废钢代替铸造铁熔炼工艺,专家解读“以钢代铁”设想

来源:zj998com    发布时间:2019-08-12 19:46:00

如今生铁价格飞涨,废钢也开始跟风上涨,不过相比生铁,价格还是低很多的,在铸造行业中,废钢也越来越受重视!如何“以钢代铁”也是铸造行业人士普遍关心的问题,洲际铸造交流群中也有铸造行业人士提出这样的问题,小编找了一下相关资料,希望能够对大家有所帮助!


在球墨铸铁的传统生产工艺中,一般使用10%左右的碳素废钢进行配料。本文只涉及在感应电炉内生产球墨铸铁时,提高碳素废钢使用比例后,生产过程中特别应注意的一些问题。根据生产实践,笔者提出了自己的看法,供同行参考。


1.炉料的选择

  (1)废钢  生产球墨铸铁使用的废钢应为碳素废钢。其中不应含有阻碍石墨化的元素,如铬。更不应含有反球化合金元素。废钢的块度应有30%左右呈厚片状,可以平放于炉内。

  (2)增碳剂  ①优质焦炭。含硫量要低,块度60~80mm,具有较高的强度,烧红后不能一捣即碎。②废电极块。最好有一定长度,便于扦入铁液中。

  (3)生铁  主要用来调整铁液含碳量。希望使用wC>4%的高碳低硫生铁。生铁中的硅含量适当高一些较好,生产球墨铸铁可以少加硅铁。

  (4)球化剂、孕育剂  按传统工艺使用,遵从各厂实际情况而定。


2.熔炼

  熔炼工艺流程: 焦炭块+废钢→电极块→提温→扒出焦炭块和电极块→取样分析含碳量→生铁→回炉料→取样分析Si、Mn→提温→锰铁+硅铁→出炉→孕育+球化→浇注。

  

  熔炼过程中的注意事项如下:

  (1)焦炭块装于炉底,目的是要创造较长的焦炭块在铁液中的浸泡时间。焦炭块用量是废钢的5%左右。废钢熔化50%左右,焦炭上边应用厚片状废钢遮盖。也可以用60~80 mm的废电极块代替焦炭装于炉底作增炭剂,含硫量更低,对获得优质球墨铸铁更有利。

  (2)废钢使用比例主要决定于增炭效率。开始使用此法生产球墨铸铁的厂家,以30%左右为好。提高了增炭效率之后,逐步提高废钢使用比例。过多的使用废钢,如果增炭效率不高,则影响最终产品的碳硅当量。

  (3)废钢熔毕,扦入电极棒,适当提高炉内温度,提高增炭效率。但是,炉温过高,增加电耗,对炉衬也不利。

  (4)预估含炭量够高后,扒出焦炭块和电极棒,取样分析含炭量。

  (5)根据分析结果,计算生铁加入量和回炉球墨铸铁使用量。

  (6)根据含硅量估算,决定是否可用回炉料补足铁液总量。

  (7)回炉料熔毕,取样分析Si、Mn等合金元素的含量。

  (8)适当提高铁液温度,按照分析结果补足合金元素,达到出炉温后出炉前加入硅铁。

  (9)硅铁熔至熔融状态,立即出炉。

  (10)球化、孕育、浇注照常规进行。


3.成分调整计算

  众所周知,球墨铸铁的力学性能主要取决于化学成分、冷却速度(铸态球墨铸铁)和热处理工艺。化学成分是内因、是根本,又是变数,几乎每炉不一样。因此,对化学成分必须加强检测,认真调整,不宜采用“固定比例生产”。在化学成分中,碳当量尤为重要。特别是使用废钢作为主要炉料生产的球墨铸铁,因为增炭效率难以控制,碳当量波动较大,因而尤其要注意调整碳当量。


  (1)计算生铁加入量   根据分析含碳量计算生铁的加入量。实际上,就是调整球墨铸铁的碳当量,使生铁和废钢二者形成的熔液碳当量达到球墨铸铁所需要的碳当量。

生铁加入量=废钢加入量×(球墨铸铁要求含碳量-分析含碳量)/(生铁含碳量-球墨铸铁要求含碳量)

  (2)回炉球墨铸铁加入量计算  回炉球墨铸铁的碳当量基本上是正常的,而且加入量不大。因此,回炉铁加入后,整个炉内铁液的含碳量是合格的。

  回炉球墨铸铁加入量=炉料总量-废钢加入量-生铁加入量

  (3)含硅量估算  计算式如下:

  含硅量≈〔(废钢+生铁+回炉球墨铸铁加入量)×含硅量/炉料总量〕×100%≤原铁液允许含硅量

估算出的含硅量过高时,少加适量回炉球墨铸铁,改用等量比例为9∶1的生铁和废钢补足炉料总量。

  (4)硅铁加入量计算  计算式如下:

   硅铁加入量=〔炉料总量×(球墨铸铁要求含硅量-孕育增硅量-球化增硅量-分析含硅量)〕/硅铁含硅量

  (5)锰和其他合金元素加入量  计算式如下:

  合金铁加入量=炉料总量×(球墨铸铁要求合金含量-分析含量)/合金铁中合金元素含量


  上述计算中均不计烧损。这是因为感应炉中熔化球墨铸铁,各元素烧损不大,同时铁也有一定烧损。如遇到特殊情况,则应注意烧损。

  成分调整应用举例:

  使用1t感应电炉,生产珠光体球墨铸铁QT800—2,铸件重1000kg。

  控制化学成分为:wC=3.5%、wSi =2.5%、wMn=0.5%、wP<0.07%、wS<0.02%、wMg=0.03%~0.06%、wRE=0.02%~0.04%。

  使用炉料成分如附表所示。


  增碳后炉内“废钢液”含碳量为2.5%。

  生铁加入量=300×(3.5%-2.5%)/(4%-3.5%)=600(kg)

  回炉球墨铸铁使用量=1000―300―600=100(kg)

  估算含硅量=(300×0.3%+600×1.8%+100×2.5%)×100%=1.42%

  如果球化剂增硅量为0.6%、孕育剂增硅量为0.4%,则原铁液含硅量应为1.5%,高于估算含硅量。对此可以使用Z18铸造生铁调整碳当量,使用回炉球墨铸铁补足炉料总量。

  出炉前分析含硅量为1.38%,含锰量为0.15%。

  硅铁加入量=〔1000(2.5%-0.6%-0.4%-1.38%)〕/75%=1.6kg

  锰铁加入量=〔1000(0.5%-0.15%)〕/65%=5.4kg


4.结语

在感应电炉生产中,我们用废钢生产QT800—2,强度在800~1000MPa,伸长率>4%。

目前市场上废钢很多,生铁昂贵,优质生铁更是奇缺。因此我们建议,有球墨铸铁生产任务的厂家,可以参考上述设想,“以钢代铁”生产球墨铸铁。


资料来源:《金属加工(热加工)》

作者:平阳重工 周亚军

编辑整理:洲际铸造

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