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無鐘爐頂裝料設備因布料均勻、體積小、重量輕，并可以調整布料溜槽傾角，改變布料半徑位置，維修方便，維修時間較短等優(yōu)點已成為現(xiàn)代高爐的發(fā)展方向。這種設備上的一些關鍵備件大多數(shù)長期處在高溫、沖擊、磨料磨損條件工作，備件的耐用性、經濟性已成為限制生產發(fā)展的重要因素，尤其是溜槽襯板使用條件最為惡劣，反映尤為突出。

2 槽襯板的工況條件及力學性能要求

2.1爐料的組成：(表一)

2.2工作過程

爐頂料罐中的爐料通過定期打開的下密封閥，直接沖落到溜槽襯板上，落料高度2.5米左右，整個溜槽在高爐中不停的旋轉和改變傾角，爐料順溜槽滑向爐內。

2.3工作溫度及過料量

溜槽正常工作溫度是200℃～320℃，異常熱沖擊時可以達到500℃～700℃。日過料量3000噸～5000噸。(380～500m³高爐)

2.4襯板結構及失效形式

溜槽襯板由三段R340，長570，厚40-90，筋棱結構的圓弧槽組成。(見圖1)工作時受料部位在中間一段。使用后在中間段的底部受沖擊磨損形成一個“鍋底”型凹坑，直至將“鍋底”包括溜槽襯體在內一起磨穿，形成洞口而率先失效。

綜合以上工況，依據(jù)磨料磨損“是由于硬粒或突出物作用使材料遷移導致的磨損”和“鑿削磨料磨損系指高應力和伴隨著沖擊作用下的嚴重磨損。溜槽襯板使用工況條件屬于一定溫度下的鑿削式磨料磨損和磨料滑動磨損。要求材料具有抗中溫沖擊磨損的性能。

要求溜槽襯板具有較高的硬度。一般情況下抗磨件的硬度設計要高于磨料硬度的0.8倍以上。在所輸送的礦料中硬度較高的是塊礦石。依據(jù)資料數(shù)據(jù)鐵礦石的硬度是766HV～1096HV推算，溜槽襯板的宏觀硬度應該是58HRC以上。同時要求材料具有高的淬透性。由于襯板工作時會受到礦料的沖擊，韌性不足，局部就會因脆性剝落而導致磨損異常。所以必須具有一定的沖擊性和斷裂韌性。ak值應該達8J/cm²以上，KIC值應該在25Mpa.m1/2以上。考慮襯板在一定的溫度場下工作，要求材料還應該具有一定的抗氧化性及較好的抗中溫回火軟化能力。

3 內外溜槽襯板的使用情況

第一座無料鐘爐頂設備的布料溜槽是在ZGCr9Si2的基體上堆焊8mm厚高鉻硬質合金。用這種堆焊耐磨合金制做溜槽的方法至今仍有沿用，但此種方法的工藝、技術性要求較高，成本高。堆焊得不好就出現(xiàn)軟硬不均，網狀龜裂等缺陷，使用中出現(xiàn)早期剝落而提前失效。曾有廠家用耐高溫的CrNi鋼本體安裝多層耐磨鋼板的辦法，此方法不耐用，而且檢修更換相當麻煩。也有人試用過高Mn鋼襯板和球墨鑄鐵襯板，壽命均在三個月左右，過料量約在30萬噸左右，成本較低但是壽命較短。現(xiàn)在部分廠家采用國外技術，使用鑲焊、鑲鑄硬質合金的方法，使用壽命約兩年，但是因為制造工藝復雜，生產技術難度大，成本高達十幾萬元一噸，使使用受到了限制。

廠家在溜槽襯板上采用過CrV白口鑄鐵，壽命4～6個月，過料能力35萬噸左右，并未體現(xiàn)出昂貴的V鐵合金所付出的高額代價。高鉻鑄鐵有良好的高溫強度和硬度，也能抗高溫氧化，特別是在SO2氣氛中的抗氧化能力，因此適用于各種爐件。也有廠家應用了高鉻鑄鐵材質，成分配方和工藝各不相同，但是壽命超過半年的不多，過料能力最多只達到50萬噸左右。因此需要在成分組成及工藝上進行優(yōu)化設計。

4　溜槽襯板材質設計探討

4.1設計原則與方法

耐磨材料的選擇方法：“技術分析+經驗+失效分析”。選擇抗磨鑄鐵材料不僅要依據(jù)其成分、組織、性能等特點，同時要考慮其價格因素，以真正達到節(jié)材降耗的目的。任何耐磨材料的最終定位是性能價格比，忽視這一規(guī)律，后果將十分嚴重。

4.2材質的選擇

耐磨材料發(fā)展沿著提高金屬基體硬度與提高碳化物硬度和增加碳化物體積分數(shù)方向不斷探索。上世紀中期出現(xiàn)的高鉻鑄鐵中，M7C3型碳化物硬度高(HV1300～1800)，呈桿狀、塊狀分布在馬氏體基體上，對于基體的割裂作用小(如圖2)。使工件在具有優(yōu)良耐磨性的同時，還具有足夠的韌性，不至于在使用過程中斷裂。(由圖3)可以看出M7C3碳化物溫度升高時硬度下降少。高溫下的磨料磨損，只能選用M7C3型碳化物的高鉻鑄鐵。Cr26高鉻鑄鐵由于具有大量的M7C3碳化物而具有優(yōu)異的抗磨性，又有良好的耐熱耐蝕性，既用于磨料磨損的：工：況又用于高溫磨損及濕態(tài)腐蝕工況磨損。因而選用Cr26型高鉻鑄鐵。其成分、金相組織及應用特性見表二。

因國家標準成分范圍較寬，針對溜槽襯板的工況條件，各成分要進行具體選擇。

4.3溜槽襯板材料成分選擇

(1)Cr/C比及碳化物含量

高鉻鑄鐵中Cr/C＞5時既能獲得大部分M7C3碳化物。按溜槽襯板受沖擊的情況，含碳量不應太高，但是考慮到其失效形式主要是沖擊磨損，含碳量也不能太低，因為有實驗資料表明碳化物含量在25～30％時耐磨性最好，所以含碳量應保證襯有25％以上的碳化物含量，以保證其耐磨性。當碳化物含量達到35％以上時，材料韌性顯著下降，因而不能超過32％。碳化物含量可參照k％＝11.3×(C％)+0.5×(Cr％)－13.4來測算。

從韌性的角度來講，在碳化物含量20～25％時Cr/C=7.5時，斷裂韌性KIC值最高。(見圖4)從生產實際情況分析，Cr/C=8左右時，沖擊值較高，數(shù)值為9以上時稍低，到11時則沖擊值反而偏低。另外過高的Cr/C比使M26C7型碳化物增多，由于該碳化物顯微硬度低(1140HV)，反而使耐磨性下降。所以碳、鉻含量按Cr/C=7～8選擇。

(2)淬透性和淬硬性。

因溜槽襯板屬于厚大工件，所以要有很好的淬透性，以保證耐磨性。高鉻鑄鐵件淬火大多采用空冷。實踐表明，無其它合金元素時，空冷的淬透性有限，空淬最大直徑約20mm。為提高淬透性，必須加其它合金元素Mo、Ni、Cu、Mn等。這些元素有擴大γ區(qū)的作用，降低臨界冷卻速度，大大提高了大型件的空淬特性。在促進淬透性的作用上1％Mo=11.6倍Mn，Cu只有Mn的30％。Mo增加淬透性的作用最為顯著。還可形成高硬度的Mo碳化物和細化組織，二者都可使耐磨性提高。Mo也有利于提高抗回火軟化能力。但是Mo鐵合金價格較貴，各元素的聯(lián)合加入可以降低Mo含量，從而降低成本，而且增加淬透性的效果顯著。Mo+Cu提高淬透性的作用更大。有資料推薦 Mo、Cu 加入量的計算公式：Cu＝1.30logd－0.21(Cr/C)-0.42(％)；Mo＝2.591logd-0.41(Cr/C)-0.83(％)。(式中d為工件厚度)根據(jù)溜槽襯板厚度測算Mo量可在1.0％～2.0％，Cu量在0.5％～1.0％。Ni提高淬透性的效果和Mo相當，Ni、Mo聯(lián)合使用效果更好，但是Ni降低Ms點的作用比Mo大，所以Ni量可以控制在0.5％～1.0％范圍內。為控制鑄件的殘余奧氏體總量，Ni和Cu的總量不宜超過1.5％。

Mn雖提高淬透性，但是降低Ms點，增加殘余奧氏體量，使淬硬性下降，所以應該控制在1.0％以下。由于si降低鑄件的淬透性，含量高還會導致韌性下降和剝落現(xiàn)象，所以也控制在1.0％以下。

為提高襯板的淬硬性和高溫穩(wěn)定性，除以上各元素外，還可以有選擇的加入適量的W、V、Ti、Nb等元素。

5　熱處理工藝

5.1淬火溫度的確定

襯板良好的耐磨性要經過淬火處理才能得到。而淬火處理加熱溫度的選擇是至關重要的。參照，淬火溫度和硬度的關系，淬火溫度為1050℃左右較好。

5.2升溫速度、保溫時間和淬火方法

由于高鉻鑄鐵導熱性能較差，升溫速度應該適當控制。600℃以下時，以50℃/h升溫，700℃以上時，升溫速度≤50℃/h。為保證加熱時組織轉變均勻，保溫時間確定為3～4小時。冷卻采用軸流風機沖溜槽襯板凹槽吹風，以增加空淬效果。需要注意的是溜槽襯板為半圓弧形結構，為防止淬火變形，熱處理過程中，兩道鑄造工藝筋不要切斷，待處理完成后再切除。

5.3回火

襯板空淬后要盡快回火。由圖6可知，400℃以下回火硬度沒有變化。由圖7可知，從消除內應力提高韌性的角度考慮，回火溫度應該不低于400℃。因此回火溫度定在400℃，保溫時間在3～4小時。

不論選擇何種配方的材質，一個不容忽視的問題是鑄造質量。有研究者斷定，鑄造質量的好壞將影響耐磨件耐磨壽命的30％。這里除鑄造方面的具體工藝和技術外，有幾個需要注意的具體問題。首先，要把好爐料質量關，嚴格控制其S、P等雜質元素不超標，否則會影響工件沖擊值。澆注溫度盡可能的低一些，一般在1345℃～1400℃，以便獲得細晶粒組織。在鑄件生產過程中一定要進行變質處理，而且要使用高效變質劑來細化組織，否則ak≥8 J/cm²的韌性指標很難達到。溜槽襯板防止鑄造變形需要加兩道工藝筋。澆注時要凹口朝上，澆冒口置側沿部。不能凹口朝下，澆冒口在底部澆注，以防止底部缺陷造成的不耐磨。

6　材料及工藝研討

“沒有萬能的耐磨材料，但可以研制出(或選用)符合不同工況需求的優(yōu)質耐磨材料系列。”己成為耐磨材料界的共識。根據(jù)溜槽襯板使用工況所設計的成分組合及工藝選擇，使其使用達到了比較理想的效果，過料量在50萬噸以上到100萬噸。高爐一個休風檢修期一般為三個月，這樣既保證了使用幾個休風期又能達到同步檢修的目的，使其保持了較高的性能價格比。以后將根據(jù)用戶反饋的信息，不斷調整成分配比和工藝，使其壽命進一步提高。同時也會不斷學習新技術新經驗，采用更好的、壽命長、成本低的材料和工藝生產溜槽襯板。

從生產檢測的結果分析，在沖擊韌性較高區(qū)域Cr/C=7.2～8.2的占80％，Cr/C=9的占20％；在沖擊韌性值較低的區(qū)域，Cr/C=8.5的占20％，Cr/C=9～10的占40％，Cr/C=11～12的占40％，已初步顯示Cr/C=7～8的沖擊韌性值較高，Cr／C≥11的沖擊韌性值較低，其規(guī)律性需要進一步驗證。有人提出不用加Mo，因為Mo使30％鉻的高鉻鑄鐵共晶組織粗大，力學性能降低。也有人提出含17％鉻的高鉻鑄鐵耐磨性較好，再多加鉻作用不大等問題需要進一步討論。耐磨鑄鐵熱處理時，用較高溫度淬火，要用較高溫度回火；較低溫度淬火、要用較低溫度回火有利于耐磨性的工藝特征也有待進一步驗證。依據(jù)現(xiàn)時價格與使用時間來概算性價比(如表三)。所設計的Cr26材質顯示出較高的性價比。不同工況條件，高鉻鑄鐵的材質不同，要充分考慮壽命與成本的相互關系，以最合理的材質，最低的成本取得最好的使用效果。