加压气化炉炉篦铸件的研发

鲁志武，胡祥永，徐素峰

（太原重工特种铸造分公司，山西 太原 030024）

加压气化炉是一种进行煤气转化的比较先进的节能装置。山西省最早是山西化肥厂（天脊集团）从国外引进的。

加压气化炉由煤锁、炉体和灰锁三部分组成（见图1）。炉体设在加压气化炉的中部，炉体内装有炉篦，它的主要作用是支撑炉内燃料层，均匀地将气化剂分布到加压气化炉横截面上，维持炉内料层的移动，将气化后的灰渣破碎并排除，所以炉篦是保证加压气化炉正常连续生产的重要装置。

图1 加压气化炉结构简图

炉篦分为5层，从下到上逐层叠合固定在底座上，如图2。炉篦底层的下面设有3个刮灰刀安装口，刮灰刀的安装数量由气化原料煤的灰分含量来决定，灰分含量较少时可安装1～2把刮刀，灰分含量较高时安装3把刮刀。支撑炉篦的止推轴承体上开有两个注油孔，由外部高压注油泵通过油管注入止推轴承面进行润滑。炉篦的传动采用电动或液压（采用变频调速电动机和减速机）进行驱动，具有调速方便、工作平稳等优点。

炉篦由62种零件（其中铸件23种）重叠组装成金字塔式的大型锥体，最大直径约3400mm（图2），其受热温度约1000℃，由此可见其工作环境的恶劣和结构之繁杂，有较高的技术难度。构成炉篦的铸件的质量是炉篦能否顺利工作的保证。组成炉篦的各铸件见表1。

煤化工设备是太原重工的主要产品之一。为了使该产品国产化，生产出更符合我国实际情况的加压气化炉，太原重工集中了设计、工艺和制造的技术人员组成了我们，进行认真分析、广泛的调研、多次的试验，克服了重重困难，攻克了各个难关，历经一年多的奋战，生产出炉篦上用的铸件，并加工组装成功，最终生产出符合我国国情的加压气化炉整机，其各项技术指标达到设计要求，并在一部分厂矿生产中应用，效果良好，铸件的各项检测指标见测试报告（报告从略）。炉篦的铸件明细见表1。

图2 炉篦

1 试制生产过程

1.1 产品分析

我们对组成炉篦的23种铸件逐一进行了分析，明确了关键点。

表1 炉篦铸件明细

1）炉篦的工作环境

炉篦上的各铸件工作环境为与高温的炉灰直接接触，由于使用时可能受较大的温度波动，所以应有足够的耐热、耐磨和耐疲劳强度。

2）材质及熔炼

炉篦由56个铸件组成，其材质为耐热钢，最高受热温度为1000℃，国外的此种耐热钢牌号为G-X22CrMoV121、G-X25CrNiSi20-14、G-S35Cr－MoV104、 G-X165CrMoV12、G-S17CrMo55 等，其化学成分及力学性能见表2、表3。我国和其成分相近的钢号也有，但我厂生产较少，对材料的性能及铸造工艺性了解不多。

特别是G-X22CrMoV121是一个关键，原材料G-X22CrMoV121的成分给的范围很窄，据有关文献介绍，热处理有特殊要求，而且补焊性能很差，因此对钢水的要求是要确保成分正确，其中碳元素给出的含量范围很窄，该元素对性能影响很大，必须进行试验。特别是要保证钢水的清洁度，评价耐热钢冶金质量的指标之一是钢中夹杂的数量、类型和分布状况，这是非常重要的。而且要严格控制出钢及浇注温度，否则达不到力学性能的要求。所以严格控制G-X22CrMoV121其钢水质量，保证清洁度和控制成分是一个关键。

3）铸件结构

炉篦上有23种共计56件铸件，其优势壁厚大都在35mm～45mm之间，属薄壁件。薄壁件生产中的问题是变形和裂纹，特别是转角处的裂纹倾向更大。如何防止变形和裂纹是工艺上的关心问题。在这些铸件中内环段更是一个关键铸件，一是它的材料是G-X22CrMoV121，二是外形及内腔复杂，如图3。铸件加工后三件组装成一个约φ3100mm的圈，如图2，必须保证其各部尺寸和外形的正确，否则影响加工及装配。裂纹的倾向严重，防裂纹和变形是铸造的难点。

图3 内环图

4）热处理

根据零件的服役状况，组成炉篦的各个铸件选用不同成分的耐热钢，其化学成分及力学性能见表2、表3。G-X22CrMoV121的热处理及焊补是十分困难的，对成分和温度非常敏感。

表2 炉篦铸件化学成分（质量分数，%）

表3 材料的力学性能

G-X22CrMoV121耐热钢铸件应按其要求制定正确的热处理工艺，保证其力学性能，防止裂纹和变形，这是很重要的。一些国家不再选用此材质，但是该材质高温强度高、抗蠕度性能好、产品寿命长，所以美、苏、德等工业技术先进国家仍在继续选用。

从上述分析不难看出对炉篦上的各个主要铸件（特别是内环段）要达到标准有很大的难度。

1.2 炉篦的生产特点

1）生产中的几个重要环节根据上述分析，就炉篦的生产注意以下几点：①炼钢必须认真采取技术措施，提供符合标准的优质钢水。

②铸造工艺上必须制定稳妥的方案，杜绝裂纹、变形，尺寸形状应准确，保证生产出符合质量要求及方便装备的铸件。

③制定比较完善的热处理工艺。

④加工中应采取措施，必须保证各部尺寸和几何形状，使得组装顺利。

2）生产炉篦的主要设备

①熔炼浇注设备：0.75 t及1 t的中频电炉，1.5 t漏包。

②造型设备：用树脂矿生产线（碱性自硬）。

③清理设备：落砂床、抛丸室、抛光砂轮机。

④热处理设备：用带有自动温控的电加热炉和有循环设备的淬火池。

⑤检测设备：磁粉探伤、超声探伤、快速测温热电偶。

⑥加工进行外协。

3）研究和生产过程

①精炼剂的研制

我公司的熔炼设备主要是中频炉。从炼钢的角度上讲，中频炉熔炼炉篦铸件用钢水是不行的：一是钢水的清洁度达不到要求；二是很窄的化学成分不好控制。为此我们花了较长时间研究出了一种多元复合专用精炼剂，效果十分满意，解决了钢水的质量和控制化学成分的难题，保证了GX22CrMoV121内环段等铸件的生产。

②铸造生产

对23种铸件我们都认真编制工艺，进行多次修改获得成功，其中内环段的工艺较为复杂，造型有3层芯子共22块。

在木模制作方面，我们主要采用了模框定位保证了尺寸精度。

在铸造上特别应指出的是，设计了专门的防裂芯骨和特制样板，保证了内环段的质量。

4）铸件的热处理

G-X22CrMoV121属马氏体型耐热钢，热处理对铸件性能影响很大，因此要特别注意两点：一是防变形，二是达到要求力学性能。我们制定了热处理工艺和装炉防变形措施，其热处理工艺如图4。

图3 内环段热处理工艺曲线

除了正确的工艺外，专用垫铁的设计使用也是保证力学性能和不变形的一个关键。

铸件经检验，表面质量、粗糙度达到Ra15 μm～Ra25 μum，精度达到 CT11～12，尺寸符合图纸要求，探伤检查合格。

2 技术指标对比

公司生产的全部炉篦铸件进行了严格的检验，检验结果如表4。

表4 铸件检验结果

3 存在的问题及改进措施

3.1 存在的问题

组成炉篦的铸件大部分为薄壁件，在生产中变形时有发生，影响加工，需要矫正，从而增加了费用。

国外产品一般的使用寿命为2 d～3 d，我厂生产的炉篦据用户反馈和我们的跟踪服务，最长的用户已安全运转了半年，使用寿命尚待验证。

3.2 改进措施

1）完善铸造工艺，加强生产管理，防止铸件变形，达到图纸要求。

2）在用材方面，特别是铸件的材质上进一步国产化，向国际靠拢。

3）根据用户反馈信息进一步改进整体质量，在最短的时间内达到国际先进水平，每台设备正常连续运行两年的目标。我们设想将这种设备在全国各大煤矿推广。

4 结束语

碎煤加压气化炉炉篦是加压气化炉的主要装置，对炉篦上各铸件的铸造成功、加工装配达到标准要求、用户反应良好，将加快该装置国产化的进程，为进一步推广该产品创造了条件、奠定了基础。下一步将进一步完善各项工艺，加强管理、提高质量，保证碎煤加压气化炉质量的稳定性！