耐热铸铁渣灌生产工艺分析范文

摘要：介绍了大型渣罐铸件的结构及采用铸钢材料制造时出现的问题，详细阐述了耐热铸铁渣罐的生产工艺：（1）3箱造型，渣灌口朝下，4个支撑脚朝上；（2）采用22t拔塞式定量浇口杯，半封闭、侧底注式浇注系统；（3）在渣灌4个支撑脚各放置尺寸为160mm×160mm的方形冒口；（4）采用Q10生铁、球墨铸铁回炉料和优质打包废钢；（5）采用RE-Ca-Ba孕育剂和高Ca-Ba孕育剂进行孕育处理。对其各项指标的检验结果以及客户使用验证的结果表明：采用该成分生产的耐热铸铁渣灌不仅具有良好的力学性能和组织，还具有导热性好、抗高温抗氧化性强和耐热疲劳好的特点，使用寿命大大优于铸钢渣罐。

关键词：耐热铸铁；渣灌；化学成分；使用寿命

钢厂所用大型渣罐铸件质量为19500kg，外径为3380mm，高度为2550mm，灌身主要壁厚为100~105mm，铸件结构如图1所示，采用铸钢整体铸造而成。由于钢渣的温度一般在920~1340℃，在使用中渣罐氧化严重，特别是渣罐底部因钢渣反复的急冷急热，渣罐内壁就会出现龟裂；当裂纹较多、较深时，因钢渣粘附渣罐，使渣罐倒不完渣，导致渣罐失效报废。针对渣灌使用工况条件，笔者公司经过研究，决定采用耐热铸铁生产大型渣灌，耐热铸铁导热率是45~53W/m•K，而铸钢的导热率是25W/m•K，可见，耐热铸铁的导热率为铸钢的导热率的2倍。笔者从化学成分的设定、铸造工艺方案的制定、熔炼工艺方案的制定和试棒的检验结果及客户使用验证等方面，介绍大型耐热铸铁渣灌的研制过程。

1化学成分的确定

1.1C

C在基体组织中以片状晶体石墨存在，石墨的导热率是60W/m•K，而钢材的导热率是25W/m•K，由此可见，提高w（C）量，可以增加石墨数量，有利于提高罐身的导热率，使罐身在急冷急热过程中温度差减少。

1.2Si

Si有促进石墨化的作用，FeSi加入铁液中，有强烈的孕育作用。因为罐身含有合金元素Cr、Mo的碳化物，加入FeSi可以强化孕育，有利于减少Cr、Mo的碳化物，使Cr、Mo尽量多的溶入基体组织中，而且Si在铁液中具有抗氧化性。

1.3Cr、Mo

Cr可以提高基体组织的电极电位，使铸铁提高耐腐蚀性；而更为重要的是，Cr形成的Cr2O3，是致密的钝化膜，这层钝化膜均匀地包覆在铸件的表面，阻止了O原子向铸铁内部的渗入，使罐身在高温下具有很强的抗氧化性。Mo的作用和Cr类似，但Mo形成的Mo2O3钝化膜比Cr2O3钝化膜更牢固，高温抗氧化性更强，而且Mo2O3钝化膜能耐含S离子、Cl离子气体或液体的腐蚀。

1.4P

P在铸铁中容易形成低熔点的三元磷共晶，降低耐热铸铁的热强性，是需要严格控制的有害元素。

1.5微量RE元素

RE的化学性质极为活泼，可以和一些有害元素形成化合物，降低或消除有害元素的影响，使耐热铸铁有更好的使用寿命。

1.6S

首先，硫化物可以作为石墨晶核，其次，S增加C原子的选择性吸附，使石墨成片状，而片状石墨有更好的导热性，但w（S）量过高会增加脆性，所以将w（S）量控制在0.08%~0.10%。综上分析，渣灌的化学成分设计为：w（C）3.4%~3.6%，w（Si）2.2%~2.3%，w（Mn）0.80%~1.0%，w（Cr）0.7%~0.8%，w（Mo）0.35%~0.50%，w（P）＜0.03%，w（S）0.08%~0.10%，w（RE）0.02%~0.03%。

2铸件的生产工艺

2.1铸造工艺方案的制定

采用实样模具，3箱造型，渣灌口朝下，4个支撑脚朝上，耳轴材料牌号为S355J2G3，预制砂芯后，落砂时预埋在砂型内。浇注时，采用22t拔塞式定量浇口杯，半封闭、侧底注式浇注系统[1-5]，为了保证快速充型，设定充型时间为90~110s。因此，直浇道选用φ130mm的陶瓷管，横浇道为半圆形，尺寸为80/100mm×160mm，内浇道尺寸为60mm×12mm，共16个均布，在渣灌4个支撑脚各放置尺寸为160mm×160mm的方形冒口，铸造工艺如图2所示。

2.2熔炼工艺方案的制定

2.2.1原材料采用Q10生铁，化学成分为：w（C）4.43%，w（Si）1.07%，w（Mn）0.15%，w（P）0.025%，w（S）0.020%；回炉料为笔者公司球墨铸铁冒口及废品等，化学成分为：w（C）3.65%，w（Si）2.35%，w（Mn）0.31%，w（P）0.020%，w（S）0.015%；优质打包废钢，化学成分为：w（C）0.10%，w（Si）0.20%，w（Mn）0.50%，w（P）0.030%，w（S）0.020%；铁合金为75SiFe、Cr-Fe，Mo-Fe、Mn-Fe、FeS；孕育剂为RE-Ca-Ba孕育剂[w（RE）3.5%~4.5%]和高Ca-Ba孕育剂；固定C为99%的增碳剂。

2.2.2熔炼设备及过程控制采用30t中频熔炼炉熔炼铁液，炉料配比为10%~20%生铁+40%~50%球墨铸铁回炉料+30%~50%优质打包废钢+增碳剂，同时在熔化过程加入所需的铁合金。采用光谱分析仪检测原铁液化学成分，并符合以下要求：w（C）3.4%~3.6%，w（Si）1.80%~1.95%，w（Mn）0.80%~1.0%，w（Cr）0.7%~0.8%，w（Mo）0.35%~0.50%，w（P）＜0.03%，w（S）0.08%~0.10%。在铁液温度为1450~1460℃时用25t浇包出铁，并进行孕育处理[6-9]。出铁量达到总量的1/2时，先加入0.4%的RE-Ca-Ba孕育剂，再加入0.2%的高Ca-Ba孕育剂进行孕育处理，同时，在浇口杯内放置0.1%的高Ca-Ba孕育剂。在扒渣时，使用高效除渣剂将铁液表面的渣子清除干净。

3铸件试棒检验及结果

3.1试棒检验

参照GB/T9439-2010《灰铸铁件》的要求，在铸件渣灌口外侧放置φ50mm的附铸试棒，开箱后对附铸试棒进行化学成分、金相组织和力学性能的检验。采用高频红外C-S分析仪和722N可见光光度计检验化学成分；用φ10mm×15mm试样和XJG-05大型显微镜观察组织；在WA-600KE型电液式万能试验机上检验力学性能；采用锤击布氏硬度计检测6处本体硬度。

3.2检验结果

#1渣灌的化学成分为：w（C）3.52%，w（Si）2.26%，w（Mn）0.96%，w（Cr）0.81%，w（Mo）0.39%，w（P）0.026%，w（S）0.094%，w（RE）0.024%。#1渣灌的金相组织为：石墨形态以A+C型石墨为主（如图3所示），腐蚀后的基体组织为85%珠光体+14%铁素体+1%碳化物，如图4所示。#1渣灌的力学性能为：抗拉强度168MPa，硬度219HB，本体平均硬度206HB。采用上述工艺方案，又生产3件渣灌，小批量生产渣灌附铸试棒的检验结果如表1所示，客户使用18个月后反馈其使用寿命明显优于采用铸钢生产的渣灌。

4结论

（1）采用上述化学成分生产的渣灌，其性能指标等同于灰铸铁牌号HT225的要求。（2）通过多次孕育、强化孕育处理，即使在高CE和高w（Cr）量时，也能确保渣灌具有好的强度，而且具有较少的碳化物。（3）加入Cr和Mo分别形成Cr2O3和Mo2O3。Cr2O3和Mo2O3都是致密的钝化膜，这层钝化膜均匀的包覆在铸件的表面，阻止了O原子向铸铁内部的渗入，使罐身在高温下有了很强的抗氧化性，从而延长渣灌的使用寿命。（4）采用耐热铸铁制造的渣灌，具有导热性好、抗高温抗氧化性强和耐热疲劳好的特点，使用寿命大大优于采用铸钢渣罐。

参考文献

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作者：柯志敏 单位：广东中天创展球铁有限公司