專利名稱：一種耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及爐排及其制造方法，特別是一種適用于城市垃圾焚燒爐的耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排及其制造方法。
背景技術(shù)：
采用焚燒法來處理固態(tài)垃圾是實(shí)現(xiàn)其無害化、減量化、資源化的有效手段，在國內(nèi)外受到了日益廣泛的重視。機(jī)械往復(fù)爐排焚燒爐技術(shù)完善可靠，容量大，對垃圾的適應(yīng)性強(qiáng)，特別適合我國城市生活垃圾高水分、低熱值的特點(diǎn)，因而被廣泛使用。爐排是機(jī)械往復(fù)爐中堆置垃圾并使之充分燃燒的重要部件，爐排的材質(zhì)對往復(fù)爐排的可靠性及燃燒效率有著及其重要的影響，選合適的爐排設(shè)備對于垃圾焚燒至關(guān)重要。然而，生活垃圾焚燒爐排的工況決定了對爐排的材質(zhì)要求，例如我國城市生活垃圾水分高、熱值低，且垃圾組成中余廚垃圾所占比例高，其焚燒會產(chǎn)生大量的氯化物，對爐排材質(zhì)提出了耐腐蝕的要求。又如從垃圾焚燒工藝來看，爐排爐主燃區(qū)爐排片工作面的溫度達(dá)到了 1000-115(TC左右，為保證垃圾的充分穩(wěn)定燃燒，由爐排底部引入的一次風(fēng)的燃燒過剩空氣系數(shù)達(dá)1. 2 1. 6，垃圾焚燒工藝對爐排材質(zhì)的抗高溫氧化(ioocrc以上)氣氛腐蝕及抗生長性能提出了較高的要求。另外，從燃燒產(chǎn)物特性來看，垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的爐渣是由陶瓷和磚石碎片、石頭、玻璃、熔渣、鐵和其他金屬及可燃物組成的不均勻混合物。其中部分徑粒較大的會留在爐排上部，在垃圾焚燒過程中將對爐排片的工作面產(chǎn)生磨損。燃燒產(chǎn)物的特性對適用我國垃圾焚燒工況的爐排材質(zhì)提出了更高的耐磨性要求。目前，用于爐排片的材質(zhì)有普通耐熱鑄鐵、鋁系耐熱鑄鐵、硅系耐熱鑄鐵和鉻系耐熱鑄鐵。普通耐熱鑄鐵雖然工藝簡單，價格較低，但其不耐熱(耐熱溫度僅為200-30(TC)。 鋁系耐熱鑄鐵如RQTA15-Si5、RQTA15-Si5-MoO. 2和RQTA122等由于Al的加入使合金具有優(yōu)良的高溫抗氧化性能，但其抗溫差性能較差，高溫沖擊值低，并且Al很活潑，在合金熔煉過程中很容易燒損，需采用較復(fù)雜的熔煉設(shè)備和工藝，生產(chǎn)成本高。硅系耐熱鑄鐵耐熱溫度達(dá)不到大型機(jī)械往復(fù)爐的耐熱溫度，同時其強(qiáng)度低，脆裂傾向大，在受沖擊時極易斷裂，壽命短(不足4000小時)，多用于10t/h的往復(fù)爐。鉻系耐熱鑄鐵雖然具有良好的抗氧化生長能力，熱穩(wěn)定性好，含鉻25-35%的高鉻耐熱鑄鐵能耐1000°C左右的高溫，多用于20t/h 的焚燒爐，但是也是不能在滿足耐磨性能的同時滿足抗高溫氯腐蝕。上述爐排片的材質(zhì)均不適用于城市垃圾焚燒爐的大型機(jī)械往復(fù)爐，特別是850t/d大型機(jī)械往復(fù)爐。如何使?fàn)t排片的材質(zhì)兼耐高溫、耐磨損和耐腐蝕一直是研究的熱點(diǎn)。目前，我國城市垃圾焚燒爐爐排仍以進(jìn)口為主，國外進(jìn)口的適用于大型機(jī)械往復(fù)爐的爐排雖然兼具優(yōu)良耐熱耐磨耐蝕性能，但多為高鎳，如德國的Mcrofer 45TM，其成分為 Cr 26-29%, Ni 47%, CO. 05-0. 12%, Mn 1. 0%, Si2. 5-3. 0%, CUO. 3%, A10. 2%, Re0.05-0· 15%, P0. 015%, SO. 01 %，余量為Fe，價格昂貴。進(jìn)口高鉻低鎳的爐排材質(zhì)，如 20CrNi8，在國內(nèi)垃圾焚燒工況下運(yùn)行后常以磨削磨損形式失效。因此，進(jìn)口大型機(jī)械往復(fù)爐爐排不僅不完全適用于城市垃圾焚燒爐，而且價格昂貴，爐排片更換費(fèi)用將直接大大增
3加垃圾焚燒的成本。為此急待研制一種兼顧優(yōu)良耐熱耐磨耐腐蝕性能的適合我國城市大型垃圾焚燒爐用的爐排材質(zhì)，以降低垃圾焚燒企業(yè)的生產(chǎn)成本，進(jìn)而滿足市場需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，通過微量合金化技術(shù)并利用稀土元素的特殊作用，設(shè)計爐排材質(zhì)，提供一種適用于城市垃圾焚燒爐的耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排及其制造方法。本發(fā)明的目的可以通過如下措施來實(shí)現(xiàn)一種耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排，其特征在于它含有稀土元素Ce，具體組分及其重量百分比計含量為c為0. 4-1.9%、Si為1.0-2.0%、Mn為1.0-1.5%、P為彡 0. 03%、S 為彡 0. 03%,Cr 為 25_28%、Ni 為 3_4%、Mo 為 0. 02-0. 08%、B 為< 0. 1%,V 為0. 1-0. 5%、Ce為0. 01-0. 04%、其余為！^及不可避免的微量雜質(zhì)。上述耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排的制造方法，其特征在于該制造方法包括如下步驟及其工藝條件步驟一配料按下列具體原料及其重量百分比計配料廢A3鋼43-49 %、高碳鉻鐵3_19 %、低碳鉻鐵30_44 %，然后根據(jù)合金化學(xué)成分進(jìn)行配料計算，加入3-4%純Ni、l-1. 7%錳鐵、0. 5-1. 3%硅鐵70、0. 3-0. 7%釩鐵50、 0. 05-0. 1%硼鐵20、0. 05-0. 12%鉬鐵60、0. 2-0. 7%含 Ce 稀土硅鐵合金；步驟二 熔煉(1)依次分步加料第一步將步驟一中所述廢A3鋼、純鎳、高碳鉻鐵、低碳鉻鐵投入中頻感應(yīng)爐，熔煉至原料完全融化；第二步待上述原料完全融化后加入步驟一中所述錳鐵、硅鐵70、鉬鐵60、釩鐵 50、硼鐵20 ；其中所述錳鐵和硅鐵70各至少預(yù)留原料總重量的0. 3% ；
第三步出爐前依次加入第二步中預(yù)留的錳鐵、硅鐵70進(jìn)行脫氧處理、加入含Ce 稀土硅鐵合金進(jìn)行變質(zhì)處理；(2)熔煉主要參數(shù)采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1650_1680°C，出爐前保溫3_5分鐘；步驟三鑄造采用砂型鑄造進(jìn)行澆注，鋼液出爐溫度為1600-1620°C。所述原料中廢A3鋼、高碳鉻鐵與低碳鉻鐵的加入量為總重量的92-93%，其余七種原料加入量為總重量的7-8%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明通過優(yōu)化合金成分及配比，并采用合理的熔煉工藝，獲得了奧氏體鐵素體雙相和奧氏體單相基體的爐排材質(zhì)，制造出一種兼顧優(yōu)良耐熱耐磨耐腐蝕性能的爐排， 其抗拉強(qiáng)度至少達(dá)到了 550Mpa，延伸率至少達(dá)到了 1. 4%，沖擊功為4. 98J以上，硬度至少為HRC28，均滿足耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐的設(shè)計要求，本爐排特別適用于城市垃圾焚燒爐。2、本發(fā)明通過采用微量合金化技術(shù)加入了 Mn、Si、V、B、Re等合金元素，并利用了稀土元素的特殊作用，提高了抗腐蝕性能、細(xì)化了晶界的碳化物、凈化了晶界同時提高氧化膜與基體的附著力，即進(jìn)一步提高了爐排的耐熱耐磨耐腐蝕性能。3、本發(fā)明通過合金化技術(shù)在爐排合金基體中形成的VC和M23C6高溫穩(wěn)定型碳化物，提高了爐排的耐磨性及高溫組織穩(wěn)定性。4、本發(fā)明制造的耐熱耐磨耐腐蝕性能兼顧的爐排，已在大型垃圾焚燒機(jī)械往復(fù)爐 (850t/d)中連續(xù)試用3年以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了連續(xù)運(yùn)行8000小時的設(shè)計要求。5、本發(fā)明所制造的爐排為進(jìn)口價格的二分之一左右，有效地降低垃圾焚燒企業(yè)的生產(chǎn)成本，且使用壽命長，因此特別適合我國城市大型垃圾焚燒爐用，能具有極好的推廣應(yīng)用前景。


圖1為實(shí)施例一獲得的爐排鑄件金相圖；圖2為實(shí)施例三獲得的爐排鑄件金相圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一步驟一配料首先用125Kg廢A3鋼作底料，再配78Kg低碳鉻鐵，35Kg高碳鉻鐵，而后加入IOKg 純鎳、3. 8Kg 錳鐵、2. 8Kg 硅鐵 70、1. 5Kg 釩鐵 50,0. 2kg 鉬鐵 60,0. 2Kg 硼鐵 20,0. 8Kg 含 Ce 稀土硅鐵合金；所述原料中廢A3鋼含99.沈％的Fe、0. 15%的Si、0. 22%的C、0. 36%的Mn 和約0. 01%的雜質(zhì)；錳鐵含75. 2%的Mn、l. 76%的C、l. 98%的Si、其余為！^ ；低碳鉻鐵含 61. 4%的Cr、0.對％的C、l. 2%的Si、其余為!^e ；高碳鉻鐵含61. 75%的Cr、8. 4%的C、其余為1 ;其中，所述原料中廢A3鋼、高碳鉻鐵與低碳鉻鐵的加入量為總重量的92.5%，其余七種原料加入量7.5%。步驟二 熔煉(1)依次分步加料第一步將步驟一中所述廢A3鋼、純鎳、高碳鉻鐵、低碳鉻鐵投入中頻感應(yīng)爐，熔煉至原料完全融化；第二步待上述原料完全融化后加入錳鐵、硅鐵70、鉬鐵60、釩鐵50、硼鐵20 ；其中錳鐵、硅鐵70分別預(yù)留0. SKg ；第三步出爐前依次加入第二步中預(yù)留的剩余的錳鐵、硅鐵70進(jìn)行脫氧處理、加入含Ce稀土硅鐵合金進(jìn)行變質(zhì)處理；(2)熔煉主要參數(shù)熔煉在中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行，熔煉溫度為1650_1680°C，出爐前保溫3_5分鐘。步驟三鑄造采用砂型鑄造進(jìn)行澆注，鋼液出爐溫度為1600-1620°C。實(shí)施例一鑄件經(jīng)ARL4460金屬分析儀定量檢測分析結(jié)果C為1.65%、Si為
51. 2%、Mn 為 1. 0%、P 為 0. 02%、S 為 0. 01%、Cr 為 27%、Ni 為 3. 8%、Mo 為 0. 02%、B 為
0.01%、V為0. 4%，Ce為0. 017%，余量為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)。爐排鑄件金相圖如圖1所示，表明其組織為奧氏體單相基體上分布著一次碳化物VC及奧氏體晶界上不連續(xù)分布的短桿狀M23C6高溫穩(wěn)定型碳化物，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到了 550Mpa，延伸率達(dá)到了 1.4%，沖擊功為4. 98J，硬度為HRC32，依據(jù)GB/T4338-2006《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法》測定的在 1000°C的高溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到了 176Mpa，抗垃圾焚燒氣氛腐蝕高溫也達(dá)到了 1000°C以上。實(shí)施例二步驟一配料首先用IlOKg廢A3鋼作底料，再配78Kg低碳鉻鐵，45Kg高碳鉻鐵，而后加入9. OKg 純鎳、3. 3Kg 錳鐵、2. 8Kg 硅鐵 70、1. OKg 釩鐵 50,0. 3kg 鉬鐵 60,0. 2Kg 硼鐵 20、1. 2Kg 含 Ce 稀土硅鐵合金；所述原料中廢A3鋼、錳鐵、低碳鉻鐵和高碳鉻鐵同實(shí)施例一所采用的各原料；其中，所述原料中廢A3鋼、高碳鉻鐵與低碳鉻鐵的加入量為總重量的92. 9 %，其余七種原料加入量7. 1%。步驟二 熔煉(1)依次分步加料第一步將步驟一中所述廢A3鋼、純鎳、高碳鉻鐵、低碳鉻鐵投入中頻感應(yīng)爐，熔煉至原料完全融化；第二步待上述原料完全融化后加入錳鐵、硅鐵70、鉬鐵60、釩鐵50、硼鐵20 ；其中錳鐵、硅鐵70分別預(yù)留0. SKg ；第三步出爐前依次加入第二步中預(yù)留的剩余的錳鐵、硅鐵70、含Ce稀土硅鐵合金進(jìn)行脫氧處理。步驟三同實(shí)施例一實(shí)施例二鑄件經(jīng)ARL4460金屬分析儀定量檢測分析結(jié)果C為1.86%、Si為
1.1%、Mn 為 1.0%、P 為 0.01%、S 為 0.02%、Cr 為 27%、Ni 為 3.0%、Mo 為 0.03%、B 為 0. 015 %、V為0. 02 %、Ce為0. 023 %，余量為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)。實(shí)施例一鑄件經(jīng)ARL4460金屬分析儀定量檢測分析結(jié)果C為1. 7%、Si為1. 2%、 Mn 為 1. 0%、P 為 0. 02%、S 為 0. 01%、Cr 為 27%、Ni 為 3. 8%、Mo 為 0. 05%、B 為 0. 01%、 V為0. 4 %，余量為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)。同實(shí)施例一比，按本例所制得的爐排提高了 C和含Ce稀土硅鐵合金的加入量，其金相中的物相組成與實(shí)施例一鑄件的金相組成相同， 但碳化物的含量增多，通過上述所加稀土對碳化物的細(xì)化作用，經(jīng)試用證實(shí)本實(shí)施例中所獲得爐排的耐磨性能有所增加，且爐排的其它力學(xué)性能和實(shí)施例一相當(dāng)。實(shí)施例三步驟一配料首先用120Kg廢A3鋼作底料，再配IlOKg低碳鉻鐵，IOKg高碳鉻鐵，而后加入 8. OKg 純鎳、4. 3Kg 錳鐵、3. 3Kg 硅鐵 70、1. OKg 釩鐵 50、0. 3kg 鉬鐵 60、0. 25Kg 硼鐵 20、1. 5Kg 含Ce稀土硅鐵合金；所述原料中廢A3鋼、錳鐵、低碳鉻鐵和高碳鉻鐵同實(shí)施例一中所采用的各原料；其中，所述原料中廢A3鋼、高碳鉻鐵與低碳鉻鐵的加入量為總重量的92. 8%，其余七種原料加入量7.2%。步驟二 熔煉
(1)依次分步加料第一步將步驟一中所述廢A3鋼、純鎳、高碳鉻鐵、低碳鉻鐵投入中頻感應(yīng)爐，熔煉至原料完全融化；第二步待上述原料完全融化后加入錳鐵、硅鐵70、鉬鐵60、釩鐵50、硼鐵20 ；其中錳鐵、硅鐵70分別留有0. 78Kg ；第三步出爐前依次加入第二步中剩余的錳鐵、硅鐵70、含Ce稀土硅鐵合金進(jìn)行
脫氧處理。步驟三同實(shí)施例一實(shí)施例三鑄件經(jīng)ARL4460金屬分析儀定量檢測分析結(jié)果C為0. 45 %、Si為 1. 0%、Μη 為 1. 3%、P 為 0. 02%、S 為 0. 007%、Cr 為 25%、Ni 為 3. 2%、Mo 為 0. 04%,B 為 0. 015 %、V為0. 11 %、Ce為0. 032 %，余量為！^及不可避免的微量雜質(zhì)。圖2為鑄件金相圖，其組織為鐵素體(白色部分)奧氏體(灰色部分)雙相基體+晶內(nèi)分布的VC+晶界分布的不連續(xù)的團(tuán)塊狀M23C6型碳化物，其常溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到了 700Mpa，延伸率達(dá)到了 4. 8%, 沖擊功為11. 08J,硬度為HRC28，依據(jù)GB/T4338-2006《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法》測定的在1000°C的高溫強(qiáng)度達(dá)到了 158Mpa，抗垃圾焚燒氣氛腐蝕溫度達(dá)到了 1000°C以上。
權(quán)利要求
1.一種耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排，其特征在于它含有稀土元素Ce，具體組分及其重量百分比計含量為c為0. 4-1.9%, Si為1. 0-2.0%, Mn為1. 0-1.5%, P為彡 0. 03%、S 為彡 0. 03%,Cr 為 25_28%、Ni 為 3_4%、Mo 為 0. 02-0. 08%、B 為< 0. 1%,V 為0. 1-0. 5%、Ce為0. 01-0. 04%、其余為！^及不可避免的微量雜質(zhì)。
2.一種耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排的制造方法，其特征在于該制造方法包括如下步驟及其工藝條件步驟一配料按下列具體原料及其重量百分比計配料廢A3鋼43-49%、高碳鉻鐵3-19%、低碳鉻鐵30-44%，然后根據(jù)合金化學(xué)成分進(jìn)行配料計算，加入 3-4%純 Ni、l-1. 7%錳鐵、0. 5-1. 3%硅鐵 70,0. 3-0. 7%釩鐵 50,0. 05-0. 1% 硼鐵20,0. 05-0. 12%鉬鐵60,0. 2-0. 7%含Ce稀土硅鐵合金；步驟二 熔煉(1)依次分步加料第一步將步驟一中所述廢A3鋼、純鎳、高碳鉻鐵、低碳鉻鐵投入中頻感應(yīng)爐，熔煉至原料完全融化；第二步待上述原料完全融化后加入步驟一中所述錳鐵、硅鐵70、鉬鐵60、釩鐵50、硼鐵20 ；其中所述錳鐵和硅鐵70各至少預(yù)留原料總重量的0. 3% ；第三步出爐前依次加入第二步中預(yù)留的錳鐵、硅鐵70進(jìn)行脫氧處理、加入含Ce稀土硅鐵合金進(jìn)行變質(zhì)處理；(2)熔煉主要參數(shù)采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1650-1680°C，出爐前保溫3-5分鐘；步驟三鑄造采用砂型鑄造進(jìn)行澆注，鋼液出爐溫度為1600-1620°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排的制造方法，其特征在于，所述原料中廢A3鋼、高碳鉻鐵與低碳鉻鐵的加入量為總重量的92-93%，其余七種原料加入量為總重量的7-8%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐熱耐磨耐腐蝕大型機(jī)械往復(fù)爐爐排及其制造方法。爐排材質(zhì)，具體組分及其重量百分比計含量為C為0.4-1.9％、Si為1.0-2.0％、Mn為1.0-1.5％、P為≤0.03％、S為≤0.03％、Cr為25-28％、Ni為3-4％、Mo為0.02-0.08％、B為＜0.1％、V為0.1-0.5％、Ce為0.01-0.04％、其余為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明爐排兼顧優(yōu)良耐熱耐磨耐腐蝕性能，滿足了大型機(jī)械往復(fù)爐的設(shè)計要求；本爐排價格較低，能有效地降低垃圾焚燒企業(yè)的生產(chǎn)成本，且使用壽命長，因此特別適合我國城市大型垃圾焚燒爐用，能具有極好的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號C22C38/46GK102330036SQ20111025799
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者張先滿, 朱權(quán)利, 李微, 汪桂龍, 陳家堅(jiān) 申請人:華南理工大學(xué), 廣東華金合金材料實(shí)業(yè)有限公司