ZG40CrNi2Mo大齒圈的分包熔煉及合澆技術

河南省大型鑄鍛件工程技術研究中心 （洛陽 471000） 魏子杰 杜 旋 田 豐 劉 琦

ZG40CrNi2Mo鋼是一種具有較高強度及韌性的合金鑄鋼材料，是我公司目前生產的大型水泥磨機、礦磨機、煤磨機等開式齒輪專用材料，其化學成分和力學性能如表1、表2所示。

表1 ZG40CrNi2Mo鋼化學成分（質量分數） （%）

表2 ZG40CrNi2Mo鋼力學性能

磨機運行工況惡劣，為確保ZG40CrNi2Mo大齒輪具有較高的力學性能，要求其具有好的冶金質量與合理的化學成分，因此需要對其熔煉和澆注等生產環節加以控制。

本文以φ7.9m×13.6m溢流型球磨機用φ11.72m大齒圈的生產為例，介紹了ZG40CrNi2Mo大齒圈的分包熔煉及合澆技術。

一、熔煉和澆注技術

1.生產難點

（1）生產φ11.72m大齒圈，需一次組織鋼液達345t，需采用4包分煉及合澆工藝。

（2）為確保最終的大齒圈鑄件具有合理的化學成分，需對每個分包鋼液的化學成分進行控制。

（3）為確保澆注成形，合澆前需對每個分包鋼液的澆注溫度及澆注順序加以控制。

（4）為確保獲得好的冶金質量，需降低鋼液中的非金屬夾雜物和氣體含量，最大限度地提高鋼液純凈度，因此需采用VD真空脫氣對鋼液進行處理。

2.工藝路線

EBT電弧爐的（分包）初煉→LF爐的（分包）精煉→VD真空脫氣的（分包）處理及保溫→多包合澆。

3.熔煉控制

（1）爐料控制 ①爐料選用優質廢鋼、料頭，少用生鐵，殘留元素滿足工藝要求。②為保證鋼液脫磷效果，底灰加入量為該爐爐料重量的5%～6%。

（2）EBT電弧爐初煉控制要點 ①快速升溫熔化，造渣，脫碳，去磷，去除氣體和夾雜物，避免過氧化。確保初煉鋼液出鋼時的化學成分滿足表3要求。②初煉出鋼溫度1650～1680℃，采用留鋼、留渣操作，嚴禁氧化渣進入精煉包內。③出鋼時，隨流每噸鋼液加入鋁塊0.5kg、硅鋁鋇鈣粉2kg，進行預脫氧，然后加入硅鐵、錳鐵、鉻鐵合金化，為LF爐精煉工序提供良好的條件。

表3 ZG40CrNi2Mo鋼初煉化學成分（質量分數） （%）

（3）LF爐精煉控制要點 ①快速升溫，造還原渣，保持爐內還原氣氛，控制好爐渣的堿度、厚度，使爐渣具有較好的流動性，充分脫氧、脫硫。②按工藝要求添加合金。③精煉過程中，適時補加炭粉、硅鋁鈣鋇粉等進行脫氧，然后測溫、取樣全分析。④根據取樣分析結果，調整合金成分，同時適時補加適量的渣料和脫氧劑，最后一批合金或渣料加入完畢后，使白渣保持20min以上，待成分均勻后，測溫、取樣全分析。化學成分應滿足表4要求且鋼液溫度達到1660～1670℃后，方可轉入VD脫氣工序進行真空脫氣處理。⑤精煉過程控制好LF爐精煉時間，為保證鋼液脫氧效果，減少鋼液中夾雜物，提高鋼液純凈度，需分批加入炭粉和擴散脫氧劑，精煉時間不低于60min。

表4 ZG40CrNi2Mo各包精煉化學成分（質量分數） （%）

（4）VD真空脫氣處理要點 ①鋼包進入脫氣工位后，接通氬氣，測溫，根據溫降確定真空處理時間。②VD工位蓋上真空蓋后，開始抽真空，根據鋼液翻騰情況，調整氬氣流量，緩慢達到高真空。③以小于0.5Torr（1Torr＝133.322Pa）處理時間保持15min以上，總操作時間不大于40min為宜。④VD破真空后測溫，每包鋼液溫度滿足1550～1570℃時，方可起包引流，進入澆注工位。如溫度低于1550℃，則進入LF精煉爐返回加熱，提溫至1550～1560℃后再起包。⑤各包起包溫度為：第一包起包按照鋼液溫度上限控制，第四包起包按照鋼液溫度下限控制，第二、第三包按鋼液溫度中限控制。

4.合澆

（1）ZG40CrNi2Mo鋼的澆注溫度為1530～1550℃。

（2）現場澆注需協調好各個鋼包的起包順序，待各個鋼包有序到達各自指定工位后，開始合澆，按照“慢-快-慢”原則澆注，直至合澆完成。

二、實施效果

按前述工藝，實現了總鋼液量達345t大齒圈的順利澆注（澆注現場見圖1）。經后續檢測，齒圈各項指標均滿足技術要求，加工后的大齒圈實物如圖2所示。

圖1 大齒圈的澆注現場

圖2 加工后的大齒圈

三、結語

目前，我公司對ZG40CrNi2Mo鑄鋼件大齒圈均采用“EBT電弧爐（分包）初煉→LF爐外（分包）精煉→VD真空脫氣（分包）處理→合澆”工藝進行生產，一次組織鋼液量達340t的大齒圈成功澆注并安裝在巴西MMX公司φ7.9m×13.6m溢流型球磨機；一次組織鋼液量達344t的大齒圈成功使用在中國黃金集團φ10.37m×5.19m特大磨機，該技術為我公司生產大型礦用磨機用大齒圈奠定了良好的技術基礎支撐。