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合成铸铁成本低,铸造性能好,废钢生产合成铸铁的增碳工艺及调整措施请收好
时间 : 2022-03-11 15:50 浏览量 : 41

利用废钢生产合成铸铁的增碳工艺及控制


所谓的合成铸铁,就是不用新生铁,只用废钢和回炉料,采用增碳的方法来调节碳量而生产的铸铁。合成铸铁的生产具有以下几个方面的特点:

      

1)与普通铸铁相比,抗拉强度明显高一个牌号,并且机械性能波动范围不大。这主要是废钢中的P、S含量低,杂质少 。

      

2)铸造性能好。

      

3)生产成本低。近年来由于工业发达国家的废钢量供应充足,价格也比新生铁便宜,而且废钢是直接加入,无需重熔,可大大降低合成铸铁的生产成本 。     


由于合成铸铁具有上述几个方面的特点,所以在生产中得到了广泛使用。但对于生产过程中的增碳技术,未见有系统研究与报导。本文试图从增碳剂的吸收效果出发,着重研究不同容量熔炼炉应采用的增碳方法及控制技术。


铸件铸造

      

试验条件与要求

      

熔炼炉采用容量为 150kg和 500kg中频感应电炉,用 于生产性试验。

      

废钢与回炉铁:废钢选用低S、低P、低Mn的碳钢,其它合金及杂物不得混入其中。回炉料使用材质相近的同类回炉料,不得将不同牌号、不同种类的回炉铁混在一起加入。

      

增碳剂:增碳剂的质量好坏直接影响到铁液的质量好坏,因此在生产时,对于增碳剂的选择显得至关重要。

      

铸造生产中,目前应用最多的增碳剂主要有两大类:石墨化增碳剂和非石墨化增碳剂。石墨化增碳剂主要有废石墨电极、石墨压块、沥青焦、低硫煅烧石油焦、中硫煅烧石油焦和煅烧无烟煤等。非石墨化增碳剂主要有沥青焦、煅烧石油焦、煅烧无烟煤等 。硫量高的增碳剂氮含量也高,若采用此类增碳剂,灰口铁液中的含氮量往往会高出平衡浓度而产生裂隙状氮气孔球铁铁 液则易在厚壁处产生缩松缺陷。在铸铁生产中常用的增碳剂主要以低硫、低磷的石墨化增碳剂为主。

      

增碳剂粒度的选择:增碳过程实质上就是碳在铁液中的溶解扩散和氧化烧损过程,增碳吸收的效果(增碳率)是增碳剂在铁液中溶解扩散速度和氧化烧损速度的综合体现。增碳剂的粒度大小不同,其溶解扩散速度和氧化烧损速度也不同。在一般情况下,增碳剂颗粒大越大烧损越小溶解扩散速度慢;反之,增 碳剂颗粒小烧损大溶解扩散速度也大。在生产中增碳剂粒度的选择应根据炉膛大小和容量来综合考虑,本试验所选用的增碳剂粒度控制在0.5-3mm之间 。

       

增碳剂加入工艺方法的设计:为了研究加入工艺对增碳剂的吸收效果的影 响,试验设计了以下3种增碳剂加入方法:

      

1)中间加入法(方法①),即废钢加入熔化后,加入增碳剂,迅速覆盖回炉料;

     

2)压底加入法(方法②),即增碳剂置于炉底,再加入废钢,熔化后再加入回炉料 ;

      

3)分层加入法(方法③),即废钢熔化后分批加入增碳剂,并迅速覆盖回炉料。

      

试验结果与分析

      

增碳工艺方法对增碳率的影响:为了探讨增碳工艺对增碳率的影响,采用 150kg和500kg中频感应电炉进行生产性试验,试验结果分别见表1和表 2。 


中频感应电炉

      

从表中可以看出,在相同的条件下,采用不同的增碳工艺方法,其增碳率 是不同的。对于150kg中频感应电炉,采用方法②时,即压底加入法,增碳率最高,其次是方法①和方法③ 。生产试验表明,对于小容量电炉的增碳采用压底加入法是可行的;而对于500kg中频感应电炉,采用方法③时,即分层加入法,增碳率最高,其次是方法①,方法②为最低。因此在生产中,对于容量大于500kg电炉的增碳,建议采用分层加入法或中间加入法。不管是压底加入法,还是中间加入法,或者是分层加入法,增碳剂加入时均应遵循防氧化的原则。

      

采用压底法增碳时,应在超出感应圈最低位置的坩埚内进行增碳。覆盖用料处于感应圈位置中,有利于金属覆盖料的熔化,使增碳剂有效地与铁液接触,增大增碳剂与铁液的接触面,促进增碳剂中的碳向铁液态的溶解和扩散;另一方面,金属覆盖料的迅速熔化,有效地隔绝增碳剂与空气的接触面,防止增碳剂的氧化烧损,从 而提高增碳效果 。

      

采用中间加入法或者是分层加入法,应先在坩埚中加入一定的量的废钢并使之熔化,坩埚内的铁水量应超出感应圈的最低位置方可加入增碳剂,应尽量避免铁水量超出感应圈最高位置时增碳。这是因为:当坩埚内的铁水量接近或超出感应圈最高位置时,增碳剂的加入,表面层铁 水温度下降而呈半固态,增碳剂的密度小,仍处于表面层。而加入的金属覆盖料处于感应圈上部位置,磁力线无法穿过,致使覆盖料长时间处于固体状态,降低了覆盖效果,增碳剂会严重氧化而烧损 。

      

从表2中可以看出,增碳工艺方法相同,采用不同粒度的覆盖用金属料时,其增碳效果也不同。采用硅钢片覆盖时,增碳率比采用回炉料覆盖时的增碳 率高出很多。这是因为:回炉料的粒度大,覆盖效果差,增碳剂与空气的接触面积大,增碳剂烧损速度大于在铁液中的熔解扩散速度,故而增碳率低;而硅钢片的粒度较为细小,对增 碳剂具有较好的覆盖效果,减少了增碳剂与空气 的接触面积,此时增碳剂在铁液中的溶解扩散速度大于烧损速度,有效地提高了增碳率。因此,在增碳时应采用细小的覆盖用金属料,最大限度地提高增碳效果。

      

综合表1和表2的试验结果发现,感应电炉的容量不同,采用同样的增碳方法,增碳吸收率也不同,容量大的比容量小的增碳率高。增碳剂溶解扩散进入铁液的过程,实际上就是一个固相与液相的反应。增碳剂与铁液的相界面处由 于废钢的碳量极低,成了增碳剂与接触铁液表 面的碳浓度发生很大差异,从而引起扩散 。感应电炉的容量越大,增碳剂与铁液之间形成的扩散区域越多,提高 了增碳剂向铁液的溶解扩散量,从而提高了增碳率。增碳剂的溶解扩散是通过增碳剂-铁液这一扩散层(厚度用δ表示)进行的。

      

在一定温度下,物质通过垂直于扩散方向截面(面积为A)的扩散速 率 v与扩散物质的浓度梯度 (C2-C1)/δ和截面积成正比。


          v=-DA(C2-C1)/δ

            式中D为扩散系数

      

从上式看出,欲提高增碳剂在铁液中的扩散速率即增碳率,应采取以下措施:

      

1)选用粒度适中的增碳剂。铁液增碳是在相界面发生的,增碳剂中碳扩散进入铁液的速率与相界面积成正比,粒度越小,比表面积越大, 增碳剂与铁液的接触面积也越大,有利于增碳率的提高。但增碳剂的粒度过小,会增大增碳剂的氧化烧损,反而降低增碳吸收。 

      

2)选用含碳量高的增碳剂。式中(C2一C1)为 增碳剂中的碳含量与铁液中的碳含量的浓度差,这个浓度差越大,碳的扩散速率也越大,增碳率也越高 。

    

3)增大对铁液的搅拌。搅拌的作用是为了减小扩散层厚度,增大铁液与增碳剂的接触机会。从式中可以看出,减小δ值可使扩散速率增大,提高增碳效果。

      

调整措施 

    

1)若铁液熔清后碳量不足时,可采取以下措施:①先打净炉中熔渣,通过人工搅拌和感应电炉的电磁搅拌使碳熔解吸收达到增碳,此法吸收率在 20%~30%左右;②将增碳剂置于处理浇包底部,采用冲入法增碳,此法吸收率在20%~30%左右;③转包法:即增碳剂随流加入包内,然后包中铁水再转入炉内,此法吸收率达 50%左右 。 

      

2)若铁液中含碳过高时,加入废钢降碳。一般每100kg铁液中加入废钢2~3kg,可降低 碳量0.1%。注意在加入废钢的同时会引起硅量下降,此时应相应加入适量的硅铁。 

      

利用废钢生产合成铸铁时,其增碳剂的加入有压底加入法、分层加入法和中间加入法3种,不同容量的电炉应采用不同的增碳工艺方法;电炉容量越大,越有利于增碳剂的溶解扩散,增碳率超高; 当增碳剂加入后,应立即加入细小的金属料覆盖,避免增碳剂与空气接触,减少增碳剂的烧损,提高增碳效果;增碳时应尽量做到 “先增后减”:即在炉内增加铁液中碳量,避免因铁水中碳量不足而造成满炉时或炉外增碳。

   

参考文献: 

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[3]马青.冶炼基础知识[M】.北京:冶金工业出版社,2007. 

[4]邓宏远,曹瑜强.采用电炉合成铸铁技术提高铸造厂效益[J]_世界铸造,2009(5):17-19


来源:铸造微课堂、热加工论坛


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