CN101768691B - 结构类铸铁零件的短流程生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构类铸铁零件的短流程生产工艺，属于铸铁生产技术领域，主要解决常规流程生产铸铁能耗大，污染严重和短流程生产工艺不能生产高强度铸铁的问题。其是用70-90％(重量份)的高炉铁水作为炉料，加入10-30％(重量份)的废钢调整成分，在中频感应电炉内熔炼并利用大功率电磁搅拌使铁水过热，再经保温、精炼除气、孕育处理后浇注铸件，其中，中频感应电炉的熔炼过热功率为：2500-3000KW。应用本发明工艺可获得抗拉强度为200-350MPa的结构类铸铁件，且本发明工艺具有高效、低耗、清洁的优点，具有显著的能源、经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及铸铁生产技术领域，特别涉及利用短流程工艺生产铸铁件的生产工艺。
背景技术
目前，短流程工艺因其流程短，生产效率高，节能降耗明显等优点在炼钢中得到广泛的应用，然而，短流程工艺在铸铁生产中的应用受到限制，由于受生产条件、技术等因素的限制，目前短流程工艺只能生产低牌号的铸铁件，其抗拉强度一般小于150MPa，而对于高抗拉强度的结构类铸铁件生产尚没有成熟的短流程工艺技术，这大大制约了短流程工艺在高质量铸件生产中的应用。
铸铁的常规生产工艺是：高炉铁液浇铸冷却形成生铁锭，经过运输到达铸造厂，再将生铁锭和废钢、回炉料按一定比例在冲天炉或电炉中熔炼，经过炉前处理、测试合格后进行浇铸(见图1所示)。在该生产流程中，炼铁与铸造是分开的两个环节，在浇铸生铁锭时，高炉铁液的潜热白白散发掉了。
而铸铁的短流程生产工艺是：直接利用高炉铁液作为炉料，按一定比列加入废钢、回炉料后在电炉中熔炼，再经过炉前处理、测试合格后进行浇铸(见图2所示)。显而易见，短流程是把炼铁和铸造有机结合在一起，充分利用了高炉铁液的潜热，节省了大量能源。在我国能源紧缺和环境污染态势不容乐观的情况下，作为典型的高能耗、高污染行业，铸造业的技术改造首当其冲。因此，我国铸造业迫切需要采用先进的节能降耗工艺，以提高铸造技术水平，实现铸造业的可持续发展。
发明内容
本发明针对现有技术中常规生产流程生产铸铁能耗大，污染严重和短流程生产工艺不能生产高强度铸铁的诸多不足，提供了一种新的结构类铸铁件的短流程生产工艺，其能耗低，可获得高强度的铸铁件，具有显著的能源、经济和环境效益。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种结构类铸铁零件的短流程生产工艺，其特征是：用70-90％(重量份)的高炉铁水作为炉料，加入20-30％(重量份)的废钢调整成分，在中频感应电炉内熔炼并利用大功率电磁搅拌使铁水过热，再经保温、精炼除气、孕育处理后浇注铸件，其中，中频感应电炉的熔炼过热功率为：2500-3000KW。
短流程工艺由于采用高炉铁水作为炉料，铁液中有效形核核心少，石墨容易聚集，因此凝固组织不均匀，存在块、片状石墨，过冷倾向大，因此须采取大功率电磁搅拌过热、保温和除气精炼等措施。
传统中频感应电炉的熔炼功率一般在2000KW以下范围，电磁搅拌效率低，处理时间长，不能满足高强度铸铁生产要求。本发明中的中频感应电炉熔炼过热功率采用：2500-3000KW，在此功率下电磁搅拌过热是铸铁短流程生产高强度结构类铸铁零件的一个创新，通过大功率电磁搅拌，铁水对流搅拌强度增大，冶金反应得到强化，夹杂物之间的碰撞频率、夹杂物进入金属-熔渣界面的几率和夹杂物粘附于炉衬的频率等均有增加，改变了铁液的热力学和动力学规律，铁水均匀性好，纯度高，铁液结晶状态改变，缩短过热和保温时间，有利于形成高强度铸铁的石墨形态，A型石墨可占95％以上，同时，大功率电磁搅拌也有利于铁液中气体、杂质等的去除。本发明中按比例加入的废钢用于调整铁水的成分，高炉铁水与废钢配比一般根据铸铁牌号来确定比例，生产低牌号铸铁时，高炉铁水取上限，废钢取下限；生产高牌号铸铁时，高炉铁水取下限，废钢取上限，两者控制比例为：高炉铁水70-90％，废钢10-30％。
本发明的进一步的技术方案是：在电磁搅拌过热过程中，铁水的过热温度控制为：1500-1550℃。铁水熔炼过热中，由于碳的烧损产生大量CO2，CO2的析出使铁水产生自沸腾现象，铁水的自沸腾同样起到搅拌作用，且自沸腾越激烈，搅拌效果越好。由于高炉铁水含碳量较高，自沸腾温度一般在1480-1490℃，随着温度的提高自沸腾越激烈，搅拌效果越好。但是，由于中频电炉炉体的工作温度一般不能超过1600℃，温度过高会使炉体寿命降低，因此，将铁水的过热温度控制为：1500-1550℃更加有利于形成高强度铸铁的石墨形态。
本发明中精炼除气过程中采用的精炼除气剂为(按重量份)：15％Al+85％CaO，其加入量为(按重量份)：0.15％。铸铁熔炼过程中会因吸气和氧化而在熔体中产生气体和夹杂物，使铁水洁净度降低，并使铸件形成气孔、夹杂等缺陷。熔铸过程中的铁水净化效果(包括去除气体和氧化夹杂物)，将对最终产品质量产生重要影响。加入量过低效果不明显，过高会因为精炼除气剂过剩产生二次污染，使铁水质量降低，本工艺采取0.15％的加入量是最佳值。
所述孕育剂为SiCaBa合金，其加入量为(按重量份)：1.8-2.2％。SiCaBa合金加入铁水后，即在铁水中大量又迅速地形成氧化物、碳化物、硫化物等弥散性很强的质点，其中许多质点符合石墨成核的条件，能在短时间内促使大量的石墨非晶核形成，使铁水的石墨化作用骤然提高，铁液过冷度降低，所得到的铸铁金相组织中，石墨细小、弯曲并分布均匀，它的基体上都是珠光体，极大地改善了铸件的机械性能，可使铸铁件的抗拉强度达到：200-350MPa。
所述高炉铁水和废钢的配比为(重量份)：高炉铁水70-80％，废钢20-30％。
所述高炉铁水和废钢的配比为(重量份)：高炉铁水80-90％，废钢10-20％。
本发明的有益效果是：应用本发明的生产工艺可获得抗拉强度为200-350MPa的结构类铸铁件，所生产的铸件的抗拉强度比现有技术有了显著的提高，解决了短流程工艺不能生产高强度铸铁件的技术难题；本发明工艺由于直接利用高炉铁水作为炉料进行铸铁件的生产，缩短了工艺流程，并充分利用了高炉铁水的潜热，提高了熔化效率和过热效率，能源利用率高，大大降低了能耗和生产成本，具有显著的能源和经济效益；同时，生产过程中利用清洁的电能作能源，污物排放少，大大改善了工作环境和生态环境。因此，本发明工艺在获得高质量铸件的同时，具有高效、低耗、清洁的优点，符合节能降耗的发展趋势，具有显著的能源、经济和环境效益。
附图说明
图1是铸铁常规流程生产工艺的流程图；
图2是铸铁短流程生产工艺的流程图。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
一种结构类铸铁零件的短流程生产工艺，其所采用的主要设备有：高炉、3-5吨中频感应电炉(高端电压760V，低端电压380V，最大功率3000KW，频率1800-2500Hz)、8-10T/h保温炉、铁水状态分析仪(微机热分析综合参数测定仪)等。其按如下工艺步骤生产：
(1)熔炼过热：在中频感应电炉中先装入高炉铁水70％(重量份)，再装入废钢30％(重量份)，感应电炉满功率送电熔炼，将废钢熔化并通过大功率电磁搅拌使铁液过热到1500℃，完成材料的熔炼与过热，其中熔炼过热功率为：3000KW。(2)保温与精炼：将过热到1500℃的铁水进行保温，保温时间控制在10分钟，然后采用(15％Al+85％CaO)的精炼除气剂进行除气精炼，其加入量为0.15％，并通过炉前微机热分析综合参数测定仪进行铁液状态分析。(3)孕育处理：采用SiCaBa合金作为孕育剂对经过保温与精炼除气后的金属液体进行孕育处理，加入量控制在1.8％。再进行铸件制备，可获得抗拉强度为350MPa的高强结构类铸铁件。
实施例2
本实施例中所采用的设备与实施例1相同，其按如下工艺步骤生产：
(1)熔炼过热：在中频感应电炉中先装入高炉铁水75％(重量份)，再装入废钢25％(重量份)，感应电炉满功率送电熔炼，将废钢熔化并通过大功率电磁搅拌使铁液过热到1525℃，完成材料的熔炼与过热，其中熔炼过热功率为：2900KW。(2)保温与精炼：将过热到1525℃铁水进行保温，保温时间控制在15分钟，然后采用(15％Al+85％CaO)的精炼除气剂进行除气精炼，加入量为0.15％，并通过炉前微机热分析综合参数测定仪进行铁液状态分析。(3)孕育处理：采用SiCaBa合金作为孕育剂对经过保温与精炼除气后的金属液体进行孕育处理，加入量控制在2.0％。再进行铸件制备，可获得抗拉强度为320MPa的高强结构类铸铁件。
实施例3：
本实施例中所采用的设备与实施例1相同，其按如下工艺步骤生产：
(1)熔炼过热：在中频感应电炉中先装入高炉铁水80％(重量份)，再装入废钢20％(重量份)，感应电炉满功率送电熔炼，将废钢熔化并通过大功率电磁搅拌使铁液过热到1550℃，完成材料的熔炼与过热，其中熔炼过热功率为：2800KW。(2)保温与精炼：将过热到1550℃铁水进行保温，保温时间控制在20分钟，然后采用(15％Al+85％CaO)的精炼除气剂进行除气精炼，加入量0.15％，并通过炉前微机热分析综合参数测定仪进行铁液状态分析。(3)孕育处理：采用SiCaBa合金作为孕育剂对经过保温与精炼除气后的金属液体进行孕育处理，加入量控制在2.0％。再进行铸件制备，可获得抗拉强度为290MPa的高强结构类铸铁件。
实施例4
本实施例中所采用的设备与实施例1相同，其按如下工艺步骤生产：
(1)熔炼过热：在中频感应电炉中先装入高炉铁水80％(重量份)，再装入废钢20％(重量份)，感应电炉满功率送电熔炼，将废钢熔化并通过大功率电磁搅拌使铁液过热到1500℃，完成材料的熔炼与过热，其中熔炼过热功率为：2700KW。(2)保温与精炼：将过热到1500℃铁水进行保温，保温时间控制在10分钟，然后采用(15％Al+85％CaO)的精炼除气剂进行除气精炼，加入量0.15％，并通过炉前微机热分析综合参数测定仪进行铁液状态分析。(3)孕育处理：采用SiCaBa合金作为孕育剂对经过保温与精炼除气后的金属液体进行孕育处理，加入量控制在1.8％。再进行铸件制备，可获得抗拉强度为260MPa的高强结构类铸铁件。
实施例5
本实施例中所采用的设备与实施例1相同，其按如下工艺步骤生产：
(1)熔炼过热：在中频感应电炉中先装入高炉铁水85％(重量份)，再装入废钢15％(重量份)，感应电炉满功率送电熔炼，将废钢熔化并通过大功率电磁搅拌使铁液过热到1530℃，完成材料的熔炼与过热，其中熔炼过热功率为：2600KW。(2)保温与精炼：将过热到1530℃铁水进行保温，保温时间控制在9分钟，然后采用(15％Al+85％CaO)的精炼除气剂进行除气精炼，加入量0.15％，并通过炉前微机热分析综合参数测定仪进行铁液状态分析。(3)孕育处理：采用SiCaBa合金作为孕育剂对经过保温与精炼除气后的金属液体进行孕育处理，加入量控制在2.0％。再进行铸件制备，可获得抗拉强度为230MPa的高强结构类铸铁件。
实施例6
本实施例中所采用的设备与实施例1相同，其按如下工艺步骤生产：
(1)熔炼过热：在中频感应电炉中先装入高炉铁水90％(重量份)，再装入废钢10％(重量份)，感应电炉满功率送电熔炼，将废钢熔化并通过大功率电磁搅拌使铁液过热到1550℃，完成材料的熔炼与过热，其中熔炼过热功率为：2500KW。(2)保温与精炼：将过热到1550℃铁水进行保温，保温时间控制在8分钟，然后采用(15％Al+85％CaO)的精炼除气剂进行除气精炼，加入量0.15％，并通过炉前微机热分析综合参数测定仪进行铁液状态分析。(3)孕育处理：采用SiCaBa合金作为孕育剂对经过保温与精炼除气后的金属液体进行孕育处理，加入量控制在2.2％。再进行铸件制备，可获得抗拉强度为200MPa的高强结构类铸铁件。
Claims (4)
1.一种结构类铸铁零件的短流程生产工艺，其特征是：用70-90％(重量份)的高炉铁水作为炉料，加入10-30％(重量份)的废钢调整成分，在中频感应电炉内熔炼并利用大功率电磁搅拌使铁水过热，再经保温、精炼除气、孕育处理后浇注铸件，其中，中频感应电炉的熔炼过热功率为：2500-3000KW，铁水的过热温度为：1500-1550℃，精炼除气过程中采用的精炼除气剂为(按重量份)：15％Al+85％CaO，其加入量为(按重量份)：0.15％。
2.根据权利要求1所述的结构类铸铁零件的短流程生产工艺，其特征是：孕育处理过程中采用的孕育剂为SiCaBa合金，其加入量为(按重量份)：1.8-2.2％。
3.根据权利要求1或2所述的结构类铸铁零件的短流程生产工艺，其特征是：所述高炉铁水和废钢的配比为(按重量份)：高炉铁水70-80％，废钢20-30％。
4.根据权利要求1或2所述的结构类铸铁零件的短流程生产工艺，其特征是：所述高炉铁水和废钢的配比为(按重量份)：高炉铁水80-90％，废钢10-20％。
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