CN109680124A - 一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法 - Google Patents

一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法，以中频炉熔炼后，再由LF精炼炉、VOD精炼炉进行两次精炼，其中：LF精炼炉采用三根电极进行加热，加热时电极***渣层中采用埋弧加热；钢桶上设水冷法兰盘、水冷炉盖及密封橡皮圈，以隔离空气；在精炼过程中，先向钢水中加入石灰渣料6～10.0kg/t，精炼1～5min向钢包内里面加入1.0～3.0kg/t钢的含Al2O3的辅料，造白渣；VOD精炼炉配置真空罐、顶吹氧枪、真空抽气装置、合金加料、测温取样***，在包底装设两个以上的透气砖；在LF精炼炉精炼过的钢水在VOD精炼炉中再次精炼钢水；在真空中由顶吹氧和同时经钢包底部透气砖吹入氩气体进行高强度搅拌，在钢液中氢、氮不断向氩气泡扩散，最后随氩气泡溢出钢液。

Description

一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法
技术领域
本发明涉及一种工程机械，尤其是涉及一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法。
背景技术
工程机械的耐磨件像铲头、斗齿、锤头、链轨板等产品都是耐磨铸件，一般像这类铸件都要求要有较高的耐磨性，还要求有一个较高的使用寿命和较高的硬度，因此对铸件的内在质量要求很高，铸件内部要求无缺陷、晶粒细腻、无夹渣物等缺陷；随着这些要求的逐渐提高，传统的中频炉熔炼方法，越来越难以相应提高钢水的纯净度，难以满足铸件内部质量更高的要求。
发明内容
本发明主要目的是提供一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法，其可提高工程机械耐磨件钢水的纯净度，以提高铸件内部质量。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法，以中频炉熔炼后，再由LF精炼炉、VOD精炼炉进行两次精炼，其中：
LF精炼炉采用三根电极进行加热，加热时电极***渣层中采用埋弧加热；钢桶上设水冷法兰盘、水冷炉盖及密封橡皮圈，以隔离空气；在精炼过程中，先向钢水中加入石灰渣料6～10.0kg/t，精炼1～5min向钢包内里面加入1.0～3.0kg/t钢的含Al2O3的辅料，造成白渣，还原性白渣和加热时石墨电极与渣中氧化物作用生成的CO气体，增强并维持炉内还原性气氛；
VOD 精炼炉配置真空罐、顶吹氧枪、真空抽气装置、合金加料、测温取样***，在包底装设两个以上的透气砖；在LF精炼炉精炼过的钢水在VOD精炼炉中再次精炼钢水；在真空中由顶吹氧和同时经钢包底部透气砖吹入氩气体进行高强度搅拌，在钢液中氢、氮不断向氩气泡扩散，最后随氩气泡溢出钢液。
作为优选，在LF精炼炉中造白渣过程中，注意观察渣的颜色；当炉渣由黑变成黄又变白，白色维持一个时间段后，继续加入脱氧剂。当白渣保持一定时间，渣钢之间氧浓度保持平衡，为了继续保持白渣还要不断的加入脱氧剂。
通过上述技术方案，钢水纯净，铸件夹杂物含量少（在ASTM 标准2级以下），含硫量在0.01以下，氧含量达10PPm以下，氢含量可达0.8PPm，利用搅拌功能在包底装设了两个以上的透气砖，对钢水进行强搅拌，可消除AI2O3、SiO2等杂质；相较于普通中频炉熔炼的铸件，采用本发明所供方法的工程机械耐磨铸件，机械性能和冲击值都有大幅提高，夹渣物显著减少，工程机械耐磨铸件的使用寿命提高30-40%；本发明所提供的方法，尤其适于大批量工程机械耐磨铸件的生产，具有较高的经济效益。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：为便于理解本发明的发明精神，以下逐步说明本发明涉及的技术解决方案：
1、LF-VOD精炼炉的主要工作原理
1.1 LF精炼炉的钢水精炼方法
LF精炼炉的钢水精炼使钢水在短时间内达到脱氧、脱硫、合金化、升温等综合精炼效果。确保达到钢水成分精确，温度均匀，夹杂物充分上浮净化钢水的目的，其精炼步骤如下：中频炉熔炼钢水兑入LF炉中；精炼吹氩气炉内形成还原气氛，脱氧、脱硫及去除非金属夹杂物、净化钢水作用；微调成分，加入需要的合金成份；调温、测温、温度低进行升温（出炉温度1620℃-1610℃）；出钢、喂丝脱氧；测温（浇注温度1570℃-1580℃），温度合适进行浇注。
1.1.1 LF炉精炼主要是靠氩气搅拌。主要通过钢包底部吹氩气搅拌加速钢与渣之间的物质传递，有利于加速脱氧、脱硫反应的进行，并促进夹杂物的上浮去除，特别是对Al2O3类型的夹杂物上浮去除更为有利。同时加速钢水温度和成分的均匀化，达到精确地调整钢水的成分。由于炉内的还原气氛，钢包与炉盖密封起到隔绝空气的作用，加之石墨电极氧化产生CO气体，炉内形成了还原气氛，钢水在还原条件下进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂物，并避免了钢水增氮。LF炉的最大优点是高碱度还原精炼渣脱氧效果良好，可很好的增加熔渣的脱硫能力。（CaO）含量高，（FeO）、（SiO2）含量低，对脱硫反应十分有利，采用LF炉处理的钢水，渣中（FeO+MnO）的含量相当低，脱硫也彻底。
1.1.2 LF炉工艺的主要优点：精炼能力强，脱氧、脱硫、净化钢水效果好，钢的质量显著提高；适宜生产超低硫，超低氧钢种。具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高。具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性。采用渣钢精炼工艺，精炼成本低。设备简单，投资较少。
1.2 VOD精炼炉精炼方法
VOD精炼法是将中频电炉的钢水或LF炉精炼处理的钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空处理法，可进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理。其主要设备由真空***、真空罐***、真空罐盖车及加料***组成。适于生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢，VOD炉可完成真空吹氧脱碳的功能，适宜冶炼低碳钢和超低碳不锈钢。VOD真空处理依靠钢包底部全程吹氩搅拌，目的是均匀钢水的成分和温度，促进真空脱气、去硫、成分调整、夹杂物上浮，尤其是喂线后的软吹氩更是去除钢中氧化物夹杂的有效方法。
1.3 LF-VOD精炼炉双联法钢水精炼特点：
1.3.1钢水精炼对钢液脱硫，脱氧作用良好；可吸收AI2O3、SiO2等杂质有一定的变性作用；产品可达到含硫量在0.01以下，氧含量达10PPm以下，氢含量可达0.8PPm，铸件夹杂物含量符合ASTM 标准2级以下。
1.3.2 LF法精炼能调节钢水温度，达到铸件所要求的浇注温度，提高钢水纯净度，特别是减少钢中大型夹杂物的含量，降低钢中气体（如氢）含量；降低有害杂质（如硫、磷）含量；夹杂物变性作用，改善钢水流动性；提高生产率。
1.3.3 VOD精炼炉钢水精炼是在真空中、惰性气氛或可控气氛的条件下进行深脱碳、脱硫、脱氧、除气、调整成分（微合金化）和调整温度并使其均匀化，去除夹杂物，改变夹杂物形态和组成等。
2、LF-VOD精炼炉双联法钢水精炼技术指标
工程机械的耐磨件，铲头、斗齿、锤头、链轨板等，钢水精炼目标是得到真正的纯净钢水，使铸件夹杂物含量要求在ASTM 标准2级以下，含硫量在0.01以下，氧含量达10PPm以下，氢含量可达0.8PPm。利用搅拌功能在包底装设了两个以上的透气砖，由此产生了对钢水进行强搅拌，可消除AI2O3、SiO2等杂质。通过LF-VOD精炼炉双联法钢水精炼，采用该方法精炼钢水生产出的耐磨铸件可提高使用寿命30-40%，真正达到了优质钢的效果。
3、LF-VOD精炼炉双联法钢水精炼过程
3.1 LF精炼炉钢水精炼过程
LF精炼炉是采用三根电极进行加热的。加热时电极***渣层中采用埋弧加热法，这种方法的辐射小，对炉衬有保护作用，与此同时加热的效率也比较高，热效率好。LF炉本身一般不具有真空设备。在精炼时，即在不抽真空的大气压下进行精炼时，靠钢桶上的水冷法兰盘、水冷炉盖及密封橡皮圈的作用可以起到隔离空气的密封作用。再加上还原性渣以及加热时石墨电极与渣中FeO、MnO、C等氧化物作用生成CO气体，增加炉气的还原性气氛。精炼主要是靠氩气搅拌着是LF炉精炼炉的又一特点，氩气搅拌有利于钢渣之间的化学反应，它可以加速钢渣之间的物质传递，有利于钢液的脱氧、脱硫反应的进行；吹氩搅拌还可以去除非金属夹杂物；吹氩搅拌的另一作用是可以加速钢液中的温度与成分均匀，能精确的调整复杂的化学组成，此外吹氩搅拌可加速渣中氧化物的还原，对DKD\DKA等材料回收铬、钼等有价值的合金元素有利。LF炉是否能够精炼成功是靠白渣进行精炼的，白渣在LF炉内具有很强的还原性，这是LF炉内良好的还原气氛和氩气搅拌，互相作用的结果。一般渣量为金属量的2～8%。通过白渣的精炼作用可以降低钢中氧、硫及夹杂物含量。
造白渣的基本方法：
在LF精炼过程中，先向钢水中加入石灰渣料6～10.0kg/t，精炼1～5min向钢包内里面加入1.0～3.0kg/t钢的含Al2O3的辅料，以进一步提高化渣速度，此时炉中的物理化学反应在不停的进行，在精炼过程中不断的加入脱氧剂，注意观察渣的颜色，如果精炼正常炉渣由黑变成黄又变白，当白渣保持三分钟后，渣钢之间氧浓度保持平衡；为了继续保持白渣还要不断的加入脱氧剂。
3.2 VOD 真空精炼钢水过程
VOD 真空精炼设备由真空罐、顶吹氧枪、真空抽气、合金加料、测温取样等***组成。在LF精炼炉精炼过的钢水需要在进一步精炼要获得较纯净的钢水得到较低H 、O、N气体含量的铸件和低硫，低夹渣物的铸件，还要在VOD 真空精炼炉中再次精炼钢水。VOD 真空精炼过程是在真空中由顶吹氧和同时经钢包底部透气砖吹入氩气体进行高强度搅拌，在钢液中氢、氮不断向氩气泡扩散，在氮气泡内形成一定的分压，氢和氮在氩气泡中的分压会随着气泡的上浮时受热体积膨胀，因而氢、氮的分压仍能保持较低的水平，故继续吸收氢和氮，最后随氩气泡溢出钢液而被去除。
VOD真空精炼，使铸钢件低碳、中碳、低氮、低氧和低氢。
3.3化学成分的控制：在LF-AOD精炼炉双联法钢水精炼过程中化学成分的控制，铲头、斗齿、锤头、链轨板等耐磨铸件主要牌号有DTB、DKA、DPB、DJD牌号， 4种材料要求的化学成份和实际生产控制的化学成分如下表：
综上所述，由于采用中频电炉和LF-VOD双联精炼法精炼钢水，经该方法精炼的钢水铸件中H 、O 、N含较低可生产出优质铸件，可明显地提高铲头、斗齿、锤头、链轨板等的使用寿命，精炼成本低，可减少贵重金属的损失，适合生产低硫磷的铸造产品，具有较高的经济效益。
说明书中的实施方式仅用于对本发明进行说明，其并不对本发明的保护范围起到限定作用。本发明的保护范围仅由权利要求限定，在本发明公开的实施方式的基础上所做的任何省略、替换或修改将落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法，其特征在于，以中频炉熔炼后，再由LF精炼炉、VOD精炼炉进行两次精炼，其中：
LF精炼炉采用三根电极进行加热，加热时电极***渣层中采用埋弧加热；钢桶上设水冷法兰盘、水冷炉盖及密封橡皮圈，以隔离空气；在精炼过程中，先向钢水中加入石灰渣料6～10.0kg/t，精炼1～5min向钢包内里面加入1.0～3.0kg/t钢的含Al2O3的辅料，造成白渣，还原性白渣和加热时石墨电极与渣中氧化物作用生成的CO气体，增强并维持炉内还原性气氛；
VOD 精炼炉配置真空罐、顶吹氧枪、真空抽气装置、合金加料、测温取样***，在包底装设两个以上的透气砖；在LF精炼炉精炼过的钢水在VOD精炼炉中再次精炼钢水；在真空中由顶吹氧和同时经钢包底部透气砖吹入氩气体进行高强度搅拌，在钢液中氢、氮不断向氩气泡扩散，最后随氩气泡溢出钢液。
2.根据权利要求1所述的一种提高工程机械耐磨铸件性能的方法，其特征在于：在LF精炼炉中造白渣过程中，注意观察渣的颜色；当炉渣由黑变成黄又变白，白色维持一个时间段后，继续加入脱氧剂。
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