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【热坛讲堂】高锰耐磨钢的感应电炉冶炼生产实例【作者:段平昌】

本文介绍了采用碱性炉衬和酸性炉衬感应电炉冶炼ZG120Mn13Cr2钢的实例,并对其性能进行了对比,结果表明,碱性炉衬感应炉冶炼ZG120Mn13Cr2钢的性能优于酸性炉衬感应炉冶炼的ZG120Mn13Cr2钢。
 一、 采用碱性炉衬  
(一)冶炼设备及生产条件
    使用500kg中频炉,采用不氧化法冶炼生产选煤厂破碎机齿帽铸件,材质ZG120Mn13Cr2,铸件单件重量43kg,主要壁厚55mm。采用镁砂炉衬,造渣材料用生石灰,用热电偶测温。铁合金用高碳铬铁、高碳锰铁、中碳锰铁及65硅铁,块度50~80mm。废钢用钢板边角料、工字钢、ZG25钢返回料等,无高锰钢返回料。终脱氧剂和变质剂采用铝丝和1#稀土硅铁合金(粒度0.5~3mm)。用60 kg小抬包分包浇注。
(二)冶炼生产过程控制
装料前在炉底先放入约占炉料重量2%的冶金石灰,炉料熔完注意低温阶段的脱磷操作。若钢渣太稠可用少量萤石调整。在整个熔炼过程中,若有钢水裸露在空气中应及时添加渣料保持覆盖。取样分析并按照C、S、Mn、Si、P、Cr元素的化验结果和配料计算结果补加高碳铬铁并升温。加入锰铁应先加高碳锰铁,然后再分两批加入中碳锰铁。在锰铁快熔完时,推开渣层加入硅铁。待硅铁熔完,测钢水温度达1530℃后,取钢水做圆杯试样,观察收缩良好时,进行换渣,然后停电去渣出钢。出钢前,按计算量向小抬包中放入1.5kg/t的铝丝,待钢水充满1/3钢包时冲入3kg/t备好的1#稀土硅铁合金。钢水在钢包中撒上覆盖剂静置4~6min,测钢水温度1420 ℃左右时,除净钢包中浮渣,快速浇注。
(三) 熔清样、成品样的化学成分及铸件成品质量
    以10.6-1炉为例,采用碱性炉衬熔炼的10.6-1炉钢水及成品的化学成分见表1。本炉铸件清砂后,表面整洁,轮廓清晰,无任何铸造缺陷,外观质量较佳。
表1 10.6-1炉钢水及成品的化学成分(质量分数,%)
 二、 采用酸性炉衬  
(一)冶炼设备及生产条件
当时因无镁砂炉衬材料,又急于生产、交货,尝试采用新打结的仅冶炼过3炉ZG45钢的硅砂炉衬,用500kg中频炉,采用不氧化法冶炼生产电厂碎煤机齿环锤铸件,材质ZG120Mn13Cr2,铸件单件重量47kg,壁厚70mm。采用铸钢除渣剂,测温用热电偶。废钢用钢板边角料、25#圆钢料头、旧齿环锤(同钢种返回料,约按60%配入)。铁合金用高碳铬铁、中碳锰铁及65硅铁,块度50~80 mm。终脱氧剂和变质剂采用铝丝和1#稀土硅铁合金(粒度0.5~3mm)。用60kg小抬包分包浇注。
(二)冶炼生产过程控制                  
因用大量旧齿环锤作炉料,其C、Si、P含量较高,又采用酸性炉衬,不脱P,所以控制C、Si、P的含量来保证含Mn量。首先选用低C、P的洁净废钢和优质铁合金,铬铁和旧齿环锤在熔化末期加入。炉料熔清后取样分析C、Si、Mn、Cr元素,并进行换渣操作。按化验结果和配料计算结果补加高碳铬铁,并分两批加入中碳锰铁。在锰铁将熔完时,推开渣层加入少量硅铁(硅量达0.4%时不加,代之0.1%的硅钙块)。待硅铁熔完,测钢水温度达1530℃后,取钢水做圆杯试样,观察收缩,良好时,进行换渣,然后停电清渣出钢。终脱氧剂和变质剂的加入及钢水的浇注同上面所述的碱性中频炉冶炼实例。
(三)熔清样、成品样的化学成分及铸件成品质量
采用酸性炉衬熔炼的2号炉钢水及成品的化学成分见表2,此炉铸件清砂后,外观质量也较好,未发现铸造缺陷。
 表2 12.20-5炉钢水及成品的化学成分(质量分数,%)
(四)采用酸性炉衬冶炼ZG120Mn13Cr2高锰耐磨钢存在的问题

(1)由于采用酸性炉衬冶炼不脱磷,P易偏高,不利于铸件综合性能的提高。对于铸件在强烈冲击工况下的使用寿命很难保证。

(2)Mn烧损严重,加入超量的锰铁才使含Mn量达标,损耗掉不少锰铁和电力,加大了生产成本,还被动地增高了C、Si、P的含量。

(3)Mn/C很难控制到合适,这将严重影响高锰钢铸件的冲击韧性、耐磨性和使用可靠性。

(4)冶炼过程中钢水对炉衬的侵蚀严重,钢水穿炉的风险很大,只冶炼5炉,炉衬已不能再继续使用。

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