目前，大多數煉鎂廠所使用的主要消耗性設備是煉鎂還原罐，其材質大多為ZG35Cr24Ni7SiN，由於這種材質的還原罐含有大量貴重的鎳、鉬、鉻等元素，爐料價格昂貴，因此生產成本居高不下，為了降低生產成本，往往將廢還原罐回收重熔，而簡單的回收重熔會造成質量極不穩定，由於煉鎂還原罐處於外部為1200℃左右的高溫氧化火焰，內腔處於真空（10Pa）狀態下，故進行周期性生產（每爐生產周期為8—12h）很容易造成嚴重的氧化腐蝕以及熱強性下降，即高溫狀態下的強度下降，高溫組織不穩定等，因此，作者就如何提高鎂還原罐的使用壽命，爐料和舊罐回收重複熔煉的成分要求以及工藝作了一些研究探討。
基本介紹
- 中文名：還原罐
- 外文名：Reducing tank
- 材質：ZG35Cr24Ni7SiN
- 含有元素：鎳、鉬、鉻等元素
- 成本：高
目前，大多數煉鎂廠所使用的主要消耗性設備是煉鎂還原罐，其材質大多為ZG35Cr24Ni7SiN，由於這種材質的還原罐含有大量貴重的鎳、鉬、鉻等元素，爐料價格昂貴，因此生產成本居高不下，為了降低生產成本，往往將廢還原罐回收重熔，而簡單的回收重熔會造成質量極不穩定，由於煉鎂還原罐處於外部為1200℃左右的高溫氧化火焰，內腔處於真空（10Pa）狀態下，故進行周期性生產（每爐生產周期為8—12h）很容易造成嚴重的氧化腐蝕以及熱強性下降，即高溫狀態下的強度下降，高溫組織不穩定等，因此，作者就如何提高鎂還原罐的使用壽命，爐料和舊罐回收重複熔煉的成分要求以及工藝作了一些研究探討。
1.爐料的最佳化學成分設計
在深入掌握了還原罐的使用條件和其失效機理的基礎上，結合國內外技術資料和我國資源的實際情況進行了比較全面地考慮，對基體金屬和添加元素的設計，根據對耐熱合金的要求，以Fe，Cr，Ni為基體金屬，Mn，Mo，Si，C，N，Re等位可控制添加元素，其各種元素的添加量可根據常見合金元素對鋼晶粒度的影響來確定，其影響程度如表1所示。
表1 合金元素對粒度的影響
元素 Cr Ni W Mo V Al Ti Mn Si Nd |
細化 影響不大 細化 細化 顯著細化 細化 強烈細化 有所粗化影響不大 細化 |
在確定了基體金屬和添加元素之後，還必須確定個組元的最佳含量，這是最重要的部分，實驗採用L（3×3×2）型混合正交表的方法，鋼水的熔煉在500公斤中頻感應電爐中進行，每隻還原罐的平均重量為500mg，共進行了12爐次的熔煉試驗。通過對歷次試樣結果的分析，得出了最佳化學成分組成，如圖表2所示
C S P Mn Si Cr Ni Mo N |
0.3~0.4 0.031.3~1.4 ≤0.04 ≤ 1.0~1.2 23~25.5 7.0~8.5 0.5 0.2~0.28 |
表2 化學成分組成（%）
在選用爐料的組成時，要滿足一下幾條基本原則：
1）.要滿足爐料成分的需求；
2）.在滿足成分要求的前提下儘量降低成本；
3）.所鑄造出的還原罐要能夠回收重複使用；
4）.應該考慮到市場的資源狀況，對爐料的配方做適當的調整。因此爐料主要由廢罐、廢鋼、廢鐵、鉻鐵、氮化鉻、鎳板、生鐵、錳鐵、鉬鐵、矽鐵等組成。由於鉻、錳、鎳等耐熱鋼熔煉時所用的爐料較多，故常採用2~~3種回爐料，根據其化學成分的要求，由計算機對配料進行最佳化設計，計算出每種配料所需的重量。
2 熔煉的工藝方法
離心鑄造的工藝參數主要包括合金的澆鑄溫度、鑄型的溫度、轉速、澆鑄速度、砂襯的材料種類與厚度、鑄件的冷卻速度、出型溫度等，這些都會直接影響到鑄件的質量，對還原罐的使用壽命起著至關重要的作用，通過多次試驗，得出了比較理想的離心澆鑄工藝方法。
2.1 工藝過程
2.1.1 準備工作
1. 預熱型筒，在迴轉窯內將型筒預熱，溫度為150℃左右；
2. 清理型筒，將型筒放在離心機上，用壓縮空氣吹淨桶內雜物，檢查型筒狀況良好方能使用；
3. 準備堵盤，將堵盤型砂混合均勻，平整密實的搗實在堵盤溝槽內，烘乾後用錐銷裝緊與型筒的兩端；
4. 檢查澆包和過流槽。
2.1.2冶煉
1.爐料，根據化學成分的要求計算出各種配料的重量，準確秤取，誤差為：m>40kg，±0.5kg；m≤40kg，±0.1kg。
2.將秤好的廢鋼、廢罐、鉻鐵、鎳板、鉬鐵等裝入中頻爐，仔細檢查有關設備，確認能正常生產時方可送電，開始電功率較小，待電流衝擊停止後，逐漸增大功率到合適的數值。
3.取爐前鋼樣，待鋼水熔煉均勻，爐溫大約是1600℃時，取樣送化驗室化驗，爐前化驗C，Cr，Ni；與此同時，加入矽鐵、錳鐵進行脫氧，然後加入氮化鉻，根據化驗結果調整成分，冶煉大約14分鐘，溫度達到1670±20℃，取爐後試樣。
4.出鋼，斷開電源，準備出鋼，在盛鋼包內加一定數量的稀土（粒度≤15mm），鋼水流入盛鋼包內需鎮靜3~5分鐘。
2．1.3 離心機準備
出爐斷電時，開始啟動離心機，2分鐘後型筒轉速達到900~950轉，將裝有（16~19kg）的石英砂的送砂管推進型筒，均勻旋轉開始拋砂。
2.1.4 澆鑄：1.將過流槽放置在型筒的澆鑄位置，準備好擋渣繩結；2.澆鑄開始緩慢給流，隨後全部澆鑄，大約30s內全部澆完。
2.1.5 出罐：型筒澆鑄完畢後，繼續旋轉6分鐘，然後離心機斷電，待停穩後，打掉錐銷，卸掉堵盤，用拔罐裝置將鎂還原罐緩緩拔出。並平穩的放置在乾燥通風處冷卻。
2.2 試驗分析
作者對某廠直徑339和直徑350的煉鎂還原罐產品進行了化學成分的分析，對其所鑄煉鎂還原罐的各種性能進行了檢測並於美國hk40耐熱合金進行比較，得出了如圖表三所示的結果。
性能對比
對比項目 | 本試驗合金 | 美國HK40 |
室溫抗拉強度（鑄態）/Mpa 硬度/HB 體積密度（鑄態）/g.cm | 598~~~~686 175~~~~180 7.74—8.2 | 517 170 7.75 |
通過生產發現，要想使還原罐產品得到最低的成本和最長的使用壽命，就必須有最佳的化學成分設計，嚴格控制合金的熔煉質量，合理的確定離心鑄造工藝，正確規範煉鎂操作工藝規程，通過対新的化學成分及工藝使用一年來的考察，證明其對降低生產成本，提高還原罐的質量，延長還原罐的使用壽命有明顯的效果，目前，還原罐的連續使用壽命最長可達3~~4個月，平均在兩個月以上，由於該產品在熔煉過程中受到的影響因素較多，工藝較為複雜，因此生產時要隨時檢查各個工序，嚴格控制化學成分，以免發生意外。
