[灰铁] 保证烘缸硬度的铸造技术的研究

1保证烘缸硬度的铸造技术

　　材料配比，熔化工艺，处理工艺，铸件的冷却速度都会影响烘缸灰铸铁件的硬度。实际生产中，对包括缸面硬度等在内的性能指标进行改善的烘缸灰铸铁件的成分见表2.烘缸灰铸铁材料的一般成分是<9>：C2.5%～3.6%，Si1.1%～2.0%，Mn1.0%，S<1.5%，P<0.3%.其中，C，Si，Cu，P等促进石墨化，石墨类型以A型最好，B型次之，B型石墨呈菊花状分布时，能获得较高的硬度。Mn，Cr阻止石墨化进行，利于铸件韧性与硬度的提高。

　　HT200烘缸灰铸铁中同时加入Cr和Cu可以有效提高耐腐蚀，耐磨和表面硬度。河南第一造纸机械厂的试验<10>表明，在较高CE（4.0）条件下，Cr>0.5%，Mo>0.4%，Ni>0.6%时，σb>300MPa，HB>200；铸造性能与普通灰铸铁相差不大。其炉料的废钢要求少锈，无油污和有一定厚度。

　　泰格集团生产的φ1500mm×2900mm烘缸<11，12>炉料约加入50%回炉铁，出铁温度1470℃，浇注温度表1烘缸灰铸铁材料硬度的理论值上限（HB）

　　206.4 HT200HT250 230.5254.54 HT300生产实践PRodUcTion8 2010第31卷第10期2010年5月江苏华东造纸机械有限公司的经验<20>表明，冲天炉黏土砂与电炉树脂砂铸造扬克缸相比较，电炉树脂砂制造的φ3660mm扬克缸的表面硬度高。岳阳国泰机械公司<21>的一模铸3～5件烘缸新工艺所铸烘缸成品率达98%，优质品达92%，补孔数，表面硬度，表面质量明显优于传统工艺，加工余量可小于传统工艺，节约了铁液和后续加工费用。其型腔外模用车板焦炭籽造型，车涂粗料20mm厚形成I层；再车涂细料5mm，450℃烘干12h形成II层；冷却后车涂粉料2mm上涂料修光，350℃烘干12h，形成III层。其成本是传统工艺的1/2.

　　2烘缸硬度的检测

　　烘缸生产厂家生产的新烘缸需要检测硬度合格与否。另外，使用烘缸的厂家为了保证运行安全，如果没有烘缸生产厂家提供的质量证明文件，在不破坏烘缸本体的情况下，很难准确测定铸铁材料的机械性能，在实际检验中往往以硬度测试来代替。烘缸硬度测定的原则<22>是：缸体外径不大于2m时，缸面硬度不小于170HB；缸体外径大于2m时，缸面硬度应大于190HB，且缸面两端硬度差不大于18～24HB；缸盖的硬度测点选择缸盖中部附近区域；在离缸体两端80～100mm范围内每端各测量一点，所测两点硬度的算术平均值为缸面硬度值；如发现测定部位硬度偏低，应在其周围加倍测定。

　　江苏省特种设备安全监督检验研究院对于某公司从美国进口的50台由SandyHillCorporation按ASME规范在1970～1972年间设计制造的纸机二手烘缸，选取位号为15，17，19～28，34～41，46～50等25台烘缸的筒体和缸盖进行硬度<23>抽查。其结果表明，所抽查烘缸的缸体，缸盖的硬度均大于HB170.广西壮族自治区特种设备监督检验院<24>对某纸业公司1台运行10年的HT200烘缸（设计压力0.3MPa，设计温度143℃，外形尺寸φ1500mm×2900mm，缸体厚度25mm，介质为饱和蒸汽）进行硬度测量发现其值在180～200HB.虽然上述烘缸硬度合格，但是烘缸使用过程中因对缸面进行磨削，有时缸面硬度有所降低（明显小于设计规定值HB170以上）。为了探讨烘缸材料的强度和硬度的关系，杭州市特种设备检测院测试了烘缸和拉伸试样硬度<25>，发现：虽然缸体内部硬度较外部小，但是选取相对硬度为0.8（对应的布氏硬度HB150），仍能够保证烘缸有8.3倍的安全系数。该成果已经通过了实际应用考核：对于0.3MPa常用烘缸，只要能够采取小角度纵波双晶探头检测最大φ3mm当量直径的体积形缺陷，采用大角度纵波双晶探头<26>证明筒体及烘缸凸缘部位（小R过渡区）

　　裂纹类面状缺陷不大于2mm深，5倍以上的安全系数，不影响烘缸的安全使用。

　　3提高烘缸表面硬度的热喷涂技术

　　造纸烘缸铸铁含碳量高，理论形成的腐蚀原电池数量多，更易腐蚀；烘缸内有低压蒸汽，其外表面接触纸浆中化学制剂并受到烘缸刮刀的刮磨，烘缸表面易磨蚀。虽然为恢复烘缸表面足够的硬度以保证生产纸张的平整，致密，2～3个月可以对烘缸表面镀硬铬以修复烘缸，但镀铬层薄且硬度较低，使用周期短，成本太高。包括火焰喷涂，电弧喷涂和反应热喷涂技术在内的热喷涂技术可以用于提高烘缸表面的硬度，提高缸面的耐磨蚀性能。例如，石岘造纸厂<27>采用上海斯米克焊材有限公司生产的F512（SA195Ni）复合粉打底，以F313铬不锈钢型合金粉末为工作层，对该厂# 3纸机烘缸用氧乙炔火焰热喷涂修复。该厂经过3年的生产实践表明，修复烘缸表面尺寸精度，光洁度，耐腐蚀性，硬度等项指标均已超过原电镀烘缸的标准，尤其是硬度指标与电镀烘缸比较表现出极大的优势，使用寿命可提高表2灰铸铁烘缸的化学成分文献<11>文献<12，13>文献<14>文献<15>文献<16>文献<17>文献<18>文献<19，20>数据来源C% 3.06 3.1～3.3 3.00～3.20 2.93 3.22～3.45 3.04～3.24 3.2～3.36 3.09～3.11 1.24 1.3～1.7 1.48～1.60 1.35 1.34～1.59 1.32～1.54 1.31～1.53 1.47～1.48 Si% 0.84 1.0～1.2 1.08～1.30 0.80 0.59～0.94 1.2～2.1 1.60～1.98 1.52～1.80 Mn% 0.087≤0.12 0.064～0.091 0.039 0.034～0.068 0.074 0.066～0.107 0.079 S% 0.078 <0.15 0.098～0.150 0.097 0.0126～0.122 - 0.087～0.130 0.128～0.159 P% Cr0.4，Cu0.3 Cr0.35～0.5 Cr0.4～0.6 Cr0.34 Cr0.3 -其它%冲入0.1%# 1RE和0.3%的75SiFe - 75硅铁在铁水包内孕育，0.2%～0.4%的75硅铁炉前- 0.3%硅铁，硅钙复合孕育剂，炉前孕育生产实践7PRodUcTion 2010 May，2010Vol.31，No.10ChinaPulp&PaperIndustry 5～6倍，节约近10万元。此外，陕西源长科技有限责任公司与兴包集团合作进行电弧喷涂造纸烘缸工艺的研究<28>，将2根带有不同极性的金属或合金丝材经送丝机构驱动被连续地送入喷涂枪中，使2根丝的端部相接触产生电弧，电弧融化丝材端部，喷涂枪中强烈的压缩空气吹出熔滴，并将它们雾化，射向前方的烘缸表面形成涂层。结果表明，电弧喷涂3Cr13制备表面几乎比原来的灰铸铁表面的硬度提高1倍；兴包集团纸厂经电弧喷涂不锈钢强化表面的5台烘缸，连续使用15个月。还有，Al2O3？TiO2？SiO2（-400～+600目）为陶瓷成分，Al和Fe2O3铝热剂（-400目）作为复合粉末的发热剂，在组分中加入少量的SiO2，在烘缸上反应热喷涂Al2O3金属陶瓷涂层<29>的涂层平均结合强度达8MPa，其耐磨性与铸铁烘缸相比提高了8倍。