吳 軍，張有功，孫 濤

（安鋼集團信陽鋼鐵有限責任公司，河南信陽 464100）

生產(chǎn)焦炭的工藝有干熄焦工藝和濕熄焦工藝，現(xiàn)在大多數(shù)廠家都在使用干熄焦工藝。信鋼公司使用的也是干熄焦工藝，用該工藝生產(chǎn)焦炭，不僅能實現(xiàn)污染物零排放，而且還能回收焦炭的余熱用于發(fā)電，在環(huán)境保護和能源回收利用方面具有重大意義。

焦罐車是煉焦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，焦罐車主要結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)框架和鎖在框架上的襯板。使用過程中，焦罐車承接著焦爐中燒好的紅焦炭，通過升降機將焦罐車提升至干熄爐頂部，然后從焦罐車底部卸入干熄爐，再利用氮氣來熄滅焦炭。焦罐車在盛滿焦炭時，內(nèi)部溫度是900℃～1 000℃，卸完焦碳等待接焦時，內(nèi)部又驟然降溫。所以說焦罐車內(nèi)的耐熱襯板是焦罐車的重要備件，如果沒有襯板的保護，燒紅的焦炭直接與焦罐車的鋼結(jié)構(gòu)接觸，驟冷驟熱將會使鋼結(jié)構(gòu)變形嚴重影響使用。這種工況就要求襯板不但要耐高溫、有一定的韌性，而且耐激冷激熱性能要好，使用過程中不能有變形、燒蝕和開裂現(xiàn)象，否則易發(fā)生襯板碎片脫落。如果襯板斷裂脫落，既起不到保護鋼結(jié)構(gòu)的作用，還可能掉落到運焦皮帶上造成運焦皮帶的損壞。所以說，煉焦生產(chǎn)的正常進行及整個焦罐車使用周期長短，主要由耐熱襯板質(zhì)量好壞決定。

1 成分選擇

耐熱合金的種類很多，耐熱合金究竟適合不適合生產(chǎn)工況的使用條件，就要根據(jù)各元素的控制和實際使用效果來檢驗，最終選出最優(yōu)的成分配比。

鉻系鑄鐵是耐熱合金的一種，包括低鉻鑄鐵（w（Cr）0.5%～0.2%）和高鉻鑄鐵（w（Cr）16%～20% 、w（Cr）28%～35%），當鉻的質(zhì)量分數(shù)大于 25%時，組織為鐵素體，耐熱性能提高。選用高鉻鑄鐵（w（Cr）28%～32%，w（C）2.0%～2.2%）生產(chǎn)焦罐車襯板，使用2～3個月就有斷裂的現(xiàn)象。經(jīng)過分析認為，雖然耐熱鑄鐵耐高溫（最高使用溫度1 000℃～1 100℃）、硬度高，使用過程中不變形，但是其耐激冷激熱性能差，脆性大、產(chǎn)生冷裂傾向大，在焦罐車這種時熱時冷的工作環(huán)境中容易導致斷裂。

選用另一種耐熱鋼生產(chǎn)襯板，控制化學成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為：w（C）0.6～0.8、w（Si）0.5～0.7、w （Mn）0.2～0.4、w （P）≤0.04、w （S）≤0.03、w（Cr）23～25、w（Mo）0.2～0.3、w（Ni）6～7.使用過程中，雖然比鉻系耐熱鑄鐵使用周期稍長，耐高溫強度高、變形量小，但在4～5個月后襯板出現(xiàn)裂紋，分析原因是化學成分控制不合理，特別是碳與鉻形成的共晶碳化物增多，且硅、錳含量低，韌性降低、脆性增加。

最后選用牌號為ZG30Cr24Ni7SiN的耐熱鑄鋼，控制化學成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為：w（C）0.3～0.4、w（Si）1.8～2、w（Mn）1.3～1.5、w（P）≤0.04、w（S）≤0.03、w（Cr）23～26、w（Mo）（N）0.4～0.5、w（Ni）7～9.

ZG30Cr24Ni7SiN屬于奧氏體高鉻鎳耐熱鋼，其不但有單一的奧氏體組織、在高溫下有較高的強度和塑性，耐腐蝕能力強，耐激冷激熱性能好，適用于1 100℃左右的工作環(huán)境，而且貴重合金的含量不高，利于鑄造成本的控制。各元素區(qū)間的選擇及其在耐熱鋼中的作用如下：

碳在耐熱鋼中對奧氏體腐蝕性能危害很大，碳含量過高，不僅耐蝕性能下降而且裂紋敏感性增大、抗沖擊性能下降，并且碳量高時，碳與鉻、鉬等形成的共晶碳化物增多，雖然硬度能提高，但韌性降低，使襯板容易開裂，早期選用的耐熱鋼就是因為碳含量高而開裂。碳含量控制的太低，則基體的高溫強度、硬度均有所下降，故將碳質(zhì)量分數(shù)控制在0.3%～0.4%較好。

硅在耐熱鋼中不但能提高鋼的耐熱性，而且還能提高抗高溫腐蝕性、淬透性和抗回火性。但是硅含量高時容易導致鑄件冷脆，含量低時，鑄件的韌性較差，受到外力沖擊時容易斷裂，所以硅的質(zhì)量分數(shù)不超過2%.

錳在耐熱鋼中有利的一面是能提高鋼的淬透性、穩(wěn)定奧氏體組織，但也有增加回火脆性和晶粒粗化不利的一面。錳降低鋼的沖擊韌性，高的含錳量，更有可能獲得穿晶組織，降低鋼的耐腐蝕性，所以錳的質(zhì)量分數(shù)控制在1.3%～1.5%.

鉻在耐磨鋼和耐熱鋼中都是重要的元素，具有良好的抗高溫腐蝕性能和抗高溫氧化性能。當鋼中有足夠高的含鉻量時，鉻能在金屬表面上形成阻止腐蝕性氣體向鋼中擴散的氧化膜，可以提高鋼的抗氧化性能。因此，鋼的抗高溫氧化性能主要取決于鋼中鉻的含量，當鉻質(zhì)量分數(shù)超過12%時，鋼的抗高溫氧化性能明顯增加，當鉻質(zhì)量分數(shù)超過23%時，鋼的抗高溫氧化的性能在1 000℃～1 100℃的工作環(huán)境中是最好的，并且在激冷激熱過程中不會出現(xiàn)相變應力。因此，襯板鉻質(zhì)量分數(shù)控制在23%～26%較好。

鎳不僅是穩(wěn)定奧氏體的元素也是形成奧氏體的元素，與鉻、鉬一起使用時，鋼的綜合性能能得到有效改善，如鋼的熱強度和耐腐蝕性能等，是耐熱鋼中的重要元素。同時，與鉻、鉬結(jié)合使用，可適當降低鎳的含量，以獲得單一奧氏體組織，所以鎳的質(zhì)量分數(shù)可控制在7%～9%.

鉬既能提高鋼的熱強性和淬透性，還具有抗高溫蠕變的能力。但它又是強碳化物形成元素，與碳結(jié)合易生成一次碳化物、二次碳化物，鉬含量過高脆性增加。當鉬質(zhì)量分數(shù)為0.5%時，可降低回火脆性、提高耐熱鋼的熱穩(wěn)定性。本次鉬質(zhì)量分數(shù)控制在0.4%～0.5%.

2 其他細節(jié)的改進

襯板變形，是影響焦罐車使用周期的因素之一。生產(chǎn)襯板過程中的變形，要盡量避免。為了防止焦罐襯板在制模、組模、掛涂料、澆注過程中出現(xiàn)的變形、裂紋，從以下幾個細節(jié)進行改進：

1）消失模工藝生產(chǎn)襯板，模型由EPS泡沫切成，所有筋板與筋板的相交處及筋板與襯板結(jié)合處均設(shè)置圓弧R=10 mm，凹腔內(nèi)部不要出現(xiàn)90°的直角，如圖1所示。防止鑄造應力和縮孔的產(chǎn)生，減小裂紋的可能。

2）組模時2塊為1組，件與件之間要均勻設(shè)置4根拉筋，防止鑄件凝固收縮時的變形。拉筋寬×厚為50 mm×10 mm，拉筋過厚，筋與襯板接觸面易形成縮孔；過薄，金屬液流不過去形成澆不足，起不到拉筋作用。模型與模型間距200 mm，并且在模型四周用竹簽加固，防止模型在涂掛、烘干、埋箱澆注過程中的變形。襯板組模工藝見圖1.澆注采用模型豎立頂注的澆注方式，有利于鐵水迅速充滿型腔。澆注后，冷卻時間不低于24 h才能吊出鑄件，不能吊出過早，防止激冷變形。

3）澆注溫度控制在1 580℃～1600℃，負壓控制在 0.03 MPa～0.04 MPa，保壓時間 6 min.負壓過低可能導致潰型，過高仍能導致鑄件變形，所以選擇合理的負壓也是防止鑄件變形關(guān)鍵要素之一。

4）襯板上螺栓孔距襯板邊緣要＞50 mm，防止從螺栓孔處開裂。

5）襯板長、寬尺寸按圖紙下偏差生產(chǎn)，目的是裝配時板與板之間要有足夠的間隙有利于鑄件的自由收縮。

3 結(jié) 論

選用ZG30Cr24Ni7SiN生產(chǎn)焦罐車襯板，對成分進行控制并且在組模、造型工藝上注意細節(jié)的把控，生產(chǎn)出的襯板裝在焦罐車上使用，其使用周期能達到7～8個月，公司每年節(jié)約襯板更換費用約11萬元，經(jīng)濟效益顯著。

參考文獻：

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