加壓氣化爐爐篦鑄件的研發(fā)

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(chǎn)難度很大,尤其是內環(huán)段。通過(guò)對材料、鋼水、熱處理、機加工等各工序的研究控制,在以下關(guān)鍵點(diǎn)有了突破:1)采用了自制的精煉劑,使鋼水質(zhì)量得到凈化,為保證鑄件的力學(xué)性能奠定了基礎;2)針對內環(huán)段結構復雜、配合點(diǎn)多且璧薄易裂,應用了?？蚬に嚭蛯?zhuān)用檢驗工具,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。關(guān)鍵詞:鑄造工藝;內環(huán)段;鋼水精煉劑中圖分類(lèi)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(jìn)行煤氣轉化的比較先進(jìn)量較高時(shí)安裝3把刮刀。的節能裝置。山西省最早是山西化肥廠(chǎng)(天脊集團)支撐爐篦的止推軸承體上從國外引進(jìn)的。開(kāi)有兩個(gè)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(guò)油管注入(見(jiàn)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(jìn)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(dòng)采用電動(dòng)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(dòng)機和減速機)進(jìn)行驅動(dòng),具有調的移動(dòng),將氣化后的灰渣破碎并排除,所以爐篦是速方便.工作平穩等優(yōu)點(diǎn)。保證加壓氣化爐正常連續生產(chǎn)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(jiàn)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(shù)難度。構成爐篦煤分配器驅動(dòng)器的鑄件的質(zhì)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(jiàn)表1。干燥區煤化工設備是太原重工的主要產(chǎn)品之一-。為了脫揮發(fā)分區-J 粗煤氣使該產(chǎn)品國產(chǎn)化,生產(chǎn)出更符合我國實(shí)際情況的加燃燒區壓氣化爐,太原重工集中了設計、工藝和制造的技爐篦驅動(dòng)器水夾套術(shù)人員組成了我們,進(jìn)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(gè)難關(guān),歷經(jīng)- -年多的奮戰,生產(chǎn)出爐篦上用的鑄件,并加工組裝成功,最終生產(chǎn)出符合我國國情的加壓氣化爐整圖1加壓氣化爐結構簡(jiǎn)圖機,其各項技術(shù)指標達到設計要求,并在-部分廠(chǎng)爐篦分為5層,從下到上逐層疊合固定在底座礦生產(chǎn)中應用,效果良好,鑄件的各項檢測指標見(jiàn)上，如圖2。爐篦底層的下面設有3個(gè)刮灰刀安裝測試報告(報告從略)。爐篦的鑄件明細見(jiàn)表1?？?刮灰刀的安裝數量由氣化原料煤的灰分含量來(lái)1試制生產(chǎn)過(guò)程決定,灰分含量較少時(shí)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(jìn)行了分作者簡(jiǎn)介:魯志武(1966-),男,工程師。析,明確了關(guān)鍵點(diǎn)。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(zhì)量,保證清潔度序號 名稱(chēng)材質(zhì)數量和控制成分是-一個(gè)關(guān)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(chǎn)中4下部支承環(huán)E4704.8C-X22C-MoV1215內破碎環(huán)段 E4704.09CS-35CrMoV104的問(wèn)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(guān)心問(wèn)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(gè)關(guān)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(gè)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(diǎn)。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(gè)鑄件選23內環(huán)段47011.000 G-X22CrMoV121用不同成分的耐熱鋼，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)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(xué)成分(質(zhì)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(shí)可能受較大的溫度波動(dòng),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(zhì)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(gè)鑄件組成，其材質(zhì)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(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)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(chǎng)生產(chǎn)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(gè)關(guān)鍵，原材料表3材料的力學(xué)性能G-X22CrMoV121的成分給的范圍很窄，據有關(guān)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(jìn)行試驗。特別是要保證鋼水的清潔度,評價(jià)耐熱鋼冶金質(zhì)量的指標之一是鋼中夾 雜的數量類(lèi)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(xué)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(zhì)量。正確的熱處理工藝,保證其力學(xué)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(zhì),但C -X22CrMoV121屬馬氏體型耐熱鋼，熱處理是該材質(zhì)高溫強度高抗蠕度性能好產(chǎn)品壽命長(cháng),對鑄件性能影響很大,因此要特別注意兩點(diǎn):一是所以美、蘇德等工業(yè)技術(shù)先進(jìn)國家仍在繼續選用。防變形,二是達到要求力學(xué)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(gè)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(chǎn)特點(diǎn)門(mén)連同底盤(pán)吊980 T1)生產(chǎn)中的幾個(gè)重要環(huán)節760~780C根據上述分析,就爐篦的生產(chǎn)注意以下幾點(diǎn):680①煉鋼必須認真采取技術(shù)措施,提供符合標準≤5009s200C /f 6人爐6出500"的優(yōu)質(zhì)鋼水。②鑄造工藝上必須制定穩妥的方案,杜絕裂時(shí)間h圈3內環(huán)段熱處理工藝 曲線(xiàn)紋、變形,尺寸形狀應準確,保證生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求及方便裝備的鑄件。除了正確的工藝外,專(zhuān)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(xué)性能和不變形的一個(gè)關(guān)鍵。④加工中應采取措施,必須保證各部尺寸和幾鑄件經(jīng)檢驗,表面質(zhì)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(chǎn)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(shù)指標對比漏包。②造型設備:用樹(shù)脂礦生產(chǎn)線(xiàn)(堿性自硬)。公司生產(chǎn)的全部爐篦鑄件進(jìn)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(dòng)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(shí)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(xué)成分表達到要求電偶。力學(xué)性能表3⑥加工進(jìn)行外協(xié)。表面粗糙度Ra125 um~Ra25 um達到Ra12.5 pm3)研究和生產(chǎn)過(guò)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(xiàn)探傷無(wú)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(chǎn)品壽命28-3a以正常運轉6個(gè)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(xué)成分不好控制。為此我們花了較長(cháng)時(shí)間研究出了3存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施一種多元復合專(zhuān)用精煉劑,效果十分滿(mǎn)意,解決了鋼水的質(zhì)量和控制化學(xué)成分的難題，保證了G-3.1存在的問(wèn)題X22CrMoV121內環(huán)段等鑄件的生產(chǎn)。組成爐篦的鑄件大部分為薄壁件,在生產(chǎn)中變②鑄造生產(chǎn)形時(shí)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(jìn)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(chǎn)品一般的使用壽命為2d~3d,我廠(chǎng)生有3層芯子共22塊。產(chǎn)的中國煤化工宗服務(wù),最長(cháng)的用.在木模制作方面,我們主要采用了?？蚨ㄎ槐?hù)已待驗證。證了尺寸精度。3.2TYHCNMHG在鑄造上特別應指出的是，設計了專(zhuān)門(mén)的防裂(下轉第43頁(yè))●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(zhì)的硬度潛力和最佳耐磨性能,同時(shí)又使材質(zhì)具有最大的韌性,就需要進(jìn)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,要破壞奧氏體的穩定性須保溫6h上。圖3珠光體加碳化物回火處理可在兩個(gè)溫度區間內進(jìn)行,在較低的②淬火970 C溫度范圍(200 C-300 C)進(jìn)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(jìn)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(shí)間長(cháng)久,有的試織，在化學(xué)成分控制的理想情況下,只有進(jìn)行一次驗資料已丟失。為降低生產(chǎn)成本和采購方便,用我高溫時(shí)效處理,清除內應力，就可以滿(mǎn)足- -般的需們自己配制的高鉻鑄鐵變質(zhì)劑,其效果也接近于此要。值。10 結束語(yǔ)實(shí)際應用及實(shí)驗說(shuō)明,用高鉻鑄鐵材料生產(chǎn)磨球是適宜的,只要在生產(chǎn)過(guò)程中注意鑄造、熱處理工藝的實(shí)施，化學(xué)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(zhì)的效率、滿(mǎn)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(wǎng)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間變(續完)窄,實(shí)現順序逐層凝固,以把磨球心部縮孔、縮松缺(上接第39頁(yè))1)完善鑄造工藝，加強生產(chǎn)管理,防止鑄件變4結束語(yǔ)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(zhì)上進(jìn)- - 步國置,對爐篦上各鑄件的鑄造成功、加工裝配達到標產(chǎn)化,向國際靠攏。準要求、用戶(hù)反應良好,將加快該裝置國產(chǎn)化的進(jìn)3)根據用戶(hù)反饋信息進(jìn)-一步改進(jìn)整體質(zhì)量,在程,中國煤化工:件、奠定了基礎。最短的時(shí)間內達到國際先進(jìn)水平,每臺設備正常連下一FI強管理、提高質(zhì)續運行兩年的目標。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.