ZG40CrNi2Mo大齿圈的分包熔炼及合浇技术

河南省大型铸锻件工程技术研究中心 （洛阳 471000） 魏子杰 杜 旋 田 丰 刘 琦

ZG40CrNi2Mo钢是一种具有较高强度及韧性的合金铸钢材料，是我公司目前生产的大型水泥磨机、矿磨机、煤磨机等开式齿轮专用材料，其化学成分和力学性能如表1、表2所示。

表1 ZG40CrNi2Mo钢化学成分（质量分数） （%）

表2 ZG40CrNi2Mo钢力学性能

磨机运行工况恶劣，为确保ZG40CrNi2Mo大齿轮具有较高的力学性能，要求其具有好的冶金质量与合理的化学成分，因此需要对其熔炼和浇注等生产环节加以控制。

本文以φ7.9m×13.6m溢流型球磨机用φ11.72m大齿圈的生产为例，介绍了ZG40CrNi2Mo大齿圈的分包熔炼及合浇技术。

一、熔炼和浇注技术

1.生产难点

（1）生产φ11.72m大齿圈，需一次组织钢液达345t，需采用4包分炼及合浇工艺。

（2）为确保最终的大齿圈铸件具有合理的化学成分，需对每个分包钢液的化学成分进行控制。

（3）为确保浇注成形，合浇前需对每个分包钢液的浇注温度及浇注顺序加以控制。

（4）为确保获得好的冶金质量，需降低钢液中的非金属夹杂物和气体含量，最大限度地提高钢液纯净度，因此需采用VD真空脱气对钢液进行处理。

2.工艺路线

EBT电弧炉的（分包）初炼→LF炉的（分包）精炼→VD真空脱气的（分包）处理及保温→多包合浇。

3.熔炼控制

（1）炉料控制 ①炉料选用优质废钢、料头，少用生铁，残留元素满足工艺要求。②为保证钢液脱磷效果，底灰加入量为该炉炉料重量的5%～6%。

（2）EBT电弧炉初炼控制要点 ①快速升温熔化，造渣，脱碳，去磷，去除气体和夹杂物，避免过氧化。确保初炼钢液出钢时的化学成分满足表3要求。②初炼出钢温度1650～1680℃，采用留钢、留渣操作，严禁氧化渣进入精炼包内。③出钢时，随流每吨钢液加入铝块0.5kg、硅铝钡钙粉2kg，进行预脱氧，然后加入硅铁、锰铁、铬铁合金化，为LF炉精炼工序提供良好的条件。

表3 ZG40CrNi2Mo钢初炼化学成分（质量分数） （%）

（3）LF炉精炼控制要点 ①快速升温，造还原渣，保持炉内还原气氛，控制好炉渣的碱度、厚度，使炉渣具有较好的流动性，充分脱氧、脱硫。②按工艺要求添加合金。③精炼过程中，适时补加炭粉、硅铝钙钡粉等进行脱氧，然后测温、取样全分析。④根据取样分析结果，调整合金成分，同时适时补加适量的渣料和脱氧剂，最后一批合金或渣料加入完毕后，使白渣保持20min以上，待成分均匀后，测温、取样全分析。化学成分应满足表4要求且钢液温度达到1660～1670℃后，方可转入VD脱气工序进行真空脱气处理。⑤精炼过程控制好LF炉精炼时间，为保证钢液脱氧效果，减少钢液中夹杂物，提高钢液纯净度，需分批加入炭粉和扩散脱氧剂，精炼时间不低于60min。

表4 ZG40CrNi2Mo各包精炼化学成分（质量分数） （%）

（4）VD真空脱气处理要点 ①钢包进入脱气工位后，接通氩气，测温，根据温降确定真空处理时间。②VD工位盖上真空盖后，开始抽真空，根据钢液翻腾情况，调整氩气流量，缓慢达到高真空。③以小于0.5Torr（1Torr＝133.322Pa）处理时间保持15min以上，总操作时间不大于40min为宜。④VD破真空后测温，每包钢液温度满足1550～1570℃时，方可起包引流，进入浇注工位。如温度低于1550℃，则进入LF精炼炉返回加热，提温至1550～1560℃后再起包。⑤各包起包温度为：第一包起包按照钢液温度上限控制，第四包起包按照钢液温度下限控制，第二、第三包按钢液温度中限控制。

4.合浇

（1）ZG40CrNi2Mo钢的浇注温度为1530～1550℃。

（2）现场浇注需协调好各个钢包的起包顺序，待各个钢包有序到达各自指定工位后，开始合浇，按照“慢-快-慢”原则浇注，直至合浇完成。

二、实施效果

按前述工艺，实现了总钢液量达345t大齿圈的顺利浇注（浇注现场见图1）。经后续检测，齿圈各项指标均满足技术要求，加工后的大齿圈实物如图2所示。

图1 大齿圈的浇注现场

图2 加工后的大齿圈

三、结语

目前，我公司对ZG40CrNi2Mo铸钢件大齿圈均采用“EBT电弧炉（分包）初炼→LF炉外（分包）精炼→VD真空脱气（分包）处理→合浇”工艺进行生产，一次组织钢液量达340t的大齿圈成功浇注并安装在巴西MMX公司φ7.9m×13.6m溢流型球磨机；一次组织钢液量达344t的大齿圈成功使用在中国黄金集团φ10.37m×5.19m特大磨机，该技术为我公司生产大型矿用磨机用大齿圈奠定了良好的技术基础支撑。