趙松喬，張峰偉

（淄博大亞金屬科技股份有限公司,山東淄博 255000）

鋼丸是工業(yè)消耗材料，廣泛應(yīng)用于裝備制造業(yè)中，主要用于對鋼板、鋼材、鍛鑄件的表面清理與強(qiáng)化。鋼丸根據(jù)成分和性能分為鑄鋼丸、不銹鋼鋼丸及合金鋼丸，其中鑄鋼丸又包含高碳鑄鋼丸、低碳鑄鋼丸和中碳鑄鋼丸。鑄鋼丸的化學(xué)成分一般含有0.8%左右的碳、硅、錳以及不大于0.05%的磷和硫[1-3]。鑄鋼丸具有硬度適中、韌性強(qiáng)、抗沖擊，可連續(xù)多次反復(fù)使用等特點(diǎn)，適用于機(jī)械制造、鋼結(jié)構(gòu)、汽車、造船、集裝箱等行業(yè)的金屬表面拋噴丸清理及強(qiáng)化。特別是隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，鑄鋼丸制造行業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中所占的比例及其生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量都在不斷增加。鑄鋼丸產(chǎn)量增加的同時(shí)對其質(zhì)量和性能的要求也在不斷改變，因此目前對鑄鋼丸的研究主要集中在種類、組織及使用壽命[4-6]。

鑄鋼丸的制備工藝處在一個(gè)不斷的優(yōu)化過程中，現(xiàn)有的鑄鋼丸制備工藝流程為：首先對爐料進(jìn)行分選、熔煉，在熔煉時(shí)對鋼液的成分進(jìn)行調(diào)整；然后進(jìn)行鑄鋼丸成形和熱處理；最后包裝入庫。鑄鋼丸成形工藝方法有多種，常用的主要有：氣噴法、水射流沖擊法、離心霧化法等[7,8]。無論采用哪種生產(chǎn)工藝，成形的過程控制，對鑄鋼丸成品質(zhì)量尤為關(guān)鍵。目前國內(nèi)鑄鋼丸生產(chǎn)大都采用鋼水離心拋射至水幕圈成形的方式，但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)在造粒過程中，硅、錳容易被氧化[9，10]，需要在鋼水熔煉中添加比理論計(jì)算更多的合金料才能保證鋼丸化學(xué)成分符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這樣增加了合金料的成本消耗。因此，本研究旨在水幕造粒過程中增加氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍，防止硅、錳的氧化，降低合金料的消耗。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

（1）液氮：99%；

（2）氮?dú)鈿饣鳎骸?00m3/h；

（3）玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：（2.5～40）m3/h，壓力≤0.6MPa，溫度（-40～+120）℃；

（4）氮?dú)夤苋Γㄗ灾疲?/p>

圖1 試驗(yàn)設(shè)備聯(lián)系示意圖

（5）閥門及橡膠管。

1.2 試驗(yàn)方案

在離心盤四周添加氮?dú)夤苋?，管圈上均勻分布?0 個(gè)?3mm 小孔，供氮?dú)饩鶆蛞绯霰Ｗo(hù)鋼水造粒過程中硅、錳被氧化。將氮?dú)夤苋τ霉苈吠旱?、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)連接。

（1）開始澆注前5min，開啟液氮罐上閥門，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)上顯示的示數(shù)調(diào)節(jié)開度，控制氮?dú)饬?量 分 別 為 5m3/h、10m3/h、15m3/h、20m3/h 和25m3/h。考慮到實(shí)際情況，氮?dú)饬髁刻?，無法起到保護(hù)作用，氮?dú)饬髁刻螅词鼓芷鸬胶玫谋Ｗo(hù)效果，成本太高，對于大規(guī)模的應(yīng)用存在困難。

（2）澆注過程中一直開啟液氮閥門，澆注結(jié)束后，關(guān)閉液氮罐閥門。取樣（分別在澆注前期、中期、后期）測試硅、錳氧化率，空心率以及異形率。

（3）記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)因素對結(jié)果的影響。

注意：更換離心盤時(shí)，需要檢查氮?dú)馐欠耜P(guān)閉，保持通風(fēng)，氮?dú)馍㈤_后再操作，避免缺氧窒息造成事故。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

將不同氮?dú)饬髁壳闆r下，澆注前期、中期和后期取樣分析數(shù)據(jù)取平均值，整理如表1。

為了清楚的了解不同氮?dú)饬髁壳闆r下，各粒級硅、錳氧化率及空心率和異形率的變化情況，繪制不同氮?dú)饬髁壳闆r下，各粒級硅、錳氧化率變化圖及不同氮?dú)饬髁壳闆r下，各粒級空心率和異形率變化圖。

由圖2 和圖3 可知：隨著氮?dú)饬髁吭黾樱?.4mm、1.4～0.3mm 硅和錳氧化率均逐漸降低，鋼水～0.3mm 硅和錳氧化率沒有明顯的變化，氧化率均在60%左右。說明添加氮?dú)夥諊蝗Γ苊饬嗽炝＿^程中硅、錳元素與空氣接觸，能有效降低粗粒級氧化，但對細(xì)粒級氧化影響較小。

圖2 不同流量情況下硅氧化率

圖3 不同流量情況下錳氧化率

由圖4 和圖5 可知：氮?dú)饬髁吭?、5m3/h、10m3/h、15m3/h、20m3/h 時(shí)，2.36mm 粒級空心率約為11%、2.0mm 空心率約為10%、1.4mm 空心率約為9%；2.36mm 粒級、2.0mm 異形率、1.4mm 異形率均約為10%；但當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁可仙?5m3/h 時(shí)，各粒級空心率、異形率均明顯增加。表明氮?dú)饬髁吭?～20m3/h 時(shí)，氮?dú)夥諊鷮λ辉炝？招穆?、異形率影響不大，?dāng)?shù)獨(dú)饬髁砍^20m3/h 時(shí)，充足的氮?dú)夥諊鷷溆跐沧⒌匿撍?，影響成形?/p>

表1 不同氮?dú)饬髁肯耂i、Mn 氧化率及空心異形率

圖4 不同流量情況下空心率

圖5 不同流量情況下異形率

3 結(jié)論

（1）鑄鋼丸生產(chǎn)水幕造粒過程中添加氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍能夠有效降低各粒度鋼丸硅、錳氧化率，降低合金元素的損耗。當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁吭黾拥?0m3/h 以上時(shí)，1.4mm 粒級硅氧化率和錳氧化率分別可以降低到46%左右和34%左右，1.4～0.3mm 粒級硅氧化率和錳氧化率分別可以降低到10%左右和22%左右、鋼水～0.3mm 粒級硅錳氧化率沒有明顯影響。

（2）鑄鋼丸生產(chǎn)水幕造粒過程中添加氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍對各粒級空心率和異形率影響較小，但氮?dú)饬髁砍^20m3/h 會惡化造粒成形，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）結(jié)合氮?dú)饬髁繉琛㈠i氧化率的影響和空心率、異形率的影響，實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以考慮選用20m3/h 的氮?dú)饬髁?，既可以降低硅、錳的氧化率，又不至于影響造粒成形。