CN115927976A

CN115927976A - 一种经济型预热器挂板及其生产方法

Info

Publication number: CN115927976A
Application number: CN202211495455.6A
Authority: CN
Inventors: 周智勇; 吴德进; 杨新明; 王振; 王慧智; 裴学成; 朱景秋; 孙传伟; 刘秀华; 王彪
Original assignee: Anhui Conch Kawasaki Equipment Manufacturing Co ltd
Current assignee: Anhui Conch Kawasaki Equipment Manufacturing Co ltd
Priority date: 2022-11-27
Filing date: 2022-11-27
Publication date: 2023-04-07

Abstract

本发明公开了一种经济型预热器挂板及其生产方法，其成分及重量百分比为：C 0.35～0.45％，Cr 24.0～26.0％、Ni 17～18％、Mo 1.0～1.2％、Si 1.0～1.5％、Mn 1.2～1.5％、Al 1.2～1.5％、Ti 0.2～0.3％，N 0.15～0.18％，S≤0.01％，P≤0.02％，O≤0.0015％，余量为Fe及不可避免的杂质，本发明可以低成本的生产出高温性能稳定、抗腐蚀性能优异且服役周期较长的经济型预热器挂板，其950℃抗拉强度≥120MPa；氧化增重速度≤0.03g/cm²·h，达到完全抗氧化级别；在4/5级预热器内筒中的实际服役周期≥2年。

Description

一种经济型预热器挂板及其生产方法

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，具体涉及一种经济型预热器挂板及其生产方法。

背景技术

耐热钢是指在高温条件下兼有抗氧化性和保持足够高温强度的、耐热性能良好的一种特殊钢。在冶金、水泥、电力、石油化工和热核反应堆等工业部门中，需要使用大量耐热钢。其中奥氏体型耐热钢由于具有良好的耐高温、抗腐蚀、抗氧化等特性，得以在高温和腐蚀气体环境中广泛使用。目前，铬镍耐热高温钢已形成ZG40Cr25Ni20和ZG30Cr25Ni25等十余种钢号。其中ZG40Cr25Ni20材质的挂片在水泥4/5级预热器内筒中应用十分广泛。

镍及其合金属于贵重金属，ZG40Cr25Ni20中20％左右的镍含量决定该型材料极高的生产成本，且以该材料为基础的预热器挂片使用寿命一般为1年(一个设备维检周期)左右，使用成本、维护成本均较高，在水泥预热器系统运行成本中占比稳定，对总体的成本控制有重要影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种经济型预热器挂板及其生产方法，通过成分设计和生产工艺的优化，在降低材料成本的基础上，提高包括耐腐蚀性和高温强度等在内预热器挂片应用性能，从而明显延长使用寿命，为水泥预热器系统的运营成本降低提供有效支撑。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种经济型预热器挂板，所述经济型预热器挂板的成分及重量百分比为C0.35～0.45％，Cr 24.0～26.0％、Ni 17～18％、Mo 1.0～1.2％、Si 1.0～1.5％、Mn 1.2～1.5％、Al 1.2～1.5％、Ti 0.2～0.3％，N 0.15～0.18％，S≤0.01％，P≤0.02％，O≤0.0015％，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述经济型预热器挂板的金相组织为奥氏体。

所述经济型预热器挂板950℃抗拉强度≥120MPa；氧化增重速度≤0.03g/cm²·h，达到完全抗氧化级别；在4/5级预热器内筒中的实际服役周期≥2年。

本发明提供的所述经济型预热器挂板的生产方法，包括以下步骤：

(1)将废钢、镍铁、钼铁加入到中频炉中熔炼，然后加入铬铁、锰铁、硅铁进行合金化；

(2)通过中频炉的顶盖通入氮气，在钢液面上方形成微正压；

(3)向中频炉内补加碳粉至目标值，然后加入氮化钛铁包芯线和铝线，继续熔炼至氮化钛铁包芯线和铝线完全熔融于钢液中，然后取样，测定成分后调整成分至目标值；

(4)出钢，出钢过程中中间包底吹供入氮气；

(5)浇铸成型。

步骤(2)中，所述中频炉的顶盖上设置有供气管，并沿顶盖圆周分布有双环式供气孔，所述双环式供气孔连通至供气管；当供入氮气时，氮气经顶盖上的供气管通入，经双环式供气孔送入到中频炉中的钢液表面，在钢液面上方形成微正压区，在微正压环境下，氮气可向钢液内快速溶解。

步骤(2)中，氮气的吹气速度为1～1.2Nm³/min，在钢液面上方形成1.02～1.03大气压的微正压区，吹气时间15～18min。

步骤(3)中，氮化钛铁包芯线中含有Ti 25％、N 12％；铝线以目标值的110％加入。

步骤(4)中，钢液温度在1650～1660℃时出钢；供入氮气时的流量为300～320L/min，在钢水罐内以及上部形成氮气保护区域，一方面减少出钢过程中的铝的二次氧化，另一方面促进搅拌钢水，促进钢水中脱氧产物上浮，进一步净化钢水。

步骤(5)中，出钢后，中间包底部停止供氮，在中间包底部接入水口，同时在水口接缝处通入氮气进行保护，水口与中间包底部接缝处的垫圈和氮气可保证钢水浇注过程中仅有氮气进入，避免空气中的氧气进入而造成二次氧化；静置3～5min后，进行浇铸。

步骤(5)中，浇铸到型砂中进行成型，砂型内腔性状按照预热器挂板形状定制。

本发明提供的经济型预热器挂板的成分中，各成分作用如下：Ni是耐热不锈钢中重要元素之一，可以稳定奥氏体和扩大奥氏体区的元素，还可以提高钢的耐蚀性；Al是铁素体强化元素，能够稳定δ-Fe、M₂₃C₆以及σ-FeCr相。含铝奥氏体不锈钢随Al含量的增加，NiAl相的析出量明显增加，NiAl相长期在氧化环境下可以作为Al的存储相，为合金中Al₂O₃膜的形成提供充足的Al。而NiAl相阻碍基体中位错的攀移，提高材料的抗蠕变性；Mo可以提高奥氏体钢表面钝化膜的强度，增强耐腐蚀能力，如点蚀、缝隙腐蚀，N作为合金元素加入奥氏体不锈钢中，可以稳定奥氏体区，优化钢种的力学性能和抗腐蚀性能，在奥氏体不锈钢中，N与Ni的有效当量比为15～20，即N可替代15～20倍同等含量Ni的作用，因此，本发明通过增氮降镍，可在控制耐热不锈钢的成本的同时，保证其服役年限。

本发明提供的经济型预热器挂板的生产方法中，在合金化之后通过中频炉的顶盖通入氮气，在钢液面上方形成微正压，在微正压环境下，氮气可向钢液内快速溶解进行增氮；在调整C含量至目标值后，向炉内加入氮化钛铁包芯线，其含有的TiN可完全熔融于钢液中，钢液在完成微合金化的同时，实现进一步的钢液增氮；在出钢的过程中通过中间包底吹供入氮气在钢水罐内以及上部形成氮气保护区域，一方面可减少出钢过程中的铝的二次氧化，另一方面可促进搅拌钢水，促进钢水中脱氧产物上浮，进一步净化钢水；并在浇铸的过程中，在水口接缝处通入氮气进行保护，这样水口与中间包底部接缝处的垫圈和氮气可保证钢水浇注过程中仅有氮气进入，避免空气中的氧气进入而造成二次氧化。上述所中举措并用保证了经济型预热器挂板的生产，生产得到的经济型预热器挂板950℃抗拉强度≥120MPa；氧化增重速度≤0.03g/cm²·h，达到完全抗氧化级别；在4/5级预热器内筒中的实际服役周期≥2年，减少了预热器检修频次，提高了运行效率、降低了运行成本。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的经济型预热器挂板的生产成本低，生产得到的经济型预热器挂板950℃抗拉强度≥120MPa；氧化增重速度≤0.03g/cm²·h，达到完全抗氧化级别，优于传统的40Cr25Ni20挂板；在4/5级预热器内筒中的实际服役周期≥2年，减少了预热器检修频次，提高了运行效率、降低了运行成本。

附图说明

图1为本发明中的中频炉顶盖的正视图；

图2为图1的中频炉顶盖的A向视图；

图中，1-顶盖本体、2-顶盖与液压杆的连接结构、3-供气管、4-两级液压杆、5-沿圆周分布的双环式供气孔。

具体实施方式

所述经济型预热器挂板的生产方法，包括以下步骤：

(2)通过中频炉的顶盖通入氮气，氮气的吹气速度为1～1.2Nm³/min，在钢液面上方形成1.02～1.03大气压的微正压区，吹气时间15～18min；

(3)向中频炉内补加碳粉至目标值，然后加入氮化钛铁包芯线和铝线，氮化钛铁包芯线中含有Ti 25％、N 12％，铝线以目标值的110％加入；继续熔炼至氮化钛铁包芯线和铝线完全熔融于钢液中，然后取样，测定成分后调整成分至目标值；

(4)钢液温度在1650～1660℃时出钢，出钢过程中中间包底吹供入氮气，氮气流量为300～320L/min；

(5)出钢后，中间包底部停止供氮，在中间包底部接入水口，同时在水口接缝处通入氮气进行保护，水口与中间包底部接缝处的垫圈和氮气可保证钢水浇注过程中仅有氮气进入，避免空气中的氧气进入而造成二次氧化；静置3～5min后，进行浇铸。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

各实施例及对比例中的预热器挂板的成分及重量百分比如表1所示，余量为Fe及不可避免的杂质。

表1

各实施例中的预热器挂板按照上述的生产方法进行生产。

对比例1中的预热器挂板的生产方法，包括以下步骤：

(2)熔化冶炼过程中不供入任何气体，全敞开冶炼；

(3)向中频炉内补加碳粉至目标值，不加铝等脱氧剂，完全熔融后取样，测定成分后调整成分至目标值；

(4)钢液温度在1650～1660℃时出钢，中间包为封闭式底部，不供入任何气体；

(5)出钢后，中间包直接无保护式敞开底部浇注，钢流直接与空气接触。

各实施例及对比例生产得到的预热器挂板的高温力学性能及抗腐蚀性能如表2所示，其中高温力学性能通过thermecmastor高温力学性能试验机进行测试，测试温度950℃，拉伸速度1％/s；氧化增重实验使用德国耐驰试验机，试样大小2.5*5*5mm，升温后通入空气，流量为2升/分钟，全流程记录增重曲线。

表2

	950℃抗拉强度/MPa	<![CDATA[氧化增重速度/g/cm<sup>2</sup>·h]]>
			实施例1	120	0.024
实施例2	143	0.030
			实施例3	137	0.018
实施例4	135	0.020
			对比例1	79	0.054

将各实施例及对比例生产得到的预热器挂板在4/5级预热器内筒中进行使用，各预热器挂板的服役周期如表3所示。

表3

由以上可以看出，按照本发明提供的技术方案可以低成本的生产出高温性能稳定、抗腐蚀性能优异且服役周期较长的经济型预热器挂板，其950℃抗拉强度≥120MPa；氧化增重速度≤0.03g/cm²·h，达到完全抗氧化级别；在4/5级预热器内筒中的实际服役周期≥2年。

上述参照实施例对一种经济型预热器挂板及其生产方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种经济型预热器挂板，其特征在于，所述经济型预热器挂板的成分及重量百分比为：C 0.35～0.45％，Cr 24.0～26.0％、Ni 17～18％、Mo 1.0～1.2％、Si 1.0～1.5％、Mn1.2～1.5％、Al 1.2～1.5％、Ti 0.2～0.3％，N 0.15～0.18％，

S≤0.01％，P≤0.02％，O≤0.0015％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的经济型预热器挂板，其特征在于，所述经济型预热器挂板的金相组织为奥氏体。

3.根据权利要求1所述的经济型预热器挂板，其特征在于，所述经济型预热器挂板950℃抗拉强度≥120MPa；氧化增重速度≤0.03g/cm²·h，达到完全抗氧化级别；在4/5级预热器内筒中的实际服役周期≥2年。

4.如权利要求1-3任意一项所述的经济型预热器挂板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：

(2)通过中频炉的顶盖通入氮气，在钢液面上方形成微正压；

(4)出钢，出钢过程中中间包底吹供入氮气；

(5)浇铸成型。

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述中频炉的顶盖上设置有供气管，并沿顶盖圆周分布有双环式供气孔，所述双环式供气孔连通至供气管。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，氮气的吹气速度为1～1.2Nm³/min，在钢液面上方形成1.02～1.03大气压的微正压区，吹气时间15～18min。

7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，氮化钛铁包芯线中含有Ti25％、N 12％；铝线以目标值的110％加入。

8.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，钢液温度在1650～1660℃时出钢；供入氮气时的流量为300～320L/min。

9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)中，出钢后，中间包底部停止供氮，在中间包底部接入水口，同时在水口接缝处通入氮气进行保护，静置3～5min后，进行浇铸。

10.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)中，浇铸到型砂中进行成型，砂型内腔性状按照预热器挂板形状定制。