CN104561409B - 一种亚共晶铸造生铁的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了亚共晶铸造生铁的生产方法，其特征在于，所述生铁的化学成分质量分数为：C 3.400%～4.000%、Si≤0.600%、Mn≤0.100%、P≤0.040%、S≤0.030%、Ti≤0.040%，所述生产方法包括如下工序：（1）高炉冶炼：以高碱烧结矿65～70wt%、球团30～35wt%为原料，所述高碱烧结矿的碱度为1.90～2.00；冶炼过程控制Si含量≤0.50wt%，控制炉渣二元碱度R2为1.15～1.20；（2）电炉熔炼：采用高炉铁水加废钢方法，利用电炉升温熔炼；出铁时进行第一次孕育处理，孕育剂加入量控制在2～3kg/t铁水；（3）浇注成型：浇注过程中随铁流加入孕育剂进行第二次孕育处理，孕育剂加入量≤2kg/t铁水。本方法在利用系数、合格率、热风温度等方面均有提高，而且综合焦比明显下降；解决了铸造行业粗大石墨遗传性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种生铁的生产方法，尤其是一种亚共晶铸造生铁的生产方法。
背景技术
根据铁碳合金相图，铁碳合金的共晶点为碳含量4.3%，低于共晶点的生铁为亚共晶生铁，高于共晶点的生铁为过共晶生铁。由于高炉冶炼工艺条件的原因，目前由高炉直接冶炼的生铁均为过共晶生铁，过共晶生铁在铸铁时，铁水在凝固过程中铁水中的碳以粗大的C型石墨及急冷作用下出现过冷石墨。粗大的C型石墨极大地降低铸铁的强度，且铸铁在重熔过程中粗大的块片状石墨及过冷石墨不同程度的被遗传，造成熔炼后的铁水含有C型石墨和D型石墨。为减少生铁中块状石墨及过冷石墨的影响，一般有两条措施：一是提高熔炼温度，使粗大块状石墨熔入铁水中，但实际上效果甚微，因为石墨熔点为4000℃，难以熔化，冲天炉最高炉内温度为1700--1800℃；电炉温度如达到1600℃以上，石墨产生变异，性能下降，生铁中的粗大块状石墨也难以消除。因此用提高熔炼温度来消除生铁中的粗大块片状石墨是不可能的，也是不经济的。二是少用生铁或不用生铁，多加回炉料与废钢，但由于废钢供应较困难，且废钢质量难以保证，会造成铸件质量不能保证。有试验表明，60吨铁水罐含硅量成分差为0.10—0.25%，且随着增硅量提高成分差逐渐加大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低有害元素、低硅碳比的亚共晶铸造生铁的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所述生铁的化学成分质量分数为：C 3.400%～4.000%、Si≤0.600%、Mn≤0.100%、P≤0.040%、S≤0.030%、Ti≤0.040%，余量Fe；所述生产方法包括如下工序：
（1）高炉冶炼：以高碱烧结矿65～70wt%、球团30～35wt%为原料，所述高碱烧结矿的碱度为1.90～2.00；冶炼过程控制Si含量≤0.50wt%，控制炉渣二元碱度R2为1.15～1.20；
（2）电炉熔炼：采用高炉铁水加废钢方法，利用电炉升温熔炼；出铁时进行第一次孕育处理，孕育剂加入量控制在2～3kg/t铁水；
（3）浇注成型：浇注过程中随铁流加入孕育剂进行第二次孕育处理，孕育剂加入量≤2kg/t铁水。
本发明所述步骤（1）高炉冶炼工序：控制出炉铁水中Si含量为0.20～0.50wt%，S＜0.03wt%，Ti＜0.04wt%，Mn＜0.1wt%，P＜0.04wt%。
本发明所述步骤（2）电炉熔炼工序，孕育剂为75#硅铁。
本发明所述步骤（3）浇注成型工序，孕育剂为硅钡合金。所述步骤（3）浇注成型工序，孕育剂加入量为1～2kg/t铁水。
本发明所述步骤（3）浇注成型工序：采用铸铁机铸铁；所述铸铁机在铸铁前需用普通生铁进行铸铁，以将铸铁模预热至200～300℃；铸铁机的铸铁模喷浆厚度控制在铸造普通生铁时喷浆厚度的1.8～2.2倍，链带速度为铸造普通生铁时链带速度的1/2～1/3，冷却水量为铸造普通生铁时冷却水量的1/2～2/3。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用高炉低硅冶炼技术和变频电炉双联工艺生产低有害元素低硅碳比的铸造生铁，解决了低有害元素、低硅碳比铸造用生铁技术难题；尤其是采用铸铁机孕育处理，解决了灰口组织的难题并细化晶粒。本发明与传统高炉直接冶炼铸造用生铁技术相比在利用系数、合格率、热风温度等方面均有提高，而且综合焦比明显下降；解决了铸造行业粗大块片状石墨及过冷石墨遗传性的问题，且该生铁再重熔过程中，由于不需要过高温度重熔，节省电力，符合国家节能环保政策。本发明产品既能做到低C、Si、Ti，又能实现灰口，特别适合用于大型铸态灰铁高强度铸铁件的生产，填补了该类产品的空白。
具体实施方式
本亚共晶铸造生铁的生产方法是高炉低硅冶炼、电炉内加废钢熔炼及铸铁机孕育处理的有机结合。本亚共晶铸造生铁的化学成分质量分数为：C 3.400%～4.000%、Si≤0.600%、Mn≤0.100%、P≤0.040%、S≤0.030%、Ti≤0.040%，余量Fe；低硅碳比，硅碳比小于0.16，碳当量小于4.2%。
本生产方法的工艺步骤如下所述：
1、高炉冶炼：
A、高炉原料选用：高碱烧结矿65～70wt%、球团35～30wt%，所述高碱烧结矿的碱度为1.90～2.00；
B、低硅冶炼：高炉冶炼过程控制Si含量≤0.50wt%、炉渣二元碱度R2为1.15～1.20；出炉铁水中Si含量0.20～0.50wt%，S＜0.03wt%，Ti＜0.04wt%，Mn＜0.1wt%，P＜0.04wt%；其它微量元素通过原料选用进行控制，保证其含量达到所述铸造生铁要求，炉渣二元碱度R2控制在1.15～1.20。
（2）电炉熔炼：
A、将符合要求的铁水通过铁水罐运至亚共晶生铁生产车间，然后将铁水罐内铁水倒入铁水包；
B、将铁水包运输倒入感应炉内，按比例加入废钢，然后送电升温至出铁温度（1350～1400℃），扒渣取样；所述感应炉为10吨变频感应电炉，功率2500Kw，频率200Hz，炉衬材料为石英砂（干打料）；
C、取样化验合格后，出铁到铁水包并在出铁过程中进行第一次孕育；第一次孕育时，孕育剂为75#硅铁，粒度10～20mm，加入量控制在2～3kg/t铁水。
（3）浇注成型：
A、将铁水包吊至铸铁机进行浇铸成型，并进行第二次孕育；第二次孕育时，孕育剂为硅钡合金，粒度0.2～0.8mm，在铸铁机铁水沟中随流加入，加入量≤2kg/t铁水，最好控制在1～2kg/t铁水；
B、亚共晶生铁在铸铁时，为保证铸铁块断口为灰口，除需进行孕育处理外，铸铁机工艺参数还需进行调整，铸铁前需用普通生铁进行铸铁将铸铁模预热至200～300℃，铸铁模喷浆厚度控制在上述铸造普通生铁时喷浆厚度的1.8～2.2倍，链带速度为上述铸造普通生铁时链带速度的1/2～1/3，冷却水量为上述铸造普通生铁时冷却水量的1/2～2/3。
普通铸铁方法生产此类低碳、低硅生铁块组织有60％以上为渗碳体，其断口为白口；且石墨形态为粗大块片状石墨+过冷石墨。本生产方法为取得灰口组织，在铸铁时进行孕育处理，即上述的两次孕育处理过程。
本生产方法所得亚共晶铸造生铁与常规高炉直接冶炼所得铸造生铁的成分对比见表1。
表1：本生产方法与常规高炉冶炼方法所得产品的成分对比
由表1可看出，在高炉直接冶炼生铁的含碳量相对较高；而本方法采用高炉加电炉双联冶炼技术，可稳定生产低硅碳比、断面灰口的铸造生铁，并且，亚共晶生铁石墨形态以A型石墨为主，石墨大小2～4级，接近于铸件石墨形态，晶粒细化，石墨细小均匀分布，优于生产高端铸件。
实施例1：本亚共晶铸造生铁的生产方法的工艺步骤如下所述。
采用600m3级高炉冶炼，原料中高碱烧结矿66.61wt%、球团33.39wt%，高碱烧结矿碱度控制在1.98；高炉冶炼过程中Si控制0.3～0.50%，R2控制1.15～1.20，控制Ti≤0.040%；铁水检测C为4.5%、Si为0.43%、Mn为0.08%、P为0.034%、S为0.014%、Ti为0.036%。
出铁后将铁水拉至亚共晶生铁生产车间，将铁水罐内铁水倒入铁水包内（9吨），然后将铁水包内铁水吊运至10吨变频电炉前，将铁水加入炉内，然后加入废钢1.2吨，送电升温30分钟，测温，温度为1380℃，扒渣后取光谱样分析，分析结果为：[C]为4.02%、[Si]为0.36%、[Mn]为0.08%、[P]为0.034%、[S]为0.015%、[Ti]为0.034%； 继续送电升温，当测量温度为1400左右时停电出铁至铁水包内，出铁前将称量好的75#硅铁（粒度为（10～20mm）3kg/t（铁水）加入包底进行第一次孕育。出完铁后将铁水运至铸铁机进行铸铁，浇注过程中随铁流加入孕育剂（硅钡合金，粒度为0.2～0.8mm) 进行第二次孕育，加入量控制在1.2kg/t铁水。铸铁机链速为4米/分钟，铸铁时铁块温度小于700℃时打少量水冷却水冷却。所述铸铁机在铸铁前需用普通生铁进行铸铁将铸铁模预热至250℃，铸铁模喷浆厚度控制在上述铸造普通生铁时喷浆厚度的2.0倍，链带速度为上述铸造普通生铁时链带速度的2/5，冷却水量为上述铸造普通生铁时冷却水量的1/2。铸完铁后取铁块样分析，分析结果为：[C]为3.96%、[Si]为0.55%、[Mn]为0.08%、[P]为0.034%、[S]为0.014%、[Ti]为0.036%，硅碳比为0.14，铁块断口为灰口，金相显微分析铁块中的石墨形态为A型石墨大于80％，石墨大小2～4级。
实施例2：本亚共晶铸造生铁的生产方法的工艺步骤如下所述。
采用600m3级高炉冶炼，原料中高碱烧结矿68.29wt%、球团31.71wt%，高碱烧结矿碱度控制在1.93；高炉冶炼过程中Si控制0.3～0.5%，R2控制1.15～1.20，控制Ti≤0.040%；铁水检测C为4.38%、Si为0.36%、Mn为0.075%、P为0.025%、S为0.025%、Ti为0.022%。
出铁后将铁水拉至亚共晶生铁生产车间，将铁水罐内铁水倒入铁水包内（9吨），然后将铁水包内铁水吊运至10吨变频电炉前，将铁水加入炉内，然后加入废钢1.6吨，送电升温30分钟，测温，温度为1380℃，扒渣后取光谱样分析，分析结果为：[C]为3.72%、[Si]为0.37%、[Mn]为0.073%、[P]为0.025%、[S]为0.027%、[Ti]为0.023%；继续送电升温，当测量温度为1400左右时停电出铁至铁水包内，出铁前将称量好的75#硅铁（粒度为（10～20mm）2kg/t（铁水）加入包底进行第一次孕育，出完铁后将铁水运至铸铁机进行铸铁，浇注过程中随铁流加入孕育剂（硅钡合金，粒度为0.2～0.8mm)，加入量控制在2.00kg/t铁水进行第二次孕育。铸铁机链速为3.5米/分钟，铸铁时铁块温度小于700℃时打少量水冷却水冷却。所述铸铁机在铸铁前需用普通生铁进行铸铁将铸铁模预热至200℃，铸铁模喷浆厚度控制在上述铸造普通生铁时喷浆厚度的1.8倍，链带速度为上述铸造普通生铁时链带速度的1/3，冷却水量为上述铸造普通生铁时冷却水量的2/3。铸完铁后取铁块样分析，分析结果为：[C]为3.70%、[Si]为0.52%、[Mn]为0.075%、[P]为0.026%、[S]为0.028%、[Ti]为0.023%，硅碳比为0.14，铁块断口为灰口，金相显微分析铁块中的石墨形态为A型石墨大于85%，石墨大小2～4级。
实施例3：本亚共晶铸造生铁的生产方法的工艺步骤如下所述。
采用600m3级高炉冶炼，原料中高碱烧结矿69.61wt%、球团30.39wt%，高碱烧结矿碱度控制在1.95；高炉冶炼过程中Si控制0.3～0.50%，R2控制1.15～1.20，控制Ti≤0.040%；铁水检测C为4.25%、Si为0.22%、Mn为0.055%、P为0.029%、S为0.010%、Ti为0.028%。
出铁后将铁水拉至亚共晶生铁生产车间，将铁水罐内铁水倒入铁水包内（9吨），然后将铁水包内铁水吊运至10吨变频电炉前，将铁水加入炉内，然后加入废钢2.04吨，送电升温30分钟，测温，温度为1380℃，扒渣后取光谱样分析，分析结果为：[C]为3.48%、[Si]为0.21%、[Mn]为0.056%、[P]为0.029%、[S]为0.011%、[Ti]为0.028%； 继续送电升温，当测量温度为1400左右时停电出铁至铁水包内，出铁前将称量好的75#硅铁（粒度为（10～20mm）2.5kg/t（铁水）加入包底进行一次孕育，出完铁后将铁水运至铸铁机进行铸铁，浇注过程中随铁流加入孕育剂（硅钡合金，粒度为0.2～0.8mm)，加入量控制在1.0kg/t铁水。铸铁机链速为4米/分钟，铸铁时铁块温度小于700℃时打少量水冷却水冷却。所述铸铁机在铸铁前需用普通生铁进行铸铁将铸铁模预热至300℃，铸铁模喷浆厚度控制在上述铸造普通生铁时喷浆厚度的2.2倍，链带速度为上述铸造普通生铁时链带速度的1/2，冷却水量为上述铸造普通生铁时冷却水量的3/5。铸完铁后取铁块样分析，分析结果为：[C]为3.42%、[Si]为0.38%、[Mn]为0.066%、[P]为0.028%、[S]为0.012%、[Ti]为0.031%，硅碳比为0.11，铁块断口为灰口，金相显微分析铁块中的石墨形态为A型石墨大于90%，石墨大小2～4级。
Claims (4)
1.一种亚共晶铸造生铁的生产方法，其特征在于，所述生铁的化学成分质量分数为：C3.400%～4.000%、Si≤0.600%、Mn≤0.100%、P≤0.040%、S≤0.030%、Ti≤0.040%，所述生产方法包括如下工序：
（1）高炉冶炼：以高碱烧结矿65～70wt%、球团30～35wt%为原料，所述高碱烧结矿的碱度为1.90～2.00；冶炼过程控制Si含量≤0.50wt%，控制炉渣二元碱度R2为1.15～1.20；
（2）电炉熔炼：采用高炉铁水加废钢方法，利用电炉升温熔炼，熔炼温度为1350~1400℃，所用感应炉为10吨变频感应电炉，功率2500Kw，频率200Hz，炉衬材料为石英砂；出铁时进行第一次孕育处理，孕育剂加入量控制在2～3kg/t铁水；
（3）浇注成型：浇注过程中随铁流加入孕育剂进行第二次孕育处理，孕育剂加入量≤2kg/t铁水;
所述步骤（2）电炉熔炼工序，孕育剂为75#硅铁；
所述步骤（3）浇注成型工序：采用铸铁机铸铁；所述铸铁机在铸铁前需用普通生铁进行铸铁，以将铸铁模预热至200～300℃；铸铁机的铸铁模喷浆厚度控制在铸造普通生铁时喷浆厚度的1.8～2.2倍，链带速度为铸造普通生铁时链带速度的1/2～1/3，冷却水量为铸造普通生铁时冷却水量的1/2～2/3。
2.根据权利要求1所述的一种亚共晶铸造生铁的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）高炉冶炼工序：控制出炉铁水中Si含量为0.20～0.50wt%，S＜0.03wt%，Ti＜0.04wt%，Mn＜0.10wt%，P＜0.04wt%。
3.根据权利要求1所述的一种亚共晶铸造生铁的生产方法，其特征在于：所述步骤（3）浇注成型工序，孕育剂为硅钡合金。
4.根据权利要求1所述的一种亚共晶铸造生铁的生产方法，其特征在于：所述步骤（3）浇注成型工序，孕育剂加入量为1～2kg/t铁水。
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