生产厚大断面球墨铸铁熔炼要素控制.pdf

2006．中国铸造活动周论文集 生产厚大断面球墨铸铁熔炼要素控制 王会群 (邢台机械轧辊(集团)有限公司，河北邢台054025) 随着我国加入世贸组织，世界一体化进程不断加快，超厚大断面球墨铸铁件的应用日益广泛， 尤其在轧辊、机床等行业中，提高产品质量势在必行。厚大断面一般是壁厚大于100—200毫米， 重量大于10—20吨，特殊的壁厚大于500毫米，重量大于100吨。铸件的铁水量多、热容量大、 冷却速度极其缓慢，凝固时间漫长，短则几个小时，长则达几十个小时，容易出现石墨畸变，形成 蠕虫状、碎块状(枝晶)石墨，即组织的“三明治”现象，在铸造界称为“灰斑”或“黑斑”宏观 缺陷is]，对熔炼过程、铁水质量提出了较高的要求。 1 钢铁材料的选择 钢铁材料主要有生铁、废钢，生铁的主要元素、微量元素、气体、石墨、夹杂物等，废钢的气 体、合金元素等，直接进入铸造铁水，表现出较强的“遗传性”，所以生铁、废钢是最敏感的原 材料。 1．1 生铁的选择 本溪生铁质量极佳，磷、硫、杂质含量极少，在铸造界有“人参铁”的美誉，是铸造厚大断面 球墨铸铁的最佳生铁，但是资源少、价格高、运输费用高，增加了铸造成本…。其它地方的生铁质 量参差不齐，有的硫、磷高，有的锰、铬、钒高，有的气体含量高，大多数钛较高。铬、钒、钛， 阻碍石墨化、石墨球化；氧气会附着在石墨晶体的棱面上，降低棱面的界面能，不利于石墨的球 化。 (1)生铁的主要元素选择原则 主要元素应符合： “一高三低一少”的原则，一高即碳高，有利于石墨化，有利于增加废钢配 料量，有利于提高机械性能；三低即锰、磷、硫低，有利于提高机械性能；一少即硅少，有利于球 墨铸铁回炉料的使用，降低生产成本。控制原则见表1。 表1 生铁主要元素控制原则 生产厚大断面球墨铸铁熔炼要素控制 其中钛是主要的干扰元素中含量最高的元素，一般占总量的71。87％151，因此钛含量必须小于 0．07％，并确保总量小于0．10％。 (3)稳定渗碳体元素的控制原则： ∑Cs=∑Nn+15Cr+20V+30B+10S+7No+3Sn+1．5P2．0【31 其中铁素体球墨铸铁控制在小于O．8，珠光体球墨铸铁小于1．0。 1．2 废钢 (1)气体 废钢带入的主要气体是氮气，另外还有氧气和氢气，其中氮气提高稳定碳化物，降低球墨铸铁 的屈服强度和韧性。气体危害严重，含量越少越好。部分钢中含气量见表3r41，废钢中的气体含量 的控制原则见表4。 表3 钢中含气量 (2)合金元素 随着市场需求的变化，废钢中合金钢的比重越来越大，废钢中合金元素越来越高，主要是铬、 钛、钒等有害元素，因此废钢的合金元素越少越好，应选择高级优质碳素钢、低硅钢。 2 熔炼过程的控制 铁水熔炼过程是生产的基础，随着人们环保意识的提高，铸造反射炉、冲天炉逐渐被环保、经 济、实用的工(中)频感应电炉取代，为改进熔炼工艺创造了条件。 2．1 炉外脱硫、脱气净化铁水 (1)脱硫 采用高效、环保的复合脱硫剂，控制合适的温度、合理的加入量、正确的出炉方式，进行炉外 脱硫，脱硫效率65～80％，使铁水含硫量降低到0．010％以下。 (2)去气 生产实践证明：合理利用工业纯碱脱硫、降硅、去气，选择合适温度，使铁水中氧气、氮气、 氢气的含量分别降低到15PPm、20PPm、2PPm以下。 2．2 高温熔炼提高铁水质量 (1)高温熔炼的温度选择 文献[5]指出：在1455％以下并且保温30分钟的情况下，改变温度对石墨形态的影响不大；当 温度超过1455。C时，随着温度的升高，保温时间的延长，石墨形态的变化呈现如下规律：粗片状石 表明，铁水温度不超过1538％，保温时间不超过20分钟，铸件的相对强度RG、相对硬度RH和质 量指标GZ均无变化；当铁水温度超过1538℃，保温时间大于20分钟后，相对强度RG降低，质量 一231— 2006中国铸造活动周论文集 指标Gz下降，所以铁水的临界温度为1538。C，临界保温时间为20分