2011年第2期鑄造設備與工藝2011年4月FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGYApr.2011 No2.應用研究.加壓氣化爐爐篦鑄件的研發(fā)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)摘要:碎煤加壓氣化爐是- -種將煤直接轉化為氣的節(jié)能環(huán)保設備。其主要部件爐篦由23種56件鑄件組成,其大部分尺寸在30 mm~45 mm之間屬薄壁件。其成分亦屬易裂,鑄件生產難度很大,尤其是內環(huán)段。通過對材料、鋼水、熱處理、機加工等各工序的研究控制,在以下關鍵點有了突破:1)采用了自制的精煉劑,使鋼水質量得到凈化,為保證鑄件的力學性能奠定了基礎;2)針對內環(huán)段結構復雜、配合點多且璧薄易裂,應用了?？蚬に嚭蛯Ｓ脵z驗工具,保證了產品質量。關鍵詞:鑄造工藝;內環(huán)段;鋼水精煉劑中圖分類號:TC24文獻標識碼:B文章編號: 1674 -694(2011)02- 0037-03加壓氣化爐是一種進行煤氣轉化的比較先進量較高時安裝3把刮刀。的節(jié)能裝置。山西省最早是山西化肥廠(天脊集團)支撐爐篦的止推軸承體上從國外引進的。開有兩個注油孔，由外部加壓氣化爐由煤鎖、爐體和灰鎖三部分組成高壓注油泵通過油管注入(見圖1)。爐體設在加壓氣化爐的中部,爐體內裝有止推軸承面進行潤滑。爐圖2爐篦爐篦,它的主要作用是支撐爐內燃料層，均勻地將篦的傳動采用電動或液壓氣化劑分布到加壓氣化爐橫截面上,維持爐內料層(采用變頻調速電動機和減速機)進行驅動,具有調的移動,將氣化后的灰渣破碎并排除,所以爐篦是速方便.工作平穩(wěn)等優(yōu)點。保證加壓氣化爐正常連續(xù)生產的重要裝置。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3 400 mm(圖2),其受熱溫度約1 000 C,由此可見其工作環(huán)境的煤閉鎖倉惡劣和結構之繁雜,有較高的技術難度。構成爐篦煤分配器驅動器的鑄件的質量是爐篦能否順利工作的保證。組成爐煤分配器洗滌冷卻器篦的各鑄件見表1。干燥區(qū)煤化工設備是太原重工的主要產品之一-。為了脫揮發(fā)分區(qū)-J 粗煤氣使該產品國產化,生產出更符合我國實際情況的加燃燒區(qū)壓氣化爐,太原重工集中了設計、工藝和制造的技爐篦驅動器水夾套術人員組成了我們,進行認真分析、廣泛的調研、多燕汽+氧氣-灰閉鎖倉次的試驗,克服了重重困難,攻克了各個難關,歷經- -年多的奮戰(zhàn),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圖1加壓氣化爐結構簡圖機,其各項技術指標達到設計要求,并在-部分廠爐篦分為5層,從下到上逐層疊合固定在底座礦生產中應用,效果良好,鑄件的各項檢測指標見上，如圖2。爐篦底層的下面設有3個刮灰刀安裝測試報告(報告從略)。爐篦的鑄件明細見表1?？?刮灰刀的安裝數量由氣化原料煤的灰分含量來1試制生產過程決定,灰分含量較少時可安裝1~2把刮刀,灰分含中國煤化工1.收稿日期:2011-03-070HCNMHG件逐-進行了分作者簡介:魯志武(1966-),男,工程師。析,明確了關鍵點。37●Apr.2011 No2鑄造設備與工藝2011年第2期表1爐篦鑄件明細格控制C-X22CrMoV121其鋼水質量,保證清潔度序號 名稱材質數量和控制成分是-一個關鍵。下支承板E4704.03G-X165CrMoV123)鑄件結構2上支承板.E4704.04爐篦上有23種共計56件鑄件,其優(yōu)勢壁厚大3齒輪環(huán)段E4704.05CS-17C-MoV511 .都在35 mm~45 mm之間,屬薄壁件。薄壁件生產中4下部支承環(huán)E4704.8C-X22C-MoV1215內破碎環(huán)段 E4704.09CS-35CrMoV104的問題是變形和裂紋，特別是轉角處的裂紋傾向更6蓋板F4704.10.00 GS-35CrMoV104大。如何防止變形和裂紋是工藝上的關心問題。在7爐篦蓋板E4704.12 G-X25CrNiSi20-14這些鑄件中內環(huán)段更是一個關鍵鑄件, -是它的材8上部支承環(huán) E4704.21G-X22CrMoV121料是G-X22CrMoV121,二是外形及內腔復雜,如圖9爐篦頂E4704.22G-X25CrNiSi20-143。鑄件加工后三件組裝成一一個約φ3 100 mm的環(huán)E4704.25GS-3SGrMoV1041[中間支承環(huán) E4704.27G-X22GrMoV121圈,如圖2,必須保證其各部尺寸和外形的正確,否| 12外支承環(huán)(上)「 E4704.32C-X165CrMoV12則影響加工及裝配。裂紋的傾向嚴重，防裂紋和變[ 13內支承環(huán)(上) E470433G-X165CMoV12形是鑄造的難點。14 外支承環(huán)(下E4704.3415內支承環(huán)(下「E4704.35，[ 16 左轉輸灰刀 E4704.43 C-X25CrNi5i20-1417刀夾耐磨件 E4704.4418右轉排灰刀 E4704.45 C-X25CrNiSi20-14[ 19右轉輸灰刀F4704.46 G-X25CrNiSi20-14圖3內環(huán)圖20左轉排灰刀 E4704.47 G-X25CrNiSi20-1421弧形板1E4704.554)熱處理22弧形板E4704.560根據零件的服役狀況,組成爐篦的各個鑄件選23內環(huán)段47011.000 G-X22CrMoV121用不同成分的耐熱鋼，其化學成分及力學性能見表24爐篦環(huán)段 E4704.01.00 C-X2SGrNiSi20-1442、表3。G-X22CrMoV121的熱處理及焊補是十分困25爐篦環(huán)段 E4704.02.00 G-X25CrNiSi20-14難的,對成分和溫度非常敏感。1)爐篦的工作環(huán)境表2爐篦鑄件化學成分(質量分數,%)爐篦上的各鑄件工作環(huán)境為與高溫的爐灰直材C-X22CrMoC-X25CrNiSiC-S35CrMo G -S17Cr- C-X165Cr-接接觸,由于使用時可能受較大的溫度波動,所以貢VI2120-14_V104MossMoV12C| 0.2-0.26 0.15-0.30 032-0.39 0.15-0.20 1.55-1.75應有足夠的耐熱、耐磨和耐疲勞強度。ln 0.5-0.8≤1.50.6-1.00.5-0.8 0.2-0.402)材質及熔煉si 0.1-0.41.0-250.3-0.50.3-0.6 0.25-0.40爐篦由56個鑄件組成，其材質為耐熱鋼，最Cr| 1.3-1219-212.2-2.71.0-1.5 11-12高受熱溫度為1 000 C,國外的此種耐熱鋼牌號為Ni 0.7-1.013-15G -X22CrMoV121、G -X25CrNiSi20 -14 G -S35Cr-Mo 1.0-1.20.3-0.5 0.45-0.55 0.5-0.7MoV104、G-X165CrMoV12、G- -SI7CrMo55等,其化v 0.25-0.350.1-0.5學成分及力學性能見表2、表3。我國和其成分相近w≤0.050.4-0.6的鋼號也有,但我廠生產較少,對材料的性能及鑄<0.03≤0.035≤0.025≤0.03<0.035造工藝性了解不多?！?.02特別是G-X22CrMoV121是-一個關鍵，原材料表3材料的力學性能G-X22CrMoV121的成分給的范圍很窄，據有關文C-G-獻介紹,熱處理有特殊要求,而且補焊性能很差,因x22Cr-| X25Cr-| S35Cr-|517CrMo55X165Cr-MoV121 NiSi20-14 MoV104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| ReCMPa ≥590 ≥230 ≥700 (315 )RmMPa 740-880 ≥400 900 -1050 490-640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A9% I中國煤化工- 220≥24分布狀況,這是非常重要的。而且要嚴格控制出鋼HBw |YHCNMHG及澆注溫度,否則達不到力學性能的要求。所以嚴≥608●2011年第2期魯志武,胡祥永,徐索峰:加壓氣化爐爐篦鑄件的研發(fā)飾造設備與工藝C-X22CrMoV121耐熱鋼鑄件應按其要求制定芯骨和特制樣板,保證了內環(huán)段的質量。正確的熱處理工藝,保證其力學性能,防止裂紋和4)鑄件的熱處理變形,這是很重要的。一些國家不再選用此材質,但C -X22CrMoV121屬馬氏體型耐熱鋼，熱處理是該材質高溫強度高抗蠕度性能好產品壽命長,對鑄件性能影響很大,因此要特別注意兩點:一是所以美、蘇德等工業(yè)技術先進國家仍在繼續(xù)選用。防變形,二是達到要求力學性能。我們制定了熱處從上述分析不難看出對爐篦上的各個主要鑄理工藝和裝爐防變形措施,其熱處理工藝如圖4。件(特別是內環(huán)段)要達到標準有很大的難度。1.2 爐篦的生產特點門連同底盤吊980 T1)生產中的幾個重要環(huán)節(jié)760~780C根據上述分析,就爐篦的生產注意以下幾點:680①煉鋼必須認真采取技術措施,提供符合標準≤5009s200C /f 6人爐6出500"的優(yōu)質鋼水。②鑄造工藝上必須制定穩(wěn)妥的方案,杜絕裂時間h圈3內環(huán)段熱處理工藝 曲線紋、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。除了正確的工藝外,專用墊鐵的設計使用也是③制定比較完善的熱處理工藝。保證力學性能和不變形的一個關鍵。④加工中應采取措施,必須保證各部尺寸和幾鑄件經檢驗,表面質量粗糙度達到Ral5 μm~何形狀,使得組裝順利。Ra25 μum,精度達到CT11-12,尺寸符合圖紙要求，2)生產爐篦的主要設備探傷檢查合格。①熔煉澆注設備:0.75t及1 t的中頻電爐,1.5t2技術指標對比漏包。②造型設備:用樹脂礦生產線(堿性自硬)。公司生產的全部爐篦鑄件進行了嚴格的檢驗,③清理設備:落砂床、拋丸室、拋光砂輪機。檢驗結果如表4。④熱處理設備:用帶有自動溫控的電加熱爐和表4鑄件檢驗結果有循環(huán)設備的淬火池。項目”合同要求實際檢查結果⑤檢測設備:磁粉探傷、超聲探傷快速測溫熱化學成分表達到要求電偶。力學性能表3⑥加工進行外協。表面粗糙度Ra125 um~Ra25 um達到Ra12.5 pm3)研究和生產過程尺寸公差CT13CT12①精煉劑的研制幾何形狀符合圖紙符合用紙要求我公司的熔煉設備主要是中頻爐。從煉鋼的角允許焊接部位|射線探傷無夾渣和裂紋運轉配合f 配合良好,安全運轉度上講，中頻爐熔煉爐篦鑄件用鋼水是不行的:產品壽命28-3a以正常運轉6個月,仍在服役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3存在的問題及改進措施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G-3.1存在的問題X22CrMoV121內環(huán)段等鑄件的生產。組成爐篦的鑄件大部分為薄壁件,在生產中變②鑄造生產形時有發(fā)生,影響加工，需要矯正,從而增加了費對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(huán)段的工藝較為復雜,造型國外產品一般的使用壽命為2d~3d,我廠生有3層芯子共22塊。產的中國煤化工宗服務,最長的用.在木模制作方面,我們主要采用了?？蚨ㄎ槐粢汛炞C。證了尺寸精度。3.2TYHCNMHG在鑄造上特別應指出的是，設計了專門的防裂(下轉第43頁)●39●2011年第2期康晉棵，王俊榮，楊群收,謝耀曾:高鉻白口鑄鐵與磨球(續(xù)前)鑄造設備與工藝供試驗材料的成分:C:3.03%、Gr:14.31%。陷引人冒口,故采用金屬型,高壓力頭補縮工藝,對①隨爐降溫退火。為了便于取樣化驗,停爐后于消除晶間縮松、細化晶粒是行之有效的。把試樣放人爐內,用鋼板蓋上爐口,第二天取出(如.9熱處理圖3)。HRC32~HRC35;通常情況下，高鉻鑄鐵鑄態(tài)下的金相組織是:奧氏體+馬氏體+碳化物+珠光體。為了充分發(fā)揮材質的硬度潛力和最佳耐磨性能,同時又使材質具有最大的韌性,就需要進行熱處理。通常奧氏體化溫度約為960 C~980 C,保溫2 h~4 h(視球徑大小而定)。如果加入0.3%~-1.0%的Cu,要破壞奧氏體的穩(wěn)定性須保溫6h上。圖3珠光體加碳化物回火處理可在兩個溫度區(qū)間內進行,在較低的②淬火970 C溫度范圍(200 C-300 C)進行回火,其目的是把在保溫2 h HRC63~HRC35(圖 4)淬火中得到的馬氏體進行回火,由此而減少斷裂和③鑄態(tài)HRC48-HRC52;對沖擊的敏感性。④鑄態(tài)沖擊韌性1.51 kg:m/cm2~1.77 kg. m/em2在高沖擊磨料磨損狀態(tài)下,如欲得到奧氏體組(金相組織如圖5)可惜的是,由于時間長久,有的試織，在化學成分控制的理想情況下,只有進行一次驗資料已丟失。為降低生產成本和采購方便,用我高溫時效處理,清除內應力，就可以滿足- -般的需們自己配制的高鉻鑄鐵變質劑,其效果也接近于此要。值。10 結束語實際應用及實驗說明,用高鉻鑄鐵材料生產磨球是適宜的,只要在生產過程中注意鑄造、熱處理工藝的實施，化學成分的選擇及控制金相組織,以及硬度與韌性的匹配，就可以發(fā)揮材質的效率、滿足使用的要求。圖4馬氏體加碳化物加圖5殘余奧氏體，參考文獻: .少量鑄態(tài)組織碳化物星段網狀[1] 吳德海.高鉻白口鑄鐵-- 優(yōu)異的抗磨材料[M].[出版地不鑒于高鉻鑄鐵本身具有糊狀凝固的特性,為使詳]: [出版者不詳],1983.凝固斷面的溫度變陡,使固液兩相共存溫度區(qū)間變(續(xù)完)窄,實現順序逐層凝固,以把磨球心部縮孔、縮松缺(上接第39頁)1)完善鑄造工藝，加強生產管理,防止鑄件變4結束語形,達到圖紙要求。碎煤加壓氣化爐爐篦是加壓氣化爐的主要裝2)在用材方面,特別是鑄件的材質上進- - 步國置,對爐篦上各鑄件的鑄造成功、加工裝配達到標產化,向國際靠攏。準要求、用戶反應良好,將加快該裝置國產化的進3)根據用戶反饋信息進-一步改進整體質量,在程,中國煤化工:件、奠定了基礎。最短的時間內達到國際先進水平,每臺設備正常連下一FI強管理、提高質續(xù)運行兩年的目標。我們設想將這種設備在全國各CNMH Ga性I量,保畔加u心ruy便重的你大煤礦推廣?！?3.