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        加壓氣化爐爐篦鑄件的研發(fā)

        2011-01-24 00:40:14魯志武胡祥永徐素峰
        鑄造設(shè)備與工藝 2011年2期
        關(guān)鍵詞:耐熱鋼內(nèi)環(huán)鋼水

        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)

        加壓氣化爐是一種進(jìn)行煤氣轉(zhuǎn)化的比較先進(jìn)的節(jié)能裝置。山西省最早是山西化肥廠(天脊集團(tuán))從國外引進(jìn)的。

        加壓氣化爐由煤鎖、爐體和灰鎖三部分組成(見圖1)。爐體設(shè)在加壓氣化爐的中部,爐體內(nèi)裝有爐篦,它的主要作用是支撐爐內(nèi)燃料層,均勻地將氣化劑分布到加壓氣化爐橫截面上,維持爐內(nèi)料層的移動,將氣化后的灰渣破碎并排除,所以爐篦是保證加壓氣化爐正常連續(xù)生產(chǎn)的重要裝置。

        圖1 加壓氣化爐結(jié)構(gòu)簡圖

        爐篦分為5層,從下到上逐層疊合固定在底座上,如圖2。爐篦底層的下面設(shè)有3個刮灰刀安裝口,刮灰刀的安裝數(shù)量由氣化原料煤的灰分含量來決定,灰分含量較少時可安裝1~2把刮刀,灰分含量較高時安裝3把刮刀。支撐爐篦的止推軸承體上開有兩個注油孔,由外部高壓注油泵通過油管注入止推軸承面進(jìn)行潤滑。爐篦的傳動采用電動或液壓(采用變頻調(diào)速電動機(jī)和減速機(jī))進(jìn)行驅(qū)動,具有調(diào)速方便、工作平穩(wěn)等優(yōu)點。

        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3400mm(圖2),其受熱溫度約1000℃,由此可見其工作環(huán)境的惡劣和結(jié)構(gòu)之繁雜,有較高的技術(shù)難度。構(gòu)成爐篦的鑄件的質(zhì)量是爐篦能否順利工作的保證。組成爐篦的各鑄件見表1。

        煤化工設(shè)備是太原重工的主要產(chǎn)品之一。為了使該產(chǎn)品國產(chǎn)化,生產(chǎn)出更符合我國實際情況的加壓氣化爐,太原重工集中了設(shè)計、工藝和制造的技術(shù)人員組成了我們,進(jìn)行認(rèn)真分析、廣泛的調(diào)研、多次的試驗,克服了重重困難,攻克了各個難關(guān),歷經(jīng)一年多的奮戰(zhàn),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機(jī),其各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求,并在一部分廠礦生產(chǎn)中應(yīng)用,效果良好,鑄件的各項檢測指標(biāo)見測試報告(報告從略)。爐篦的鑄件明細(xì)見表1。

        圖2 爐篦

        1 試制生產(chǎn)過程

        1.1 產(chǎn)品分析

        我們對組成爐篦的23種鑄件逐一進(jìn)行了分析,明確了關(guān)鍵點。

        表1 爐篦鑄件明細(xì)

        1)爐篦的工作環(huán)境

        爐篦上的各鑄件工作環(huán)境為與高溫的爐灰直接接觸,由于使用時可能受較大的溫度波動,所以應(yīng)有足夠的耐熱、耐磨和耐疲勞強(qiáng)度。

        2)材質(zhì)及熔煉

        爐篦由56個鑄件組成,其材質(zhì)為耐熱鋼,最高受熱溫度為1000℃,國外的此種耐熱鋼牌號為G-X22CrMoV121、G-X25CrNiSi20-14、G-S35Cr-MoV104、 G-X165CrMoV12、G-S17CrMo55 等,其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表2、表3。我國和其成分相近的鋼號也有,但我廠生產(chǎn)較少,對材料的性能及鑄造工藝性了解不多。

        特別是G-X22CrMoV121是一個關(guān)鍵,原材料G-X22CrMoV121的成分給的范圍很窄,據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹,熱處理有特殊要求,而且補(bǔ)焊性能很差,因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,必須進(jìn)行試驗。特別是要保證鋼水的清潔度,評價耐熱鋼冶金質(zhì)量的指標(biāo)之一是鋼中夾雜的數(shù)量、類型和分布狀況,這是非常重要的。而且要嚴(yán)格控制出鋼及澆注溫度,否則達(dá)不到力學(xué)性能的要求。所以嚴(yán)格控制G-X22CrMoV121其鋼水質(zhì)量,保證清潔度和控制成分是一個關(guān)鍵。

        3)鑄件結(jié)構(gòu)

        爐篦上有23種共計56件鑄件,其優(yōu)勢壁厚大都在35mm~45mm之間,屬薄壁件。薄壁件生產(chǎn)中的問題是變形和裂紋,特別是轉(zhuǎn)角處的裂紋傾向更大。如何防止變形和裂紋是工藝上的關(guān)心問題。在這些鑄件中內(nèi)環(huán)段更是一個關(guān)鍵鑄件,一是它的材料是G-X22CrMoV121,二是外形及內(nèi)腔復(fù)雜,如圖3。鑄件加工后三件組裝成一個約φ3100mm的圈,如圖2,必須保證其各部尺寸和外形的正確,否則影響加工及裝配。裂紋的傾向嚴(yán)重,防裂紋和變形是鑄造的難點。

        圖3 內(nèi)環(huán)圖

        4)熱處理

        根據(jù)零件的服役狀況,組成爐篦的各個鑄件選用不同成分的耐熱鋼,其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表2、表3。G-X22CrMoV121的熱處理及焊補(bǔ)是十分困難的,對成分和溫度非常敏感。

        表2 爐篦鑄件化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        表3 材料的力學(xué)性能

        G-X22CrMoV121耐熱鋼鑄件應(yīng)按其要求制定正確的熱處理工藝,保證其力學(xué)性能,防止裂紋和變形,這是很重要的。一些國家不再選用此材質(zhì),但是該材質(zhì)高溫強(qiáng)度高、抗蠕度性能好、產(chǎn)品壽命長,所以美、蘇、德等工業(yè)技術(shù)先進(jìn)國家仍在繼續(xù)選用。

        從上述分析不難看出對爐篦上的各個主要鑄件(特別是內(nèi)環(huán)段)要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)有很大的難度。

        1.2 爐篦的生產(chǎn)特點

        1)生產(chǎn)中的幾個重要環(huán)節(jié)根據(jù)上述分析,就爐篦的生產(chǎn)注意以下幾點:①煉鋼必須認(rèn)真采取技術(shù)措施,提供符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)鋼水。

        ②鑄造工藝上必須制定穩(wěn)妥的方案,杜絕裂紋、變形,尺寸形狀應(yīng)準(zhǔn)確,保證生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求及方便裝備的鑄件。

        ③制定比較完善的熱處理工藝。

        ④加工中應(yīng)采取措施,必須保證各部尺寸和幾何形狀,使得組裝順利。

        2)生產(chǎn)爐篦的主要設(shè)備

        ①熔煉澆注設(shè)備:0.75 t及1 t的中頻電爐,1.5 t漏包。

        ②造型設(shè)備:用樹脂礦生產(chǎn)線(堿性自硬)。

        ③清理設(shè)備:落砂床、拋丸室、拋光砂輪機(jī)。

        ④熱處理設(shè)備:用帶有自動溫控的電加熱爐和有循環(huán)設(shè)備的淬火池。

        ⑤檢測設(shè)備:磁粉探傷、超聲探傷、快速測溫?zé)犭娕肌?/p>

        ⑥加工進(jìn)行外協(xié)。

        3)研究和生產(chǎn)過程

        ①精煉劑的研制

        我公司的熔煉設(shè)備主要是中頻爐。從煉鋼的角度上講,中頻爐熔煉爐篦鑄件用鋼水是不行的:一是鋼水的清潔度達(dá)不到要求;二是很窄的化學(xué)成分不好控制。為此我們花了較長時間研究出了一種多元復(fù)合專用精煉劑,效果十分滿意,解決了鋼水的質(zhì)量和控制化學(xué)成分的難題,保證了GX22CrMoV121內(nèi)環(huán)段等鑄件的生產(chǎn)。

        ②鑄造生產(chǎn)

        對23種鑄件我們都認(rèn)真編制工藝,進(jìn)行多次修改獲得成功,其中內(nèi)環(huán)段的工藝較為復(fù)雜,造型有3層芯子共22塊。

        在木模制作方面,我們主要采用了??蚨ㄎ槐WC了尺寸精度。

        在鑄造上特別應(yīng)指出的是,設(shè)計了專門的防裂芯骨和特制樣板,保證了內(nèi)環(huán)段的質(zhì)量。

        4)鑄件的熱處理

        G-X22CrMoV121屬馬氏體型耐熱鋼,熱處理對鑄件性能影響很大,因此要特別注意兩點:一是防變形,二是達(dá)到要求力學(xué)性能。我們制定了熱處理工藝和裝爐防變形措施,其熱處理工藝如圖4。

        圖3 內(nèi)環(huán)段熱處理工藝曲線

        除了正確的工藝外,專用墊鐵的設(shè)計使用也是保證力學(xué)性能和不變形的一個關(guān)鍵。

        鑄件經(jīng)檢驗,表面質(zhì)量、粗糙度達(dá)到Ra15 μm~Ra25 μum,精度達(dá)到 CT11~12,尺寸符合圖紙要求,探傷檢查合格。

        2 技術(shù)指標(biāo)對比

        公司生產(chǎn)的全部爐篦鑄件進(jìn)行了嚴(yán)格的檢驗,檢驗結(jié)果如表4。

        表4 鑄件檢驗結(jié)果

        3 存在的問題及改進(jìn)措施

        3.1 存在的問題

        組成爐篦的鑄件大部分為薄壁件,在生產(chǎn)中變形時有發(fā)生,影響加工,需要矯正,從而增加了費(fèi)用。

        國外產(chǎn)品一般的使用壽命為2 d~3 d,我廠生產(chǎn)的爐篦據(jù)用戶反饋和我們的跟蹤服務(wù),最長的用戶已安全運(yùn)轉(zhuǎn)了半年,使用壽命尚待驗證。

        3.2 改進(jìn)措施

        1)完善鑄造工藝,加強(qiáng)生產(chǎn)管理,防止鑄件變形,達(dá)到圖紙要求。

        2)在用材方面,特別是鑄件的材質(zhì)上進(jìn)一步國產(chǎn)化,向國際靠攏。

        3)根據(jù)用戶反饋信息進(jìn)一步改進(jìn)整體質(zhì)量,在最短的時間內(nèi)達(dá)到國際先進(jìn)水平,每臺設(shè)備正常連續(xù)運(yùn)行兩年的目標(biāo)。我們設(shè)想將這種設(shè)備在全國各大煤礦推廣。

        4 結(jié)束語

        碎煤加壓氣化爐爐篦是加壓氣化爐的主要裝置,對爐篦上各鑄件的鑄造成功、加工裝配達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求、用戶反應(yīng)良好,將加快該裝置國產(chǎn)化的進(jìn)程,為進(jìn)一步推廣該產(chǎn)品創(chuàng)造了條件、奠定了基礎(chǔ)。下一步將進(jìn)一步完善各項工藝,加強(qiáng)管理、提高質(zhì)量,保證碎煤加壓氣化爐質(zhì)量的穩(wěn)定性!

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