铸造用高纯生铁的定标及生产要义

铸造用高纯生铁的定标及生产要义
钱立;刘武成
【摘要】简要介绍了铸造用高纯生铁的定标及生产要义.对球墨铸铁件和高牌号灰铸铁件使用的生铁作了说明.在铸造用高纯生铁的研发和生产中具有一定的指导意义.
【期刊名称】《铸造设备与工艺》
【年(卷),期】2010(000)005
【总页数】4页(P37-39,58)
【关键词】铸造高纯生铁;生产技术;质量管理
【作者】钱立;刘武成
【作者单位】河北工业大学,天津300130;河北龙凤山铸业有限公司,河北武安056300
【正文语种】中文
【中图分类】TG143
我国铸件产量已连续十年居世界之首，但铸件在质量和稳定性方面与工业发达国家还有较大差距。

生铁是铸造业的粮食，是装备制造业发展的基础性保障原料。

铸铁件品质的提高，在相当程度上有赖于生铁的品质。

我国现有《球墨铸铁用生铁》、《铸造生铁》、《炼钢用生铁》、《含钒生铁》和《铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁》等五个标准。

球墨铸铁件和高牌号灰铸铁件，主要使用GB/T1412-2005《球墨铸铁用生铁》和GB/T718-2005《铸造生铁》，间
或使用YB/T5296-2006《炼钢用生铁》。

随着我国装备制造业的快速发展，现有生铁已不能满足高端铸铁件的需要，亟须开发生铁的升级新品种。

近年来，在辽宁、河北、河南、山西和山东，涌现出了一批优势生铁企业，他们生产低Ti和低P生铁、风电铸件用生铁、“高化”生铁等等。

不过，这些生铁只限
于个别品种，并未升华为企业标准，并未在有关质量主管局例行标准审定、备案等程序。

而且在定义和技术要求等方面亦尚不够完备。

河北龙凤山铸业有限公司，装备、人才和管理条件较好，走了一条由优质铸造生铁，而风电铸件用生铁，而铸造用高纯生铁的技术进步之路。

现就《铸造用高纯生铁》研发过程中有关该生铁定标和生产要义简述于后。

生铁是以Si含量确定牌号的。

为了适应低温工作铁素体球墨铸铁件、大件，以及
大孕育量等的需要，特设了05和08两个牌号，共有05、08、10和12四个牌号。

每个牌号中Si含量的上下限范围明显缩小。

Ti是个十分活泼的元素，易与C和N生成显微硬度很高的质点；Ti又有选择性结晶的特性，在结晶过程中Ti向晶界和铸件后凝固处富集；Ti多会影响球化质量，
会使灰铸铁中产生D型石墨，等等。

因此，Ti高会使铸件脆化、降低切削加工性
和助长缩松等铸造缺陷的发生。

对于厚壁球墨铸铁件、低温工作球墨铸铁件和薄壁灰铸铁件，控制Ti含量非常必要。

与GB/T1412-2005相比，专门设置了特档（ω（Ti）≤0.025%），提高了1档（ω（Ti）＞0.025%～0.035%）。

Mn和P是正偏析元素，而且对球墨铸铁的低温韧度影响极大，Mn及P对脆性转变温度的影响大于Si，他们分别是Si的7.5倍和1.92倍。

因此，铸造用高纯生铁对Mn和P的质量分数有严格的要求。

与GB T1412-2005相比，增设了特组（ω（Mn）≤0.10%）和特级（ω（P）≤0.030%），提高了1组（ω（Mn）＞
0.10%～0.20%）和1级（ω（P）＞0.030%～0.040%），废止了2组、3组和
2级、3级。

S的质量分数的高低关系到球化剂用量的多少，球化的稳定性，处理后的渣量与性状，以及与之相关的多种铸造缺陷等。

与GB/T1412-2005相比，设置了特类ω（S）≤0.015%），提高了1类（ω（S）＞0.015%～0.025%），废止了2类、3类和4类。

半个多世纪以来，微量元素对铸铁组织和性能的影响，在学界和业界一直是热门的议题，但认识有同有异，对微量元素影响含量的界定亦存在差别。

查索国外资料［1-3］，结合国内使用中的实际状况，并征询曾艺成和马敬仲两位先生的意见，确定选取了11个微量元素，并对他们含量的最大值作了规定，见表1。

虽然规定了11个微量元素含量的最大值，但他们并存时，会有交互作用。

国外对若干微量元素总量是有限量的［4］。

与国外相比，《铸造用高纯生铁》增加了微量元素的数量，并规定了Ti和上述11个微量元素含量总和不应大于0.1%。

对微量元素各自含量的最大值，以及Ti等12个微量元素含量总和的限量作出规定，是迄今国内外各种生铁标准中所没有的。

综上，《铸造用高纯生铁》是一种Ti、Mn、P、S的质量分数低，Si的质量分数少，特定微量元素含量很少的铸造生铁。

为了令需方在订货前，对微量元素有一个总体的量的认识，铸造用高纯生铁供方应在附录中，给出Cr、V、Mo、W、Sn、Sb、Ni、Cu、Co、Pb、Bi、As、Zn、B、Al、Te……之类微量元素的质量分数典型值。

这些微量元素含量的典型值反映了供方在其原材料和生产工艺的前提下，最经常出现的代表性数据。

河北龙凤山铸业有限公司已于2010年4月13日通过了企标审定，《铸造用高纯生铁》企业标准Q/HLFS01-2010于2010年4月18日实施。

生铁的生产是一个多物料、多工序的过程。

铸造用高纯生铁的生产更是一项开创性的系统工程。

为此，必须严把各环节的质量关。

原辅材料和燃料是生产的基础。

要通过计算设定和生产验证，规定出适于本公司实
际情况的原辅材料和燃料的控制标准。

采购来的物料要专位存放，不可相混。

由于原辅燃料来源和批次不同，化学成分会有波动。

公司充分发挥烧结预配料系统的装备优势，对铁精粉和石灰采用了自动化预配工艺，实行两次配料、二次混料，以保证铁精粉品位、碱度、TiO2和P2O5等化学成分以及石灰CaO质量分数的
稳定。

针对球墨铸铁用生铁尤其是高纯生铁的特点，改进了烧结工艺和球团工艺。

厚料层烧结实行过程自动化，使烧结矿的碱度稳定率达到97%以上，转鼓合格率、FeO、TiO2质量分数的合格率超过了98%。

对球团竖炉增加了独有的铁精粉润磨工艺，既提高了铁精粉细度和球团矿强度，又提高了球团矿品位，减少了球团矿中TiO2、S、P2O5等有害杂质元素含量。

铸造用高纯生铁冶炼，要实行专料专供。

Q/HLFS01-2010对生铁中Ti含量要求很严格，要求特档ω（Ti）≤0.025%，一
档ω（Ti）＞0.025%～0.035%。

有关资料和生产实践表明：Ti和Si同步还原，
要获得低Ti生铁，降低生铁含Si量是有效的途径。

根据生产实测数据绘制了生铁Ti和Si关系图如图1。

同时，MnO是相当稳定的化合物，还原Mn比还原Fe耗热约高一倍，即锰比铁
难还原，高炉温是锰还原的首要条件。

要想减少Mn的还原，冶炼出低锰铁，也
须采用低Si（低炉温）冶炼法。

高炉低硅冶炼技术是一项系统性工作。

要降低生铁含硅，既要有选择合格原燃料降低SiO2含量的措施，还要有确保高炉稳定顺行减少炉温波动、实行低硅冶炼的综合措施。

控制高炉铁水含Si量主要有三条途径：
一是控制硅的来源。

因为硅主要来自矿石中脉石与焦炭、煤粉灰分中的SiO2。

硅
迁移进入铁水以滴落带SiO为媒介进行。

首先要降低焦炭、煤的灰分和原料中的
SiO2含量，降低焦比。

同时，只有控制SiO挥发量才能控制铁水硅含量。

从化学反应平衡观点分析，温度提高，SiO挥发增多，因此风口前理论燃烧温度不能过高；而炉内压力控制则相反，提高压力则能抑制SiO生成。

二是控制滴落带高度以控
制铁水吸硅量。

因为铁水中吸收的硅量是通过随煤气上升的SiO气体与滴落铁水
中C发生反应而还原出来的，降低滴落带高度可以减少铁水C与SiO接触机会，
减少铁水吸硅量。

而软熔带位置由炉料结构、热流比、送风参数来确定，吸硅量与炉料结构、软熔带高度、煤气分布有关。

因此，应通过改善炉料结构、合理布料促使煤气合理分布，以控制滴落带高度、减少铁水吸硅量。

三是增加炉缸渣中氧化性物质，促进铁水脱硅反应。

高炉解剖与大量研究证实，高炉中硅还原主要通过焦炭灰分中的SiO2，并且是二步进行的：
由于焦炭灰分中SiO2活度（аSiO2）高，且与焦炭中碳接触条件好，在风口以上发生SiO2还原生成SiO气体，在上升过程中与滴落带中铁相遇，与铁滴中碳发生反应。

据日本学者研究，铁滴对SiO吸收率达70%～100%，结果Si进入铁水，
在风口上方达到最高。

而当铁水通过风口区，由于风口区氧势高，生铁含硅量降低。

脱硅数量受炉渣SiO2活度影响。

降低二氧化硅活度（аSiO2）主要依靠炉渣碱度（CaO/SiO2）和+MgO来控制，控制好炉渣碱度成分成为脱硅的重要因素。

根据上述原理，为了实现长期稳定低硅冶炼，我们制订和实施了抓原料、过渡好、大矿批、重负荷、高风温、高风速、高顶压、大喷吹、高碱度、低硅铁等十个方面的操作方针和操作细则。

炉外专项处理包括调Si、脱S搅拌、扒渣和孕育等四项措施。

为了获得低Ti铁水，高炉采取了低Si作业法。

因此，为了获得不同牌号的生铁，有时需要炉外增硅。

出铁取样后，由设在炉台旁的岛津直读光谱仪迅速测出Si含量，由喂料机按计算好的定量进行调Si。

流入65 t铁水罐中的铁水，自动装置根据所需的脱S量，以氮气为载体进行喷
Mg粒操作。

同时对铁水进行了很好的搅拌，借以脱气、浮渣和均匀化学成分。

据核算，炉外脱S比炉内脱S较为经济。

喷Mg粒后，捞渣作业由捞渣机完成。

浇锭时，使用高效孕育剂进行随流孕育。

经过炉外精细化处理，净化了铁水，均匀了成分和温度，生铁锭外观洁净、断口均匀呈细灰粒状。

经随机取样做金相分析，石墨细小呈A型形态，分布均匀。

公司质量管理部下设质量管理科、计量科、化验中心和质检科，严格按《质量手册》（含程序文件）规定行使质量管理职能。

公司于2001年通过ISO9001∶2000质量体系认证以来，把每年每月都作为新的起点，强化推进力度，严格执行质量体系文件，着力抓好进厂原燃料质量检测控制、生产过程的质量控制、产成品质量检测控制和产品管理质量控制，确保产品质量稳定和持续提高。

着力抓好高纯生铁管理质量的控制，从产成品流转工艺卡传递、取样化验到铁库储存、装车发运，各个环节都有严格的管理，确保流转无误、化验准确、储存妥善、装运无差错、杜绝混号铁。

截止2010年5月底，已累计生产铸造用高纯生铁近2万t，具备了批量稳定生产条件。

《铸造用高纯生铁》项目已于2010年6月18
日通过产品鉴定，获得好评。

在本项目进行期间，得到了郭振廷、马敬仲、曾艺成和张忠仇等专家的关心和支持。

中国铸协有关领导亦曾到厂视察，特别是资深顾问缪良和李传栻两位老先生受中国铸协的委派，于2010年5月亲临现场调研指导，还指出：由高炉一炉解决，生产出高纯生铁是短流程的生产方式，走出了生产高纯生铁的又一条道路。

公司倍受鼓舞，对于专家和组织所给予的支持和肯定，在此一并表示感谢！
【相关文献】
［1］ASTM A897/A897M-06.ADI件标准.微量元素含量控制值［S］.
［2］Elkem公司技术报告12.球墨铸铁中的少量和微量元素含量最大值［R］.
［3］张博（日）.污染元素的作用与对策铁素体球墨铸铁中合金元素和微量元素的容许量［R］. ［4］钱立.铸铁熔炼材料的选用及其对铸件质量的影响［C］//铸铁熔炼及铁液处理技术论文集.扬州：现代铸铁编辑部，2010.。