球鐵生產(chǎn)中的幾項(xiàng)技術(shù)處理

1、球鐵生產(chǎn)中的幾項(xiàng)技術(shù)處理球鐵生產(chǎn)中的幾項(xiàng)技術(shù)處理摘要：討論了球鐵的熔煉方案和爐料選擇；分析了脫硫方法與工藝；闡述了球化劑、 孕育劑中元素的作用，選用原則及使用要點(diǎn)。近年來，我國球鐵產(chǎn)量增長很快，由1998年的143萬噸增至2001年的近300萬噸,它在鑄件總產(chǎn)量中約占21%，高于一般國家而比工業(yè)發(fā)達(dá)國家低810%。隨著制造業(yè)的世界性轉(zhuǎn)移，未來我國作為世界加工業(yè)工廠的地位必將加強(qiáng)，我國球鐵的產(chǎn)量和品 質(zhì)也將會(huì)有更大的發(fā)展。本文僅簡述球鐵生產(chǎn)中的幾項(xiàng)技術(shù)處理。一、熔煉方案優(yōu)質(zhì)球鐵需由高溫、低硫、潔凈，且化學(xué)成分準(zhǔn)確而少干擾元素的原鐵液為保障。 高溫熔煉有利于鐵液的潔凈化。因此，足夠高的熔煉溫度和必

2、要的岀爐溫度十分重要。除了市政類鑄件外，機(jī)械、動(dòng)力、容器和離心鑄管等類球鐵件，應(yīng)采用感應(yīng)熔煉或 沖天爐-感應(yīng)爐雙聯(lián)。由于焦炭價(jià)格上漲和環(huán)保方面的考慮，新建鑄造廠采用感應(yīng)爐 熔煉的傾向十分明顯。感應(yīng)爐熔煉元素?zé)?，成分把握?zhǔn)確，過熱溫度容易調(diào)整。由于電磁攪拌作用， 鐵液的含氣量、含氧量較低，成分與溫度的均勻度高，也沒有沖天爐的焦炭增硫。不 過，電磁攪拌清除固體夾渣物的作用并不徹底。因此，感應(yīng)爐熔煉仍希望爐料盡量潔 凈。與工頻爐相比，中頻爐的電效率和熱效率高，熔煉時(shí)間短，用電省，占地較少，投 資較低，無需開爐塊（或留液），生產(chǎn)靈活，改變鐵液牌號(hào)方便，優(yōu)勢明顯。隨著變頻 器功率的大型化，原來工頻爐

3、在大容量爐子中的地位也將為中頻爐所替代。當(dāng)今，中頻爐的發(fā)展方向是：提高噸功率，實(shí)現(xiàn)高效、快熔。功率連續(xù)可調(diào)， 適應(yīng)不同升溫和保溫能力的需要。變頻。如在熔化期用高頻率，提升功率快速熔化； 在后期用低頻率，以加大攪拌力，促進(jìn)增碳和合金成分的調(diào)整。雙供電，即一套電 源兩個(gè)換爐開關(guān)，分別聯(lián)系兩個(gè)爐體。在兩爐間任意分配功率，實(shí)現(xiàn)兩爐同熔，或一 熔一保，確保隨時(shí)能向澆注線提供鐵液。也可以在一爐熔煉的同時(shí)另一爐進(jìn)行爐襯燒 結(jié)。自動(dòng)化管理。如對(duì)熔化保溫，爐襯預(yù)熱燒結(jié)實(shí)行可編程自動(dòng)化作業(yè)，對(duì)電源和 爐襯狀況進(jìn)行診斷和故障處理等。感應(yīng)爐要控制爐料尺寸，防止棚料和爐底過熱。要觀察駝峰，過高的駝峰和劇烈的 攪動(dòng)易使金

4、屬氧化和爐襯侵蝕加劇。球鐵用感應(yīng)爐采用酸性爐襯。為了保證燒結(jié)層中的石英徹底轉(zhuǎn)變?yōu)槟突鸲群头€(wěn)定性 好的方石英，燒結(jié)溫度應(yīng)大于1500 Co在球鐵一般成分條件下，當(dāng)鐵液溫度大于1450 C時(shí)，爐襯中的 Si02將被C所還原，造成鐵液減碳增硅和爐襯侵蝕。因此，熔煉末期的過熱時(shí)間要嚴(yán)加控制。爐襯的 好壞以及爐襯的維修至關(guān)重要。一旦發(fā)現(xiàn)有損壞的地方應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，以延長爐襯的服 役期，減少因拆爐、摏爐和燒結(jié)帶來的財(cái)力、人力和生產(chǎn)時(shí)間的損失。沖天爐-感應(yīng)爐雙聯(lián)，兼有沖天爐熔化效率高和感應(yīng)爐過熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。兩者容 量的匹配要充分考量沖天爐前是否有脫硫操作，感應(yīng)爐的升溫目標(biāo)、升溫能力、成分 調(diào)節(jié)任務(wù)以及車間的作

5、業(yè)制度等因素。一般而言，過熱爐（含成分調(diào)節(jié)）容量為熔化 爐容量的0.51.8倍；保溫爐容量為熔化爐容量的13倍。如果感應(yīng)爐以儲(chǔ)存鐵液為主，則儲(chǔ)存爐容量為熔化爐容量的46倍。必需指岀，雙聯(lián)絕不意味著可以忽視沖天爐鐵液的冶金質(zhì)量。相反，為了經(jīng)濟(jì)地發(fā) 揮岀感應(yīng)爐的技術(shù)優(yōu)勢，雙聯(lián)用沖天爐應(yīng)選擇優(yōu)秀的爐型，嚴(yán)格爐料和焦炭管理，實(shí) 行科學(xué)化的穩(wěn)定熔煉操作。在兩班或三班工作的工廠，沖天爐多為水冷長爐齡沖天爐。有條件的工廠可實(shí)行預(yù)熱送風(fēng)。依作者的看法，在當(dāng)今焦炭條件下，熱風(fēng)溫度在350 C400 C即足以強(qiáng)化沖天爐的冶金作用得到較為滿意的鐵液了。一、爐料選擇球鐵的爐料由回爐料、廢鋼、生鐵、鐵合金和增碳劑等組成

6、。以下就生鐵和增碳劑 談?wù)剛€(gè)人的看法。1生鐵我國現(xiàn)有鑄造生鐵、煉鋼生鐵、球墨鑄鐵用生鐵、含釩生鐵和鑄造用磷銅鈦低合金耐磨生鐵等五個(gè)國標(biāo)。球鐵常用的生鐵牌號(hào)為Z14、（Z18）、（L08）、L10、Q10、Q12和Q16。選定生鐵時(shí)，首先要根據(jù)球鐵的基體要求及回爐料用量來確定生鐵的硅量（定牌號(hào)）。其次，根據(jù)韌性要求和熱處理與否限定錳量（定分組）。生鐵中的磷硫量則越少越好。磷的分級(jí)和硫的分類，各種生鐵的界定量不太一樣。球鐵用生鐵有特級(jí)磷（P 0.05%）和特類硫（SW 0.02%）。煉鋼生鐵有特類硫（S 0.02%）， 但磷一般較高。鑄造生鐵沒有特級(jí)磷和特類硫，其一級(jí)磷和一類硫分別為w0.06%和

7、 0.03%。因鐵礦來源的不同，生鐵中常含有Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Te、Cd、Zn、As和Sb等微量元素。其中As、Pb、Zn、Ti、Bi、Sb、Cd和Te等超過一定含量，或干擾球化，或生晶界脆性相，或生硬質(zhì)點(diǎn)，從而影響著球化成敗、球鐵的韌性 和切削加工性。這些干擾元素的作用很復(fù)雜，它們共存時(shí)，有倍增效應(yīng)或抵消作用， 機(jī)理有待進(jìn)一步研究。為了控制干擾元素，需對(duì)生鐵中微量元素總量（X T）加以限制。例如德國規(guī)定XT 0.0745%，日本規(guī)定為X T 0.089%，其中Ti不大于50% XT。我國目前一般約定為 X T w 0.1%，其中 Tiw 0.045%。從微量元素

8、含量考察，本溪生鐵最好（某組數(shù)據(jù)為X T w 0.1%，Ti99.5%，S0.03%，NV0.001%，是最優(yōu)秀的增碳劑。但亦不必一味追求用電極碎。作者對(duì)不同增碳劑作過分析和考察，若增碳劑 S0.5%，在增碳量為 1%時(shí)，用煅燒石油焦或天然石墨，增硫量不會(huì)超過0.006%或0.009%。選用碳質(zhì)增碳劑和天然石墨時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注其灰分、S量和N量，并防止受潮。使用天然石墨，液面浮渣多，需認(rèn)真清渣。增碳劑的回收率，爐底裝入法為 6070%，鏡面加入法為 7585%?；厥章孰S鐵液溫 度的提高而增加，但高于平衡溫度后，因部分碳消耗于（SiO2）+2C=Si+2CO 反應(yīng)，回收率又會(huì)降低。碳的熔點(diǎn)為372

9、7 C，碳原子是通過溶解和擴(kuò)散方式進(jìn)入鐵液的。因此，增碳劑的粒度 和溶池的攪拌力度對(duì)于增碳過程十分重要。二、脫硫沖天爐熔煉受焦炭的影響，鐵液含硫較高，一般在0.060.10%。硫高不僅要多加球化劑，還影響球化的穩(wěn)定性，易生硫化夾雜物缺陷，致使鑄件成本增加。因此，工業(yè)發(fā) 達(dá)國家生產(chǎn)球鐵一律采用脫硫工藝，要求脫硫后S 0.01%。在我國當(dāng)前條件下，目標(biāo)位為 S 0.02%。二十世紀(jì)六十年代至八十年代，我國脫硫方法主要為爐內(nèi)用電石（爐后加或風(fēng)口噴）以及爐前加堿面。進(jìn)入九十年代，有兩種比較突岀的傾向，一是由于焦炭質(zhì)量的改善， 以及熱送風(fēng)的重視，利用高爐溫，適當(dāng)將爐渣堿度提高至0.60.9，依靠CaO進(jìn)

10、行爐內(nèi)脫硫；二是由于復(fù)合脫硫劑的開發(fā)和商品化，氣動(dòng)脫硫逐漸得到推廣。氣動(dòng)脫硫法以氮?dú)鉃闅鈩?dòng)源。氮?dú)馔ㄟ^澆包或座包底部的多孔塞，攪動(dòng)鐵液，使鐵 液與撒在其表面的脫硫劑不斷改變接觸界面，加速脫硫的物理化學(xué)進(jìn)程。氣動(dòng)脫硫多 為澆包間斷處理。而在大量流水生產(chǎn)的車間，則常在沖天爐和前爐之間設(shè)一帶多孔塞 的茶壺式座包，對(duì)流經(jīng)的鐵液進(jìn)行連續(xù)脫硫。由沖天爐而來的鐵液，如設(shè)計(jì)成切向流 入座包的方式，可增加旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)，脫硫效果更佳。為便于浮渣從座包側(cè)面溢岀，多孔 塞應(yīng)安裝在偏離座包中心線的另一方。鐵液脫硫都會(huì)降溫，一般單包處理溫降為 5080 C,座包處理溫降為 2040 C。在雙聯(lián)車間，可借感應(yīng)爐提溫以補(bǔ)償脫硫的

11、溫度 損失。噴射脫硫法的脫硫效果比多孔塞氣動(dòng)脫硫法好，但溫降大，因此該法不適于處理1噸以下的鐵液。脫硫劑分為CaC2系和CaO系兩大類。CaC2脫硫能力強(qiáng)，但價(jià)格貴，處理溫度高。CaC2遇水會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w乙炔。有礙于運(yùn)輸和保管，CaC2系脫硫劑應(yīng)用較少。CaO的脫硫能力比 CaC2差，經(jīng)鈍化處理的活性 CaO配以CaF2等添加劑制成復(fù)合脫硫劑， 不易返潮、熔融溫度低、脫硫能力與CaC2基本相當(dāng)，氣動(dòng)脫硫的脫硫率為6090%。產(chǎn)量不大的車間，包內(nèi)沖入法處理應(yīng)采用低熔點(diǎn)復(fù)合脫硫劑，其脫硫率為3050%。脫硫率與脫硫劑的品質(zhì)、加入量和粒度，供氣壓力和供氣時(shí)間，鐵液溫度，以及鐵液 的含硫量等因素有關(guān)，

12、上述脫硫范圍僅供參考。為保證處理時(shí) CaO系脫硫劑處于良好的熔融狀態(tài)，鐵液溫度應(yīng)高于1450 Co感應(yīng)爐單熔車間，硫一般為 0.030.05%，為進(jìn)一步降硫，可以在爐內(nèi)或包內(nèi)脫硫。爐內(nèi)脫硫，溫度條件好，但電磁攪拌力度不如氣動(dòng)攪拌大。為減少堿性脫硫熔渣對(duì)酸 性爐襯的損害，處理后，應(yīng)盡快除渣，或者制作一個(gè)直徑小于爐徑的耐火圈，將加入 圈內(nèi)的脫硫劑 與爐襯相隔。三、球化處理 ？孕育處理1 球化處理我國球化處理以包內(nèi)沖入法為主。在選擇稀土鎂球化劑時(shí)，一般先根據(jù)鐵液處理溫 度的高低確定球化元素Mg的含量，鐵液溫度高取低值，反之取高值。過高的Mg 量,球化反應(yīng)激烈，球化不易穩(wěn)定；過低的Mg量，球化劑加入量

13、多，會(huì)增加處理成本。一般，感應(yīng)爐車間 Mg量多取56%，少數(shù)至7% ;沖天爐車間取 Mg79%。RE是異常活潑的元素，能脫氧脫硫凈化鐵液，有中和球化干擾元素的作用。RE的使用改善了鐵液鑄造性，減少了縮松、夾雜和皮下氣孔等缺陷出現(xiàn)的幾率。RE本身的球化作用不大，RE對(duì)球化的貢獻(xiàn)主要是為Mg掃清障礙，有 RE存在時(shí)，Mg的用量可以減少。不過，RE也有負(fù)面影響，例如殘余RE過多會(huì)降低球化級(jí)別；在厚大鑄件中有岀現(xiàn)厚片狀石墨的傾向。所以球化劑中的RE含量應(yīng)有節(jié)制，對(duì)感應(yīng)爐鐵液，RE13%即可；對(duì)沖天爐鐵液，根據(jù)其含硫量和氧化程度的不同，RE在47%之間。在任何情況下，球化劑中的 RE量應(yīng)少于 Mg量的2

14、4%。球化劑中有時(shí)配有 Ba和Ca。Ba與Si的配 合，可使球化劑發(fā)揮岀一定的自孕育作用。Ca及Ba與Mg的復(fù)合，有利于緩和球化反應(yīng)，改善作業(yè)條件，并提高M(jìn)g的回收率。少量的 Ca、Ba也有一定的脫氧脫硫效果。球化劑品質(zhì)中不可忽視成分誤差、MgO含量、偏析程度、斷口狀況和粒度的集中性。JB/T9228 佃99標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，Mg及RE的成分誤差過寬，為士 1%，有的廠家已控制在 士 0.5%，甚至士 0.2%。上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 MgO 1%，有的廠家 Mg可W 0.7%，甚至保證 MgO 0.5%。凡是粒度不勻、粉末多、白色附著物（鑄錠表面 MgO）多、斷口色澤灰暗有異狀的球化劑不是好球化劑，不應(yīng)采用。

15、球化劑長期存放與空氣接觸后，會(huì)削弱球化效果。因此，球化劑庫存量不宜多，存放要注意防潮。原則上，只要掌握好鐵液的化學(xué)成分和孕育環(huán)節(jié)，采用上述球化劑即可生產(chǎn)鑄態(tài)球鐵。但亦有工廠采用鑄態(tài)球鐵用球化劑。一般，在鑄態(tài)鐵素體球化劑中含有Ba和Bi ；在鑄態(tài)珠光體球化劑中含有Ba和Sb，但對(duì)于QT700-2以上的保安件，不推薦使用含Sb球化劑，此時(shí)應(yīng)由 Cu、Mo等來控制基體。必須指岀，不管是否采用鑄態(tài)球化劑， 孕育永遠(yuǎn)是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。厚壁球鐵件，容易發(fā)生球化衰退和石墨畸變。重稀土Y有一定的球化作用，特別是抗球化衰退性極強(qiáng)。但單靠 Y基重稀土去球化，其加入量很大，而且爆發(fā)性很差。 因此，厚壁球鐵件用

16、Y基重稀土含 Mg球化劑。重稀土與輕稀土一樣有抑制球化干擾元素作 用。與輕稀土相比， Y殘余量的多寡對(duì)白口化傾向的影響則表現(xiàn)得并不敏感。Y基重稀土鎂球化劑中 Mg和RE含量的選擇，與前述（輕）稀土鎂球化劑相同。Y基重稀土鎂球化劑除了用于厚壁球鐵件外，在大批量生產(chǎn)流水線上，氣壓保溫澆注條件下使用也 是有益的。據(jù)測試，13001400 C保溫1小時(shí)，球化效果并無明顯的影響。必須指岀， 為了防止球化衰退和石墨畸變，除采用含Y球化劑外，還應(yīng)當(dāng)調(diào)低 Si量，采取增加石墨球數(shù)，細(xì)化石墨球徑等工藝措施。蓋包處理法大大減少了處理的煙光污染，是一種節(jié)省球化劑、保證球化質(zhì)量的簡便 工藝，值得推廣。受鋼液喂絲技術(shù)的

17、啟發(fā)，近年喂絲球化法開始流行。該法可精確控 制殘余鎂量，具有球化質(zhì)量穩(wěn)定、渣量少、降溫少、污染少和處理參數(shù)自動(dòng)可控的優(yōu) 點(diǎn)。喂絲法綜合成本比沖入法低20%左右。目前國內(nèi)已有多家企業(yè)成套供應(yīng)喂絲機(jī)和包芯線。球化包芯線外皮為0.3mm厚的冷軋鋼皮，芯材一般含Mg為2530%,并復(fù)合有Ca、Ba、（RE）等多種成分。球化處理中產(chǎn)生了大量非金屬夾雜物，球化處理完畢要精心用優(yōu)質(zhì)除渣劑清渣-復(fù) 蓋。優(yōu)質(zhì)除渣劑撒于液面能迅速散布，覆蓋整個(gè)液面，具有聚渣和保溫雙重效能。它 的熔融溫度和物化性狀適當(dāng)，既有利于聚渣保溫，又不粘澆包，可用棍將渣層整體挑 岀，清渣方便利索。符合以上要求的除渣劑，一般由優(yōu)選的天然礦物經(jīng)加工而成，也 有的系人工復(fù)配而得。2 孕育處理孕育處理十分重要，它在球鐵生產(chǎn)中承擔(dān)著細(xì)化石墨保證石墨圓整度，防止出現(xiàn)自由 滲碳體和弱化晶界脆性物影響等的多項(xiàng)任務(wù)。球化處理后，鐵液的過冷度相當(dāng)大，孕育非常必要，也是非常有效的。球鐵廣泛采用 高效和長效的硅系孕育劑，這類孕育劑中復(fù)合有Ba、Ca、Sr、Zr、RE和Al等元素中的兩種或多種。這些硅系元素都有強(qiáng)化孕育增加石墨核心的作用；Ba、Ca、Ba-Ca 、Sr有較強(qiáng)的抗孕育衰退能力，而RE及Zr抗衰退能力較弱。在孕育劑或球化劑中，Bi與RE共存，能顯著增加石墨球數(shù)，促進(jìn)形成鐵