鐵合金連鑄粒化成形設備的研制與試驗*

蹇樂1， 劉俊釗1， 張得儉1， 段望春1， 緱順虎1， 馬新江2

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

摘要：根據國內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備，并進行了模擬生產試驗，結果表明，連鑄?；尚卧O備實現(xiàn)了硅鐵合金的一次性澆注成形；強制冷卻后合金液平均溫降782℃；鑄錠內部組織致密；鑄錠主要成分元素分布均勻。

關鍵詞：鐵合金；連鑄；粒化成形；元素分布

中圖分類號:TG248文獻標志碼：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)對產品潔凈度的要求逐年提高，與之相應也對鐵合金產品的質量提出了更高的要求。目前國內外鐵合金行業(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，運送至破碎站進行機械破碎或人工破碎，最終獲取相應粒度的產品[1-4]。這種流程存在以下問題：①澆注過程飛濺嚴重，澆注現(xiàn)場紊亂，事故多發(fā)；②破碎過程中合金粉化率高，成品在運輸過程中二次變粉的情況較為嚴重，產生大量的回爐碎鐵；③該工藝生產的鐵合金硬度低、偏析嚴重，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過程中資源浪費十分嚴重。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?；B鑄成形技術。

1鐵合金連鑄粒化成形設備

1.1鐵合金連鑄?；尚卧O備的研制

該項目組針對國內外鐵合金成型工藝及存在的問題，開發(fā)了一套連鑄?；尚卧O備。設備主要設計部件如表1所列，設備主要性能參數(shù)設計如表2所列。設計的鐵合金連鑄?；尚卧O備如圖1所示。

表1　鐵合金連鑄?；尚卧O備主要部件

表2　鐵合金連鑄?；尚卧O備主要性能參數(shù)

圖1　鐵合金連鑄?；尚卧O備 1.澆包　2.錠?！?.主動輪

1.2鐵合金連鑄?；尚卧O備的工作原理

將合金液連續(xù)澆注到設計的多個錠模中，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?；尚卧O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；錠模運轉至適宜位置開啟水冷系統(tǒng)，液態(tài)合金迅速凝固；錠模運轉至脫模點，鑄錠脫落進入集料筐，通過高度落差產生的沖量使鑄錠破碎，得到粒狀鐵合金產品。錠模是本設備?；尚蔚闹饕考浣Y構如圖2。

圖2　錠模結構示意圖

2試驗方法

使用中頻感應爐熔煉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試驗結果及討論

3.1強制冷卻對合金液溫降的影響

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

圖3　強制冷卻段合金液溫度數(shù)據

3.2合金宏觀質量

圖4為?；O備生產的FeSi50鑄錠及其縱截面，可以看出鑄錠內部組織致密，在鑄錠邊緣存在較為集中的縮孔。

是因為該設備采用頂部噴淋的冷卻方式，合金本身熱導率低，表面的合金液在冷卻水作用下迅速凝固，非強冷面補縮能力不足，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進行元素線掃描分析，測定沿鑄錠徑向的元素分布，如圖5?？煽闯鯯i、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結論

該項目組研制的連鑄?；尚卧O備，實現(xiàn)了硅鐵合金的一次性澆注成形；經噴霧強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：

[1]王海娟，譚小鋒.新型鐵合金液態(tài)金屬澆注成形方式[J].鐵合金，2012(6)：16-20.

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[3]遼寧科技大學. 一種機械破碎生產鐵合金的方法及其裝置：中國，103071802 A[P]. 2013.

[4]遼寧恒大重工有限公司. 一種鐵合金爐前澆注成型設備和工藝：中國，103170609 A[P]. 2013.