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8~10%。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要的出炉温度十分重要。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：①提高吨功率，实现高效、快熔。②功率连续可调，适应不同升温和保温能力的需要。③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。④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。⑤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℃。

在球铁一般成分条件下，当铁液温度大于1450℃时，炉衬中的SiO2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0.5~1.8倍；保温炉容量为熔化炉容量的1~3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4~6倍。

必需指出，双联绝不意味着可以忽视冲天炉铁液的冶金质量。相反，为了经济地发挥出感应炉的技术优势，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℃~400℃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。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(S≤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≤0.06%和≤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(∑T)加以限制。例如德国规定∑T≤0.0745%，日本规定为∑T≤0.089%，其中Ti不大于50%∑T。我国目前一般约定为∑T≤0.1%，其中Ti≤0.045%。

从微量元素含量考察，本溪生铁最好(某组数据为∑T≤0.1%，Ti<0.055%，有的数据Ti为0.027%)；其它生铁Ti均高于控制值。若精选矿源，在高炉配料上想些办法，可将Ti降至控制值以下，例如林州某生铁可由Ti0.09%降至0.033%。

Sorelmetal(QIT)生铁是国际著名的高纯生铁，其S≤0.025%(实际S≤0.01%)，P≤0.04%，∑T≤0.07%，其中Ti≤0.01%，而Mn≤0.05%，国外广泛使用于汽车铸件。该生铁由加拿大在南非的Richards Bay Minerals公司生产。现国内已有经销。

2．增碳剂

使用生铁会带来不良的遗传性和对球化的干扰。如果以废钢和回炉料为主炉料，少用或不用生铁，以增碳剂增碳生产球铁，则可免除生铁的不利影响。此时铁液洁净，球化和孕育效果好，质量稳定，球铁性能有所提高，成本亦有所降低。

理论上，石墨质材料(如电极石墨、天然石墨、天然类石墨)和碳质材料(如焦炭、石油焦、煅烧焦、煅烧石油值)均可作为增碳剂。实际使用中，选哪种增碳剂需视球铁牌号、熔炼方法和增碳剂的品质而定。

电弧炉炼钢，在装料期加入增碳剂时，因有氧化作用和还原期的净化作用，对增碳剂的要求较低，甚至可以采用灰分高的类石墨。感应炉熔炼应选用固定碳高、硫分低、水分尽可能少的增碳剂。石墨电极碎质地纯：固定碳>99.5%，S<0.03%，N<0.001%，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S<0.5%，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