专利名称：工程用低温合金钢的熔炼设备系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工程用低温合金钢的熔炼设备系统，特别是可用于野外多工
矿开采设备上、能够适于高强度、以及低温等恶劣环境要求，具有超高硬韧性的工程用低温 合金钢的熔炼设备系统。
背景技术：
磨损是许多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因， 同时其也消耗了大量的能源和材料。由合金铸钢制造的各种工程挖掘机和装载机斗齿、各 种耐磨输送管道、各种破碎机锤头和颚板、各种履带板，由于处于高强度、恶劣气候等工作 条件，其磨损情况更加严重。 目前的技术现状是一般材料的硬度和韧性是互相矛盾的性能指标，通常是硬度 高则韧性差，韧性高则硬度低。 一类是强调材料的高韧性，一类是强调材料的抗磨性。而无 法达到一个有效的统一，尤其是在用于室外矿山开采、挖掘等工程机械上的应用。高锰钢 的耐磨性是有条件的，而且其屈服强度低、易于变形；低、中合金耐磨钢具有较好的强韧性， 低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的问题，耐磨性较差；高 铬铸铁组织中含有超过20%的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，可是存在合金元素 含量高、生产成本高以及高温熔炼易变形开裂的不足；普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳 化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。 针对现状，得到一种生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污 染，同时保证在低温环境中的良好工作，并在多工矿条件下中也能良好使用的耐磨合金铸 钢已成为一项技术问题。同时人们也认识到炉前孕育变质处理技术是提高钢铁液质量的有 力措施之一，它在一定程度上能够弥补熔炼过程中的不足；熔炼、精炼和过滤技术是耐磨金 属材料的生产关键技术，上述两项技术对于能否实现本项目匹配合理化方案至关重要。因 此提供一种新的与耐磨合金铸钢的合金成分相适应的熔炼工艺将是保证耐磨合金铸钢的 合金成分进而保证其机械性能的重要的制造技术环节。而作为现代化企业的自动化要求， 也应配以相对应的自动化设备，以实现上述熔炼工艺。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型提供一种与新型耐磨合金铸钢相适用的熔 炼设备系统其中所述新型耐磨合金铸钢的化学成分及其质量百分比为C :0. 27_0. 32 ;
Mn :0. 70-0. 90 ;Si :0. 90-1. 30 ;Cr :1. 40-1. 80 ;Mo :0. 10-0. 20 ;Ni :0. 10-0. 20 ;Ti : 0. 02-0. 03 ;所述熔炼设备系统包括 熔炼炉，置于炉内以监测所述熔炼炉内温度的温度监控装置；可向所述熔炼炉中 投放材料的下料装置；与上述装置无线或有线相连的上位控制单元，所述上位控制单元可
以根据所获得的温度监控装置传送的温度信号，对熔炼炉的温度和下料装置的工作作出控
制；与上位控制单元无线或有线相连的并设有熔剂的造渣装置，以控制其向所述熔炼炉中
3投入所述熔剂进行造渣，所述造渣装置中设有熔剂并可在所述下料装置分别加入元素碳、 钼铁、铬铁、镍、钛铁后，或在断电出钢液浇注前向所述熔炼炉中投入所述熔剂造渣；与上位 控制单元无线或有线相连的取样分析装置，以控制其对炉中的合金元素进行取样分析并向 上位控制单元输出结果，所述控制单元根据所述分析结果控制所述下料装置装入相应元素 直至达到相应元素的所述成分范围；与上位控制单元无线或有线相连的脱氧装置，以受控 向熔炼炉中加入脱氧剂以尽量减小钢液中的含气量，所述脱氧剂为0. 03-0. 06%的铝，所述 脱氧装置在所述下料装置投入锰铁之后投入所述脱氧剂。 经过本实用新型所提供的生产工艺简单、成本低、污染小的熔炼设备系统可以有 效、优质得到所述耐磨合金铸钢，其抗拉强度1500-1800MPa，屈服强度1200-1400MPa，延 伸率S S7-15%， V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度48-55HRC。并适合用于在低温环境
中，如-201: 01:，与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备，适应在寒带环境中长期工作
的要求。
图1是本熔炼设备的示意图。
具体实施方式
下面结合图l来具体说明本实用新型，本实用新型提供一种与新型耐磨合金 铸钢相适用的熔炼设备系统，其所述铸钢的化学成分及其质量百分比为C:O. 27-0. 32;
Mn :0. 70-0. 90 ;Si :0. 90-1. 30 ;Cr :1. 40-1. 80 ;Mo :0. 10-0. 20 ;Ni :0. 10-0. 20 ;Ti : 0.02-0.03。其中各合金所具有的主要功能为 碳(C):碳含量越高，钢的强度和硬度值增加，塑性和韧性值降低； 硅(Si):强化铁素体，提高抗拉强度和屈服强度，提高耐热性和耐蚀性，降低韧性
和塑性； 锰(Mn):提高强度，硬度和耐磨性； 铬(Cr):降低钢的导热性，能提高耐磨性； 钼(Mo):强化铁素体，提高高温性能，改善脆性； 镍(Ni):扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素，提高强度而不显著降低塑性，有 良好的耐腐蚀能力； 钛铁(Ti):能强化铁素体，脱氧和细化晶粒。 为得到上述耐磨合金铸钢，本实用新型提供了一与其相应的，并具有生产工艺简 单、成本低、污染小特点的熔炼设备系统，其具体包括熔炼炉l，置于炉内以监测所述熔炼 炉内温度的温度监控装置2，可向所述熔炼炉中投放材料的下料装置3，以及与上述装置相 连的上位控制单元8。 同时优选的，还可以具有与上位控制单元相连的并设有熔剂的造渣装置4，以受控 向所述熔炼炉1中加入熔剂以形成熔渣；与上位控制单元相连的取样分析装置5，以受控对 熔炼炉1中的钢液进行分析的取样分析并向控制单元传送数据结果；还有与上位控制单元 相连的脱氧装置6，以受控向熔炼炉1中加入脱氧剂以尽量减小钢液中的含气量。 熔炼炉1优选的实施例是采用酸性的高频或中频感应电炉进行熔炼，并根据炉子1的容量大小来确定预装量。在熔炼时首先在炉1中底部上由上位控制单元8控制造渣装 置4撒上一层熔剂(厚度约10mm左右)，同时根据炉子的容量大小再装料，应先装入部分小 料后即可送电熔化，随着炉料的熔化，应陆续装入未装完的炉料，为防止"架桥"(即阻塞) 现象，应做到"下紧上松"，并且在熔炼过程中应及时捅料，以便炉料的熔化，并及时由上位 控制单元8控制造渣装置4撒上熔剂进行造渣，熔剂用量以覆盖住整个熔池液面为准。 在本实用新型优选的实施例中，所述上位控制单元8可以根据所获得的温度监控 装置2传送的温度信号，对熔炼炉1的温度和下料装置3的工作作出如下的控制 当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1550-156(TC时，所 述下料装置3分别加入元素碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁，对其搅拌后通过下料装置3覆盖上熔 剂造渣，然后继续升温； 当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1570-1580°C时，所 述下料装置3加入硅铁； 然后控制取样分析装置5进行炉前取样分析，分析仪器可优选的采用光谱仪，根 据取样分析装置5向上位控制单元所传送的炉前化学成份，所述控制单元控制所述下料装 置3再添补相应元素； 当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1590-1600°C时，所 述下料装置3加入锰铁； 然后上位控制单元控制脱氧装置6脱氧以尽量减小钢液的含气量，脱氧优选的为 铝，其比例为0. 03-0. 06% ，并及时控制造渣装置4撒上熔剂造渣；然后控制取样分析装置5 进行炉后取样分析，并结合控制下料装置3直至达到成份要求范围为止； 当所述温度监控装置2监测到所述熔炼炉1内熔炼钢液升温至1610-1630°C时，所 述熔炼炉1断电扒渣并出钢液浇注。 根据优选实施例中介绍，由于采用酸性炉进行熔炼，同时通过控制单元根据温度 监控装置与一定钢液的温度相对应加入不同合金元素，因此使得贵重的重要合金元素的烧 损降到最低，例如最后加入的锰铁的有效成分便得到最大的保护。这不仅使得整个熔炼过 程生产工艺简单、污染小，同时生产成本也得到了有效的控制。另外，作为技术的进一步改 进，通过在适当步骤间进行熔剂造渣，排出了熔液中的杂质，熔炼产品的精度和合格品率更 加可靠和得以提高；又添加了炉前取样分析(还可以进行炉中取样分析)，使得工艺过程更 加紧凑，生产效率和过程更加可靠，设备利用率高。 经本熔炼设备系统所得到的所述耐磨合金铸钢，其抗拉强度1500-1800MPa，屈服
强度1200-1400MPa，延伸率S s7-15X，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度48-55HRC。本
实用新型中的合金铸钢及其熔炼设备系统具有生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性
与淬硬性好且无污染的特点。所得到的合金铸钢适合用于在低温环境中，如_20°C 0°C，
与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备，适应在寒带环境中长期工作的要求。 本实用新型中所揭示的实施例，将通过权利要求得到体现和保护，任何根据本实
用新型中所得到的启示，均落入本实用新型所保护的范围之中。
权利要求一种工程用低温合金钢的熔炼设备系统，其特征在于，包括熔炼炉，置于炉内以监测所述熔炼炉内温度的温度监控装置；可向所述熔炼炉中投放材料的下料装置；与上述装置无线或有线相连的上位控制单元，所述上位控制单元可以根据所获得的温度监控装置传送的温度信号，对熔炼炉的温度和下料装置的工作作出控制；与上位控制单元无线或有线相连的并设有熔剂的造渣装置，以控制其向所述熔炼炉中投入所述熔剂进行造渣，所述造渣装置中设有熔剂并可在所述下料装置分别加入元素碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁后，或在断电出钢液浇注前向所述熔炼炉中投入所述熔剂造渣；与上位控制单元无线或有线相连的取样分析装置，以控制其对炉中的合金元素进行取样分析并向上位控制单元输出结果，所述控制单元根据所述分析结果控制所述下料装置装入相应元素直至达到相应元素的所述成分范围；与上位控制单元无线或有线相连的脱氧装置，以受控向熔炼炉中加入脱氧剂以尽量减小钢液中的含气量，所述脱氧剂为0.03-0.06％的铝，所述脱氧装置在所述下料装置投入锰铁之后投入所述脱氧剂。
2. 根据权利要求1所述的工程用低温合金钢的熔炼设备系统，其特征在于所述熔炼 炉是酸性的高频或中频感应电炉。
专利摘要工程用低温合金钢的熔炼设备系统，包括熔炼炉，温度监控装置，下料装置，以及与上述装置相连的上位控制单元；所述上位控制单元可以根据所获得的温度监控装置传送的温度信号，对熔炼炉的温度和下料装置进行控制以达到上述成分和百分比，该系统还可具有造渣装置、取样分析装置和脱氧装置，以配合控制单元的工作。该系统设备简单，控制可靠，生产成本低，污染小。
文档编号C21C5/54GK201520798SQ20092026640
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者王程懿 申请人:宁波市鄞州商业精密铸造有限公司