廢鋼化球墨鑄鐵熔煉工藝

山西平陽重工機械有限責(zé)任公司工藝研究所 （侯馬 043000） 周亞軍 韓貴恩 劉志虎

在球墨鑄鐵的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中，一般使用10%左右的碳素廢鋼進行配料。本文只涉及在感應(yīng)電爐內(nèi)生產(chǎn)球墨鑄鐵時，提高碳素廢鋼使用比例后，生產(chǎn)過程中特別應(yīng)注意的一些問題。根據(jù)生產(chǎn)實踐，筆者提出了自己的看法，供同行參考。

1.爐料的選擇

（1）廢鋼 生產(chǎn)球墨鑄鐵使用的廢鋼應(yīng)為碳素廢鋼。其中不應(yīng)含有阻礙石墨化的元素（如鉻），更不應(yīng)含有反球化合金元素。廢鋼的塊度應(yīng)有30%左右呈厚片狀，可以平放于爐內(nèi)。

（2）增碳劑 ①優(yōu)質(zhì)焦炭。含硫量要低，塊度60～80mm，具有較高的強度，燒紅后不能一搗即碎。②廢電極塊。最好有一定長度，便于插入鐵液中。

（3）生鐵 主要用來調(diào)整鐵液含碳量。希望使用wC＞4%的高碳低硫生鐵。生鐵中的硅含量適當高一些較好，生產(chǎn)球墨鑄鐵可以少加硅鐵。

（4）球化劑、孕育劑 按傳統(tǒng)工藝使用，遵從各廠實際情況而定。

2.熔煉

熔煉工藝流程：焦炭塊+廢鋼→電極塊→升溫→扒出焦炭塊和電極塊→取樣分析含碳量→生鐵→回爐料→取樣分析Si、Mn→升溫→錳鐵＋硅鐵→出爐→孕育＋球化→澆注。

熔煉過程中的注意事項如下：

（1）焦炭塊裝于爐底，目的是要創(chuàng)造較長的焦炭塊在鐵液中的浸泡時間。焦炭塊用量是廢鋼的5%左右。廢鋼熔化50%左右，焦炭上邊應(yīng)用厚片狀廢鋼遮蓋。也可以用60～80mm的廢電極塊代替焦炭裝于爐底作增碳劑，含硫量更低，對獲得優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵也更有利。

（2）廢鋼使用比例主要決定于增碳效率。開始使用此法生產(chǎn)球墨鑄鐵的廠家，以30%左右為好。提高了增碳效率后，再逐步提高廢鋼使用比例。過多地使用廢鋼，如果增碳效率不高，則影響最終產(chǎn)品的碳硅當量。

（3）廢鋼熔畢，插入廢電極塊，適當提高爐內(nèi)溫度，提高增碳效率。但是，爐溫過高，增加電耗，對爐襯也不利。

（4）預(yù)估含碳量夠高后，扒出焦炭塊和廢電極塊，取樣分析含碳量。

（5）根據(jù)分析結(jié)果，計算生鐵加入量和回爐球墨鑄鐵使用量。

（6）根據(jù)含硅量估算，決定是否可用回爐料補足鐵液總量。

（7）回爐料熔畢，取樣分析Si、Mn等合金元素的含量。

（8）適當提高鐵液溫度，按照分析結(jié)果補足合金元素，達到出爐溫后在出爐前加入硅鐵。

（9）硅鐵熔至熔融狀態(tài)，立即出爐。

（10）球化、孕育、澆注照常規(guī)進行。

3.成分調(diào)整計算

眾所周知，球墨鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于化學(xué)成分、冷卻速度（鑄態(tài)球墨鑄鐵）和熱處理工藝?；瘜W(xué)成分是內(nèi)因、是根本，又是變數(shù)，幾乎每爐不一樣。因此，對化學(xué)成分必須加強檢測，認真調(diào)整，不宜采用“固定比例生產(chǎn)”。在化學(xué)成分中，碳當量尤為重要。特別是使用廢鋼作為主要爐料生產(chǎn)的球墨鑄鐵，因為增碳效率難以控制，碳當量波動較大，因而尤其要注意調(diào)整碳當量。

（1）計算生鐵加入量 根據(jù)分析含碳量計算生鐵的加入量。實際上，就是調(diào)整球墨鑄鐵的碳當量，使生鐵和廢鋼二者形成的鐵液碳當量達到球墨鑄鐵所需要的碳當量。

生鐵加入量＝廢鋼加入量×（球墨鑄鐵要求含碳量－分析含碳量）/（生鐵含碳量－球墨鑄鐵要求含碳量）

（2）回爐球墨鑄鐵加入量計算 回爐球墨鑄鐵的碳當量基本上是正常的，而且加入量不大。因此，在回爐鐵加入后，整個爐內(nèi)鐵液的含碳量是合格的。

回爐球墨鑄鐵加入量＝爐料總量－廢鋼加入量－生鐵加入量

（3）含硅量估算 計算式如下：

含硅量≈〔（廢鋼＋生鐵＋回爐球墨鑄鐵加入量）×含硅量/爐料總量〕×100%≤原鐵液允許含硅量

估算出的含硅量過高時，適量加入回爐球墨鑄鐵，改用等量比例為9∶1的生鐵和廢鋼，以補足爐料總量。

（4）硅鐵加入量計算 計算式如下：

硅鐵加入量＝〔爐料總量×（球墨鑄鐵要求含硅量－孕育增硅量－球化增硅量－分析含硅量）〕/硅鐵含硅量

（5）錳和其他合金加入量 計算式如下：

鐵合金加入量＝爐料總量×（球墨鑄鐵要求合金含量－分析含量）/鐵合金中合金元素含量

上述計算中均不計燒損。這是因為感應(yīng)爐中熔化球墨鑄鐵，各元素?zé)龘p不大，同時鐵也有一定燒損。如遇到特殊情況，則應(yīng)注意燒損。

成分調(diào)整應(yīng)用舉例：

使用1t感應(yīng)電爐，生產(chǎn)珠光體球墨鑄鐵QT800—2，鑄件重1000kg。

控制化學(xué)成分為：wC＝3.5%、wSi＝2.5%、wMn＝0.5%、wP＜0.07%、wS＜0.02%、wMg＝0.03%～0.06%、wRE＝0.02%～0.04%。

使用爐料成分如附表所示。

爐料成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

增碳后爐內(nèi)“廢鋼液”含碳量為2.5%。

生鐵加入量＝300×（3.5%－2.5%）/（4%－3.5%）＝600（kg）

回爐球墨鑄鐵使用量＝1000―300―600＝100（kg）

估算含硅量＝（300×0.3%＋600×1.8%＋100×2.5%）×100%＝1.42%

如果球化劑增硅量為0.6%、孕育劑增硅量為0.4%，則原鐵液含硅量應(yīng)為1.5%，高于估算含硅量。對此可以使用Z18鑄造生鐵調(diào)整碳當量，使用回爐球墨鑄鐵補足爐料總量。

出爐前分析含硅量為1.38%，含錳量為0.15%。

硅鐵加入量＝〔1000×（2.5%－0.6%－0.4%－1.38%）〕/75%＝1.6（kg）

錳鐵加入量＝〔1000×（0.5%－0.15%）〕/65%＝5.4（kg）

4.結(jié)語

在感應(yīng)電爐生產(chǎn)中，我們用廢鋼生產(chǎn)QT800—2，強度在800～1000MPa，伸長率＞4%。

目前市場上廢鋼很多，生鐵昂貴，優(yōu)質(zhì)生鐵更是奇缺。因此我們建議，生產(chǎn)球墨鑄鐵的廠家，可以參考上述設(shè)想，“以鋼代鐵”生產(chǎn)球墨鑄鐵。