高锰钢的熔炼工艺守则
1、适用范围
本工艺守则适用于中频炉(碱性炉衬)熔炼浇注高锰钢、超高锰钢锤头,衬板及齿板等高冲击耐磨铸件。
2、作前的准备
(1)操作工在进人工作岗位前首先要穿戴好劳动保护品;(2)准备好各种工具:样杯、取样工具、打渣耙子、捣料杆;(3)造渣剂、集渣剂、变质剂、脱氧剂、调整成分合金必须烘烤干燥;(4)检查钢水包,炉体状态,均应完好;(5)称重器具应符合使用要求;(6)检查测温仪处事良好状态;(7)检查中频炉设备,使其保持正常运转。
3、化学成分(表3)
表3化学成分(%)
4、原材料
(1)回炉料 回炉料使用同牌号的废铸件,浇冒口,同牌号的“铸余”,按牌号严格区分存放,不允许有粘砂.如果带有粘砂,应做必要的技术处理后入炉,块度最大不超过300mm。
(2)废钢 必须是干净碳素钢,对化学成分要求P<0.03%,S<0.03%,Si<0.4%,并保持钢料于燥,使用前取代表性废钢化验复检,作为配料计算依据。
(3)铁合金 每批铁合金进厂必须附有厂家提供的合格证,并化验复检,合格后入库;每批铁铁合金必须根据不同牌号、不同批次分开堆放作好明确标识。
(4)造渣剂 造渣剂选择为CaO及CaF2粒度≤20mm,必须保持干燥;须用厚塑料袋密封存放,不得破损;使用前转入专用密封容器,取用完立即密封好。
(5)脱氧剂:①硅钙(Ca-Si)合金,含Ca量28-31,含Si量60,粒度,块3-8mm,粉70目-1mm;②纯铝,按GBll96-83国标中一级要求采购,形状,铝丝或铝块。
(6)变质剂稀土硅铁合金l#(含20%-22%Re),按GB4137-84国标中FeSiRe21标准采购,粒度0.5-5mm,使用前必须烘烤干燥。
5、配料
(1)高锰钢、超高锰钢配料规定:回炉料(本钢种)的加入量不得超过总钢水量30%;其余新炉料70%,不得使用粘砂严重,带油污、泥砂严重的炉料。必要时须采取技术处理后使用。(2)操作人员要清楚掌握炉料的化学成分:回炉料、废钢、各种铁合金等,不得使用没有化验分析过的炉料。(3)要掌握好熔炼过程各元素的烧损和控制回收技术。(4)根据上述要求,应进行认真的配料计算,并结合炉前化验结果不断提高控制化学成分的操作水平。
6、熔炼工艺
1)装料
(1)装料操作无论冷料热料都应轻轻放入炉内,以防冲击损伤炉衬。
(2)装料顺序:①底部先加入2%(钢水重量的百分比)、粒度≤20mm的底渣,底渣CaO80%,CaF220%;②废钢-回炉料钼铁-高碳铬铁-高碳锰钢(减去预脱氧所需之余量),随炉加入;③电解锰-合金化时加入;④钛铁-出钢前经脱氧后加入;⑤变质剂-出钢后钢水包中加入。
(3)装料原则:底渣上先装小料或熔点低的料,以尽快形成熔池,大块回炉料置于坩埚的中部或中上部,有利于顺利熔化,装料应“下紧上松”,大小搭配,密实,防止搭桥,便于捅料。
2)熔化
(1)开始送电5~8分钟内供电60%左右功率,待电流冲击变稳定后,将功率调大快速熔化。熔化过程中为防止钢料“架桥”应不断捅料,陆续加料,直到全熔。(2)底渣熔化,钢液表面形成适当的渣层覆盖,可减少热损失、保护钢液面,减少金属氧化吸气,还能部分脱P、脱S;随时观察,用CaF调整渣的粘稠度至正常。(3)整个熔炼过程,不允许钢液面裸露在空气中,如有裸露应及时添加一些碱性渣将其覆盖。(4)炉料化清后,1400℃时,用集渣剂扒净熔渣,重新造碱性渣、升温。(5)当钢液温度升到1540℃时进行预脱氧,预脱氧先加高碳锰铁0.2%,再加Ca-Si块0.1%(钢水重量的百分比),(如需调硅,可先加高碳锰铁0.1%,再加硅铁0.05%-0.1%,最后加Ca-Si块0.1%);加入顺序:先Mn后Si,再Ca-Si,以减少夹杂物,净化钢液。(6)预脱氧后可取熔毕样送化学分析,取样前对钢液进行搅拌,探炉底,确认各种炉料(尤其是高熔点铁合金)全部化清,再取样送分析(全分析);化学分析取样部位:插到钢液深150mm左右处(化学分析取样注意点下同)。
3)精炼—脱氧,升温,合金化
(1)升温、脱氧:在升温过程中不断调正碱性渣的粘度,观察渣的流动性和熔点,并在渣面上加少许Ca-Si粉(加入量为0.1%—0.2%),或其他Fe-Si粉、AL粉对钢液扩散脱氧(调正渣的粘度也可用少量CaF2或耐火砖废碎块粒)。
(2)合金化:温度升高后,1540℃可合金化加电解锰,应该分期分批逐次加入,每次的加入量和熔化速度相匹配,不可因加入量过大,容易“沉底”,造成成分控制偏差,加入的合金不要与渣液相接触,否则影响回收率。
(3)加电解锰时,先期只加入粗算量的85%-90%,待第一次化验结果出来后再计算,决定还加不加或加多少。
(4)电解锰加完后,进行搅拌钢液,使之均匀;取样,根据结果做最终调正。电解锰必须在出钢前8分钟内加完,如果钢液温度已到出钢温度则必须降低功率,待合金元素加完再调正温度出钢。钛铁一经脱氧后,出钢前2分钟加入。
(5)当钢液温度达1500℃左右时,应继续对渣面进行扩散脱氧(并根据需要决定是否换渣),使渣的颜色变浅、变白,合金元素调整完毕,温度合适,进行终脱氧,插AL0.10%(钢水重量的百分比),继续送电2分钟即可出钢。
4)出钢
(1)出钢前要求:化学成分合格,脱氧良好(取样看脱氧),出钢温度1520~1550℃。采用测温枪测温度,炉前不好测温时,可以用炉前读秒法,结膜时间控制在20-24秒,温度为1380-1420℃。(2)钢水包提前清理干净,烘烤至红色≥700℃。(3)停电出钢。(4)钢渣混出,钢水包内放置经烘烤过的0.2%Ca-Si及0.3%稀土硅铁合金(加入量为钢水重量的百分比);Ca-Si含Ca28%~31%,含Si60%,粒度3~8mm;稀土硅铁合金1号,含20%~22%Re,粒度0.5~5.0mm;均用冲入法变质处理。(5)变质后钢水镇静4~8分钟(最好控制在5~6分钟)。(6)镇静后取成品样化学分析。再次检查钢水脱氧情况,观察脱氧是否良好,脱氧良好时圆杯试样应收缩凹形状,否则需要进行一次插AL(铝)脱氧,加入量0.15%~0.25%(钢水重量百分比)。(7)浇注时对钢液面进行挡渣浇注。高锰钢铸件的冶炼方法:用废钢、锰铁、铬铁为原料,用中频感应电炉冶炼,首先加废钢,熔化后加铬铁,全部熔化后加锰铁,温度升到1580~1600℃停炉,出炉温度在1520~1560℃之间,浇包内放铝0.05%~0.10%脱氧,然后进行浇注,浇注温度在1410~1450℃之间。
5)浇注
(1)掌握好钢水镇静4~7分钟(最好控制在5~6分钟)内开始浇注,如钢水包内镇静超过10分钟,需增加插铝0.1%脱氧。
(2)浇注温度:大锤头,大衬板(高锰钢)浇注温度为1395-1415℃;消失模生产的铸件浇注温度为1430-1450℃。(3)浇注速度:慢-快-慢,充型中期浇注速度快,后期应慢一些。(4)注意型内挡渣措施。(5)及时补浇冒口和砂型引气,点火。
6)高锰钢铸件开箱时间
高锰钢铸件浇注后要适时松箱,以免阻碍铸件收缩。高锰钢铸件导热性能差,收缩大,铸态强度低,铸造应力大所以落砂出箱时间要比碳钢长。中小件4~12小时,大型件14~30小时。
7)高锰钢铸件浇冒口切割及铸件焊补
(1)切割:高锰钢铸件浇冒口采用可移动的悬挂式砂轮机切割;许多单位习惯用氧乙炔切割,最好在热处理后一次快速切割,以减少铸件裂纹,防止碳化物重新析出;切割时要把铸件浸在水中,只露出需要切掉的部分;如果不能浸水中,应该采用流动的水对切割过的部分及时进行冷却。被切割的表面应再打磨3~5毫米,把切割时产生的微裂纹和受热影响区组织性能变坏的金属层磨掉。
(2)焊补:高锰钢可以焊补,为使补焊后部位的金属仍然得到奥氏体在组织,采用Mn/C比要高并含钼的焊条:可以用交、直流焊接,由于药皮中含锰高,焊接时黄烟大,要注意环保。焊补前要把需焊处清理干净,磨掉所有微裂纹;焊条直径应小,使电流尽量小,采用短弧焊保证焊透并减少热影响区的宽度和深度。
(3)直流焊接中,焊条应接电源正极,焊件必须有效地接地。反接铸件受热严重,难以焊透;交流焊接,其空载电压应不低于70伏。
高锰钢焊补前已经水韧处理,焊补前不可预热;为减少热影响区采用断续分段焊补,每段长50~60毫米,分散焊补的热量。每焊一段立即锤击焊接金属,使锤击产生的压应力和焊后冷却产生的拉应力互相抵消。