用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵—沖天爐熔煉的鐵液

    南京麒麟科學(xué)儀器集團(tuán)有限公司和大家一起來(lái)分享下楊群收的“用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵—沖天爐熔煉的鐵液”。本文主要介紹了用廢鋼加增碳劑對(duì)實(shí)際工藝進(jìn)行研究，優(yōu)化操作程序，調(diào)整合金成分，合理的焙煉工藝和球化處理,生產(chǎn)出合格球墨鑄鐵件，降低了生產(chǎn)成本，筆者根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該工藝進(jìn)行總結(jié)，以便同行參考借鑒。

    受焦炭?jī)r(jià)格不斷上升、環(huán)保以及用戶對(duì)鑄件質(zhì)量要求越來(lái)越高等因素的影響，電爐在很多地方已經(jīng)取代了沖天爐。又由于生鐵價(jià)格的不斷上升，廢鋼在社會(huì)上沉淀存留量較多而價(jià)格較低，所以這幾年廣泛的用廢鋼加增碳劑的方法生產(chǎn)球鐵及灰鐵。如果工藝操作正確，不但可以提高鑄件的綜合物理性能質(zhì)量，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。

    用電爐冶煉廢鋼加增碳劑生產(chǎn)鑄鐵件，盡管電爐便于化學(xué)元素含量的調(diào)整，而且主要元素可以調(diào)整到材質(zhì)要求的范圍之內(nèi)，但是如果不采取有效的處理手段，生產(chǎn)出鑄件的質(zhì)量，確與用沖天爐生產(chǎn)出的鑄件質(zhì)量有較大差異。主要的不同之處就是：用電爐熔化的鐵液，無(wú)論是廢鋼加增碳劑或者是用鐵屑作爐料，生產(chǎn)出的鑄件白口傾向大，硬度高而精加工困難。本文就此談?wù)勛约旱膶?shí)踐體會(huì)和認(rèn)識(shí)。

一、沖天爐和電爐熔煉出鐵液質(zhì)量的不同之處

    沖天爐是用焦炭作燃料，將固體的鐵塊和其它爐料，經(jīng)過(guò)預(yù)熱、熔化、過(guò)熱、還原，后鐵液經(jīng)爐底流入前爐缸，所經(jīng)歷的時(shí)間很短，大約10min左右，鐵液往往要在前爐缸中停留一段時(shí)間，在這段停留時(shí)間里，對(duì)金屬液的增核是有利的。雖然沖天爐的出爐溫度一般在1450℃左右，但是鐵液經(jīng)過(guò)過(guò)熱區(qū)的瞬間，爐溫約1700℃，盡管鐵液通過(guò)過(guò)熱區(qū)的時(shí)間很短，卻是以細(xì)小液滴通過(guò)的，能得到高溫過(guò)熱，有助于石墨溶于鐵液，消除新生鐵中粗大石墨片的遺傳性。鑄鐵中的主要元素碳，在熔煉過(guò)程中有一個(gè)燒損和吸收的減增過(guò)程，由于鐵液滴在灼熱的焦炭上，鐵液就吸收了焦炭中的碳原子，所以在整個(gè)熔化過(guò)程中，碳的吸收大于燒損，終含碳量是增。同樣鐵液也會(huì)從焦炭中吸收部分硫。

在壓球化劑作球化處理

    在壓球化劑作球化處理之前，都要先燙包。由于沖天爐的熔化速度快，當(dāng)包球鐵澆注完畢后，再處理下一包時(shí)，包內(nèi)溫度還很高，鐵水倒入澆包內(nèi)降溫少，所以再進(jìn)行球化處理時(shí)，出爐溫度與電爐相比較可以稍低些，對(duì)球化處理質(zhì)量（球化劑的熔化及吸收、澆注溫度），影響不大或沒(méi)有影響。用電爐熔化鐵液，每爐熔化間隔時(shí)間約50－60分鐘，有時(shí)間隔的時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)些，澆包散熱時(shí)間長(zhǎng)，包內(nèi)溫度低，經(jīng)球化處理后，包內(nèi)鐵水溫度約下降80℃，冬天溫度下降的可能會(huì)更多，所以用電爐熔化鐵液處理球鐵時(shí)，出爐溫度要比沖天爐的溫度高些。

二、用電爐熔煉鐵液對(duì)材質(zhì)性能的影響

    我們知道用電爐熔煉爐料，是由感應(yīng)圈經(jīng)導(dǎo)電產(chǎn)生磁場(chǎng)，在爐料中產(chǎn)生電渦流，由電渦流發(fā)熱藉以熔化爐料。

對(duì)“自發(fā)晶核”的影響

    廢鋼的熔點(diǎn)比鑄鐵高，增碳劑的熔點(diǎn)更高，當(dāng)廢鋼在熔化過(guò)程中以及熔化之后，增碳劑被加熱緩慢的溶解和擴(kuò)散，增碳劑中的碳才能被鋼液侵蝕吸收。鋼液逐漸的變成鐵液，即常稱(chēng)之為“合成鑄鐵”。由于廢鋼熔化溫度高，鋼液變成鐵液之后的過(guò)熱溫度往往就高。在高溫下，鐵液中的碳易于被氧化成CO，因此有人認(rèn)為鐵液中的碳也是一種“氣體形成元素”。CO在鐵液中的溶解度很少，形成后即釋放于鄰近液面的大氣中。在生產(chǎn)實(shí)踐中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高溫鋼液倒入抬包后，抬包中有放射狀火花飛出（俗稱(chēng)賊花），即可能是高溫氧化的釋碳現(xiàn)象。

    電爐在熔煉鐵液過(guò)程中，具有電磁攪拌摩擦的特性。鐵液過(guò)熱溫度高、過(guò)熱時(shí)間長(zhǎng)、且又有感應(yīng)電流的攪拌摩擦，鐵液中微細(xì)的晶態(tài)石墨即自發(fā)晶核和外來(lái)結(jié)晶核心，都會(huì)逐漸溶于鐵液而消失；或浮經(jīng)液面與集渣劑粘裹在一起被挑出爐外。這樣，使鐵液中可在共晶結(jié)晶時(shí)作為石墨外來(lái)晶核的物質(zhì)大幅度減少。

    硫在鑄鐵中，尤其是在球墨鑄鐵中是有害元素。但有資料介紹說(shuō)①：當(dāng)含硫量小于0.06﹪時(shí)，硫的一些有益作用就無(wú)法得到發(fā)揮。在鑄鐵中存在有細(xì)小而分散的硫化物夾雜，能在石墨的生核和成長(zhǎng)中起積極而有益的作用。用感應(yīng)電爐熔煉廢鋼加增碳劑的合成鑄鐵，其終含硫量一般不會(huì)超過(guò)0.03％的。如果原鐵水的含硫量過(guò)低，球化劑中的鎂就無(wú)從與硫化合，過(guò)多的殘余鎂量不但阻礙石墨化，而且還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、氣孔等鑄造缺陷。如果減少球化劑的加入量，綜合考慮又恐會(huì)影響到球化率。

    合成鑄鐵在感應(yīng)電爐中，因含硫量過(guò)低、過(guò)熱溫度高、電流的攪拌摩擦等因素影響，鐵液中石墨化的核心大幅度減少。②這種缺乏石墨化結(jié)晶核心的鐵液，過(guò)冷度很大，對(duì)孕育處理的回應(yīng)能力極差，很難通過(guò)常規(guī)孕育處理措施，使鑄鐵具有符合要求的微觀組織。因而即使化學(xué)成分含量*符合要求，往往澆注出的鑄件硬度高，不便于機(jī)械加工。有資料介紹：硫從0.02％增加到0.06％，抗拉強(qiáng)度增加50MPa以上，即可提高一個(gè)牌號(hào)以上，硬度值即可增加HB20。進(jìn)一步增加硫到0.1％，強(qiáng)度值和硬度值變化不大，有此可見(jiàn)在灰鑄鐵中，硫控制在0.06-0.1％為宜（我廠生產(chǎn)的汽車(chē)制動(dòng)鼓，材質(zhì)是HT250，硫控制在0.07-0.09％）順便也談?wù)動(dòng)秒姞t熔煉“鑄鐵屑”，即便熔煉的鐵屑干凈無(wú)銹蝕，不需要高溫，過(guò)熱溫度并不是很高，但是由于電磁攪拌的摩擦作用以及碳、硅的燒損，如果澆注前不進(jìn)行元素調(diào)配和采取有效的孕育措施，生產(chǎn)出的鑄件同樣是硬度高。

用應(yīng)電爐熔煉對(duì)提高材感質(zhì)質(zhì)量的影響

    感應(yīng)電爐熔煉，鐵水溫度可升以提到1570℃以上，并可以在高溫狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間的保溫，在該溫度下，可以使原材料帶入的夾雜物，以及在熔煉過(guò)程形成的夾渣及夾雜物上浮至鐵液表面。對(duì)于廢鋼＋增碳劑、尤其是粒子鋼＋廢鋼＋增碳劑＋回爐料，這些爐料無(wú)論是廢鋼、粒子鋼或者是粒子鐵，大都是白口組織，白口組織具有較強(qiáng)的遺傳性，要消除遺傳性就需要適當(dāng)?shù)奶岣呷刍瘻囟龋黾颖貢r(shí)間，才能夠比較好的凈化鐵液，減少鑄件缺陷。

    合金元素?zé)龘p量低，鐵水中錳、硅的燒損低于沖天爐熔煉。便于各元素的調(diào)控，能夠穩(wěn)定化學(xué)成分含量。

    生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)，含硫量過(guò)高將會(huì)直接影響到球鐵的質(zhì)量。如球化級(jí)別低下、材質(zhì)強(qiáng)韌性差、鑄件有夾渣等鑄造缺陷。用電爐熔煉鑄鐵時(shí)不存在有增硫反應(yīng)。

    用廢鋼＋增碳劑生產(chǎn)合成鑄鐵，由于廢鋼的夾雜物含量低，成分穩(wěn)定，加增碳劑經(jīng)高溫熔煉之后，消除了爐料的遺傳性，鐵液的純凈度得到提高，同時(shí)增碳劑具有孕育作用，促使石墨化的效果更加穩(wěn)定突出，鑄件的基體組織晶粒會(huì)更加均勻、細(xì)化，所以生產(chǎn)出鑄件材質(zhì)的韌性和強(qiáng)度均得到提高。

配套爐前鐵水快速檢測(cè)設(shè)備

南京麒麟科學(xué)儀器集團(tuán)有限公司

檢測(cè)中心

2019年05月10日