中注管

中注管耐火磚成型模具工作面大，在2000kN壓力機上承受着耐火材料堅硬顆粒的擠壓、刮削和研磨，其服役條件較惡劣。因此，要求模具工作面具有高硬度、高耐磨性、足夠的強度和適當的韌性。國外有使用高合金冷作模具鋼製作模具內襯，熱處理後表面硬度高、耐磨性好，但脆性大，模具安裝時易開裂，且成本高。國內不少耐火材料廠曾試用高鉻鑄鐵、高碳鉻鉬耐磨合金以及硬質合金等製作模具內襯，但由於種種原因沒有得到廣泛應用。 ^[1] 

根據模具的服役條件，要求模具內襯工作面具有高硬度、高耐磨性，同時模具整體應具有足夠的強度和適當的韌性，因此所選用的稀土鎂球墨鑄鐵的化學成分為：3.6%～3.8%C、2.0%～2.4%Si、0.5%～0.7%Mn、<0.1%P、<0.03 %S、0.03 %～0.05 %Mg、0.03 %～0.05 %RE。 ^[1] 

所用爐料為本溪鑄造生鐵 (Z14、Z18、Q10、Q12)、硅鐵 (含硅量為75%)、錳鐵 (含Mn 量為65%)、廢鋼以及回爐料。採用鑄造焦 ，固定碳大於80%。生鐵及回爐料均預先砸成尺寸小於200mm 、重量小於10kg 的塊料， 廢鋼切割成尺寸小於200mm， 重量小於7kg 的塊料，並清除表面粘砂和鐵鏽。

球化劑 FeSiMg10RE9， 加入量為鐵水重量的1.6%，其粒度為10～ 15mm，採用堤壩式倉底衝入法進行球化處理。孕育劑為75Si-Fe，加入量為鐵水重量的0.8%，其粒度為10 ～15mm ，二次孕育加入量為鐵水重量的0.2%，其粒度為3～5mm。 ^[1] 

模具內襯毛坯在切削加工之前先進行去應力退火，即加熱到500 ～550℃，保温3h後緩冷， 消除鑄造內應力，防止模具機加工之後發生變形模具內襯切削加工後，須進行高温滲碳、淬火和低温回火處理。

採用固體滲碳，模具內襯與滲碳劑裝入箱中，密封后於車底式加熱爐中加熱到950℃，保温2h進行滲碳處理。如前所述，在滲碳温度下，爐氣中的碳不斷滲入工件表層，同時球鐵組織中 “碳庫”(球狀石墨)中的碳也不斷溶入奧氏體中，只需950℃、2h保温就足以保證球鐵內襯的表層和內層具有足夠高的含碳量。 ^[1] 

滲碳後預冷到880℃，於油中淬火，由於球鐵的淬透性高，模具內襯心部也可淬硬。淬火後組織不穩定，脆性大，淬火內應力也較大，須立即進行回火，以防止模具變形開裂。回火温度為180℃、保温2.5h。經低温回火後，模具工作面仍然具有高硬度、高耐磨性，但脆性大為降低，內應力基本消除。 ^[1] 

選用 10 鋼製作中注管磚成型模具內襯， 毛坯料為供應狀態下的無縫鋼管。原材料需外購，價格較貴，且供應困難。選用稀土鎂球鐵，可採用沖天爐或中頻感應爐熔鍊，設備簡單，加工簡易，成本較低。

中注管磚模內襯經機加工後須進行高温固體滲碳，以使內襯內表面獲得足夠厚的滲碳層，預冷後淬火獲得足夠深的淬硬層 ，具有高硬度、高耐磨性的淬硬層愈深，模具的使用壽命則愈長。要達此目的，10鋼製內襯須經 980℃、8h 高温滲碳，預冷到 880 ℃後冰鹽水中淬火。儘管如此，內襯表層碳濃度不高，滲碳層淺，過渡區窄，淬硬層也淺，表面硬度不均勻，內層硬度低，因而模具內襯失效較早，使用壽命不長。 ^[1] 

選用稀土鎂球鐵製作內襯，可避免10鋼製內襯的諸多不足。球鐵組織中存在着大量的球狀石墨，它相當於一個天然的 “碳庫”。在滲碳温度下，“碳庫”中的碳可部分地溶於奧氏體中，温度越高，保温時間越長，奧氏體中的含碳量愈高。選用稀土鎂球鐵代替10鋼(無縫鋼管)製作中注管磚成型模內襯是完全可行的，且可降低成本，提高使用壽命。 ^[1] 

中心注管鋼流中加稀土的試驗生產表明，鋼中稀土可腐蝕中注管和湯道的粘土質耐火材料，並隨稀土加入量和加入時間的增加而加，劇腐蝕產物中SiO、Al₂O₃逐漸減少或消失，REAIO、RE 一 Al 一 Si 一O、RE₂SiO₅等複合氧化物相依次出現，腐蝕層逐漸增厚。稀土與耐火材料反應對鋼中夾雜物有一定影響，中注管部位出現大型外來RE 一 Al 一 Si 一O 複合夾雜，但能被湯道耐火材料及保護渣吸收。本稀土處理工藝可使鋼中夾雜數量減少， 不會引起湯道結瘤。 ^[2] 

實驗中，10號鋼的稀土加入量差別較大，RF/S值分別為1.16 和3.67，且鋼液澆注至帽口的全過程中一直從中注管加入1號稀土合金。上述條件有利於稀土與耐火材料的充分作用及進行分析研究。 ^[2] 

加稀土後耐火材料腐蝕層的顏色和厚度均發生明顯變化。稀土含量分析表明，同一樣品對應的耐火材料腐蝕 層與鑄態鋼樣邊部的稀土含量相比，81+ RE高2至3倍；93+RE則高10倍左右。在中注管部位二者的比值高於湯道 部位，93+RE尤為明顯。可見稀土在中注管和湯道耐火材料邊部富集相當明顯，説明稀土對耐火材料有腐蝕作用，尤其對中注管部位的耐火材料。

鋼中夾雜物分析表明，稀土夾雜物主要以REAIO₃、RE_xO_y 和REO₂S₂ 型式存在。説明鋼中稀土可與 Al₂O₃ 、MnS 等夾雜物反應，有使夾雜物變質的作用。定量分析表明，中注管加稀土處理可減少夾雜，淨化鋼質。在試驗的加稀土工藝條件下，不會增加鋼中夾雜物數量，因而對提高鋼質量有益。 ^[2] 

l、 中注管加入稀土，稀土對中注管和湯道粘土質耐火材料有 一定的腐蝕作用，腐蝕產物除常見的莫來石外 ，還有REAIO₃、RE₂SiO₅、RE一AI一Si一O等複合氧化物相。隨稀土加入量增加，耐火材料腐蝕層中SiO₂、Al₂O₃逐漸減少、消失，稀土鋁酸鹽和稀土硅酸鹽依次出現，腐蝕層逐漸增厚，腐蝕作用加劇。

2、 中注管加入稀土，當混合稀土加入量小等於300g/t，或1號硅稀土合金加入量小等於2.0g/t，在大量工業試驗 ( 近30爐 ) 的澆注過程中均未出現湯道結瘤堵塞現象。

3、 中注管加入稀土，稀土對中注管上部耐火材料作用強烈，揚道耐火材料及保護渣有吸收夾雜物作用。實驗稀土加入工藝不會增加鋼中夾雜物數量。 ^[2]