用废钢生产球墨铸铁新技术的工艺研究

2014-06-05黎占峰李喜红和金祥檀玉科马方岭

中国铸造装备与技术 2014年3期

黎占峰，李喜红，和金祥，檀玉科，马方岭

（1.河北机电职业技术学院,河北邢台 054001；2.河北翼辰实业集团有限公司，河北藁城 052160；3.河北邢台水泵厂，河北邢台 054001）

目前球墨铸铁生产主要采用生铁，中国国内生铁，主要来自铁矿石冶炼，铁矿石属于不可再生资源，可利用的数量越来越少，直接使用生铁的成本不断增加，而废钢是可以再回收利用的，如果将废钢应用于球墨铸铁生产是十分具有前景的。

开展资源节约和综合利用是我国一项重大基本国策，也是国民经济和社会发展中的一项长远战略方针，大力发展资源回收再利用，对于提高资源利用率、保护环境、建立资源节约型社会、倡导循环经济、适应经济可持续发展，都有着重要意义。据统计，河北藁城市每年工业生产所产生的废钢约20万t，其中能有效回收利用的只占到10%，这不仅产生相当多的浪费，同时对工业生产带来巨大的负面影响，成为制约城市快速发展的瓶颈。目前藁城市废旧物资回收并具有一定规模的单位很少，迫切需要解决废钢资源再利用的问题。

河北翼辰实业集团有限公司是一个专门生产铁路扣件的厂家,每年有几千吨废钢下脚料需要低价处理,下辖的铸造分公司每年需要高价购进2万多吨球生铁。废钢和生铁的主要区别是碳含量不同,如果我们通过给钢液增碳转化成铁液,可以节约生产成本,减少很多中间环节。基于以上原因,我们进行了大量的实验取得了初步的成功，这种废钢加增碳剂的工艺不仅生产成本低，而且机械性能好。

球墨铸铁垫板的材质为球墨铸铁QT450-10，主要采用生铁或废钢冶炼浇注而成，河北翼辰公司生产的球墨铸铁垫板主要应用在铁路扣件方面，是在轨下直接承受列车载荷动力作用的部件，载荷全部经由铁垫板传递到轨下基础结构上，直接影响列车的运行状态，它在轨道各部件中是使用条件最严酷的部件。目前现有生铁生产球墨铸铁的技术，生产出来的产品伸长率和拉伸强度虽然能达到要求，但是并不是很完美，使用废钢生产球墨铸铁技术后，球墨铸铁的伸长率和拉伸强度还能进一步提高，能不断满足高速铁路配套技术的要求，及时完成装备技术和产品的更新换代。

废钢加增碳剂生产球墨铸铁新技术工艺，通过利用工业生产的钢铁边角余料，加增碳剂生产球墨铸件，可以节约我国有限的生铁资源，降低生产成本，同时由于废钢的机械性能远高于生铁，因废钢的遗传性比生铁好的多，所以生产出的产品不仅成本低，而且机械性能大幅度提高。对于提高产品性能和节约资源是十分必要的。

1 试验内容

通过利用工业生产的钢铁边角余料，加增碳剂生产球墨铸件，减少生铁的使用量，提高产品性能指标，减少球化剂和增碳剂加入量。

运用现有的生产技术，通过试验达到：

（1）进一步提高增碳剂的吸收率，减少增碳剂用量；

（2）优化废钢、增碳剂和回炉料的加入时间，缩短冶炼时间，节约电耗；

（3）进一步优化球化剂的加入量，最大限度的提高机械性能；

（4）扩大废钢的使用范围，增加原材料的来源，进一步降低生产成本

原材料的选用均符合国标或行业标准（见表1），可以满足产品性能要求。。

表1 原材料采购标准

2 试验过程

2.1 总体思路

（1）在炉内加入钢，并在钢上加入增碳剂，然后加热使钢熔化并充分渗碳；

（2）再次加入钢，并加入回炉料；

（3）加入球化剂、孕育剂进行球化、孕育处理；（4）进行浇注。

利用废钢生产球墨铸铁件关键在于控制不同的含碳量。

2.2 生产过程

2.2.1 熔炼

主要设备： 5 t电炉4台，罗拉门迪造型线一条，自动砂处理设备一套。备有型砂检测仪器，以及金相、光谱等检测仪器。

熔炼过程中各种炉料的添加顺序：先加入熔点较低、元素烧损较小的炉料，熔点较高、元素烧损较大的炉料后加，铁合金最后加入。加料时须特别注意：冷湿炉料、镀锌炉料、带油炉料、带漆炉料要加在其他炉料上面，让其慢慢进入铁液中，避免铁液飞溅。金属炉料中严禁混有弹壳、密封管头和其他易爆物品。

取铁液进行化学成分检验：熔炼后的铁液，满炉熔化后及时扒渣，取光谱样分析化学成份。铁液成分应符合表2的规定。

表2 铁液化学成分

检验合格后，铁液温度达到1 500～1 560 ℃时，可开始球化。当炉内铁液成分不符合要求时，需进行调质处理。通过加入适量的废钢、增碳剂、硅铁来调整炉内铁液中的碳、硅成分。当铁液中硫的成份偏高时，可进行炉外脱硫处理。

2.2.2 球化处理

球化前将球化包耐火材料加热成暗红色，球化剂加入量1.2%～2.0% ，根据炉内铁液含硅量计算出一次孕育剂加入量,终硅量控制在2.5%～3.3%内。其计算公式为：

一次孕育剂加入量=(终硅量(2.8)－炉内100 kg铁液含硅量－0.4×100 kg铁液球化剂加入量－0.65×0.3×二次孕育剂含硅量)×出铁量÷0.75

脱硫剂加入量：根据炉内铁液含硫量调整,成品wt（S）≤0.03%即可。

球化加料顺序：先加球化剂，球化剂上面盖孕育剂，孕育剂上加碎铁片，用平头冲子捣实，(硫高时加脱硫剂后加珍珠岩覆盖)，要把球化剂和孕育剂全部覆盖。

球化时，铁液冲向未放置球化剂的一侧。冲入2/3～1/2铁液开始反应，待反应减弱后加入余下的铁液，球化包足够大时可一次出完全部铁液。加聚渣剂，扒渣。渣必须扒净，然后再加聚渣剂覆盖铁液表面。

球化后的铁液进行浇注,浇注温度控制在1 350～1 430 ℃，每包铁液都进行金相检验和光谱检验，铁液成份应符合表3规定，并把检验结果及时通知炉前。对金相达不到技术要求的铸件直接报废回炉。

表3 铁液成分要求

2.2.3 配砂

（1）型砂配比：

新砂4%～10%；旧砂90%～96%；水份（型砂的）3.2%～3.8%；有效膨润土含量7%～10%；有效煤粉含量3%～5%。

（2）混砂时间：3 min～3 min30 s。

（3）型砂检验

混砂完成后需进行型砂检验，每30 min检验一次湿压强度、紧实率、含水量、透气性、劈裂强度、试样重，其结果应符合表4规定。

表4 型砂性能要求

2.2.4 造型

（1）熟悉所操作造型机的性能和操作规范，并检查其完好状态和空试车，检查仪表确信正常再行投入生产运行。正常情况下射砂压力0.2～0.4 MPa, 压实压力 550～700 kPa或 600～800 kPa。

（2）检查铸型型腔硬度状况（88～100）每班测一次，特别要检查有无松软和损坏或错箱等。

2.2.5 浇注

浇注时铁液要连续，形成稳流，使浇口杯一直充满铁液。否则易出现冷隔。造好的砂型放置16 h后不得浇注。因时间太长，砂型水份挥发，型砂各项指数下降，易出现冲砂，使铸件产生砂眼。使用浇包前，检查浇包的耐火材料是否完整，并检查是否烘干，浇注机进行浇注时，一次孕育剂加入量根据炉内原铁液硅含量调整；二次随流孕育剂0.1%～0.3%。将浇包内铁液渣扒净，以最快的速度进行浇注，铁液充满浇冒口。

2.2.6 清理

浇注40 min后方可落砂，球化不合格件隔离返回熔炼工序。对抛丸后的铸件进行外观检验，剔除不可修补的不合格件。在不降低使用性能、不影响外观、不高于重铸成本、不影响后序操作、不影响供货周期，与铸件验收条件没有矛盾的情况下，根据情况可采用电焊、气焊、工业修补剂和浸渗修补等。

2.2.7 检验

按照产品技术条件（表5）要求对产品进行尺寸、性能检测。