CN110257697A - 一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺，涉及耐热合金材料的技术领域，该铸件含有的化学元素成分及其质量百分比如下：C:2.3～2.8％、Si:0.6～1.2％、Mn:0.5～1.5％、P:≤0.06％、S:≤0.04％、Cr:23～28％、Ni:0.2～0.7％、Mo:0.2～0.5％、Cu:0.1～0.5％，Ti：0.2～0.5％，Y：0.1～0.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。该铸件的铸造工艺包括：工艺设计、制芯、造型、熔炼及浇注、落砂及清理、热处理和打磨处理。本发明提供的的篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺，铸件组织致密，外观质量好，无砂眼等孔洞缺陷，本发明篦板铸件高温条件下耐磨性强、抗氧化性能强。

Description

一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺

技术领域

本发明涉及耐热合金材料的技术领域，具体涉及一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺。

背景技术

篦冷机是水泥厂熟料烧成系统中的重要主机设备，其主要功能是对水泥熟料进行冷却和输送，同时，为回转窑及分解炉等提供热空气，是烧成系统热回收的主要设备。篦冷机主要有上壳体、下壳体、支撑框架、驱动纵梁、篦床、熟料破碎机、液压系统、冷却风机、空气炮等组成。其中，篦板是篦床中的重要部件，篦板间特定结构的狭缝传导冷却风，透过高温料层空隙，将夹杂在粗粒熟料中的细粒缓缓地带到料层表面，起到冷却熟料的作用。同时，篦板因受高温磨料磨损的因素影响，导致其使用寿命有限。目前行业中广泛采用铬、镍系耐热铸钢作为主要材质，使用ZG40Cr25Ni20Si2、ZG40Cr25Ni12Si2、ZG30Cr26Ni5对应篦冷机的高温段、中温段、低温段篦板。通常高温段篦板的使用寿命较短，仅为12个月左右。

常规铸钢件砂型铸造工艺分为树脂砂造型、湿型砂造型，树脂砂造型工艺的优点是砂型强度高、砂型表面安定性好，出现砂眼、夹砂等铸造缺陷的几率较低，但成本相对较高；湿型砂造型工艺的主要优势在于其成本低、效率高，与自动化造型的高效、低成本的要求相契合，但因型砂使用膨润土、淀粉作为粘结材料，即使在高压造型的条件下，生产铸钢件时仍较难保证不出现因砂型强度、表面安定性等原因导致的铸造缺陷。另，普通砂型铸造产品通常通过模具主型与砂型直接成型，尺寸精度将对较低，在生产高精度、高外观质量要求的产品时，往往报废率过高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件，该铸件含有的化学元素成分及其质量百分比如下：C:2.3～2.8％、Si:0.6～1.2％、Mn:0.5～1.5％、P:≤0.06％、S:≤0.04％、Cr:23～28％、Ni:0.2～0.7％、Mo:0.2～0.5％、Cu:0.1～0.5％，Ti：0.2～0.5％，Y：0.1～0.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。

综上所述，一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件的铸造工艺，包括如下步骤：

步骤一：工艺设计：

砂箱采用水平分型设计，再根据砂箱尺寸一型设置8件，铸件型腔两两相连，再通过横浇道串连，形成完整的浇注系统；铸件本体采用包裹式砂芯，外型和砂芯的铸造收缩率为20-22‰，用铸件顶部的冒口缩颈位置作为内浇口，内浇口厚8～10mm，浇注系统中，浇道截面比为：∑直浇道∶∑横浇道∶∑内浇道＝1∶(1.2-1.5)∶(1.2-1.5)；

步骤二：制芯：

砂芯通过热芯盒成型，单个砂芯按比例布置，确保成套，而制芯工序使用射芯机作业，在覆膜砂种类的选择上使用耐高温型号；

步骤三：造型：

造型设备使用水平分型静压造型线，造型节奏设定为30型/小时，砂芯在造型前完成清理和组装，在主型完成造型后通过正常下芯的方式将组合砂芯和浇道砂芯放置在型腔中，最终通过合箱机完成合箱；

步骤四：熔炼及浇注：

使用中频感应电炉进行熔炼，按具体成分要求进行调整控制，成分检验合格后出钢，出钢温度1550±10℃，浇注温度控制在1480～1500℃；

步骤五：落砂及清理：

该材质铸件存在较大的热敏感性，故需在砂型内保温6h以上，以降低其裂纹倾向，落砂后使用悬链式抛丸机进行清理；

步骤六：热处理：

将铸件加热到950～1000℃，保温3h以上，之后随炉冷却至300℃出炉空冷，以提高产品的抗冲击能力；

步骤七：打磨处理：

使用悬挂式打磨机、角磨机对铸件冒口位置及边缘进行打磨处理，去除飞边、毛刺。

优选的，在工艺设计时，冒口设置在铸件顶端，起到补缩和浇口的双重作用，冒口根部与铸件连接位置设置缩颈，便于后续清理。

优选的，在工艺设计时，单个铸件型腔布置时，将铸件韧口位置设置在下型，且与排气棒相连，起到排气和冷钢溢流的作用，确保铸件成型良好。

优选的，在工艺设计时，采用覆膜砂砂芯包裹工艺，将产品部分设计为组合砂芯，浇道部位采用砂芯成型，避免充型钢水与湿型砂直接接触，从而有效的避免了砂眼、夹砂缺陷的产生。

优选的，在制芯完成后，对参与成型的砂芯部位浸涂锆英粉涂料，以避免铸件出现粘砂缺陷。

本发明的优点：本发明提供一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺，铸件组织致密，外观质量好，无砂眼等孔洞缺陷，本发明篦板铸件高温条件下耐磨性强、抗氧化性能强。铸件尺寸精确，无需加工即可满足组装要求。铸件抗拉强度可达490MPa以上，冲击韧性4J/cm²以上。本发明篦板铸件，经过长时间的使用，在承受高温、磨料磨损和物料冲击的情况下铸件不会出现开裂、碎裂等异常失效情况，篦板使用寿命长，市场前景广阔。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件，其含有的化学元素成分及其质量百分比如下：C:2.3％、Si:0.6％、Mn:0.5％、P:≤0.01％、S:≤0.01％、Cr:23％、Ni:0.2％、Mo:0.2％、Cu:0.1％，Ti：0.2％，Y：0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质。

按照本实施例原料中各化学组分的重量百分比，铸造方法包括以下步骤：

S1、按组成原料的重量百分比称取C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe，将原料熔融共混，得到铁水，出铁前，将Y铁合金、Ti铁放置在钢包底部的反应槽中，铁水冲入后完成反应；在出钢后，在镇静过程中，对铁水进行吹氩处理；

S2、准备铸造用模具，使用自动静压造型线造出型腔，再将产品成形所用砂芯组合后放入型腔中；

S3、将步骤S1中制得的铁水浇注到砂型内成型，保持浇注温度控制在1480±5℃，得到铸件；

S4、将落砂后铸件进行浇冒口分离并打磨、清理；

S5、将步骤S4得到的铸件加热到950±5℃，保温3～4h，再炉冷至300±5℃，出炉空冷，得到铸件。

实施例2

一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件，其含有的化学元素成分及其质量百分比如下：C:2.55％、Si:0.9％、Mn:1.0％、P:≤0.03％、S:≤0.02％、Cr:25.5％、Ni:0.45％、Mo:0.35％、Cu:0.3％，Ti：0.3％，Y：0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质。

按照本实施例原料中各化学组分的重量百分比，铸造方法包括以下步骤：

S1、按组成原料的重量百分比称取C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe，将原料熔融共混，得到铁水，出铁前，将Y铁合金、Ti铁放置在钢包底部的反应槽中，铁水冲入后完成反应；在出钢后，在镇静过程中，对铁水进行吹氩处理；

S2、准备铸造用模具，使用自动静压造型线造出型腔，再将产品成形所用砂芯组合后放入型腔中；

S3、将步骤S1中制得的铁水浇注到砂型内成型，保持浇注温度控制在1490±5℃，得到铸件；

S4、将落砂后铸件进行浇冒口分离并打磨、清理；

S5、将步骤S4得到的铸件加热到975±5℃，保温4～5h，再炉冷至300±5℃，出炉空冷，得到铸件。

实施例3

一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件，其含有的化学元素成分及其质量百分比如下：C:2.8％、Si:1.2％、Mn:1.5％、P:≤0.06％、S:≤0.04％、Cr:28％、Ni:0.7％、Mo:0.5％、Cu:0.5％，Ti：0.35％，Y：0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。

按照本实施例原料中各化学组分的重量百分比，铸造方法包括以下步骤：

S1、按组成原料的重量百分比称取C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe，将原料熔融共混，得到铁水，出铁前，将Y铁合金、Ti铁放置在钢包底部的反应槽中，铁水冲入后完成反应；在出钢后，在镇静过程中，对铁水进行吹氩处理；

S2、准备铸造用模具，使用自动静压造型线造出型腔，再将产品成形所用砂芯组合后放入型腔中；

S3、将步骤S1中制得的铁水浇注到砂型内成型，保持浇注温度控制在1500±5℃，得到铸件；

S4、将落砂后铸件进行浇冒口分离并打磨、清理；

S5、将步骤S4得到的铸件加热到1000±5℃，保温5～6h，再炉冷至300±5℃，出炉空冷，得到铸件。

综上所述：基体中的关键元素及其作用如下：

(1)Cr元素：基体中Cr元素含量的提高可明显减少材质在高温环境下的氧化增重，基体中Cr含量在大于8％时抗氧化能力优异。同时高铬铸铁中M7C3型碳化物抗氧化能力强于其他类型碳化物。此成分设计，确保材质处于亚共晶成分，避免形成对材质机械性能不利的初晶碳化物，同时Cr含量在此范围内，在1000℃的工作环境下，可保证基体中Cr元素含量在10％～12％之间有效的起到抗氧化的作用。

(2)Ti元素：基体中Ti元素在铁水凝固结晶时，形成高熔点的碳化物，起到异质形核的作用，从而细化晶粒，提高材质耐磨、耐热性能。

(3)Y元素：基体中Y元素作为稀土元素的一种，作用在于净化铁水，Y可与铁水中O、S等有害元素结合形成Y的氧化物和硫化物渣，渣的密度小于铁水，故会上浮至铁水表面，并通过造渣、除渣工序去除；改善高铬白口铁中碳化物形态和分布，使得碳化物呈均匀分布的粒状和团球状，并能细化初生奥氏体，消除粗大枝晶状组织，提高材质性能；Y在材质晶界富集，在高温条件下形成Y的氧化物，有效的减少晶界氧化、腐蚀，提高产品使用寿命。

本发明的优点：本发明提供一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件及其铸造工艺，铸件组织致密，外观质量好，无砂眼等孔洞缺陷，本发明篦板铸件高温条件下耐磨性强、抗氧化性能强。铸件尺寸精确，无需加工即可满足组装要求。铸件抗拉强度可达490MPa以上，冲击韧性4J/cm²以上。本发明篦板铸件，经过长时间的使用，在承受高温、磨料磨损和物料冲击的情况下铸件不会出现开裂、碎裂等异常失效情况，篦板使用寿命长，市场前景广阔。

因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件，其特征在于：该铸件含有的化学元素成分及其质量百分比如下：C:2.3～2.8％、Si:0.6～1.2％、Mn:0.5～1.5％、P:≤0.06％、S:≤0.04％、Cr:23～28％、Ni:0.2～0.7％、Mo:0.2～0.5％、Cu:0.1～0.5％，Ti：0.2～0.5％，Y：0.1～0.3％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件的铸造工艺，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：工艺设计：

砂箱采用水平分型设计，再根据砂箱尺寸一型设置8件，铸件型腔两两相连，再通过横浇道串连，形成完整的浇注系统；铸件本体采用包裹式砂芯，外型和砂芯的铸造收缩率为20-22‰，用铸件顶部的冒口缩颈位置作为内浇口，内浇口厚8～10mm，浇注系统中，浇道截面比为：∑直浇道∶∑横浇道∶∑内浇道＝1∶(1.2-1.5)∶(1.2-1.5)；

步骤二：制芯：

砂芯通过热芯盒成型，单个砂芯按比例布置，确保成套，而制芯工序使用射芯机作业，在覆膜砂种类的选择上使用耐高温型号；

步骤三：造型：

造型设备使用水平分型静压造型线，造型节奏设定为30型/小时，砂芯在造型前完成清理和组装，在主型完成造型后通过正常下芯的方式将组合砂芯和浇道砂芯放置在型腔中，最终通过合箱机完成合箱；

步骤四：熔炼及浇注：

使用中频感应电炉进行熔炼，按具体成分要求进行调整控制，成分检验合格后出钢，出钢温度1550±10℃，浇注温度控制在1480～1500℃；

步骤五：落砂及清理：

该材质铸件存在较大的热敏感性，故需在砂型内保温6h以上，以降低其裂纹倾向，落砂后使用悬链式抛丸机进行清理；

步骤六：热处理：

将铸件加热到950～1000℃，保温3h以上，之后随炉冷却至300℃出炉空冷，以提高产品的抗冲击能力；

步骤七：打磨处理：

使用悬挂式打磨机、角磨机对铸件冒口位置及边缘进行打磨处理，去除飞边、毛刺。

3.根据权利要求2所述的一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件的铸造工艺，其特征在于：在工艺设计时，冒口设置在铸件顶端，起到补缩和浇口的双重作用，冒口根部与铸件连接位置设置缩颈，便于后续清理。

4.根据权利要求2所述的一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件的铸造工艺，其特征在于：在工艺设计时，单个铸件型腔布置时，将铸件韧口位置设置在下型，且与排气棒相连，起到排气和冷钢溢流的作用，确保铸件成型良好。

5.根据权利要求2所述的一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件的铸造工艺，其特征在于：在工艺设计时，采用覆膜砂砂芯包裹工艺，将产品部分设计为组合砂芯，浇道部位采用砂芯成型，避免充型钢水与湿型砂直接接触，从而有效的避免了砂眼、夹砂缺陷的产生。

6.根据权利要求2所述的一种篦冷机篦板用高耐磨耐热性能铸件的铸造工艺，其特征在于：在制芯完成后，对参与成型的砂芯部位浸涂锆英粉涂料，以避免铸件出现粘砂缺陷。