高純生鐵的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

劉亮

摘要：鑄造是一種既經(jīng)濟(jì)又便捷的金屬成型工藝，需要大量的金屬和非金屬原輔材料。如今中國正在從鑄件大國向鑄造強(qiáng)國轉(zhuǎn)型，對(duì)于高純生鐵的需求量越來越大。在文中主要就高純生鐵的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。以期為我國高純生鐵的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高純生鐵；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

高純生鐵是一種磷、硫、錳、鈦等有害雜質(zhì)元素含量低，特定微量元素含量很少的高端鑄件專用鐵，主要用于風(fēng)電鑄件、核電鑄件、大斷面球鐵鑄、有低溫沖擊韌度和疲勞性能要求的球鐵鑄件等。隨著我國由鑄件大國向鑄造強(qiáng)國轉(zhuǎn)型，鑄件產(chǎn)量連年居世界之首，高純生鐵的需求量日趨增大，但生產(chǎn)高端鑄件所需的高純生鐵全部依賴進(jìn)口。如今，中國已是鑄件生產(chǎn)大國，其鑄件總產(chǎn)量和灰口鑄鐵件和球鐵件產(chǎn)量已連續(xù)多年居世界第一位，平均年增長速度也居世界第一。但中國球墨鑄鐵人均占有量只有6.31kg與日本的15kg和美國的11.9kg相比有較大的差距，中國在球墨鑄鐵生產(chǎn)方面仍然是一個(gè)發(fā)展中的國家。

1.我國高純生鐵的發(fā)展歷程

在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代，生鐵的生產(chǎn)、質(zhì)量均由冶金部管理，當(dāng)時(shí)只有牌號(hào)以“L”開頭的煉鋼生鐵和以“Z”開頭的鑄造生鐵兩種。鑄造生鐵和煉鋼生鐵雖然都是由高爐從鐵礦石還原而成，但由于鑄造和煉鋼生產(chǎn)工藝不同，對(duì)生鐵的要求也有很大的差別。煉鋼生鐵一般采用轉(zhuǎn)爐（純氧頂吹）+連鑄工藝，高爐鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐后，在吹氧脫碳過程中把P、S等有害雜質(zhì)元素一起去除，對(duì)生鐵化學(xué)成分要求不嚴(yán)；而鑄造生鐵則不同，生鐵經(jīng)重熔后，除了S可以采用不同的脫硫工藝將其降低外，其他元素會(huì)全部進(jìn)入鑄件。

21世紀(jì)以后，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)一體化等因素促使我國鑄件產(chǎn)量連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位，優(yōu)質(zhì)鑄鐵件的需求量越來越大，而原有的鑄造生鐵已不能滿足鑄件的質(zhì)量要求。為適應(yīng)市場變化，在國外高純生鐵進(jìn)入市場的同時(shí)，國內(nèi)一些優(yōu)秀的鑄造生鐵企業(yè)也開始推出專用高純生鐵，部分企業(yè)還制定了高純生鐵企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2010年8月中國鑄造協(xié)會(huì)組織有關(guān)鑄造企業(yè)、鑄造生鐵企業(yè)和專家共同制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“鑄造用高純生鐵標(biāo)準(zhǔn)（ZXB/T0001-2001）”。從2007年至2010年，我國開始研制高純生鐵，到2010年開始批量生產(chǎn)高純生鐵。

2.我國高純生鐵的生產(chǎn)方法

2.1氧化法

國外高純生鐵除少數(shù)用小爐、精料生產(chǎn)外，絕大多數(shù)是由鈦渣企業(yè)生產(chǎn)的。目前，世界上冶煉鈦渣技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家有加拿大、南非、挪威和烏克蘭，而加拿大和南非的鈦渣產(chǎn)量占全球的80%。加拿大魁北克鐵鈦公司是全球最大的鈦渣生產(chǎn)企業(yè)，已有50多年的生產(chǎn)歷史，生產(chǎn)的高純生鐵銷往包括中國在內(nèi)的世界各地。南非是全球生產(chǎn)鈦渣的頭號(hào)大國，南非高純生鐵正積極搶占中國市場。

鈦渣是以鈦精礦為原料，通過冶煉使TiO2富集的一種高質(zhì)量鈦原料。鈦渣既可以用于生產(chǎn)鈦白，也可以用于生產(chǎn)海綿鈦和電焊條。用鈦鐵礦采用特殊的冶煉工藝（氧化法）冶煉鈦渣可以回收鈦鐵礦當(dāng)中的Fe，由于在提煉鈦渣的同時(shí)也去除了鐵液中的雜質(zhì)元素，所以回收的金屬就是高純生鐵。

2.2精料法

與國外不同，我國大多數(shù)高純生鐵和優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵均采用精選爐料、優(yōu)化高爐冶煉工藝的方法進(jìn)行生產(chǎn)，即精心選用P、S等有害雜質(zhì)元素都很低的優(yōu)質(zhì)精礦粉，對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)。部分企業(yè)為改善燃料冶金性能在熔煉時(shí)最大限度減少燃料中滲入鐵液的P量，采用優(yōu)質(zhì)低P焦炭，進(jìn)行低Si冶煉，合理配料，保持合理的初始滴落渣氧位，抑制Ti的還原，在爐外采用脫硫等措施，進(jìn)一步提高生鐵質(zhì)量。

3.高純生鐵生產(chǎn)工藝改進(jìn)

3.1氧化法生產(chǎn)高純生鐵的改進(jìn)方向

鑄鐵行業(yè)中采用氧化法生產(chǎn)高純生鐵已有50多年的歷史，由于其中的P、S、Ti、V及各種易氧化元素的含量都很低，能顯著減輕廢鋼中各種合金元素和干擾元素對(duì)鑄鐵件質(zhì)量的負(fù)面影響，對(duì)于提高鑄件的品質(zhì)起到了重要作用。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中，也逐漸體驗(yàn)到他還有一些不能盡如人意之處，需要不斷地改進(jìn)和提高。

3.1.1由于受到強(qiáng)氧化的作用，硅含量很低，生鐵錠全部為白口組織，用以溶制的鐵液中，碳質(zhì)核心太少，過冷度大，孕育處理的效果不好，鑄件易于產(chǎn)生過冷組織和收縮缺陷，尤不利于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的薄壁灰鑄鐵件。

3.1.2雖然這種高純生鐵中各種干擾元素的含量都很低，但其碳當(dāng)量偏離共晶點(diǎn)太多，熔點(diǎn)高，用感應(yīng)電爐熔煉時(shí)能耗較高。

3.1.3這種高純生鐵中氧和氮含量高，而且經(jīng)氧化處理后，生鐵中含有的非金屬雜物也比較多。用以作為基本原材料制成的鑄件，對(duì)氣孔缺陷比較敏感，如果生產(chǎn)過程中又有其他因素的作用，就易于產(chǎn)生氣孔。

3.1.4硫含量低，作為原材料用感應(yīng)電爐生產(chǎn)灰鑄件時(shí)，孕育處理的難度大。

3.2高純生鐵改進(jìn)最新進(jìn)展

3.2.1提高高純生鐵的硅含量

高爐鐵液經(jīng)氧化處理后，提高其硅含量，脫氧，使其碳當(dāng)量接近于共晶成分，并采取脫氮的措施。經(jīng)過這種改進(jìn)后，有一些的效果：生鐵錠的熔點(diǎn)降低，用作感應(yīng)電爐的爐料，可以降低熔煉過程中的能耗；鑄鐵的過冷度降低，生產(chǎn)灰鑄鐵件時(shí)，孕育處理效果好，有利于生產(chǎn)薄壁件；用以制成的球墨鑄鐵，伸長率提高，韌性改善；鑄件產(chǎn)生氣孔的幾率減少。

3.2.2為生產(chǎn)灰鑄鐵件提供有一定硫含量的高純生鐵

用感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵時(shí)，為保證孕育處理的效果良好，必須是鐵液中的硫含量0.06%-0.08%。通常采取的措施是向爐內(nèi)加入FeS，但是，在電爐中熔煉的過程中，用此種工藝増硫，硫的收得率不穩(wěn)定。為了孕育處理的效果穩(wěn)定，以保證鑄件質(zhì)量的一致性，高純生鐵中有一定含量的硫是非常必要的。

3.2.3對(duì)提供的生鐵進(jìn)行防銹處理

鑄造廠用電爐熔煉時(shí)，嚴(yán)格控制爐料中的水分是非常必要的。煉鐵廠供應(yīng)的生鐵錠，如果在儲(chǔ)運(yùn)過程中因受潮而在表面產(chǎn)生紅色的鐵銹，其中含有結(jié)晶水，就可能影響鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量。抑制紅色鐵銹的產(chǎn)生，也是值得注意的問題。

4.高純生鐵的應(yīng)用前景

近年來一些國家的鑄造行業(yè)中，高純生鐵的應(yīng)用已顯現(xiàn)良好的勢頭。根據(jù)已發(fā)表的，不完全的統(tǒng)計(jì)數(shù)字：1997年全國消費(fèi)的鑄造生鐵中，高純生鐵比重不到20%；2002年即增長到31%。另外，據(jù)神戶制鋼所的報(bào)道，該公司近期銷售的鑄造生鐵中，高純生鐵約占60%。

隨著高純生鐵品質(zhì)的不斷改善，品種逐步增多，價(jià)格不會(huì)很高，而且能適應(yīng)不同客戶多方面的需求，其應(yīng)用的前景非?？春?。日本友人認(rèn)為，采用感應(yīng)電爐熔煉的鑄造企業(yè)，高純生鐵在爐料中所占的比重仍將繼續(xù)提高，今后，有可能只用很少量的優(yōu)質(zhì)廢鋼調(diào)整碳含量，而以回爐料和高純生鐵作為主爐料，這樣對(duì)于鑄造企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本都將大有裨益。

國內(nèi)能穩(wěn)定使用優(yōu)質(zhì)廢鋼的鑄造企業(yè)甚少，因此，高純生鐵和優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵的需求量更大，且更迫切。從鑄造行業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃獲悉，預(yù)計(jì)到2018年我國鑄件產(chǎn)量將超過5000萬噸，鑄鐵件至少要達(dá)到3500萬噸，因此約需鑄造生鐵2500萬噸，其中至少需要優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵650萬噸，高純生鐵70萬噸。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)鑄鐵件質(zhì)量要求的提高，實(shí)際需求量可能還要增多。

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