加壓氣化爐爐篦鑄件的研發

魯志武，胡祥永，徐素峰

（太原重工特種鑄造分公司，山西 太原 030024）

加壓氣化爐是一種進行煤氣轉化的比較先進的節能裝置。山西省最早是山西化肥廠（天脊集團）從國外引進的。

加壓氣化爐由煤鎖、爐體和灰鎖三部分組成（見圖1）。爐體設在加壓氣化爐的中部，爐體內裝有爐篦，它的主要作用是支撐爐內燃料層，均勻地將氣化劑分布到加壓氣化爐橫截面上，維持爐內料層的移動，將氣化后的灰渣破碎并排除，所以爐篦是保證加壓氣化爐正常連續生產的重要裝置。

圖1 加壓氣化爐結構簡圖

爐篦分為5層，從下到上逐層疊合固定在底座上，如圖2。爐篦底層的下面設有3個刮灰刀安裝口，刮灰刀的安裝數量由氣化原料煤的灰分含量來決定，灰分含量較少時可安裝1～2把刮刀，灰分含量較高時安裝3把刮刀。支撐爐篦的止推軸承體上開有兩個注油孔，由外部高壓注油泵通過油管注入止推軸承面進行潤滑。爐篦的傳動采用電動或液壓（采用變頻調速電動機和減速機）進行驅動，具有調速方便、工作平穩等優點。

爐篦由62種零件（其中鑄件23種）重疊組裝成金字塔式的大型錐體，最大直徑約3400mm（圖2），其受熱溫度約1000℃，由此可見其工作環境的惡劣和結構之繁雜，有較高的技術難度。構成爐篦的鑄件的質量是爐篦能否順利工作的保證。組成爐篦的各鑄件見表1。

煤化工設備是太原重工的主要產品之一。為了使該產品國產化，生產出更符合我國實際情況的加壓氣化爐，太原重工集中了設計、工藝和制造的技術人員組成了我們，進行認真分析、廣泛的調研、多次的試驗，克服了重重困難，攻克了各個難關，歷經一年多的奮戰，生產出爐篦上用的鑄件，并加工組裝成功，最終生產出符合我國國情的加壓氣化爐整機，其各項技術指標達到設計要求，并在一部分廠礦生產中應用，效果良好，鑄件的各項檢測指標見測試報告（報告從略）。爐篦的鑄件明細見表1。

圖2 爐篦

1 試制生產過程

1.1 產品分析

我們對組成爐篦的23種鑄件逐一進行了分析，明確了關鍵點。

表1 爐篦鑄件明細

1）爐篦的工作環境

爐篦上的各鑄件工作環境為與高溫的爐灰直接接觸，由于使用時可能受較大的溫度波動，所以應有足夠的耐熱、耐磨和耐疲勞強度。

2）材質及熔煉

爐篦由56個鑄件組成，其材質為耐熱鋼，最高受熱溫度為1000℃，國外的此種耐熱鋼牌號為G-X22CrMoV121、G-X25CrNiSi20-14、G-S35Cr－MoV104、 G-X165CrMoV12、G-S17CrMo55 等，其化學成分及力學性能見表2、表3。我國和其成分相近的鋼號也有，但我廠生產較少，對材料的性能及鑄造工藝性了解不多。

特別是G-X22CrMoV121是一個關鍵，原材料G-X22CrMoV121的成分給的范圍很窄，據有關文獻介紹，熱處理有特殊要求，而且補焊性能很差，因此對鋼水的要求是要確保成分正確，其中碳元素給出的含量范圍很窄，該元素對性能影響很大，必須進行試驗。特別是要保證鋼水的清潔度，評價耐熱鋼冶金質量的指標之一是鋼中夾雜的數量、類型和分布狀況，這是非常重要的。而且要嚴格控制出鋼及澆注溫度，否則達不到力學性能的要求。所以嚴格控制G-X22CrMoV121其鋼水質量，保證清潔度和控制成分是一個關鍵。

3）鑄件結構

爐篦上有23種共計56件鑄件，其優勢壁厚大都在35mm～45mm之間，屬薄壁件。薄壁件生產中的問題是變形和裂紋，特別是轉角處的裂紋傾向更大。如何防止變形和裂紋是工藝上的關心問題。在這些鑄件中內環段更是一個關鍵鑄件，一是它的材料是G-X22CrMoV121，二是外形及內腔復雜，如圖3。鑄件加工后三件組裝成一個約φ3100mm的圈，如圖2，必須保證其各部尺寸和外形的正確，否則影響加工及裝配。裂紋的傾向嚴重，防裂紋和變形是鑄造的難點。

圖3 內環圖

4）熱處理

根據零件的服役狀況，組成爐篦的各個鑄件選用不同成分的耐熱鋼，其化學成分及力學性能見表2、表3。G-X22CrMoV121的熱處理及焊補是十分困難的，對成分和溫度非常敏感。

表2 爐篦鑄件化學成分（質量分數，%）

表3 材料的力學性能

G-X22CrMoV121耐熱鋼鑄件應按其要求制定正確的熱處理工藝，保證其力學性能，防止裂紋和變形，這是很重要的。一些國家不再選用此材質，但是該材質高溫強度高、抗蠕度性能好、產品壽命長，所以美、蘇、德等工業技術先進國家仍在繼續選用。

從上述分析不難看出對爐篦上的各個主要鑄件（特別是內環段）要達到標準有很大的難度。

1.2 爐篦的生產特點

1）生產中的幾個重要環節根據上述分析，就爐篦的生產注意以下幾點：①煉鋼必須認真采取技術措施，提供符合標準的優質鋼水。

②鑄造工藝上必須制定穩妥的方案，杜絕裂紋、變形，尺寸形狀應準確，保證生產出符合質量要求及方便裝備的鑄件。

③制定比較完善的熱處理工藝。

④加工中應采取措施，必須保證各部尺寸和幾何形狀，使得組裝順利。

2）生產爐篦的主要設備

①熔煉澆注設備：0.75 t及1 t的中頻電爐，1.5 t漏包。

②造型設備：用樹脂礦生產線（堿性自硬）。

③清理設備：落砂床、拋丸室、拋光砂輪機。

④熱處理設備：用帶有自動溫控的電加熱爐和有循環設備的淬火池。

⑤檢測設備：磁粉探傷、超聲探傷、快速測溫熱電偶。

⑥加工進行外協。

3）研究和生產過程

①精煉劑的研制

我公司的熔煉設備主要是中頻爐。從煉鋼的角度上講，中頻爐熔煉爐篦鑄件用鋼水是不行的：一是鋼水的清潔度達不到要求；二是很窄的化學成分不好控制。為此我們花了較長時間研究出了一種多元復合專用精煉劑，效果十分滿意，解決了鋼水的質量和控制化學成分的難題，保證了GX22CrMoV121內環段等鑄件的生產。

②鑄造生產

對23種鑄件我們都認真編制工藝，進行多次修改獲得成功，其中內環段的工藝較為復雜，造型有3層芯子共22塊。

在木模制作方面，我們主要采用了模框定位保證了尺寸精度。

在鑄造上特別應指出的是，設計了專門的防裂芯骨和特制樣板，保證了內環段的質量。

4）鑄件的熱處理

G-X22CrMoV121屬馬氏體型耐熱鋼，熱處理對鑄件性能影響很大，因此要特別注意兩點：一是防變形，二是達到要求力學性能。我們制定了熱處理工藝和裝爐防變形措施，其熱處理工藝如圖4。

圖3 內環段熱處理工藝曲線

除了正確的工藝外，專用墊鐵的設計使用也是保證力學性能和不變形的一個關鍵。

鑄件經檢驗，表面質量、粗糙度達到Ra15 μm～Ra25 μum，精度達到 CT11～12，尺寸符合圖紙要求，探傷檢查合格。

2 技術指標對比

公司生產的全部爐篦鑄件進行了嚴格的檢驗，檢驗結果如表4。

表4 鑄件檢驗結果

3 存在的問題及改進措施

3.1 存在的問題

組成爐篦的鑄件大部分為薄壁件，在生產中變形時有發生，影響加工，需要矯正，從而增加了費用。

國外產品一般的使用壽命為2 d～3 d，我廠生產的爐篦據用戶反饋和我們的跟蹤服務，最長的用戶已安全運轉了半年，使用壽命尚待驗證。

3.2 改進措施

1）完善鑄造工藝，加強生產管理，防止鑄件變形，達到圖紙要求。

2）在用材方面，特別是鑄件的材質上進一步國產化，向國際靠攏。

3）根據用戶反饋信息進一步改進整體質量，在最短的時間內達到國際先進水平，每臺設備正常連續運行兩年的目標。我們設想將這種設備在全國各大煤礦推廣。

4 結束語

碎煤加壓氣化爐爐篦是加壓氣化爐的主要裝置，對爐篦上各鑄件的鑄造成功、加工裝配達到標準要求、用戶反應良好，將加快該裝置國產化的進程，為進一步推廣該產品創造了條件、奠定了基礎。下一步將進一步完善各項工藝，加強管理、提高質量，保證碎煤加壓氣化爐質量的穩定性！