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用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵,與傳統方法有何區別?

2023-11-22

洲際鑄造,鑄造工業(yè)網(wǎng)


如今合成鑄鐵并不是什么新鮮東西,在中頻電爐中大量利用廢鋼、鋼鐵屑、機雜鐵、回爐料和增碳劑等低值爐料通過(guò)電爐熔煉,配合直讀光譜儀在線(xiàn)檢測技術(shù)確定其化學(xué)成分來(lái)生產(chǎn)合成鑄鐵,這一鑄鐵生產(chǎn)方法對鑄造企業(yè)來(lái)說(shuō)確實(shí)是不錯的選擇,而且由于廢鋼、鋼鐵屑等的大量使用,鑄造生產(chǎn)成本也相應降低,新生鐵等原材料價(jià)格一路瘋漲的勢頭得到了有效遏制,極大地緩解了企業(yè)的生存壓力。

如今合成鑄鐵并不是什么新鮮東西,在中頻電爐中大量利用廢鋼、鋼鐵屑、機雜鐵、回爐料和增碳劑等低值爐料通過(guò)電爐熔煉,配合直讀光譜儀在線(xiàn)檢測技術(shù)確定其化學(xué)成分來(lái)生產(chǎn)合成鑄鐵,這一鑄鐵生產(chǎn)方法對鑄造企業(yè)來(lái)說(shuō)確實(shí)是不錯的選擇,而且由于廢鋼、鋼鐵屑等的大量使用,鑄造生產(chǎn)成本也相應降低,新生鐵等原材料價(jià)格一路瘋漲的勢頭得到了有效遏制,極大地緩解了企業(yè)的生存壓力。

用電爐冶煉廢鋼加增碳劑生產(chǎn)鑄鐵件,盡管電爐便于化學(xué)元素含量的調整,而且主要元素可以調整到材質(zhì)要求的范圍之內,但是如果不采取有效的處理手段,生產(chǎn)出鑄件的質(zhì)量,確與用沖天爐生產(chǎn)出的鑄件質(zhì)量有較大差異。最主要的不同之處就是:用電爐熔化的鐵液,無(wú)論是廢鋼加增碳劑或者是用鐵屑作爐料,生產(chǎn)出的鑄件白口傾向大,硬度高而精加工困難。本文就此談?wù)勛约旱膶?shí)踐體會(huì )和認識。

 

 

用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵,與傳統方法有何區別?

生產(chǎn)合成鑄鐵的主要原材料概況

1、廢鋼:相對來(lái)說(shuō)就是廢舊的鋼鐵結構件、邊角余料,A3、45#、40Cr等普通的含CW≤1%、 SiW≤1%、MnW≤1%、低S、低P的材料;廢舊的壓力容器要通過(guò)解體,薄小的廢鋼料要打包,零散的或者是通過(guò)打包成塊的,要能直接加入到熔爐內,不能卡爐影響布料更不能殘存汽、液體引起爆炸;最好是不要生銹,能清除油污,國外介紹甚至要清除掉油漆和鍍層的。它可以在爐料中占比到50%以上,做到少用甚至不用新生鐵。

2、鋼鐵屑:在機加工過(guò)程中鋼鐵件因加工去掉的屑,其中,鋼屑的化學(xué)成分與廢鋼相同,鐵屑因鑄鐵的材質(zhì)是普通灰鑄鐵還是球墨鑄鐵而有所不同,其主要化學(xué)成分在CW2.5~4.0%之間,SiW1.5~3.5%之間,MnW0.3~2.0%之間;鋼鐵屑碎小零散,要裝袋或做成屑餅以方便司爐和節省能源,同樣要清除油污和切削液,最好不生銹;若散裝料將會(huì )在熔爐內占較大空間,一爐鐵水要多次在不同的狀態(tài)、不同的溫度下加料,特別是在爐料已融化、鐵水已生成時(shí)再加入的鐵屑料極易氧化發(fā)渣,影響熔煉過(guò)程正常進(jìn)行,而即使是氧化嚴重的鐵屑,在熔爐內沒(méi)有鐵水出現的早期加入,也能正常熔煉;一般情況下鑄件的切削余量也即鐵屑量占比不過(guò)20%左右;

3、機雜鐵:拆卸的報廢的機器設備鋼鐵零部件、機身、底座等,化學(xué)成分相對復雜,可能含有少量合金元素或非金屬雜質(zhì),一般情況下可清除其中的鋁、鋅、鉛、錫等輕質(zhì)低熔點(diǎn)金屬和銅等有色金屬以及油污坭后再使用;生產(chǎn)時(shí)根據產(chǎn)品的要求其用量可以控制到20%左右,生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)盡量少用或不用;

4.回爐料:就是鑄造生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的澆冒系統、飛邊、毛刺、鐵豆、鍋巴鐵以及廢品等,其化學(xué)成分可以方便掌握,但要除掉其表面的粘砂以及除銹后才能使用。它的占比在15~20%左右;

5、增碳劑:應該說(shuō)在合成鑄鐵的生產(chǎn)中增碳劑是一個(gè)比較關(guān)鍵的角色——熔煉過(guò)程中由于廢鋼量的加大,鐵水含碳低,必須采用非常手段進(jìn)行增碳,由此用到了增碳劑;增碳劑——無(wú)論是其材料本身還是其使用方法都對生產(chǎn)合成鑄鐵起到至關(guān)重要的作用。

沖天爐和電爐熔煉出鐵液質(zhì)量的不同之處

1.沖天爐熔煉的鐵液

沖天爐是用焦炭作燃料,將固體的鐵塊和其它爐料,經(jīng)過(guò)預熱、熔化、過(guò)熱、還原,最后鐵液經(jīng)爐底流入前爐缸,所經(jīng)歷的時(shí)間很短,大約10min左右,鐵液往往要在前爐缸中停留一段時(shí)間,在這段停留時(shí)間里,對金屬液的增核是有利的。雖然沖天爐的出爐溫度一般在1450℃左右,但是鐵液經(jīng)過(guò)過(guò)熱區的瞬間,爐溫約1700℃,盡管鐵液通過(guò)過(guò)熱區的時(shí)間很短,卻是以細小液滴通過(guò)的,能得到高溫過(guò)熱,有助于石墨溶于鐵液,消除新生鐵中粗大石墨片的遺傳性。鑄鐵中的主要元素碳,在熔煉過(guò)程中有一個(gè)燒損和吸收的減增過(guò)程,由于鐵液滴在灼熱的焦炭上,鐵液就吸收了焦炭中的碳原子,所以在整個(gè)熔化過(guò)程中,碳的吸收大于燒損,最終含碳量是增。同樣鐵液也會(huì )從焦炭中吸收部分硫。

在壓球化劑作球化處理之前,都要先燙包。由于沖天爐的熔化速度快,當第一包球鐵澆注完畢后,再處理下一包時(shí),包內溫度還很高,沖天爐內鐵水倒入澆包內降溫少,所以再進(jìn)行球化處理時(shí),出爐溫度與電爐相比較可以稍低些,對球化處理質(zhì)量(球化劑的熔化及吸收、澆注溫度),影響不大或沒(méi)有影響。用電爐熔化鐵液,每爐熔化間隔時(shí)間約50-60分鐘,有時(shí)間隔的時(shí)間可能會(huì )更長(cháng)些,澆包散熱時(shí)間長(cháng),包內溫度低,經(jīng)球化處理后,包內鐵水溫度約下降80℃,冬天溫度下降的可能會(huì )更多,所以用電爐熔化鐵液處理球鐵時(shí),出爐溫度要比沖天爐的溫度高些。

 

 

用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵,與傳統方法有何區別?

用電爐熔煉鐵液對材質(zhì)性能的影響

我們知道用電爐熔煉爐料,是由感應圈經(jīng)導電產(chǎn)生磁場(chǎng),在爐料中產(chǎn)生電渦流,由電渦流發(fā)熱藉以熔化爐料。

(1)、對“自發(fā)晶核”的影響

廢鋼的熔點(diǎn)比鑄鐵高,增碳劑的熔點(diǎn)更高,當廢鋼在熔化過(guò)程中以及熔化之后,增碳劑被加熱緩慢的溶解和擴散,增碳劑中的碳才能被鋼液侵蝕吸收。鋼液逐漸的變成鐵液,即常稱(chēng)之為“合成鑄鐵”。由于廢鋼熔化溫度高,鋼液從增碳劑中吸收碳原子之后,在變成鐵液的過(guò)程中,有短暫時(shí)間過(guò)熱溫度往往很高。在高溫下,鐵液中的碳易于被氧化成CO,因此有人認為鐵液中的碳也是一種“氣體形成元素”。CO在鐵液中的溶解度很少,形成后即釋放于鄰近液面的大氣中。在生產(chǎn)實(shí)踐中我們會(huì )發(fā)現,當高溫鋼液倒入抬包后,抬包中有放射狀火花飛出(俗稱(chēng)賊花),即可能是高溫氧化的釋碳現象。這些現象都會(huì )影響到材質(zhì)的質(zhì)量。

電爐在熔煉鐵液過(guò)程中,具有電磁攪拌摩擦的特性。鐵液過(guò)熱溫度高、過(guò)熱時(shí)間長(cháng)、且又有感應電流的攪拌摩擦,鐵液中微細的晶態(tài)石墨即自發(fā)晶核和外來(lái)結晶核心,都會(huì )逐漸溶于鐵液而消失;或浮經(jīng)液面與集渣劑粘裹在一起被挑出爐外。這樣,使鐵液中可在共晶結晶時(shí)作為石墨外來(lái)晶核的物質(zhì)大幅度減少。

硫在鑄鐵中,尤其是在球墨鑄鐵中是有害元素。但有資料介紹說(shuō)①:在灰鑄鐵中當含硫量小于0.06﹪時(shí),硫的一些有益作用就無(wú)法得到發(fā)揮。在鑄鐵中存在有細小而分散的硫化物夾雜,能在石墨的生核和成長(cháng)中起積極而有益的作用。用感應電爐熔煉廢鋼加增碳劑的合成鑄鐵,其最終含硫量一般不會(huì )超過(guò)0.03%的。如果原鐵水的含硫量過(guò)低,球化劑中的鎂就無(wú)從與硫化合,過(guò)多的殘余鎂量不但阻礙石墨化,而且還會(huì )使鑄件產(chǎn)生縮孔、氣孔等鑄造缺陷。如果減少球化劑的加入量,綜合考慮又恐會(huì )影響到球化率。所以在原鐵水含硫量很低的情況下,要從球化劑的選擇、球化劑的加入量、球化處理操作工藝上采取措施,以保證球鐵的球化質(zhì)量。

合成鑄鐵在感應電爐中,因含硫量過(guò)低、過(guò)熱溫度高、電流的攪拌摩擦等因素影響,鐵液中石墨化的核心大幅度減少。②這種缺乏石墨化結晶核心的鐵液,過(guò)冷度很大,對孕育處理的回應能力極差,很難通過(guò)常規孕育處理措施,使鑄鐵具有符合要求的微觀(guān)組織。因而即使化學(xué)成分含量完全符合要求,往往澆注出的鑄件硬度高,不便于機械加工。有資料介紹:硫從0.02%增加到0.06%,抗拉強度增加50MPa以上,即可提高一個(gè)牌號以上,硬度值即可增加HB20。進(jìn)一步增加硫到0.1%,強度值和硬度值變化不大,有此可見(jiàn)在灰鑄鐵中,硫控制在0.06-0.1%為宜(我廠(chǎng)生產(chǎn)的汽車(chē)制動(dòng)鼓,材質(zhì)是HT250,硫控制在0.07-0.09%).順便也談?wù)動(dòng)秒姞t熔煉“鑄鐵屑”,即便熔煉的鐵屑干凈無(wú)銹蝕,不需要高溫,過(guò)熱溫度并不是很高,但是由于電磁攪拌的摩擦作用以及碳、硅的燒損,如果澆注前不進(jìn)行元素調配和采取有效的孕育措施,生產(chǎn)出的鑄件同樣是硬度高。

(2) 用感應電爐熔煉對提高材感質(zhì)質(zhì)量的影響

感應電爐熔煉,鐵水溫度可升以提到1570℃以上,并可以在高溫狀態(tài)下長(cháng)時(shí)間的保溫,在該溫度下,可以使原材料帶入的夾雜物,以及在熔煉過(guò)程形成的夾渣及夾雜物上浮至鐵液表面。對于廢鋼+增碳劑、尤其是粒子鋼+廢鋼+增碳劑+回爐料,這些爐料無(wú)論是廢鋼、粒子鋼或者是粒子鐵,大都是白口組織,白口組織具有較強的遺傳性,要消除遺傳性就需要適當的提高熔化溫度,增加保溫時(shí)間,才能夠比較好的凈化鐵液,減少鑄件缺陷。

合金元素燒損量低,鐵水中錳、硅的燒損低于沖天爐熔煉。便于各元素的調控,能夠穩定化學(xué)成分含量。

生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí),含硫量過(guò)高將會(huì )直接影響到球鐵的質(zhì)量。如球化級別低下、材質(zhì)強韌性差、鑄件有夾渣等鑄造缺陷。用電爐熔煉鑄鐵時(shí)不存在有增硫反應。

用廢鋼+增碳劑生產(chǎn)合成鑄鐵,由于廢鋼的夾雜物含量低,成分穩定,加增碳劑經(jīng)高溫熔煉之后,消除了爐料的遺傳性,鐵液的純凈度得到提高,同時(shí)增碳劑具有孕育作用,促使石墨化的效果更加穩定突出,鑄件的基體組織晶粒會(huì )更加均勻、細化,所以生產(chǎn)出鑄件材質(zhì)的韌性和強度均得到提高。

揚長(cháng)補短、優(yōu)化操作程序

用廢鋼生產(chǎn)球墨鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)前面已談,就不再贅述。

用電爐熔煉廢鋼(鐵屑)+增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵,欲想穩定產(chǎn)品質(zhì)量,需要補的“短”,主要是解決金屬液在凝固結晶時(shí),自發(fā)晶核少、鐵液過(guò)冷度大、石墨化能力差、鑄件硬度高而不便于機械加工的問(wèn)題。具體的“補短”操作方法是:①在冶煉后期要注意“自發(fā)晶核”的培養。加入適量的廢鋼使鐵液激冷,同時(shí)適量的加入硅鐵以及細顆粒的增碳劑,上面覆蓋保溫劑,降低功率或停電保溫一段時(shí)間,以促使析出微細的晶態(tài)石墨。②在出爐或澆注過(guò)程中,進(jìn)行充分的多次孕育處理,以補充“外來(lái)晶核”,可以添加小顆粒的增碳劑、碎硅鐵粉粒以及復合孕育劑,雖然加入量很少,但是促進(jìn)生核的效果很好。③如果含硫量過(guò)低(特別是生產(chǎn)HT時(shí))可適量加入些硫鐵,但必須控制在要求的范圍內??傊畠?yōu)化操作程序指的就是:爐料入爐的先后順序、熔煉中的溫度和出爐溫度的控制、化學(xué)成分的選控、以及強化孕育和復合孕育。

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