一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置及其应用的制作方法

1.本发明属于精炼铸铁设备技术领域，具体涉及一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置及其应用。


背景技术：

2.依据铬的含量不同形成铬系铸铁，其包括铬8铸铁，是目前国内外应用十分广泛的耐磨材料之一，已广泛应用于生产小型(3寸)泵过流件泵体、叶轮，小型(直径小于1.2米)锤式破碎机锤头、衬板等。
3.目前国内生产铬8铸铁的熔炼设备及工艺多数采用中频感应炉不氧化法熔炼工艺，但目前中频感应炉存在以下缺点：一是不能检测铸铁液纯净化处理过程中惰性气体给炉衬的冲刷程度，选择较佳的惰性气体压力和流量，造成成本较高；二是当熔化的铸铁液渗出耐火衬与外壳导通时，不能很好地避免穿炉事故发生。因此针对以上存在的缺陷，急需对现有的中频感应炉进行改进，并优化相关工艺，以满足生产高纯净过共晶含铌铬8铸铁的要求。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术的问题，本发明提供一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置及其应用。
5.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置，包括：外壳、耐火衬、壁层、底座、气体扩散器、透气块、进气管、活接头、包底保护触头、触头保护器、导线、盖子，所述外壳包裹着耐火衬，所述耐火衬外表面设置有壁层，所述外壳的底部设置有底座，所述底座上方设置有气体扩散器和透气块，所述透气块包裹着气体扩散器，所述进气管与气体扩散器连接，所述活接头与进气管衔接并固定于底座上，所述包底保护触头、触头保护器、导线组成耐火衬保护装置，所述包底保护触头镶嵌于耐火衬内，所述触头保护器与包底保护触头通过导线相连，所述盖子设置于精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置的顶部。
7.进一步地，所述壁层为耐高温的合成材料层。
8.进一步地，所述耐高温的合成材料层由包括氮化铝、氮化硅、二氧化硅、氧化钇按质量比为2-4:6-10:2-3:0.3-0.5经高温烧结制成。
9.进一步地，所述耐高温的合成材料层厚度为0.6-1.5cm。
10.进一步地，所述进气管为耐压橡胶管。
11.进一步地，所述耐压橡胶管的内径为0.2-0.4cm。
12.进一步地，所述包底保护触头采用无磁钢材料制成。
13.进一步地，所述包底保护触头设置有6个。
14.本发明还提供一种上述装置的应用，其特征在于，采用该装置用于精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁。
15.本发明具有以下有益效果：
16.(1)本发明装置的壁层由包括氮化铝、氮化硅、二氧化硅、氧化钇按质量比为2-4:6-10:2-3:0.3-0.5经高温烧结制成，具有优异的耐腐蚀功能，使得装置长期使用。
17.(2)本发明装置可以检测耐磨铸铁液纯净化处理过程中惰性气体给耐火衬的冲刷程度，从而选择较佳的惰性气体压力和流量，节约成本。
18.(3)本发明装置可以精准控制耐火衬的使用寿命，当炉底由于高温耐磨铸铁水造成的熔蚀点触碰到感应触头时，预警耐火衬寿命已至，需更换耐火衬.
19.(4)本发明装置可以有效保护炉体及整套电炉控制系统，当熔化的耐磨铸铁水渗出耐火衬与外壳导通时，触头保护器开启，及时关闭熔体总电源，避免穿炉事故发生。
20.(5)本发明能有效控制惰性气体的压力和流量，降低生产成本。
附图说明
21.图1为本发明精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置结构示意图。
具体实施方式
22.为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
23.如图1所示，一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置，包括：外壳1、耐火衬2、壁层3、底座4、气体扩散器5、透气块6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线11、盖子12，所述外壳1包裹着耐火衬2，所述耐火衬2外表面设置有壁层3，所述外壳1的底部设置有底座4，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气块6，所述透气块6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线11组成耐火衬保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于耐火衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头9通过导线11相连，所述盖子12设置于精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置的顶部。
24.所述壁层3为耐高温的合成材料层。
25.所述耐高温的合成材料层由包括氮化铝、氮化硅、二氧化硅、氧化钇按质量比为2-4:6-10:2-3:0.3-0.5经高温烧结制成。
26.所述耐高温的合成材料层厚度为0.6-1.5cm。
27.所述进气管7为耐压橡胶管。
28.所述耐压橡胶管的内径为0.2-0.4cm。
29.所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。
30.所述包底保护触头9设置有6个。
31.为了使技术方案更清楚明了，下面通过更具体的实施例加以说明。
32.实施例1
33.如图1所示，一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置，包括：外壳1、耐火衬2、壁层3、底座4、气体扩散器5、透气块6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线11、盖子12，所述外壳1包裹着耐火衬2，所述耐火衬2外表面设置有壁层3，所述外壳1的底部设置有底座4，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气块6，所述透气块6包裹着气体扩散
器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线11组成耐火衬保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于耐火衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头9通过导线11相连，所述盖子12设置于精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置的顶部。
34.所述壁层3为耐高温的合成材料层。
35.所述耐高温的合成材料层由包括氮化铝、氮化硅、二氧化硅、氧化钇按质量比为3:9:2:0.4经高温烧结制成。
36.所述耐高温的合成材料层厚度为1cm。
37.所述进气管7为耐压橡胶管。
38.所述耐压橡胶管的内径为0.3cm。
39.所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。
40.所述包底保护触头9设置有6个。
41.实施例2
42.如图1所示，一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置，包括：外壳1、耐火衬2、壁层3、底座4、气体扩散器5、透气块6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线11、盖子12，所述外壳1包裹着耐火衬2，所述耐火衬2外表面设置有壁层3，所述外壳1的底部设置有底座4，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气块6，所述透气块6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线11组成耐火衬保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于耐火衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头9通过导线11相连，所述盖子12设置于精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置的顶部。
43.所述壁层3为耐高温的合成材料层。
44.所述耐高温的合成材料层由包括氮化铝、氮化硅、二氧化硅、氧化钇按质量比为2:7:2.2:0.3经高温烧结制成。
45.所述耐高温的合成材料层厚度为0.8cm。
46.所述进气管7为耐压橡胶管。
47.所述耐压橡胶管的内径为0.2cm。
48.所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。
49.所述包底保护触头9设置有6个。
50.实施例3
51.如图1所示，一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置，包括：外壳1、耐火衬2、壁层3、底座4、气体扩散器5、透气块6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线11、盖子12，所述外壳1包裹着耐火衬2，所述耐火衬2外表面设置有壁层3，所述外壳1的底部设置有底座4，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气块6，所述透气块6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线11组成耐火衬保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于耐火衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头9通过导线11相连，所述盖子12设置于精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置的顶部。
52.所述壁层3为耐高温的合成材料层。
53.所述耐高温的合成材料层由包括氮化铝、氮化硅、二氧化硅、氧化钇按质量比为4:9:2.8:0.5经高温烧结制成。
54.所述耐高温的合成材料层厚度为1.4cm。
55.所述进气管7为耐压橡胶管。
56.所述耐压橡胶管的内径为0.4cm。
57.所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。
58.所述包底保护触头9设置有6个。
59.实施例4
60.一种精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置的应用，包括以下步骤：
61.(1)打结坩埚：将透气块按要求安装在实施例1的精炼高纯净过共晶含铌铬8铸铁装置底部，然后使用耐火衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
62.(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
63.(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氮气瓶；
64.(4)铺石灰层：在装置底部铺上一层石灰，所述石灰层的厚度为28mm；
65.(5)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铸铁的各种材料，备用；
66.(6)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铸铁液覆过炉底29cm时，开始打开流量调节器吹注氮气，氮气经过透气块参与铸铁液熔炼过程，直至获得完全熔化的铸铁液，随着熔炼继续，吹氮气的流量随着铸铁液的增加而增加，具体控制过程如下：前9-13min，吹氮气流量控制在15.8-16.5l/min；第14-20min，吹氮气流量控制在17-17.3l/min；第21-30min，吹氮气流量控制在17.7-17.8l/min；
67.(7)孕育处理：采用包底冲入法对步骤(6)获得的完全熔化的铸铁液进行孕育处理，孕育处理是采用占铸铁液重量2.7％，粒度小于13mm的孕育剂，所述孕育剂包括由中间合金、稀土合金按重量比为3.2:0.6组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：c：2.4％，cr：1.1％，si：0.7％，ni：0.4％，ti：0.2％，mo：0.3％，其余为fe；所述的稀土合金包括锰、硅、镧、镨、钕按质量比为8:4.6:1:3:1组成；
68.(8)向步骤(7)完成孕育处理的铸铁液表面覆盖造渣材料，添加量为0.7kg/吨铬铸铁；同时吹氮气处理，吹氮气流量控制在16.6-16.9l/min，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
69.(9)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
70.(10)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氮气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
71.(11)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净过共晶含铌铬8铸铁，采用光谱分析，所述的高纯净过共晶含铌铬8铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：3.63％的碳、0.28％的锰、8.49％的铬、0.41％的硅、0.03％的磷、0.01％的硫、0.16％的镍、0.38％的钼、0.11％的钒、0.52％的钛、0.27％的铜、0.72％的铌、0.32％的混合稀土、0.00143％的氧、0.00045％的氢，余量为fe；
72.所述混合稀土由镧、镨、钕按质量比为1:3:1组成。
73.步骤(8)中所述造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉12份、铝粉4份、蒙脱石粉15份、氟石粉4份、滑石粉12份、钝化石灰粉7份、碳酸镁粉8份、麦饭石粉6份、石英粉4份、田菁胶4.2份、水24份；
74.所述珍珠岩粉的粒度为800目；
75.所述铝粉的粒度为900目；
76.所述蒙脱石粉的质量指标为：sio2：72.18％，粒度为800目；
77.所述氟石粉的质量指标为：caf2：76.93％，粒度为800目；
78.所述滑石粉的质量指标为：sio2：62.75％，粒度为900目；
79.所述钝化石灰原料的质量指标为：cao：93.68％；s：0.04％；
80.所述碳酸镁粉的粒度为900目；
81.所述麦饭石粉的粒度为900目；
82.所述石英粉的粒度为1000目；
83.所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
84.1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为48℃，转速为200r/min下搅拌1h，制得浆料a；
85.2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为45℃，转速为200r/min下搅拌0.5h，制得浆料b；
86.3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.4cm的颗粒；
87.4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在94℃下干燥7.2h，制得造渣材料。
88.对实施例4生产的过共晶含铌铬8铸铁的氧、氢含量、洛氏硬度值(hrc)及碳化物数量进行检测，每个指标重复测3次，求平均值，结果如下：
[0089][0090]
注：表中的各个指标均为重复测3次的平均值，氧、氢含量采用光谱分析检测；洛氏硬度试验按gb/t 230.1规定进行；
“‑”
表示不检查’。
[0091]
上表可知：本发明采用精炼过共晶含铌铬8铸铁装置进行应用，获得的过共晶含铌铬8铸铁的氧含量为14.3ppm，氢含量为4.5ppm，可见氧含量和氢含量极低，实现了终氧含量小于15ppm，终氢含量小于5ppm的目标，获得了高纯净过共晶含铌铬8铸铁。该铸铁洛氏硬度值(hrc)达到了60.3，碳化物数量达到了27.8％，可见该产品不仅硬度高，而且耐磨性能优，可满足用于生产小型(3寸)泵过流件泵体、叶轮，小型(直径小于1.2米)锤式破碎机锤头、衬板等要求，可大力推广应用。