球铁生产中的几项技术处理

1、球铁生产中的几项技术处理球铁生产中的几项技术处理摘要：讨论了球铁的熔炼方案和炉料选择；分析了脱硫方法与工艺；阐述了球化剂、 孕育剂中元素的作用，选用原则及使用要点。近年来，我国球铁产量增长很快，由1998年的143万吨增至2001年的近300万吨,它在铸件总产量中约占21%，高于一般国家而比工业发达国家低810%。随着制造业的世界性转移，未来我国作为世界加工业工厂的地位必将加强，我国球铁的产量和品 质也将会有更大的发展。本文仅简述球铁生产中的几项技术处理。一、熔炼方案优质球铁需由高温、低硫、洁净，且化学成分准确而少干扰元素的原铁液为保障。 高温熔炼有利于铁液的洁净化。因此，足够高的熔炼温度和必

2、要的岀炉温度十分重要。除了市政类铸件外，机械、动力、容器和离心铸管等类球铁件，应采用感应熔炼或 冲天炉-感应炉双联。由于焦炭价格上涨和环保方面的考虑，新建铸造厂采用感应炉 熔炼的倾向十分明显。感应炉熔炼元素烧失少，成分把握准确，过热温度容易调整。由于电磁搅拌作用， 铁液的含气量、含氧量较低，成分与温度的均匀度高，也没有冲天炉的焦炭增硫。不 过，电磁搅拌清除固体夹渣物的作用并不彻底。因此，感应炉熔炼仍希望炉料尽量洁 净。与工频炉相比，中频炉的电效率和热效率高，熔炼时间短，用电省，占地较少，投 资较低，无需开炉块（或留液），生产灵活，改变铁液牌号方便，优势明显。随着变频 器功率的大型化，原来工频炉

3、在大容量炉子中的地位也将为中频炉所替代。当今，中频炉的发展方向是：提高吨功率，实现高效、快熔。功率连续可调， 适应不同升温和保温能力的需要。变频。如在熔化期用高频率，提升功率快速熔化； 在后期用低频率，以加大搅拌力，促进增碳和合金成分的调整。双供电，即一套电 源两个换炉开关，分别联系两个炉体。在两炉间任意分配功率，实现两炉同熔，或一 熔一保，确保随时能向浇注线提供铁液。也可以在一炉熔炼的同时另一炉进行炉衬烧 结。自动化管理。如对熔化保温，炉衬预热烧结实行可编程自动化作业，对电源和 炉衬状况进行诊断和故障处理等。感应炉要控制炉料尺寸，防止棚料和炉底过热。要观察驼峰，过高的驼峰和剧烈的 搅动易使金

4、属氧化和炉衬侵蚀加剧。球铁用感应炉采用酸性炉衬。为了保证烧结层中的石英彻底转变为耐火度和稳定性 好的方石英，烧结温度应大于1500 Co在球铁一般成分条件下，当铁液温度大于1450 C时，炉衬中的 Si02将被C所还原，造成铁液减碳增硅和炉衬侵蚀。因此，熔炼末期的过热时间要严加控制。炉衬的 好坏以及炉衬的维修至关重要。一旦发现有损坏的地方应及时修补，以延长炉衬的服 役期，减少因拆炉、摏炉和烧结带来的财力、人力和生产时间的损失。冲天炉-感应炉双联，兼有冲天炉熔化效率高和感应炉过热效率高的优点。两者容 量的匹配要充分考量冲天炉前是否有脱硫操作，感应炉的升温目标、升温能力、成分 调节任务以及车间的作

5、业制度等因素。一般而言，过热炉（含成分调节）容量为熔化 炉容量的0.51.8倍；保温炉容量为熔化炉容量的13倍。如果感应炉以储存铁液为主，则储存炉容量为熔化炉容量的46倍。必需指岀，双联绝不意味着可以忽视冲天炉铁液的冶金质量。相反，为了经济地发 挥岀感应炉的技术优势，双联用冲天炉应选择优秀的炉型，严格炉料和焦炭管理，实 行科学化的稳定熔炼操作。在两班或三班工作的工厂，冲天炉多为水冷长炉龄冲天炉。有条件的工厂可实行预热送风。依作者的看法，在当今焦炭条件下，热风温度在350 C400 C即足以强化冲天炉的冶金作用得到较为满意的铁液了。一、炉料选择球铁的炉料由回炉料、废钢、生铁、铁合金和增碳剂等组成

6、。以下就生铁和增碳剂 谈谈个人的看法。1生铁我国现有铸造生铁、炼钢生铁、球墨铸铁用生铁、含钒生铁和铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁等五个国标。球铁常用的生铁牌号为Z14、（Z18）、（L08）、L10、Q10、Q12和Q16。选定生铁时，首先要根据球铁的基体要求及回炉料用量来确定生铁的硅量（定牌号）。其次，根据韧性要求和热处理与否限定锰量（定分组）。生铁中的磷硫量则越少越好。磷的分级和硫的分类，各种生铁的界定量不太一样。球铁用生铁有特级磷（P 0.05%）和特类硫（SW 0.02%）。炼钢生铁有特类硫（S 0.02%）， 但磷一般较高。铸造生铁没有特级磷和特类硫，其一级磷和一类硫分别为w0.06%和

7、 0.03%。因铁矿来源的不同，生铁中常含有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等超过一定含量，或干扰球化，或生晶界脆性相，或生硬质点，从而影响着球化成败、球铁的韧性 和切削加工性。这些干扰元素的作用很复杂，它们共存时，有倍增效应或抵消作用， 机理有待进一步研究。为了控制干扰元素，需对生铁中微量元素总量（X T）加以限制。例如德国规定XT 0.0745%，日本规定为X T 0.089%，其中Ti不大于50% XT。我国目前一般约定为 X T w 0.1%，其中 Tiw 0.045%。从微量元素

8、含量考察，本溪生铁最好（某组数据为X T w 0.1%，Ti99.5%，S0.03%，NV0.001%，是最优秀的增碳剂。但亦不必一味追求用电极碎。作者对不同增碳剂作过分析和考察，若增碳剂 S0.5%，在增碳量为 1%时，用煅烧石油焦或天然石墨，增硫量不会超过0.006%或0.009%。选用碳质增碳剂和天然石墨时，应特别关注其灰分、S量和N量，并防止受潮。使用天然石墨，液面浮渣多，需认真清渣。增碳剂的回收率，炉底装入法为 6070%，镜面加入法为 7585%。回收率随铁液温 度的提高而增加，但高于平衡温度后，因部分碳消耗于（SiO2）+2C=Si+2CO 反应，回收率又会降低。碳的熔点为372

9、7 C，碳原子是通过溶解和扩散方式进入铁液的。因此，增碳剂的粒度 和溶池的搅拌力度对于增碳过程十分重要。二、脱硫冲天炉熔炼受焦炭的影响，铁液含硫较高，一般在0.060.10%。硫高不仅要多加球化剂，还影响球化的稳定性，易生硫化夹杂物缺陷，致使铸件成本增加。因此，工业发 达国家生产球铁一律采用脱硫工艺，要求脱硫后S 0.01%。在我国当前条件下，目标位为 S 0.02%。二十世纪六十年代至八十年代，我国脱硫方法主要为炉内用电石（炉后加或风口喷）以及炉前加碱面。进入九十年代，有两种比较突岀的倾向，一是由于焦炭质量的改善， 以及热送风的重视，利用高炉温，适当将炉渣碱度提高至0.60.9，依靠CaO进

10、行炉内脱硫；二是由于复合脱硫剂的开发和商品化，气动脱硫逐渐得到推广。气动脱硫法以氮气为气动源。氮气通过浇包或座包底部的多孔塞，搅动铁液，使铁 液与撒在其表面的脱硫剂不断改变接触界面，加速脱硫的物理化学进程。气动脱硫多 为浇包间断处理。而在大量流水生产的车间，则常在冲天炉和前炉之间设一带多孔塞 的茶壶式座包，对流经的铁液进行连续脱硫。由冲天炉而来的铁液，如设计成切向流 入座包的方式，可增加旋转搅动，脱硫效果更佳。为便于浮渣从座包侧面溢岀，多孔 塞应安装在偏离座包中心线的另一方。铁液脱硫都会降温，一般单包处理温降为 5080 C,座包处理温降为 2040 C。在双联车间，可借感应炉提温以补偿脱硫的

11、温度 损失。喷射脱硫法的脱硫效果比多孔塞气动脱硫法好，但温降大，因此该法不适于处理1吨以下的铁液。脱硫剂分为CaC2系和CaO系两大类。CaC2脱硫能力强，但价格贵，处理温度高。CaC2遇水会产生可燃气体乙炔。有碍于运输和保管，CaC2系脱硫剂应用较少。CaO的脱硫能力比 CaC2差，经钝化处理的活性 CaO配以CaF2等添加剂制成复合脱硫剂， 不易返潮、熔融温度低、脱硫能力与CaC2基本相当，气动脱硫的脱硫率为6090%。产量不大的车间，包内冲入法处理应采用低熔点复合脱硫剂，其脱硫率为3050%。脱硫率与脱硫剂的品质、加入量和粒度，供气压力和供气时间，铁液温度，以及铁液 的含硫量等因素有关，

12、上述脱硫范围仅供参考。为保证处理时 CaO系脱硫剂处于良好的熔融状态，铁液温度应高于1450 Co感应炉单熔车间，硫一般为 0.030.05%，为进一步降硫，可以在炉内或包内脱硫。炉内脱硫，温度条件好，但电磁搅拌力度不如气动搅拌大。为减少碱性脱硫熔渣对酸 性炉衬的损害，处理后，应尽快除渣，或者制作一个直径小于炉径的耐火圈，将加入 圈内的脱硫剂 与炉衬相隔。三、球化处理 ？孕育处理1 球化处理我国球化处理以包内冲入法为主。在选择稀土镁球化剂时，一般先根据铁液处理温 度的高低确定球化元素Mg的含量，铁液温度高取低值，反之取高值。过高的Mg 量,球化反应激烈，球化不易稳定；过低的Mg量，球化剂加入量

13、多，会增加处理成本。一般，感应炉车间 Mg量多取56%，少数至7% ;冲天炉车间取 Mg79%。RE是异常活泼的元素，能脱氧脱硫净化铁液，有中和球化干扰元素的作用。RE的使用改善了铁液铸造性，减少了缩松、夹杂和皮下气孔等缺陷出现的几率。RE本身的球化作用不大，RE对球化的贡献主要是为Mg扫清障碍，有 RE存在时，Mg的用量可以减少。不过，RE也有负面影响，例如残余RE过多会降低球化级别；在厚大铸件中有岀现厚片状石墨的倾向。所以球化剂中的RE含量应有节制，对感应炉铁液，RE13%即可；对冲天炉铁液，根据其含硫量和氧化程度的不同，RE在47%之间。在任何情况下，球化剂中的 RE量应少于 Mg量的2

14、4%。球化剂中有时配有 Ba和Ca。Ba与Si的配 合，可使球化剂发挥岀一定的自孕育作用。Ca及Ba与Mg的复合，有利于缓和球化反应，改善作业条件，并提高Mg的回收率。少量的 Ca、Ba也有一定的脱氧脱硫效果。球化剂品质中不可忽视成分误差、MgO含量、偏析程度、断口状况和粒度的集中性。JB/T9228 佃99标准规定，Mg及RE的成分误差过宽，为士 1%，有的厂家已控制在 士 0.5%，甚至士 0.2%。上述标准规定 MgO 1%，有的厂家 Mg可W 0.7%，甚至保证 MgO 0.5%。凡是粒度不匀、粉末多、白色附着物（铸锭表面 MgO）多、断口色泽灰暗有异状的球化剂不是好球化剂，不应采用。

15、球化剂长期存放与空气接触后，会削弱球化效果。因此，球化剂库存量不宜多，存放要注意防潮。原则上，只要掌握好铁液的化学成分和孕育环节，采用上述球化剂即可生产铸态球铁。但亦有工厂采用铸态球铁用球化剂。一般，在铸态铁素体球化剂中含有Ba和Bi ；在铸态珠光体球化剂中含有Ba和Sb，但对于QT700-2以上的保安件，不推荐使用含Sb球化剂，此时应由 Cu、Mo等来控制基体。必须指岀，不管是否采用铸态球化剂， 孕育永远是不可忽视的重要环节。厚壁球铁件，容易发生球化衰退和石墨畸变。重稀土Y有一定的球化作用，特别是抗球化衰退性极强。但单靠 Y基重稀土去球化，其加入量很大，而且爆发性很差。 因此，厚壁球铁件用

16、Y基重稀土含 Mg球化剂。重稀土与轻稀土一样有抑制球化干扰元素作 用。与轻稀土相比， Y残余量的多寡对白口化倾向的影响则表现得并不敏感。Y基重稀土镁球化剂中 Mg和RE含量的选择，与前述（轻）稀土镁球化剂相同。Y基重稀土镁球化剂除了用于厚壁球铁件外，在大批量生产流水线上，气压保温浇注条件下使用也 是有益的。据测试，13001400 C保温1小时，球化效果并无明显的影响。必须指岀， 为了防止球化衰退和石墨畸变，除采用含Y球化剂外，还应当调低 Si量，采取增加石墨球数，细化石墨球径等工艺措施。盖包处理法大大减少了处理的烟光污染，是一种节省球化剂、保证球化质量的简便 工艺，值得推广。受钢液喂丝技术的

17、启发，近年喂丝球化法开始流行。该法可精确控 制残余镁量，具有球化质量稳定、渣量少、降温少、污染少和处理参数自动可控的优 点。喂丝法综合成本比冲入法低20%左右。目前国内已有多家企业成套供应喂丝机和包芯线。球化包芯线外皮为0.3mm厚的冷轧钢皮，芯材一般含Mg为2530%,并复合有Ca、Ba、（RE）等多种成分。球化处理中产生了大量非金属夹杂物，球化处理完毕要精心用优质除渣剂清渣-复 盖。优质除渣剂撒于液面能迅速散布，覆盖整个液面，具有聚渣和保温双重效能。它 的熔融温度和物化性状适当，既有利于聚渣保温，又不粘浇包，可用棍将渣层整体挑 岀，清渣方便利索。符合以上要求的除渣剂，一般由优选的天然矿物经加工而成，也 有的系人工复配而得。2 孕育处理孕育处理十分重要，它在球铁生产中承担着细化石墨保证石墨圆整度，防止出现自由 渗碳体和弱化晶界脆性物影响等的多项任务。球化处理后，铁液的过冷度相当大，孕育非常必要，也是非常有效的。球铁广泛采用 高效和长效的硅系孕育剂，这类孕育剂中复合有Ba、Ca、Sr、Zr、RE和Al等元素中的两种或多种。这些硅系元素都有强化孕育增加石墨核心的作用；Ba、Ca、Ba-Ca 、Sr有较强的抗孕育衰退能力，而RE及Zr抗衰退能力较弱。在孕育剂或球化剂中，Bi与RE共存，能显著增加石墨球数，促进形成铁