加压气化炉炉篦铸件的研发

2011年第2期铸造设备与工艺2011年4月FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGYApr.2011 No2.应用研究.加压气化炉炉篦铸件的研发鲁志武,胡祥永,徐素峰(太原重工特种铸造分公司,山西太原030024)摘要:碎煤加压气化炉是- -种将煤直接转化为气的节能环保设备。其主要部件炉篦由23种56件铸件组成,其大部分尺寸在30 mm~45 mm之间属薄壁件。其成分亦属易裂,铸件生产难度很大,尤其是内环段。通过对材料、钢水、热处理、机加工等各工序的研究控制,在以下关键点有了突破:1)采用了自制的精炼剂,使钢水质量得到净化,为保证铸件的力学性能奠定了基础;2)针对内环段结构复杂、配合点多且璧薄易裂,应用了模框工艺和专用检验工具,保证了产品质量。关键词:铸造工艺;内环段;钢水精炼剂中图分类号:TC24文献标识码:B文章编号: 1674 -694(2011)02- 0037-03加压气化炉是一种进行煤气转化的比较先进量较高时安装3把刮刀。的节能装置。山西省最早是山西化肥厂(天脊集团)支撑炉篦的止推轴承体上从国外引进的。开有两个注油孔，由外部加压气化炉由煤锁、炉体和灰锁三部分组成高压注油泵通过油管注入(见图1)。炉体设在加压气化炉的中部,炉体内装有止推轴承面进行润滑。炉图2炉篦炉篦,它的主要作用是支撑炉内燃料层，均匀地将篦的传动采用电动或液压气化剂分布到加压气化炉横截面上,维持炉内料层(采用变频调速电动机和减速机)进行驱动,具有调的移动,将气化后的灰渣破碎并排除,所以炉篦是速方便.工作平稳等优点。保证加压气化炉正常连续生产的重要装置。炉篦由62种零件(其中铸件23种)重叠组装成金字塔式的大型锥体,最大直径约3 400 mm(图2),其受热温度约1 000 C,由此可见其工作环境的煤闭锁仓恶劣和结构之繁杂,有较高的技术难度。构成炉篦煤分配器驱动器的铸件的质量是炉篦能否顺利工作的保证。组成炉煤分配器洗涤冷却器篦的各铸件见表1。干燥区煤化工设备是太原重工的主要产品之一-。为了脱挥发分区-J 粗煤气使该产品国产化,生产出更符合我国实际情况的加燃烧区压气化炉,太原重工集中了设计、工艺和制造的技炉篦驱动器水夹套术人员组成了我们,进行认真分析、广泛的调研、多燕汽+氧气-灰闭锁仓次的试验,克服了重重困难,攻克了各个难关,历经- -年多的奋战,生产出炉篦上用的铸件,并加工组装成功,最终生产出符合我国国情的加压气化炉整图1加压气化炉结构简图机,其各项技术指标达到设计要求,并在-部分厂炉篦分为5层,从下到上逐层叠合固定在底座矿生产中应用,效果良好,铸件的各项检测指标见上，如图2。炉篦底层的下面设有3个刮灰刀安装测试报告(报告从略)。炉篦的铸件明细见表1。口,刮灰刀的安装数量由气化原料煤的灰分含量来1试制生产过程决定,灰分含量较少时可安装1~2把刮刀,灰分含中国煤化工1.收稿日期:2011-03-070HCNMHG件逐-进行了分作者简介:鲁志武(1966-),男,工程师。析,明确了关键点。37●Apr.2011 No2铸造设备与工艺2011年第2期表1炉篦铸件明细格控制C-X22CrMoV121其钢水质量,保证清洁度序号 名称材质数量和控制成分是-一个关键。下支承板E4704.03G-X165CrMoV123)铸件结构2上支承板.E4704.04炉篦上有23种共计56件铸件,其优势壁厚大3齿轮环段E4704.05CS-17C-MoV511 .都在35 mm~45 mm之间,属薄壁件。薄壁件生产中4下部支承环E4704.8C-X22C-MoV1215内破碎环段 E4704.09CS-35CrMoV104的问题是变形和裂纹，特别是转角处的裂纹倾向更6盖板F4704.10.00 GS-35CrMoV104大。如何防止变形和裂纹是工艺上的关心问题。在7炉篦盖板E4704.12 G-X25CrNiSi20-14这些铸件中内环段更是一个关键铸件, -是它的材8上部支承环 E4704.21G-X22CrMoV121料是G-X22CrMoV121,二是外形及内腔复杂,如图9炉篦顶E4704.22G-X25CrNiSi20-143。铸件加工后三件组装成一一个约φ3 100 mm的环E4704.25GS-3SGrMoV1041[中间支承环 E4704.27G-X22GrMoV121圈,如图2,必须保证其各部尺寸和外形的正确,否| 12外支承环(上)「 E4704.32C-X165CrMoV12则影响加工及装配。裂纹的倾向严重，防裂纹和变[ 13内支承环(上) E470433G-X165CMoV12形是铸造的难点。14 外支承环(下E4704.3415内支承环(下「E4704.35，[ 16 左转输灰刀 E4704.43 C-X25CrNi5i20-1417刀夹耐磨件 E4704.4418右转排灰刀 E4704.45 C-X25CrNiSi20-14[ 19右转输灰刀F4704.46 G-X25CrNiSi20-14图3内环图20左转排灰刀 E4704.47 G-X25CrNiSi20-1421弧形板1E4704.554)热处理22弧形板E4704.560根据零件的服役状况,组成炉篦的各个铸件选23内环段47011.000 G-X22CrMoV121用不同成分的耐热钢，其化学成分及力学性能见表24炉篦环段 E4704.01.00 C-X2SGrNiSi20-1442、表3。G-X22CrMoV121的热处理及焊补是十分困25炉篦环段 E4704.02.00 G-X25CrNiSi20-14难的,对成分和温度非常敏感。1)炉篦的工作环境表2炉篦铸件化学成分(质量分数,%)炉篦上的各铸件工作环境为与高温的炉灰直材C-X22CrMoC-X25CrNiSiC-S35CrMo G -S17Cr- C-X165Cr-接接触,由于使用时可能受较大的温度波动,所以贡VI2120-14_V104MossMoV12C| 0.2-0.26 0.15-0.30 032-0.39 0.15-0.20 1.55-1.75应有足够的耐热、耐磨和耐疲劳强度。ln 0.5-0.8≤1.50.6-1.00.5-0.8 0.2-0.402)材质及熔炼si 0.1-0.41.0-250.3-0.50.3-0.6 0.25-0.40炉篦由56个铸件组成，其材质为耐热钢，最Cr| 1.3-1219-212.2-2.71.0-1.5 11-12高受热温度为1 000 C,国外的此种耐热钢牌号为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学成分及力学性能见表2、表3。我国和其成分相近w≤0.050.4-0.6的钢号也有,但我厂生产较少,对材料的性能及铸<0.03≤0.035≤0.025≤0.03<0.035造工艺性了解不多。≤0.02特别是G-X22CrMoV121是-一个关键，原材料表3材料的力学性能G-X22CrMoV121的成分给的范围很窄，据有关文C-G-献介绍,热处理有特殊要求,而且补焊性能很差,因x22Cr-| X25Cr-| S35Cr-|517CrMo55X165Cr-MoV121 NiSi20-14 MoV104此对钢水的要求是要确保成分正确,其中碳元素给出的含量范围很窄,该元素对性能影响很大,必须| ReCMPa ≥590 ≥230 ≥700 (315 )RmMPa 740-880 ≥400 900 -1050 490-640进行试验。特别是要保证钢水的清洁度,评价耐热钢冶金质量的指标之一是钢中夹 杂的数量类型和A9% I中国煤化工- 220≥24分布状况,这是非常重要的。而且要严格控制出钢HBw |YHCNMHG及浇注温度,否则达不到力学性能的要求。所以严≥608●2011年第2期鲁志武,胡祥永,徐索峰:加压气化炉炉篦铸件的研发饰造设备与工艺C-X22CrMoV121耐热钢铸件应按其要求制定芯骨和特制样板,保证了内环段的质量。正确的热处理工艺,保证其力学性能,防止裂纹和4)铸件的热处理变形,这是很重要的。一些国家不再选用此材质,但C -X22CrMoV121属马氏体型耐热钢，热处理是该材质高温强度高抗蠕度性能好产品寿命长,对铸件性能影响很大,因此要特别注意两点:一是所以美、苏德等工业技术先进国家仍在继续选用。防变形,二是达到要求力学性能。我们制定了热处从上述分析不难看出对炉篦上的各个主要铸理工艺和装炉防变形措施,其热处理工艺如图4。件(特别是内环段)要达到标准有很大的难度。1.2 炉篦的生产特点门连同底盘吊980 T1)生产中的几个重要环节760~780C根据上述分析,就炉篦的生产注意以下几点:680①炼钢必须认真采取技术措施,提供符合标准≤5009s200C /f 6人炉6出500"的优质钢水。②铸造工艺上必须制定稳妥的方案,杜绝裂时间h圈3内环段热处理工艺 曲线纹、变形,尺寸形状应准确,保证生产出符合质量要求及方便装备的铸件。除了正确的工艺外,专用垫铁的设计使用也是③制定比较完善的热处理工艺。保证力学性能和不变形的一个关键。④加工中应采取措施,必须保证各部尺寸和几铸件经检验,表面质量粗糙度达到Ral5 μm~何形状,使得组装顺利。Ra25 μum,精度达到CT11-12,尺寸符合图纸要求，2)生产炉篦的主要设备探伤检查合格。①熔炼浇注设备:0.75t及1 t的中频电炉,1.5t2技术指标对比漏包。②造型设备:用树脂矿生产线(碱性自硬)。公司生产的全部炉篦铸件进行了严格的检验,③清理设备:落砂床、抛丸室、抛光砂轮机。检验结果如表4。④热处理设备:用带有自动温控的电加热炉和表4铸件检验结果有循环设备的淬火池。项目”合同要求实际检查结果⑤检测设备:磁粉探伤、超声探伤快速测温热化学成分表达到要求电偶。力学性能表3⑥加工进行外协。表面粗糙度Ra125 um~Ra25 um达到Ra12.5 pm3)研究和生产过程尺寸公差CT13CT12①精炼剂的研制几何形状符合图纸符合用纸要求我公司的熔炼设备主要是中频炉。从炼钢的角允许焊接部位|射线探伤无夹渣和裂纹运转配合f 配合良好,安全运转度上讲，中频炉熔炼炉篦铸件用钢水是不行的:产品寿命28-3a以正常运转6个月,仍在服役一是钢水的清洁度达不到要求;二是很窄的化学成分不好控制。为此我们花了较长时间研究出了3存在的问题及改进措施一种多元复合专用精炼剂,效果十分满意,解决了钢水的质量和控制化学成分的难题，保证了G-3.1存在的问题X22CrMoV121内环段等铸件的生产。组成炉篦的铸件大部分为薄壁件,在生产中变②铸造生产形时有发生,影响加工，需要矫正,从而增加了费对23种铸件我们都认真编制工艺，进行多次修改获得成功,其中内环段的工艺较为复杂,造型国外产品一般的使用寿命为2d~3d,我厂生有3层芯子共22块。产的中国煤化工宗服务,最长的用.在木模制作方面,我们主要采用了模框定位保户已待验证。证了尺寸精度。3.2TYHCNMHG在铸造上特别应指出的是，设计了专门的防裂(下转第43页)●39●2011年第2期康晋棵，王俊荣，杨群收,谢耀曾:高铬白口铸铁与磨球(续前)铸造设备与工艺供试验材料的成分:C:3.03%、Gr:14.31%。陷引人冒口,故采用金属型,高压力头补缩工艺,对①随炉降温退火。为了便于取样化验,停炉后于消除晶间缩松、细化晶粒是行之有效的。把试样放人炉内,用钢板盖上炉口,第二天取出(如.9热处理图3)。HRC32~HRC35;通常情况下，高铬铸铁铸态下的金相组织是:奥氏体+马氏体+碳化物+珠光体。为了充分发挥材质的硬度潜力和最佳耐磨性能,同时又使材质具有最大的韧性,就需要进行热处理。通常奥氏体化温度约为960 C~980 C,保温2 h~4 h(视球径大小而定)。如果加入0.3%~-1.0%的Cu,要破坏奥氏体的稳定性须保温6h上。图3珠光体加碳化物回火处理可在两个温度区间内进行,在较低的②淬火970 C温度范围(200 C-300 C)进行回火,其目的是把在保温2 h HRC63~HRC35(图 4)淬火中得到的马氏体进行回火,由此而减少断裂和③铸态HRC48-HRC52;对冲击的敏感性。④铸态冲击韧性1.51 kg:m/cm2~1.77 kg. m/em2在高冲击磨料磨损状态下,如欲得到奧氏体组(金相组织如图5)可惜的是,由于时间长久,有的试织，在化学成分控制的理想情况下,只有进行一次验资料已丢失。为降低生产成本和采购方便,用我高温时效处理,清除内应力，就可以满足- -般的需们自己配制的高铬铸铁变质剂,其效果也接近于此要。值。10 结束语实际应用及实验说明,用高铬铸铁材料生产磨球是适宜的,只要在生产过程中注意铸造、热处理工艺的实施，化学成分的选择及控制金相组织,以及硬度与韧性的匹配，就可以发挥材质的效率、满足使用的要求。图4马氏体加碳化物加图5残余奥氏体，参考文献: .少量铸态组织碳化物星段网状[1] 吴德海.高铬白口铸铁-- 优异的抗磨材料[M].[出版地不鉴于高铬铸铁本身具有糊状凝固的特性,为使详]: [出版者不详],1983.凝固断面的温度变陡,使固液两相共存温度区间变(续完)窄,实现顺序逐层凝固,以把磨球心部缩孔、缩松缺(上接第39页)1)完善铸造工艺，加强生产管理,防止铸件变4结束语形,达到图纸要求。碎煤加压气化炉炉篦是加压气化炉的主要装2)在用材方面,特别是铸件的材质上进- - 步国置,对炉篦上各铸件的铸造成功、加工装配达到标产化,向国际靠拢。准要求、用户反应良好,将加快该装置国产化的进3)根据用户反馈信息进-一步改进整体质量,在程,中国煤化工:件、奠定了基础。最短的时间内达到国际先进水平,每台设备正常连下一FI强管理、提高质续运行两年的目标。我们设想将这种设备在全国各CNMH Ga性I量,保畔加u心ruy便重的你大煤矿推广。●43.