鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備的研制與試驗

鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備的研制與試驗*

蹇樂1， 劉俊釗1， 張得儉1， 段望春1， 緱順虎1， 馬新江2

(1.甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，甘肅 蘭州730030；2.蘭州威特利焊材有限公司，甘肅 蘭州730050)

摘要：根據(jù)國內(nèi)外鐵合金成型工藝及其存在的問題，研制了一套連鑄粒化成形設(shè)備，并進(jìn)行了模擬生產(chǎn)試驗，結(jié)果表明，連鑄粒化成形設(shè)備實現(xiàn)了硅鐵合金的一次性澆注成形；強(qiáng)制冷卻后合金液平均溫降782℃；鑄錠內(nèi)部組織致密；鑄錠主要成分元素分布均勻。

關(guān)鍵詞：鐵合金；連鑄；粒化成形；元素分布

中圖分類號:TG248文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：*2014-12-26

基金項目：甘肅省科技重大專項計劃資助項目(編號：1302GKDA002)；甘肅省科技支撐項目(編號：1204GKCA066)；甘肅省技術(shù)研究與開發(fā)專項計劃(編號：2013GS09229)；甘肅省工信委2013年裝備制造業(yè)專項

作者簡介：蹇樂(1987-)，女，甘肅隴南人，助理工程師，主要從事新材料的開發(fā)與研究方面的工作。

Development and Experiment of Granular Continuous Casting Device for Ferrous Alloy

JIANLe1, LIU Jun-zhao1, ZHANG De-jian1, DUAN Wang-chun1, GOU Shun-hu1, MA Xin-jiang2

(1.GansuAcademyofMechanicalSciences,LanzhouGansu730030,China;

2.LanzhouWeiteliWeldingMaterialsCo.,Ltd.,LanzhouGansu730050,China)

Abstract:According to the molding process of ferrous alloy and the existing problems in domestic and overseas, a set of continuous casting and grainy shaping equipment is developed in this paper, and then a number of simulation tests are made on ferrous alloy. The results show that the one-time molding could be achieved in the granular continuous casting device; the mean temperature drop after forced cooling is about 782℃; the internal organization of ingot casting is compact; and the main elements are evenly distributed in the ingot.

Key words: ferrous alloy; continuous casting; grainy shaping; element distribution

0引言

鐵合金是煉鋼最主要的脫氧劑和元素添加劑。近年來隨著市場競爭加劇，鋼鐵行業(yè)對產(chǎn)品潔凈度的要求逐年提高，與之相應(yīng)也對鐵合金產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求。目前國內(nèi)外鐵合金行業(yè)普遍采用的成形工藝為逐層澆注后再破碎的方法，出鐵后用鐵水包吊裝鐵水逐層澆注于澆注床中。澆注床澆滿凝固后，運(yùn)送至破碎站進(jìn)行機(jī)械破碎或人工破碎，最終獲取相應(yīng)粒度的產(chǎn)品[1-4]。這種流程存在以下問題：①澆注過程飛濺嚴(yán)重，澆注現(xiàn)場紊亂，事故多發(fā)；②破碎過程中合金粉化率高，成品在運(yùn)輸過程中二次變粉的情況較為嚴(yán)重，產(chǎn)生大量的回爐碎鐵；③該工藝生產(chǎn)的鐵合金硬度低、偏析嚴(yán)重，并且存在縮松和夾渣。綜上所述，現(xiàn)行工藝效率低下并且生產(chǎn)過程中資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。為此，開發(fā)一種新型的澆注成形工藝是鐵合金行業(yè)亟需解決的問題。該項目以硅鐵合金為對象研究鐵合金粒化連鑄成形技術(shù)。

1鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備

1.1鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備的研制

該項目組針對國內(nèi)外鐵合金成型工藝及存在的問題，開發(fā)了一套連鑄粒化成形設(shè)備。設(shè)備主要設(shè)計部件如表1所列，設(shè)備主要性能參數(shù)設(shè)計如表2所列。設(shè)計的鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備如圖1所示。

表1　鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備主要部件

表2　鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備主要性能參數(shù)

圖1　鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備 1.澆包　2.錠模　3.主動輪

1.2鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備的工作原理

將合金液連續(xù)澆注到設(shè)計的多個錠模中，一次性即可澆注獲得形狀、粒度合理的鐵合金產(chǎn)品，從而省去了傳統(tǒng)工藝中的破碎環(huán)節(jié)，簡化工藝，縮短流程。鐵合金連鑄粒化成形設(shè)備的工作原理為：開啟傳動系統(tǒng)和噴漿系統(tǒng)，錠模上漿；打開澆注系統(tǒng)中間包水口，合金液通過中間溜槽流入錠模；錠模運(yùn)轉(zhuǎn)至適宜位置開啟水冷系統(tǒng)，液態(tài)合金迅速凝固；錠模運(yùn)轉(zhuǎn)至脫模點，鑄錠脫落進(jìn)入集料筐，通過高度落差產(chǎn)生的沖量使鑄錠破碎，得到粒狀鐵合金產(chǎn)品。錠模是本設(shè)備粒化成形的主要部件，其結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2　錠模結(jié)構(gòu)示意圖

2試驗方法

使用中頻感應(yīng)爐熔煉200 kg的FeSi50，合金液溫度升至1 450～1 500 ℃時開始澆注，試驗過程主要工藝參數(shù)如表3。

表3 連鑄工藝參數(shù)

3試驗結(jié)果及討論

3.1強(qiáng)制冷卻對合金液溫降的影響

設(shè)備使用空冷與強(qiáng)制冷卻相結(jié)合的兩段式冷卻，強(qiáng)制冷卻段采用霧化冷卻，冷卻強(qiáng)度1.5～2.0 L/kg。試驗過程中，使用紅外測溫設(shè)備對強(qiáng)制冷卻段錠模內(nèi)合金液的溫度進(jìn)行測量，結(jié)果如圖3所示。強(qiáng)制冷卻段平均溫降782 ℃，冷卻終點合金表面完全凝固，脫模順利。

圖3　強(qiáng)制冷卻段合金液溫度數(shù)據(jù)

3.2合金宏觀質(zhì)量

圖4為粒化設(shè)備生產(chǎn)的FeSi50鑄錠及其縱截面，可以看出鑄錠內(nèi)部組織致密，在鑄錠邊緣存在較為集中的縮孔。

是因為該設(shè)備采用頂部噴淋的冷卻方式，合金本身熱導(dǎo)率低，表面的合金液在冷卻水作用下迅速凝固，非強(qiáng)冷面補(bǔ)縮能力不足，因此在鑄錠邊緣靠近錠模的區(qū)域形成縮孔。

3.3合金成分分析

使用 Quanta 450 FEG場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡對鑄錠縱截面主要成分Si、Fe進(jìn)行元素線掃描分析，測定沿鑄錠徑向的元素分布，如圖5。可看出Si、Fe元素曲線浮動幅度平穩(wěn)，元素含量自中心至表面分布均勻。

圖4　FeSi50鑄錠

圖5　FeSi50鑄錠元素沿縱向分布

4結(jié)論

該項目組研制的連鑄粒化成形設(shè)備，實現(xiàn)了硅鐵合金的一次性澆注成形；經(jīng)噴霧強(qiáng)制冷卻后合金液平均溫降782℃，合金液充分凝固，鑄錠脫模順利；經(jīng)檢測分析發(fā)現(xiàn)，鑄錠宏觀中心組織致密，在鑄錠邊緣存在較為集中的縮孔；鑄錠主要成分元素分布均勻。

參考文獻(xiàn)：

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