燒結臺車高鉻篦條的工藝優化

劉洪峰

（甘肅酒鋼集團西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

燒結臺車高鉻篦條的工藝優化

劉洪峰

（甘肅酒鋼集團西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

燒結臺車篦條采用潮模砂生產工藝，通過計算機模擬優化澆注系統，消除篦條縮孔縮松缺陷；采用復合合金化和稀土合金變質處理，細化篦條金相組織，改善碳化物分布，大幅度提高燒結臺車篦條的使用壽命。

潮模砂;篦條;計算機模擬;變質處理

燒結臺車高鉻篦條是燒結機消耗量最大的備件，根據燒結機臺車的大小分兩排或三排安裝在臺車梁上的耐磨套上，與臺車欄板構成凹型儲料工作空間，礦料均勻在其間進行高溫燒結，在運行過程中，篦條與燒結礦粒直接接觸，處于高溫-常溫交替工作環境中，最高溫度900℃左右，長期經受冷熱循環沖擊，經受負壓高溫爐氣的氧化侵蝕，表面不斷侵蝕導致篦條變薄，發生扭曲變形或斷裂而失效。圖1和圖2為失效前后篦條照片，從圖中可以看出，如果篦條存在縮孔、縮松鑄造缺陷，極易斷裂，壽命大幅降低。將前期生產的篦條從中部敲斷，斷面為圖3所示，中心部位存在縮孔、縮松缺陷，此種缺陷嚴重影響其使用壽命。此外篦條的力學性能和耐熱性也是影響使用壽面的重要因素，之前燒結臺車篦條的使用壽命不到1年。

圖1 失效后的篦條

圖2 未使用的篦條

圖3 失效篦條斷面圖

本文從篦條的鑄造工藝、熔煉工藝和后處理工藝三個方面對篦條的生產工藝進行優化，對篦條的缺陷和力學性能進行改善，取得了較好的使用效果和經濟效益。

1 篦條鑄造工藝的優化

1.1 鑄造工藝改進

原工藝方案為：一箱2件，上箱吃砂量75mm，下箱60mm，側面吃砂量35mm，采用模板造型，分型面敷撒石英粉，采用封閉式澆口。

采用華鑄CAE軟件對原工藝方案中的參數予以優化。圖4為原工藝方案的溫度場和縮孔預測圖。圖5為優化后的工藝方案。

圖4 原工藝方案

圖5 優化工藝方案

2 篦條的熔煉工藝優化

原篦條控制成分為Cr18，本文作者采用Cr26。

采用500kg中頻爐熔煉，爐料配比為Z18生鐵40%，廢鋼14%，低碳鉻鐵46%，溫度升至1630℃左右時，加入1%鎳，待充分熔解后取樣調整硅、錳等化學元素至控制范圍內準備出爐。澆包采用堤壩式，用煤氣烘烤至300℃，在鐵水沖入的對面一側包底加入0.15%～0.2%稀土鎂硅鐵合金，鐵水迅速倒入澆包，待反應結束使用聚渣劑扒除浮渣，取樣、澆注。

3 工藝優化效果及分析

鑄造缺陷分析：高鉻合金鑄鐵線收縮較大，實測達到1.5%～2.0%，原工藝如圖4所示，鑄件內部質量不穩定，斷口存在不同程度的縮孔、縮松鑄造缺陷。原因為；原工藝的澆注系統為同時凝固工藝，因澆注過程中鐵水進入型腔內溫度不均勻，不能形成有效的補縮通道，在較大面積和熱節位置出現縮孔、縮松缺陷。針對以上不足，作者采用最新的鑄造工藝優化軟件華鑄CAE對篦條的澆注系統和凝固方式進行了優化，圖5為優化后工藝，通過圖4和圖5的對比可以看出，將內澆口由原來的兩個改為一個，強化了順序凝固，同時將澆口冒口的尺寸加大，加強了液態補縮效果。通過計算機模擬和實際生產顯示，顯著改善了篦條的內部質量。圖3中縮孔、縮松基本消除。

圖6為改進后Cr26篦條金相照片。Cr26主要組織為回火馬氏體+M7C3型共晶碳化物+M23C6型二次碳化物+殘余奧氏體[1]。

圖6 Cr26篦條金相照片

本文在改進化學成分的同時采用了復合合金化，即為同時加入了鉻和鎳和與合金元素相適應的其他元素的含量。此外為了改善金相組織，采用稀土鎂硅鐵合金進行變質處理。

鉻：鉻是基礎元素，它延長等溫轉變的孕育期，使冷卻轉變線右移，當提高鉻含量時，有可能獲得全奧氏體組織，鉻在高鉻鑄鐵中的分布主要是固溶在奧氏體和富集在鉻的碳化物中，少量分布在其他類型的碳化物和夾雜物中，由于鉻含量較高，形成一層致密的復雜結構的氧化膜，主要為Cr2O3,還有類似尖晶石結構的FeCr2O4相，在氧化膜中降低了FeO相的量，相對減少了Fe通過FeO相擴散，隨著鉻含量的增加，抗氧化性不斷增強，有資料表明，在其他化學成分不變情況下，在700℃，保溫480h后，Cr15的氧化速率是Cr25的2.6倍，實踐證明，鉻的含量越高，其耐熱性、耐磨性越好，但含量過高時，一方面脆性增加，材質熔煉困難，另一方面鑄造性能惡化，鉻含量控制在25%～27%[2]。

碳：碳含量的提高，增加了組織中的碳化物數量，碳化物是高鉻鑄鐵的主要耐磨相，因而提高了高鉻鑄鐵的硬度，同時碳的另一作用是強烈強化金屬基體。因此選用較高的含碳量，對高鉻鑄-的耐磨性非常有利，但含量過高，鑄件的脆性增加，為保證高鉻鑄鐵具有良好的沖擊韌性，又保證足夠的硬度，我們選用碳含量在1.6%～2.2%范圍。

硅：在高鉻鑄鐵中，硅主要固溶于基體中，在共晶碳化物周邊濃度有所富集，造成鉻的濃度降低，易于形成硬而脆的馬氏體伴隨微觀裂紋，并沿界面擴展，是材料微觀剝落的促成因素，但硅的提高可明顯改善鑄件的抗氧化性，增加合金流動性，改善鑄造性能，綜合考慮，硅的含量取0.8%～1.2%為宜。

錳：錳具有擴大奧氏體相區，降低馬氏體開始轉變溫度，有資料顯示，錳對高鉻合金抗氧化性能會產生不利的影響，但在熔煉過程中，錳可起脫氧作用，因此，錳的含量一般取0.7%～1.0%。

硫、磷：在高鉻鑄鐵中，硫磷都易形成金屬化合物而成為夾雜物，嚴重降低其沖擊韌性，因此，含量越低越好，P≤0.03%,S≤0.03%。

鎳：鎳固溶于金屬基體，主要提高基體的耐熱、耐蝕性，同時提高鑄件的淬透性，加入量0.8%～1.2%。

稀土鎂硅鐵合金：通過加入0.15%～0.3%的稀土鎂硅鐵合金，一方面能夠細化晶粒，促使碳化物呈斷續網狀分布，進一步強化了基體，另一方面稀土鎂硅鐵合金強烈的脫氧、脫硫作用，能夠降低氧、硫在鐵液中的含量，從而減少氧、硫夾渣的危害性。

對改進后的篦條做整個生命周期實驗，原Cr18篦條使用壽命在5～9個月，改進后Cr26篦條的使用壽命在24～48個月。

4 結論

1）改進的鑄造工藝消除了篦條縮孔、縮松鑄造缺陷，減少了斷裂失效的風險；

2）將原成分Cr18改為Cr26,提高了篦條綜合性能；

3）采用復合合金化和稀土鎂硅鐵合金變質處理，細化了晶粒，改善碳化物分布，提高了使用壽命。

[1]李衛，樸東學.濕礦沖擊磨損條件下中高鉻鑄鐵的抗磨性[J].礦山機械，1995（3）：33-36.

[2]黃世平，李衛，李盛峰，等.火電廠高鉻鑄鐵灰渣泵過流件的研制與應用[J].現代鑄鐵，2002（2）：22-24.

[3]陳璟琚，余自甦，許光奎，等.合金高鉻鑄鐵及其應用[J].冶金工業出版社，1999.

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