用廢鋼生產(chǎn)球墨鑄鐵新技術(shù)的工藝研究

黎占峰，李喜紅，和金祥，檀玉科，馬方嶺

（1.河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北邢臺(tái) 054001；2.河北翼辰實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，河北藁城 052160；3.河北邢臺(tái)水泵廠，河北邢臺(tái) 054001）

目前球墨鑄鐵生產(chǎn)主要采用生鐵，中國(guó)國(guó)內(nèi)生鐵，主要來(lái)自鐵礦石冶煉，鐵礦石屬于不可再生資源，可利用的數(shù)量越來(lái)越少，直接使用生鐵的成本不斷增加，而廢鋼是可以再回收利用的，如果將廢鋼應(yīng)用于球墨鑄鐵生產(chǎn)是十分具有前景的。

開(kāi)展資源節(jié)約和綜合利用是我國(guó)一項(xiàng)重大基本國(guó)策，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，大力發(fā)展資源回收再利用，對(duì)于提高資源利用率、保護(hù)環(huán)境、建立資源節(jié)約型社會(huì)、倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，都有著重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河北藁城市每年工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢鋼約20萬(wàn)t，其中能有效回收利用的只占到10%，這不僅產(chǎn)生相當(dāng)多的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的負(fù)面影響，成為制約城市快速發(fā)展的瓶頸。目前藁城市廢舊物資回收并具有一定規(guī)模的單位很少，迫切需要解決廢鋼資源再利用的問(wèn)題。

河北翼辰實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司是一個(gè)專門生產(chǎn)鐵路扣件的廠家,每年有幾千噸廢鋼下腳料需要低價(jià)處理,下轄的鑄造分公司每年需要高價(jià)購(gòu)進(jìn)2萬(wàn)多噸球生鐵。廢鋼和生鐵的主要區(qū)別是碳含量不同,如果我們通過(guò)給鋼液增碳轉(zhuǎn)化成鐵液,可以節(jié)約生產(chǎn)成本,減少很多中間環(huán)節(jié)?；谝陨显?我們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)取得了初步的成功，這種廢鋼加增碳劑的工藝不僅生產(chǎn)成本低，而且機(jī)械性能好。

球墨鑄鐵墊板的材質(zhì)為球墨鑄鐵QT450-10，主要采用生鐵或廢鋼冶煉澆注而成，河北翼辰公司生產(chǎn)的球墨鑄鐵墊板主要應(yīng)用在鐵路扣件方面，是在軌下直接承受列車載荷動(dòng)力作用的部件，載荷全部經(jīng)由鐵墊板傳遞到軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，直接影響列車的運(yùn)行狀態(tài)，它在軌道各部件中是使用條件最嚴(yán)酷的部件。目前現(xiàn)有生鐵生產(chǎn)球墨鑄鐵的技術(shù)，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度雖然能達(dá)到要求，但是并不是很完美，使用廢鋼生產(chǎn)球墨鑄鐵技術(shù)后，球墨鑄鐵的伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度還能進(jìn)一步提高，能不斷滿足高速鐵路配套技術(shù)的要求，及時(shí)完成裝備技術(shù)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵新技術(shù)工藝，通過(guò)利用工業(yè)生產(chǎn)的鋼鐵邊角余料，加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄件，可以節(jié)約我國(guó)有限的生鐵資源，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)由于廢鋼的機(jī)械性能遠(yuǎn)高于生鐵，因廢鋼的遺傳性比生鐵好的多，所以生產(chǎn)出的產(chǎn)品不僅成本低，而且機(jī)械性能大幅度提高。對(duì)于提高產(chǎn)品性能和節(jié)約資源是十分必要的。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

通過(guò)利用工業(yè)生產(chǎn)的鋼鐵邊角余料，加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄件，減少生鐵的使用量，提高產(chǎn)品性能指標(biāo)，減少球化劑和增碳劑加入量。

運(yùn)用現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)，通過(guò)試驗(yàn)達(dá)到：

（1）進(jìn)一步提高增碳劑的吸收率，減少增碳劑用量；

（2）優(yōu)化廢鋼、增碳劑和回爐料的加入時(shí)間，縮短冶煉時(shí)間，節(jié)約電耗；

（3）進(jìn)一步優(yōu)化球化劑的加入量，最大限度的提高機(jī)械性能；

（4）擴(kuò)大廢鋼的使用范圍，增加原材料的來(lái)源，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本

原材料的選用均符合國(guó)標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1），可以滿足產(chǎn)品性能要求。。

表1 原材料采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 總體思路

（1）在爐內(nèi)加入鋼，并在鋼上加入增碳劑，然后加熱使鋼熔化并充分滲碳；

（2）再次加入鋼，并加入回爐料；

（3）加入球化劑、孕育劑進(jìn)行球化、孕育處理；（4）進(jìn)行澆注。

利用廢鋼生產(chǎn)球墨鑄鐵件關(guān)鍵在于控制不同的含碳量。

2.2 生產(chǎn)過(guò)程

2.2.1 熔煉

主要設(shè)備： 5 t電爐4臺(tái)，羅拉門迪造型線一條，自動(dòng)砂處理設(shè)備一套。備有型砂檢測(cè)儀器，以及金相、光譜等檢測(cè)儀器。

熔煉過(guò)程中各種爐料的添加順序：先加入熔點(diǎn)較低、元素?zé)龘p較小的爐料，熔點(diǎn)較高、元素?zé)龘p較大的爐料后加，鐵合金最后加入。加料時(shí)須特別注意：冷濕爐料、鍍鋅爐料、帶油爐料、帶漆爐料要加在其他爐料上面，讓其慢慢進(jìn)入鐵液中，避免鐵液飛濺。金屬爐料中嚴(yán)禁混有彈殼、密封管頭和其他易爆物品。

取鐵液進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)：熔煉后的鐵液，滿爐熔化后及時(shí)扒渣，取光譜樣分析化學(xué)成份。鐵液成分應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 鐵液化學(xué)成分

檢驗(yàn)合格后，鐵液溫度達(dá)到1 500～1 560 ℃時(shí)，可開(kāi)始球化。當(dāng)爐內(nèi)鐵液成分不符合要求時(shí)，需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。通過(guò)加入適量的廢鋼、增碳劑、硅鐵來(lái)調(diào)整爐內(nèi)鐵液中的碳、硅成分。當(dāng)鐵液中硫的成份偏高時(shí)，可進(jìn)行爐外脫硫處理。

2.2.2 球化處理

球化前將球化包耐火材料加熱成暗紅色，球化劑加入量1.2%～2.0% ，根據(jù)爐內(nèi)鐵液含硅量計(jì)算出一次孕育劑加入量,終硅量控制在2.5%～3.3%內(nèi)。其計(jì)算公式為：

一次孕育劑加入量=(終硅量(2.8)－爐內(nèi)100 kg鐵液含硅量－0.4×100 kg鐵液球化劑加入量－0.65×0.3×二次孕育劑含硅量)×出鐵量÷0.75

脫硫劑加入量： 根據(jù)爐內(nèi)鐵液含硫量調(diào)整,成品wt（S）≤0.03%即可。

球化加料順序：先加球化劑，球化劑上面蓋孕育劑，孕育劑上加碎鐵片，用平頭沖子搗實(shí)，(硫高時(shí)加脫硫劑后加珍珠巖覆蓋)，要把球化劑和孕育劑全部覆蓋。

球化時(shí)，鐵液沖向未放置球化劑的一側(cè)。沖入2/3～1/2鐵液開(kāi)始反應(yīng)，待反應(yīng)減弱后加入余下的鐵液，球化包足夠大時(shí)可一次出完全部鐵液。加聚渣劑，扒渣。渣必須扒凈，然后再加聚渣劑覆蓋鐵液表面。

球化后的鐵液進(jìn)行澆注,澆注溫度控制在1 350～1 430 ℃，每包鐵液都進(jìn)行金相檢驗(yàn)和光譜檢驗(yàn)，鐵液成份應(yīng)符合表3規(guī)定，并把檢驗(yàn)結(jié)果及時(shí)通知爐前。對(duì)金相達(dá)不到技術(shù)要求的鑄件直接報(bào)廢回爐。

表3 鐵液成分要求

2.2.3 配砂

（1）型砂配比：

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

（2）混砂時(shí)間：3 min～3 min30 s。

（3）型砂檢驗(yàn)

混砂完成后需進(jìn)行型砂檢驗(yàn)，每30 min檢驗(yàn)一次濕壓強(qiáng)度、緊實(shí)率、含水量、透氣性、劈裂強(qiáng)度、試樣重，其結(jié)果應(yīng)符合表4規(guī)定。

表4 型砂性能要求

2.2.4 造型

（1）熟悉所操作造型機(jī)的性能和操作規(guī)范，并檢查其完好狀態(tài)和空試車，檢查儀表確信正常再行投入生產(chǎn)運(yùn)行。正常情況下射砂壓力0.2～0.4 MPa, 壓實(shí)壓力 550～700 kPa或 600～800 kPa。

（2）檢查鑄型型腔硬度狀況（88～100）每班測(cè)一次，特別要檢查有無(wú)松軟和損壞或錯(cuò)箱等。

2.2.5 澆注

澆注時(shí)鐵液要連續(xù)，形成穩(wěn)流，使?jié)部诒恢背錆M鐵液。否則易出現(xiàn)冷隔。造好的砂型放置16 h后不得澆注。因時(shí)間太長(zhǎng)，砂型水份揮發(fā)，型砂各項(xiàng)指數(shù)下降，易出現(xiàn)沖砂，使鑄件產(chǎn)生砂眼。使用澆包前，檢查澆包的耐火材料是否完整，并檢查是否烘干，澆注機(jī)進(jìn)行澆注時(shí)，一次孕育劑加入量根據(jù)爐內(nèi)原鐵液硅含量調(diào)整；二次隨流孕育劑0.1%～0.3%。將澆包內(nèi)鐵液渣扒凈，以最快的速度進(jìn)行澆注，鐵液充滿澆冒口。

2.2.6 清理

澆注40 min后方可落砂，球化不合格件隔離返回熔煉工序。對(duì)拋丸后的鑄件進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，剔除不可修補(bǔ)的不合格件。在不降低使用性能、不影響外觀、不高于重鑄成本、不影響后序操作、不影響供貨周期，與鑄件驗(yàn)收條件沒(méi)有矛盾的情況下，根據(jù)情況可采用電焊、氣焊、工業(yè)修補(bǔ)劑和浸滲修補(bǔ)等。

2.2.7 檢驗(yàn)

按照產(chǎn)品技術(shù)條件（表5）要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行尺寸、性能檢測(cè)。

表5 產(chǎn)品技術(shù)條件要求

3 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

控制廢鋼和增碳劑的比例（保證鐵液成分），控制球化過(guò)程，保證機(jī)械性能。在電爐溫度控制保證增碳劑充分吸收的基礎(chǔ)上，確保廢鋼的優(yōu)良性能得到遺傳。掌握增碳劑的合理加入時(shí)間，確保鐵液純凈，并提高電爐壽命，縮短冶煉時(shí)間。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)鑄造業(yè)生產(chǎn)采用的工藝主要為生鐵煉球墨鑄鐵。球墨鑄鐵產(chǎn)品伸長(zhǎng)率為15%～20%，球化劑加入量在1.4%左右,增碳劑加入量在45 kg/t；采用廢鋼生產(chǎn)球墨鑄鐵伸長(zhǎng)率達(dá)到20%～25%之間,球化劑加入量為1.2%,增碳劑加入量在42 kg/t。