右提升至95％以上。由于C含量降低、合金含量减少，总体碳当量降低，可焊性提高，也利于应用中的稳定性。
本发明产品成分如表1所示，原成分体系(不加微合金成分)如表2所示。
表1本发明产品成分
Figure BDA0002462353320000031
表2原成分体系(不加微合金成分)的产品成分
Figure BDA0002462353320000032
与原成分体系相比，本发明的Cr、Ni均在目标值偏下，Mo含量也明显减少，由于Ti不属于贵重金属，因此采用本方案可节约合金成本。
利用本发明方法制得的导流板可达到以下效果：
(1)提高晶粒度1～2个等级，适当减少碳含量，从而提高材料韧性。
(2)以Ti固定材料中的[N]和[O]，减少游离态气体分子的存在，避免浇注和冷却过程中逸散产生微孔，提高铸件质量，优化应用稳定性。
(3)Ti的微细氧化物析出属氧化物冶金范畴，可以优化焊接性能。
材料中的析出的TiN具有超高熔点、超高硬度，因此可提高材料耐磨性，对总体耐磨性能的提升也有益。
附图说明
图1为钢水倒流管示意图；
1.偏向下的出气孔；2.钢流；3.输气管；4.氩气管带；5.导流管体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种CFB锅炉水冷壁防磨用导流板，其原料包括按重量计算的以下组分：碳铬铁合金38重量份、低碳镍铁合金19重量份、低碳钼铁合金1.46重量份、低碳锰铁合金2.31重量份，低碳废钢35重量份。
所述CFB锅炉水冷壁防磨用导流板的制备方法，包括如下步骤：
(1)往2吨中频炉按重量投入低碳废钢熔炼成钢水，钢水达到1630℃时，加入碳铬铁合金、低碳镍铁合金、低碳钼铁合金、低碳锰铁合金进行合金化，合金化操作完成后加入碳粉，调整C含量至0.20％～0.25％，进行出钢；
(2)步骤(1)中出钢同时喂入包芯线，预先向钢水包投入包芯线盘，在温度为1600℃的条件下，将步骤(1)中合金化后的钢水加入钢水包中，以合金化后的钢水为1吨计算，加入包芯线盘3.3m，所述包芯线盘采用钛铁包芯线，包芯线直径为13mm，包芯线以铁皮包裹，铁皮厚0.4mm，每米包裹350g的钛铁粉芯，钛铁粉芯按重量配比的组成如下：Ti 28％、Si、Mn、P、S合并≤2.0，余量为Fe。
(3)浇注成型，将钢水包吊至浇注工位，通过附带有氩气吹入的喇叭状导流管经型箱孔向型箱内注入钢水，待24小时型箱完全冷却后，开箱，对导流板进行打磨得到CFB锅炉水冷壁防磨用导流板。
实施例2
一种CFB锅炉水冷壁防磨用导流板，其原料包括按重量计算的以下组分：碳铬铁合金40重量份、低碳镍铁合金20重量份、低碳钼铁合金2.18重量份、低碳锰铁合金3.08重量份，低碳废钢35重量份。
所述CFB锅炉水冷壁防磨用导流板的制备方法，包括如下步骤：
(1)往中频炉中按重量投入低碳废钢熔炼成钢水，钢水达到1630～1650℃时，加入碳铬铁合金、低碳镍铁合金、低碳钼铁合金、低碳锰铁合金进行合金化，合金化操作完成后加入碳粉，调整C含量至0.20％～0.25％，进行出钢；
(2)步骤(1)中出钢同时喂入包芯线，预先向钢水包投入包芯线盘，在温度为1620℃的条件下，将步骤(1)中合金化后的钢水加入钢水包中，以合金化后的钢水为1吨计算，加入包芯线盘10m，所述包芯线盘采用钛铁包芯线，包芯线直径为15mm，包芯线以DC01(Q195)铁皮包裹，铁皮厚0.6mm，每米包裹380g的钛铁粉芯；钛铁粉芯按重量配比的组成如下：Ti32％、Si、Mn、P、S合并≤2.0，余量为Fe。
(3)浇注成型，将钢水包吊至浇注工位，通过附带有氩气吹入的喇叭状导流管经型箱孔向型箱内注入钢水，待20小时型箱完全冷却后，开箱，对导流板进行打磨得到CFB锅炉水冷壁防磨用导流板。
实施例3
一种CFB锅炉水冷壁防磨用导流板，其原料包括按重量计算的以下组分：碳铬铁合金39重量份、低碳镍铁合金20重量份、低碳钼铁合金1.8重量份、低碳锰铁合金2.5重量份，低碳废钢40重量份。
所述CFB锅炉水冷壁防磨用导流板的制备方法，包括如下步骤：
(1)往中频炉中按重量投入低碳废钢熔炼成钢水，钢水达到1650℃时，加入碳铬铁合金、低碳镍铁合金、低碳钼铁合金、低碳锰铁合金进行合金化，合金化操作完成后加入碳粉(碳粉中C含量90％以上)，调整C含量至0.25％，进行出钢；
(2)步骤(1)中出钢同时喂入包芯线，预先向钢水包投入包芯线盘，在温度为1620℃的条件下，将步骤(1)中合金化后的钢水加入钢水包中，以合金化后的钢水为1吨计算，加入包芯线盘5m，所述包芯线盘采用钛铁包芯线，包芯线直径为15mm，包芯线以DC01(Q195)铁皮包裹，铁皮厚0.2～0.6mm，每米包裹360g的钛铁粉芯；钛铁粉芯按重量配比的组成如下：Ti 30％、Si、Mn、P、S合并≤2.0，余量为Fe。
(3)浇注成型，将钢水包吊至浇注工位，通过附带有氩气吹入的喇叭状导流管经型箱孔向型箱内注入钢水，待20～30小时型箱完全冷却后，开箱，对导流板进行打磨得到CFB锅炉水冷壁防磨用导流板。
实施例4
一种CFB锅炉水冷壁防磨用导流板，其原料包括按重量计算的以下组分：碳铬铁合金40重量份、低碳镍铁合金19重量份、低碳钼铁合金2.18重量份、低碳锰铁合金3.08重量份，低碳废钢35重量份。
所述CFB锅炉水冷壁防磨用导流板的制备方法，包括如下步骤：
(1)往中频炉中按重量投入低碳废钢熔炼成钢水，钢水达到1630～1650℃时，加入碳铬铁合金、低碳镍铁合金、低碳钼铁合金、低碳锰铁合金进行合金化，合金化操作完成后加入碳粉(碳粉中C含量90％以上)，调整C含量至0.20％，进行出钢；
(2)步骤(1)中出钢同时喂入包芯线，预先向钢水包投入包芯线盘，在温度为1600～1620℃的条件下，将步骤(1)中合金化后的钢水加入钢水包中，以合金化后的钢水为1吨计算，加入包芯线盘6m，所述包芯线盘采用钛铁包芯线，包芯线直径为13mm，包芯线以DC01(Q195)铁皮包裹，铁皮厚4mm，每米包裹380g的钛铁粉芯；钛铁粉芯按重量配比的组成如下：Ti 32％、Si、Mn、P、S合并≤2.0，余量为Fe。
(3)浇注成型，将钢水包吊至浇注工位，通过附带有氩气吹入的喇叭状导流管经型箱孔向型箱内注入钢水，待24小时型箱完全冷却后，开箱，对导流板进行打磨得到CFB锅炉水冷壁防磨用导流板。
上述实施例中，碳铬铁合金中Cr含量为55％，C含量为0.3％；低碳镍铁合金中Ni含量为50％，C含量为0.02％)；低碳钼铁合金中Mo含量为55％，C含量为，0.2％；低碳锰铁合金中Mn含量为65％，C含量为0.25％；碳粉中C含量90％以上；包芯线的铁皮为DC01(Q195)。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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CFB锅炉水冷壁防磨用导流板，其特征在于；所述的导流板的化学成分按重量百分比组成为：Cr 21.0％～22.0％、Ni 9.5％～10.0％、Mo 0.80％～1.2％、Ti 0.02％～0.04％、Mn 1.5％～2.0％、C 0.20％～0.25％、其余为Fe及不可避免的杂质，其原料按重量计算为以下组分：
碳铬铁合金38～40重量份、低碳镍铁合金19～20重量份、低碳钼铁合金1.46～2.18重量份、低碳锰铁合金2.31～3.08重量份，低碳废钢35～45重量份。
2.根据权利要求1所述的CFB锅炉水冷壁防磨用导流板的生产方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)往中频炉中按重量投入低碳废钢熔炼成钢水，钢水达到1630～1650℃时，加入碳铬铁合金、低碳镍铁合金、低碳钼铁合金、低碳锰铁合金进行合金化，合金化操作完成后加入碳粉，调整C含量至0.20％～0.25％，进行出钢；
(2)步骤(1)中出钢同时喂入包芯线，预先向钢水包投入包芯线盘，在温度为1600～1620℃的条件下，将步骤(1)中合金化后的钢水加入钢水包中，以合金化后的钢水为1吨计算，加入包芯线盘3.3～10m，所述包芯线盘采用钛铁包芯线，包芯线直径为10～15mm，包芯线以铁皮包裹，铁皮厚0.2～0.6mm，每米包裹350～380g的钛铁粉芯；钛铁粉芯按重量配比的组成如下：Ti28％～32％、Si、Mn、P、S合并≤2.0，余量为Fe。
(3)浇注成型。
3.根据权利要求2所述的CFB锅炉水冷壁防磨用导流板的生产方法，其特征在于：所述步骤(3)中将钢水包吊至浇注工位，通过附带有氩气吹入的喇叭状导流管经型箱孔向型箱内注入钢水，待20～30小时型箱完全冷却后，开箱，对导流板进行打磨得到CFB锅炉水冷壁防磨用导流板。
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