1选题背景早在春秋时期我国就出现了冶铁技术，铁制的农具和兵器从那时就开始使用。

作为人类使用最广泛的金属材料，钢铁材料性能优异，价格低廉，冶炼工艺简单，所以在各种行业都有广泛的应用。

铁在自然界中主要以铁的氧化物一铁矿石的形式存在，铁矿石要经过高炉冶炼才能成为生铁。

在我国的铁矿石中，贫矿和复生矿占有相当大的比例，贫矿和复生矿在冶炼之前，需要经过选矿工序把铁矿石中的铁矿物富集起来，去除有害杂质，使矿物达到适合冶炼的标准。

铁矿石经过选矿工序之后，粒度很小，不适合直接冶炼。

这就需要经过烧结过程。

使矿料部分自熔，冷却之后成块，达到满足冶炼的粒度要求．烧结过程同时还可以去除硫等有害杂质，提高烧结矿的品位。

篦条是烧结机台车上的主要配件，其形状如图1-1所示，篦条的作用是与台车栏板构成槽形空间。

容纳、承载矿料，篦条的排列方式如图1-2所示。

篦条与矿料接触的部分是上表面，篦条上部的两端受力，起到支撑作用。

而篦条的底部有两方面作用，首先是在翻转卸料时固定篦条的作用，使之不能脱落；其次是在篦条顶部受压的情况下起到支撑的作用，可以有效防止篦条弯曲。

图1-1 篦条图1-2 台车在烧结矿料之前，烧结机台车在机头位置接受矿料，篦条受到矿料的冲击和磨损，此时篦条的温度最低。

首次开机时，篦条的温度为室温，在烧结过程中，篦条随台车以一定速度向前行进，当台车行至机尾时，矿料烧透．此时篦条温度最高，温度可达到900℃，篦条在高温条件下受到空气的氧化作用。

在台车翻转卸料时，篦条受到矿料的高温磨损作用，当篦条暴露在空气中时处于高温回火状态。

篦条在受到加热、冷却、撞击、磨损等过程的反复循环作用之后，逐渐氧化、磨损、变形而破坏。

篦条工况条件恶劣，破坏原因复杂，属于易损件。

更换篦条需要大量的时间和人力、物力。

篦条使用寿命的长短直接影响到烧结机的生产作业率和烧结矿的生产成本，随着我国烧结矿年产量的增加，消耗的篦条也逐渐增加。

所以，开发出使用效果好、生产成本低的篦条产品对于冶金行业十分必要。

2课题意义篦条的工况条件复杂，在使用过程中存在接受矿料时受到冲击、在烧结过程中受到高温氧化、高温磨损，并且有高温氧化高温磨损的交互作用，所以，通过篦条的工况条件来制定实验方案，系统地研究篦条的破坏规律，对于提高篦条的使用寿命，提高烧结矿产效率，降低烧结成本，有很大意义。

国外进口的篦条虽然使用寿命较长，可达三年，但是材质中含有大量的Ni，价格较高，会进一步增加烧结矿料的成本。

针对这一状况，在本题中重点讨论了模具、铸造工艺、材质对篦条使用性能的影响。

3 烧结机篦条的发展概况3.1灰铸铁篦条1980年以前，由于烧结设备容量较小，绝大多数烧结厂使用的篦条以普通灰铸铁为主。

灰铸铁篦条的使用寿命短，消耗量大，这是由于灰铸铁在氧化时，表面形成铁的氧化膜，氧化膜由外向内依次是Fe2O3、Fe3O4及FeO，层氧化膜厚度比例约为1：4：95，灰铸铁氧化膜内较厚的FeO氧化层，含有大量的空穴，金属及氧原子很容易通过FeO进行扩散，而且表面的Fe2O3层很容易剥落，所以灰铸铁的表面氧化膜不具备保护作用，使用性能很差。

后来在灰铸铁篦条中加入了Si元素来提高抗氧化性能，在加入Si之后，铁的氧化膜结构发生了变化，原生成FeO层内形成富含合金元素的较为致密的(FeO)2SiO2氧化物，能够在一定程度上阻止氧化，与普通灰铸铁篦条相比，抗氧化性略有提高。

含硅铸铁抗氧化性能随着Si含量的增加而增加，但随着Si含量的增加，铸铁的强度随之降低，我国在灰铸铁基础上研制了中硅耐热铸铁篦条，硅含量控制在4.5％---5.5％。

但是，灰铸铁中的石墨基本上是连在一起的，成为氧进入金属中的通道，又加快了氧化速度。

目前已经很少使用铸铁篦条，基本被淘汰。

3.2 耐热球铁篦条1984年，武汉钢铁公司烧结厂研制了中硅球铁作为篦条的材质，有含Si 3％和含Si 6％两种，其使用寿命比灰铸铁篦条提高1倍，但成本只提高1/3。

由于球铁内部的石墨呈孤立分布，不存在氧进入金属内部的通道，所以氧化速度和生长速度比灰铸铁要低，使用效果优于灰铸铁。

湖南大学和涟源钢铁厂联合开发了铝硅耐热球铁篦条，这种篦条的抗氧化性、抗生长性和耐热疲劳抗力均优于中硅球铁篦条，生产成本略高于中硅球铁篦条。

但是由于强度低，只适用于小尺寸篦条。

湘潭钢铁公司烧结厂研制的铝硅钼球铁篦条，提高了篦条的强度，虽然与近几年发展起来的高铬合金铸铁篦条相比，仍有很大差距，但是由于生产工艺简单，不需要热处理，生产成本低，易于推广，所以目前在中小型烧结台车上仍有应用。

此外，安阳钢铁集团信阳钢铁有限责任公司研制出了新型稀土镁变质复合石墨铸铁篦条，平均使用寿命可以达到一年半，篦条消耗量约为0.067kg/t矿，适合于小型烧结机特别是无铺底料工艺条件下使用。

3.3 高铬合金篦条高铬铸铁篦条由于含有大量的铬，使其在表面形成Cr2O3膜组织，阻止或延缓了合金从外部氧化转向内部氧化的过程，所以高铬合金铸铁篦条具有良好的耐热性和抗氧化性，但是高铬合金铸铁强度低，韧性差，易断裂。

篦条在工作中，随着温度的变化，必须能够抵抗高温氧化、有足够高的力学性能。

在不铺底料烧结过程中，有时会因为料层过烧使得炽热烧结矿与篦条发生粘结，使篦条熔化烧损。

因此，导热性好的篦条，在短时过熔条件下，将表现出良好的耐高温熔蚀能力，所以高铬合金铸铁篦条性能要明显好于普通铸铁篦条和中硅球铁篦条。

3.4 多元合金化高铬合金篦条高铬合金篦条尽管抗氧化性能良好，但是由于强度低、韧性差，在运输、安装、使用过程中容易断裂。

，高铬铸铁的抗氧化性能并不是随着铬含量的增加而增加，由于铬含量过高，氧化时形成的Cr2O3氧化膜虽然比较致密，但内应力增大，会造成氧化膜剥落，使保护性下降。

为了进一步提高高铬合金篦条的抗氧化性能，并提高高铬合金篦条的冲击韧性，添加少量B、Zr、Y等合金元素，在合金中添加B可以促进共晶组织形核，使碳化物粒状化，减少碳化物对基体的割裂，提高合金的冲击韧性，减少氧在合金中的扩散通道，提高氧化膜与基体的粘着力。

并且可以减少氧化膜生长应力，抑制氧化膜产生裂纹，但是当加入量过大时，在晶界处夹杂物增多，增加了合金的脆性。

因此，B元素百分含量一般控制在0.005％--0.05%。

Zr可以细化晶粒，提高合金的强韧性，还可以降低氧在氧化膜中的扩散及氧化膜的生长率，Y能促进Cr和Al的优先氧化，使合金表面很快形成完整的Cr2O3和A12O3氧化膜，并且可以提高氧化膜的抗剥落性，开发出多元合金化高铬铸铁篦条，在多家烧结厂获得推广使用。

3.5 耐热钢篦条在高铬铸铁中，碳与合金中的铬反应生成铬的碳化物，使得晶界处贫铬，从而降低合金的抗氧化性能。

含20％Cr元素的高铬铸铁合金，当含碳量在2.4％以下时，合金的抗氧化性随着C含量的增加而降低。

所以，适当的降低C含量有利于提高合金的抗氧化性能。

含量为0.3~0.5%和Cr含量为12％--16％的耐热钢合金中，添加4～6％Si研制出的多元合金化耐热钢篦条，使用效果虽略低于多元合金化的高铬铸铁篦条，但是由于具有较好的性价比，同样也具有很好的推广应用前景。

4 合金元素对篦条性能的影响1）CC是影响高铬耐热合金硬度和韧性的主要元素，C含量高，合金组织中碳化物数量较多，基体硬度高，耐磨性好。

C对韧性有双重影响，一方面，当C含量增高，高铬合金铸铁的晶粒显著细化。

另一方面，高铬合金铸铁C含量过高时，高温发生a→γ转变，而γ相对高温晶粒长大不敏感。

因此韧性随C含量增加出现极大值，为兼顾合金的耐磨性与韧性，高铬篦条中碳(Wc)含量控制在2.8％以下。

而耐热钢篦条中含碳量一般选0.3~0.5%。

2）CrCr是高铬合金篦条中最主要的合金元素，高铬合金之所以有较高的耐磨性能，主要是铬的加入使合金外表层在高温作用下能形成一层致密的Cr2O3，保护层，阻止或延缓了合金由外部氧化转向内部氧化的过程。

在高温磨损工况下，由于受等应力的作用，使氧化膜及下表层产生裂纹，裂纹的出现为合金的内部氧化提供了供氧通道，实践证明铬含量控制在25％～28％为宜。

3) Al耐热合金在高温下的破坏形式有氧化和生长变形两种。

高温下，Al能在金属表面迅速氧化，同时Al还能使a→γ相变温度提高，而且能够提高珠光体分解温度，稳定珠光体，使合金具有抗高温生长的能力。

但是，Al加入量过多，铸造性能恶化，成本增加，所以，高铬合金铸铁中将Al含量(W A)控制在3.0％~7.0％。

4)SiSi和Al一样，都对氧化起抑制作用，不同的是Al在低温时就形成氧化膜，保护作用比较明显，而Si在温度较大(大于900℃)时，才能形成致密的氧化层。

在篦条合金中加入适量的Si可在一定程度上提高抗氧化性能。

Si与氧的亲和力大于铬，可在熔炼过程中减少铬的损失。

Si溶于碳化物的量很少，但可以固溶于基体中起到固溶强化的作用，随着Si含量的增加基体硬度随之增加，而篦条的脆性也随之增大，Si加入量过大，高铬合金铸铁冲击韧性明显降低，为兼顾冲击韧性和抗氧化性，将Si含量(Wsi)控制在1.0％～2.5%。

5)MnMn对高铬合金的抗氧化性产生不利影响，但锰可起脱氧作用，因此锰含量应控制在0.7％～1.0％。

6）TiTi在合金中用作脱氧剂、出气剂和碳硫稳定剂，其熔化温度高达1667℃。

钛是一种极活泼的金属，能与氧、氮、硫、碳生成稳定的化合物，铸件中加入钛，有助于细晶石墨的生长，并能起到脱氧、孕育、净化与细化铸件组织的作用，进一步提高铸件的高温抗氧化性和高温耐蚀性，综合考虑其成分控制在0.2％~0.4％。

7）P为防止低熔点磷共晶对铸铁的熔点和机械性能的不利影响，应控制含磷量≤0.06%。

8）S硫和所有的变质元素都有很大的亲和力。

原铁水硫含量越高越消耗稀土镁变质剂。

为减轻硫对石墨化、对变质的不利影响，控制终点含硫量≤0.02%。

其实，终点含硫量与原生铁含硫量，冲天炉熔化增硫率，以及变质元素加入方法和吸收率诸多因素相关。

实际生产中，若用低硫生铁，要求原铁水含硫量应稳定在0.03%~0.06%以下。

9）Cu铸铁中合金元素铜有助于铁液按稳定态凝固，促进铸铁中的碳元素向共晶石墨转变。

加入一定量的铜，有细化珠光体和石墨，使组织紧密提高铸铁抗拉强度的明显作用。

还能提高铸铁的抗磨、抗震和抗热疲劳性能。

因此，铜元素的加入将会增强台车篦条在服役条件下的综合性能，延长篦条的使用寿命。

为消除可能产生的铜偏析，以及控制组织中的珠光体数量，铜含量应控制在0.3%~0.4%。

6)稀土元素稀土具有净化晶界的作用，而晶界是合金高温工作时的薄弱部位，晶界净化必能提高抗晶界氧化能力，从而提高合金的高温强度和蠕变强度，但过量的稀土将导致夹杂物增多，反而降低高铬合金的强韧性，为此，稀土含量控制在0.03％~0.01％为宜。