專利名稱：：一種沸騰爐中心筒合金及其生產方法
技術領域：
：本發明涉及一種高溫耐磨合金材料，特別是涉及一種沸騰爐中心筒合金及其生產方法。尤其是涉及一種氫氧化鋁沸騰爐中心筒合金及其生產方法。
背景技術：
：-氫氧化鋁設備成套裝置大多是在高溫狀態下運行的，而其中的承熱件又往往位于高溫設備的核心部位，承熱件質量優劣，直接影響整個設備正常運行。其中，沸騰爐是整個氧化鋁生產重要裝置，是出成品階段的關鍵設備，關系到整個公司的生產效益，而中心筒是沸騰爐的關鍵承熱部件。氫氧化鋁經過高溫煅燒成氧化鋁，高溫氧化鋁料由煅燒區出來沿螺旋方向落入中心筒區，達到冷卻后進行分選。目前國內使用的沸騰爐中心筒直徑一般為①2500mm-3000ram，高度1500mm-2000mm,自重2-3噸。中心筒置于燃燒區下部，環境溫度IOO(TC左右，生產過程中，中心筒金屬表面在高溫下氧化，同時又受髙溫物料的沖蝕、磨損，加上較大的重力作用，中心筒易發生蠕變和幵裂。目前沸騰爐中心筒主要由不銹鋼板焊制，損壞方式主要是氧化磨損，其次是變形、焊口開裂。沸騰爐中心筒因高溫氧化磨損使其厚度減薄而磨穿或變形開裂。從而迫使生產全線停機檢修，檢修程序停機一冷卻-一檢修(或安裝)-一升溫---運行.檢修一次需全線停機3-10天，直接經濟損失就達數十萬元，目前，我國大型鋁業公司主要采用燒結法和釋爾法生產氧化鋁，其沸騰爐中心筒材料是1Crl8Ni9Ti不銹鋼板和鉻錳氮耐熱鋼，使用壽命僅2-3個月，每年需停產檢修4-6次，損失巨大。近幾年，我國在高溫抗磨材料研究方面，有一定的發展。如發明專利CN1418975A，北京航空航天大學研發的一種超高碳Cr-Ni-C高溫耐磨合金材料，該合金材料主要由Cr、Ni、C三種元素組成，主要運用于85(TC條件下的機械磨損、沖蝕磨損等；發明專利CN1335417A湖南省高科有限公司研發的"一種高溫耐磨合金鋼及其生產方法"，主要用于鋼鐵冶金行業中制造軋鋼生產線所使用的軋輥、導衛輪及導衛板。針對氧化鋁行業沸騰爐中心筒高溫耐磨合金材料，目前國內還沒有新型高溫耐磨材料問世，因此，新型高溫耐磨合金材料沸騰爐中心筒的開發，是氧化鋁行業急待解決的重大技術課題。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種沸騰爐中心筒合金及其生產方法，從而解決沸騰爐中心筒在IOO(TC以上高溫條件下的耐磨問題。本發明為解決技術問題所采取的技術方案是1.一種沸騰爐中心筒合金，以鉻鎳合金為主要元素，以氮、鈦、鈮、鎢、碳、硅、錳、稀土為輔助元素，其特征在于所述沸騰爐中心筒合金的成分及其重量百分比為碳C0.250.60，鉻Cr26.0030.00，鎳Ni9.0012.00，硅Si0.801.50,錳Mn1.002.00，氮N0.150.30，鉬Mo0.200.50，鴇W0.501.00，鈦Ti0.200.60,鈮Nb0.200.60，釩V0.200.50，稀土Re0.200.50，硫S^0.04，磷P〇0.05，余量為鐵Fe。2.所述的沸騰爐中心筒合金的生產方法，其特征在于是通過以下具體生產工藝來實現的a、型砂準備選用天然石英砂(sio》98X，粒度40—70目)、水玻璃(模數2.2—2,5，密度50波美度)通過適當配比，混制46分鐘后備用。b、造型準備按照設計要求制作沸騰爐中心筒模具后，將模具放入專用砂箱內，(包括適宜的澆口、冒口模型)加入已經混制好的型砂并適當緊實，送入VRH真空置換硬化裝置。C、硬化組型在VRH真空置換硬化裝置中，先抽真空(真空度98)2分鐘，然后吹入C02氣體，吹氣壓力0.1500.258Mpa，吹氣時間為12分鐘，使水玻璃型砂硬化，具備一定強度，將模具取出后形成的砂型型腔進行組合，以待澆注。d、熔煉澆注將返回料、不銹鋼廢料、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硅鐵、錳鐵和鎳板這些原料按適當比例和規定的次序加入電爐中進行融化，用直讀光譜檢測并調整化學成分；鈦ti在脫氧后臨出爐前加入，出爐前作成分分析；稀土Re在包底加入，沖入鋼水。澆注前取樣作最終分析。其中，出爐溫度16501680°C，澆注溫度15201580°C，快速澆注；e、熱處理將精整后的工件在105(TC110(TC時進行固溶處理，之后加熱至85090(TC，保溫24小時，然后出爐空冷。3.所述的高溫耐磨沸騰爐中心的生產方法，其特征在于在步驟"a"中，所述天然石英砂原料的Si02含量大于98M，粒度4070目；所述天然石英砂和水玻璃砂的重量份配比為天然石英砂100份，水玻璃5份；所述水玻璃的模數要求為M=2.22.5。本發明的積極有益效果在于解決了現有沸騰爐中心筒高溫條件下不耐磨的技術問題。其優點突出表現在以下三方面一是常溫下拉力、硬度延伸率指標高；二是高溫條件下抗氧化性強；三是使用壽命明顯優于現有產品。(1)、拉力、硬度延伸率指標高。本發明合金材料常溫下力學性能如表l:表1本發明沸騰爐中心筒合金材料力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>說明抗拉強度按GB228-76〈金屬拉力試驗法〉測試硬度按08230-83<<金屬洛化硬度試驗方法>測試(2)、抗氧化性能強。本發明合金材料高溫條件下抗氧化性能，按冶標YB48—84規定進行，分別在100(TC和120(TC進行150小時試驗，所得數據為在100(TC時，平均氧化增重速度為0.0213克/m2"h;在120(TC時平均氧化增重速度為0,3289克/m2'h，和YB48-84鋼的氧化級別評定標準對比(見表2)可知本發明高溫耐磨合金在100(TC是完全抗氧化的，在1200。C是抗氧化的，詳見表2中YB48-84鋼的抗氧化級別評定表2YB48-84鋼的抗氧化級別評定<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(3)、使用壽命長。目前我國氧化鋁工業使用的沸騰爐中心筒、使用壽命為2-3個月，而本發明高溫耐磨合金沸騰爐中心筒經山東鋁業公司、中州鋁業公司使用，壽命都在16個月以上，成倍地延長了產品的使用壽命，降低了氧化鋁生產成本。具體實施例方式為更好地理解本發明，下面結合具體實施例做進一步說明1、沸騰爐中心筒的化學成分設計化學成分是決定合金性能的關鍵因素，要解決髙溫條件下金屬的耐磨問題，必須首先進行合理的成分設計。經綜合對比分析，本發明確定以鉻、鎳合金為基礎，采用主導合金因素(鉻、鎳)與輔助元素(氮、鈦、鈮、鎢、稀土)相結合，組成合金材料。這樣做一是為獲得奧氏體基體，二是為形成MC型碳化物和減少M23C6型化物，以保證合金材料高溫下的抗氧化性，抗蠕變性和耐磨性。鉻Cr:主要用于提高合金材料的抗氧化性和耐蝕性。鉻在氧化性介質中很快形成一層氧化膜，這種膜具有相當高的化學穩定性，包圍于鋼的表面，為保證該材質在1000120(TC時的抗氧化性，其含鉻量設計為2630%。鎳Ni:鎳在不銹鋼和耐熱鋼中起促成和穩定奧氏體的作用，提高合金的高溫強度和抗蠕變性。為保證獲得奧氏體和材料的高溫性能，故在材料中將鎳確定為9.012%。碳C:碳對鋼性能影響很大。如果合金中含碳量過低，小于0.25%時，其形成MC型碳化物能力會降低。含碳量過高，則會降低合金材料的塑性和韌性。考慮合金材料的高溫強度，抗氧化性和加工性能(鑄造性能、焊接性能、機加工性能)，綜合分析碳的作用，本合金材料將碳控制在0.250.60%。氮N:增加鋼中的含氮量，可以擴大奧氏體區，提高剛中奧氏體量，同時減少貴金屬鎳的含量。含氮0.130.33時鋼的組織為鐵素體和奧氏體，當氮達到0.58時，就可以得到單一奧氏體組織。但是若鋼中氮量過高，鑄件中則會產生氣孔，而當含氮量低于0.35時，則一般不會產生氣孔，所以本設計將氮含量控制在0.150.35%范圍內。硅Si和錳Mn:硅可以提高合金的淬透性，但有降低合金塑性的性能；錳是奧氏體的形成元素，適當加入Mn可以節省Ni,但考慮硅和錳在合金中的綜合作用，確定硅控制在0.81.5范圍內，錳控制在1.02.0%范圍內。鎢W和鉬Mo:鎢和鉬在高溫下可固溶于奧氏體中，提高奧氏體在高溫下的持久強度和蠕變抗力。同時這兩個元素均可降低鉻在鋼中的擴散系數，阻止Cr23C6的形成，強化鉻的固溶強化作用。故將鎢確定為0.51.0%，鉬為0.20.5%。鈦、鈮、釩Ti、Nb、V等元素與C和N的親和力極強，加入合金中，在凝固過程中形成彌散分布的硬度極高的碳化物和氮化物微粒。還可提高合金的持久強度，減少蠕變和裂紋。所以，Ti、Nb、V的含量分別確定為0.20.6%;0.20.6%;0.20.5%。稀土元素Re:稀土有良好的脫氧、脫硫作用，少量加入合金中，可使該合金在高溫下生成致密而穩定的不易剝離的氧化膜，從而提高其抗氧化性和耐磨性。實踐表明，當稀土元素含量達到0.10%以上時，上述作用可明顯表現出來，故本發明設計將稀土元素控制在0.20.5%。綜上所述，本發明的高溫耐磨合金沸騰爐中心筒的成分設計如下(見表3):表3沸騰爐中心筒化學成分<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>2、本發明合金材料的生產方法
技術領域：
：本發明生產沸騰爐中心筒所采用的制造工藝過程為造型制備-一熔煉澆注一--熱處理。第一步、造型制備(1)造型用原材料天然石英砂，要求Si02含量大于98%，粒度40/70目；水玻璃，要求模數M-2.12.6。(2)水玻璃砂配比天然石英砂100%，水玻璃8%。(3)砂型混制及選型干混2-3分鐘后，加水玻璃濕混46分鐘。性能檢測用單鑄試塊(Y型試塊)。鑄型造好后，吹C02硬化，(吹氣壓力0.1500.258Mpa，吹氣時間12分鐘，以待澆注。第二步、烙煉澆注本發明合金因含合金元素較多，熔煉應在堿性(鎂砂爐襯)中頻感應爐中進行，熔煉工藝采用不氧化法熔煉，這種工藝熔煉時鋼中合金元素的收得率參見表4:表4堿性感應電爐不氧化法煉鋼合金元素收得率<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>廢鋼0.150300.60《0.05《0.05生鐵4.001.680.80Mn-Fe5.865.0鉻鐵0.560.0氮化鉻鐵62.04.0Si-Fe75.0Ni100Ti-Fe4,527.0l#Re45.024.0Mo誦Fe0.20含Mo大于55.0%FeNb500.05含Nb50-60%FeW750.20含W75-80o/oFeV500.40含V50%本發明合金材料熔煉時，返回料、不銹鋼廢料、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硅鐵、錳鐵、鎳板等按適當的比例和規定的次序加入電爐中融化，一般金屬熔煉方法加料和熔化，用直讀光譜檢測并調整；金屬釹容易氧化燒損，要預先做成合金粉粒，在脫氧后臨出爐前，在專用覆蓋劑保護下加入，出爐前作分析。稀土在包中沖入法加入，出爐溫度1650168(TC,澆注溫度15201580°C，扒渣后澆注Y型試塊。第三步、熱處理(包括固溶處理、保溫處理)本發明對該合金材料進行熱處理的目的是一則使Cr23Ce溶解，使其固溶于奧氏體中，避免Cr23C6網狀分布；二則是創造良好的熱力學條件，以有利于TiC、NbC、VC等高溫穩定碳化物的形成。為此，首先對該合金材料在1050110(TC時進行固溶處理(空冷)，使絕大部分Cr23C6溶解而固溶于奧氏體中，而TiC(或NbC)由于其高溫穩定性強，只有部分溶入奧氏體中，為了充分發揮TiC(或NbC)的作用，對合金材料固溶處理后，再加熱至850900°C，保溫24小時，然后出爐空冷。這一溫度高于碳化鉻的固溶溫度而低于碳化鈦的固溶溫度，在此溫度下只有TiC(或NbC)的形成而碳化鉻不能形成。經過這一處理，可以消除大量網狀Cr23Ce有效避免沸騰爐中心筒在交變受力和熱應力作用下產生裂紋的現象，延長產品的使用壽命。權利要求1.一種沸騰爐中心筒合金，以鉻鎳合金為主要元素，以氮、鈦、鈮、鎢、碳、硅、錳、稀土為輔助元素，其特征在于所述沸騰爐中心筒合金的成分及其重量百分比為碳C0.25～0.60，鉻Cr26.00～30.00，鎳Ni9.00～12.00，硅Si0.80～1.50，錳Mn1.00～2.00，氮N0.15～0.30，鉬Mo0.20～0.50，鎢W0.50～1.00，鈦Ti0.20～0.60，鈮Nb0.20～0.60，釩V0.20～0.50，稀土Re0.20～0.50，硫S≦0.04，磷P≦0.05，余量為鐵Fe。2.根據權利要求1所述的沸騰爐中心筒合金的生產方法，其特征在于是通過以下具體生產工藝來實現的a、型砂準備選用天然石英砂(sio》98X，粒度40—70目)、水玻璃(模數2.2—2.5，密度50波美度)通過適當配比，混制46分鐘后備用。b、造型準備按照設計要求制作沸騰爐中心筒模具后，將模具放入專用砂箱內，(包括適宜的澆口、冒口模型)加入已經混制好的型砂并適當緊實，送入VRH真空置換硬化裝置。C、硬化組型在VRH真空置換硬化裝置中，先抽真空(真空度98)2分鐘，然后吹入C02氣體，吹氣壓力0.1500.258Mpa，吹氣時間為12分鐘，使水玻璃型砂硬化，具備一定強度，將模具取出后形成的砂型型腔進行組合，以待澆注。d、熔煉澆注將返回料、不銹鋼廢料、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硅鐵、錳鐵和鎳板這些原料按適當比例和規定的次序加入電爐中進行融化，用直讀光譜檢測并調整化學成分；鈦ti在脫氧后臨出爐前加入，出爐前作成分分析；稀土Re在包底加入，沖入鋼水。澆注前取樣作最終分析。其中，出爐溫度16501680°C，澆注溫度15201580。C，快速澆注；e、熱處理將精整后的工件在105(TC110(TC時進行固溶處理，之后加熱至850900。C，保溫24小時，然后出爐空冷。3.根據權利要求2所述的高溫耐磨沸騰爐中心的生產方法，其特征在于在步驟"a"中，所述天然石英砂原料的Si()2含量大于98W，粒度4070目；所述天然石英砂和水玻璃砂的重量份配比為天然石英砂100份，水玻璃5份；所述水玻璃的模數要求為M二2.22.5。全文摘要本發明公開了一種沸騰爐中心筒合金，以鉻鎳合金為主要元素，其組成成分及重量百分比為碳C0.25～0.60，鉻Cr26.00～30.00，鎳Ni9.00～12.00，硅Si0.80～1.50，錳Mn1.00～2.00，氮N0.15～0.30，鉬Mo0.20～0.50，鎢W0.50～1.00，鈦Ti0.20～0.60，鈮Nb0.20～0.60，釩V0.20～0.50，稀土Re0.20～0.50，硫S≤0.04，磷P≤0.05，余量為鐵Fe。該沸騰爐中心筒的制造工藝為造型制備--熔煉澆注--熱處理。本發明解決了現有沸騰爐中心筒高溫條件下不耐磨和變形開裂的技術問題，其優點突出表現在以下三方面一是常溫下拉力、硬度延伸率指標高；二是高溫條件下抗氧化性和抗磨性強；三是使用壽命明顯優于現有產品。文檔編號C22C38/50GK101476087SQ20091006423公開日2009年7月8日申請日期2009年2月18日優先權日2009年2月18日發明者孫玉福,蕾宋,張田喜,張金鳳,萍戴,朱孝祥,范乃文,郭文輝申請人:河南宏宇特鑄股份有限公司