專利名稱：一種用于垃圾焚燒發(fā)電爐排的耐磨耐蝕抗氧化合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于垃圾焚燒發(fā)電爐排技術(shù)領(lǐng)域其涉及一種用于垃圾焚燒發(fā)電爐排的耐磨耐蝕抗氧化合金材料
背景技術(shù)：
垃圾焚燒發(fā)電焚燒爐是整個垃圾焚燒發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，而爐排的結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)劣又決定了垃圾焚燒發(fā)電焚燒爐的工作效率和使用壽命。由于爐排的主要功能是承載和傳輸垃圾，并在輸送垃圾的過程中完成垃圾焚燒。在這個過程中爐排與垃圾產(chǎn)生激烈的摩擦磨損，并承受垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫氧化和垃圾的強烈腐蝕作用。這就要求制作爐排 的材料應(yīng)當(dāng)具有同時滿足抗高溫氧化、耐高溫磨損、耐垃圾腐蝕以及較好力學(xué)性能。目前，國內(nèi)還沒有能夠同時滿足以上性能的材料，垃圾焚燒發(fā)電爐排的用材主要是進口材料。使用進口材料不但成本高，而且性能上也不能完全滿足性能需要，還要付昂貴的知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓費。目前，在垃圾焚燒發(fā)電爐中，國內(nèi)外爐排片普遍采用是國外進口材料。該材料屬于高鉻鑄鐵。高鉻鑄鐵是指含鉻量大于12% Cr的一類鑄鐵。根據(jù)使用條件的不同，高鉻鑄鐵又可分為高鉻耐磨鑄鐵、高鉻耐熱鑄鐵和高鉻耐蝕鑄鐵。然而，單一的耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵或耐蝕鑄鐵均不能滿足垃圾焚燒爐排材料的工況要求，必須通過合金化研究，找到兼?zhèn)洳讳P鋼的耐蝕性和高鉻耐磨鑄鐵的耐磨性，又可以進行各種機械加工的新型耐磨耐熱耐蝕材料，滿足垃圾焚燒爐爐排要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對機械爐排式垃圾焚燒發(fā)電爐爐排材料長期處于高溫、磨損、腐蝕條件下工作，提供一種能夠在高溫下使用并具有抗氧化、耐磨損、耐腐蝕以及較好強韌性的新型爐排材料。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種用于垃圾焚燒發(fā)電爐排的耐磨耐蝕抗氧化合金，該合金含有碳、鉻、硅、錳、鋁、鈦和鈰鑭元素，其特征在于，合金化學(xué)成分的重量百分含量為-M I. 2-2. 2、鉻 16-26、硅 1-2、錳 0. 8-1. 5、鋁 1-3、鈦:0. 8-1. 5、鈰鑭混合稀土
0.01-0. 05，其余為鐵和雜質(zhì)。進一步，該合金耐腐蝕性能為在20°C，10%磷酸溶液中侵蝕24h條件下，腐蝕速率彡0. 15mm/a;抗氧化性為在900°C X IOOh條件下氧化速率彡I. Og/m2 h，耐磨損性能為:500 °C, 200N, 300r/min, 30min端磨試驗條件下，磨損量< 0. 05g,力學(xué)性能O b彡500MPa, HRC彡40，aku彡3J/cm2，爐排有效工作壽命不低于8000小時。進一步，該合金采用非真空感應(yīng)爐法冶煉時，用廢碳鋼、工業(yè)鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鈦鐵、金屬鋁和鈰鑭混合稀土做原料進行冶煉。進一步，渣料采用石灰、螢石、氧化鎂組成(Ca065%、CaF225%, MgOlO% )，爐內(nèi)加入碳塊、廢碳鋼、工業(yè)鉻鐵，以最大功率熔化，熔化后期，逐漸加入渣料，全熔后用鋁石灰脫氧，合金加入順序為=Mn-Fe — Si-Fe — Ti-Fe — Al，熔化均勻后盡快出爐，Re加入中間鋼包中，采用消失模鑄造方法生產(chǎn)垃圾發(fā)電焚燒爐爐排，澆鑄溫度1550°C -1600°C。本發(fā)明以低碳高鉻成分為基礎(chǔ)，在保證耐磨性的基礎(chǔ)上提高抗氧化性能和耐腐蝕性能，同時又要兼有較好的力學(xué)性能。為此，必須控制好基礎(chǔ)合金中的碳含量和鉻含量，碳含量要保證基體的硬度和能夠形成足夠的Cr7C3為主的碳化物，鉻含量應(yīng)控制在既能形成Cr7C3,以提高耐磨性能，又要保證基體中能融入不低于13% Cr,以提高抗氧化性和耐蝕性。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，還必須添加Si、Mn、Al、Ti、Re等能夠促進并提高三種性能(耐磨、耐蝕、抗氧化)的合金元素，構(gòu)成耐磨、耐蝕、抗氧化合金化體系，在保證耐磨性的同時能顯著提高抗氧化性和耐腐蝕性，并細化晶粒，改善合金的加工性能。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采取的技術(shù)方案如下一種用于垃圾焚燒發(fā)電爐排的耐磨耐蝕抗氧化合金，含有碳、鉻、硅、錳、鋁、鈦和鈰鑭元素，其特征在于合金化學(xué)成分的重量百分含量為碳I. 2-2. 2、鉻16-26、硅1-2、錳
0.8-1. 5、鋁1-3、鈦:0. 8-1. 5、鈰鑭混合稀土 :0. 01-0. 05，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明鐵基耐磨、耐蝕、抗氧化合金的技術(shù)方案中，所采用的元素，其作用和運用原則如下碳是影響合金基體硬度和碳化物數(shù)量的主要因素，碳的含量要保證基體的硬度和加入鉻后能形成足夠多的Cr7C3為主的碳化物，過高的碳含量會降低韌性和耐蝕性。綜合考慮碳的加入量為I. 2-2. 2%。鉻是本發(fā)明合金獲得耐磨、耐蝕、抗氧化性能的主要元素，鉻的含量決定了碳化物的類型。形成Cr7C3為主的碳化物，是提高耐磨性的主要條件之一。鉻在高溫下除能生成連續(xù)、致密的保護性氧化膜，使抗氧化性和耐蝕性得到提高，此外，基體中保持13%以上的鉻含量，是提高耐蝕性的重要手段。因此，從耐磨、耐蝕和抗氧化綜合考慮，選擇鉻含量為16 26% Cr。硅硅的適量加入，可在鑄鐵表面形成比較致密與完整的SiO2保護膜，可提高合金的耐蝕性和抗氧化性，尤其是在溫度較高時，這種氧化膜會更加致密，使高溫條件下的耐蝕和抗氧化能力進一步增強。但添加量過大將使脆性大。選擇硅含量1_2%。錳是擴大奧氏體相區(qū)的元素，具有降低臨界轉(zhuǎn)變溫度的作用，而且過量的Mn溶于碳化物中，使得碳化物變的更脆，易產(chǎn)生裂紋，在磨損過程中易折斷。本發(fā)明中錳的含量控制在0. 8 I. 5%鋁是提高抗氧化性的重要元素，高溫下，鋁能在金屬表面于迅速氧化，生成連續(xù)致密的Al2O3保護膜，覆蓋于金屬表面，從而有效地阻礙氧及金屬在高溫下擴散，使合金具有高溫抗氧化能力。但加入量過多，會影響鑄造性能。鈦是本發(fā)明合金重要的穩(wěn)定化元素，它可防止基體貧鉻，促使基體鉻的含量保持在13%以上，提高基體的電極電位，提高耐蝕性能，同時取代部分Cr并與碳形成TiC，細化鑄件組織，改善碳化物分布，提高力學(xué)性能。選擇鈦含量為0. 8 I. 5%。稀土 也是本發(fā)明的重要元素。稀土具有較強的脫硫、脫氧能力，能夠改善夾雜物的形態(tài)及分布，并具有較強的細化晶粒、凈化晶界作用。此外，稀土還能促進和優(yōu)先氧化，使合金表面很快形成完整均勻的和膜，提高氧化膜的抗剝落性，從而提高抗氧化性。稀土還可以改善合金的熱加工和冷加工性能。但過量稀土將導(dǎo)致夾雜物增多，反而降低高鉻鑄鐵的強韌性。本發(fā)明合金采用鈰鑭混合稀土，選擇鈰鑭含量為0. 01-0. 05%。本發(fā)明的鐵基耐磨、耐蝕、抗氧化合金，可以采用非真空感應(yīng)爐法方式冶煉而成。采用非真空感應(yīng)爐法冶煉時，用廢碳鋼、工業(yè)鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鈦鐵、金屬鋁和鈰鑭混合稀土做原料進行冶煉。渣料采用石灰、螢石、氧化鎂組成(Ca065%、CaF225%、Mg010% )，爐內(nèi)加入碳塊、廢碳鋼、工業(yè)鉻鐵，以最大功率熔化，熔化后期，逐漸加入渣料，全熔后用鋁石灰脫氧，合金加入順序為=Mn-Fe — Si-Fe — Ti-Fe — Al，熔化均勻后盡快出爐，Re加入中間鋼包中，采用消失模鑄造方法生產(chǎn)垃圾發(fā)電焚燒爐爐排，澆鑄溫度1550°C -1600°C。用上述方法共試制了 40噸本發(fā)明合金。表I :本發(fā)明鐵基耐磨、耐蝕、抗氧化合金的兩個試制樣品的合金元素組成。
權(quán)利要求
1.一種用于垃圾焚燒發(fā)電爐排的耐磨耐蝕抗氧化合金，該合金含有碳、鉻、硅、錳、鋁、鈦和鈰鑭元素，其特征在于，該合金化學(xué)成分的重量百分含量為 碳I. 2-2. 2、鉻16-26、硅1-2、錳0. 8-1. 5、鋁1-3、鈦:0. 8-1. 5、鈰鑭混合稀土 :0. 01-0. 05，其余為鐵和雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的耐磨耐蝕抗氧化合金，其特征在于，該合金耐腐蝕性能為在20 °C，10%磷酸溶液中侵蝕24h條件下，腐蝕速率彡0. 15mm/a;抗氧化性為在9000C X IOOh 條件下氧化速率彡 l.Og/m2 h，耐磨損性能為500°C, 200N, 300r/min, 30min端磨試驗條件下，磨損量彡0. 05g,力學(xué)性能O b彡500MPa, HRC彡40，aku彡3J/cm2,爐排有效工作壽命不低于8000小時。
3.如權(quán)利要求I所述的耐磨耐蝕抗氧化合金，其特征在于，該合金采用非真空感應(yīng)爐法冶煉時，用廢碳鋼、工業(yè)鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鈦鐵、金屬鋁和鈰鑭混合稀土做原料進行冶煉。
4.如權(quán)利要求I所述的耐磨耐蝕抗氧化合金，其特征在于，冶煉該合金的渣料采用 石灰、螢石、氧化鎂，三者的重量百分比為65 %、25 %、10 %，爐內(nèi)加入碳塊、廢碳鋼、工業(yè)鉻鐵，以最大功率熔化，熔化后期，逐漸加入渣料，全熔后用鋁石灰脫氧，合金加入順序為Mn-Fe — Si-Fe — Ti-Fe — Al，熔化均勻后盡快出爐，Re加入中間鋼包中，采用消失模鑄造方法生產(chǎn)垃圾發(fā)電焚燒爐爐排，澆鑄溫度1550°C -1600°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于垃圾焚燒發(fā)電爐排的耐磨耐蝕抗氧化合金，該合金含有碳、鉻、硅、錳、鋁、鈦和鈰鑭元素，合金化學(xué)成分的重量百分含量為碳1.2-2.2、鉻16-26、硅1-2、錳0.8-1.5、鋁1-3、鈦0.8-1.5、鈰鑭混合稀土0.01-0.05，其余為鐵和雜質(zhì)。本發(fā)明的鐵基耐磨、耐蝕、抗氧化合金，可以采用非真空感應(yīng)爐法方式冶煉而成。該合金耐腐蝕性能為在20℃，10％磷酸溶液中侵蝕24h條件下，腐蝕速率≤0.15mm/a；抗氧化性為在900℃×100h條件下，氧化速率≤1.0g/m2·h；耐磨損性能為500℃，200N，300r/min，30min端磨試驗條件下，磨損量≤0.05g；力學(xué)性能σb≥500MPa，HRC≥40，aku≥3J/cm2，爐排有效工作壽命不低于8000小時。
文檔編號C22C38/28GK102965564SQ201210319740
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者仵海東, 劉筱薇, 周安若, 肖大志, 曹鵬軍 申請人:重慶科技學(xué)院