CN114990419B - 一种废钢冶炼铸铁方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种废钢冶炼铸铁方法，属于铸铁生产工艺技术领域；包括以下步骤，步骤S1、炉料准备：选取平均含碳量为0.2％的低碳废钢，选取回收浇冒口灰口铸铁回炉料，准备碳粉，硅铁；步骤S2、装炉：第一批料，15％废钢+30％增碳剂；第二批料，20％废钢+50％增碳剂；步骤S3、金属液的初步冶炼；步骤S4、铁液净化：加入集渣剂打渣处理，然后加入孕育剂调整成分，搅拌均匀，取样化验；步骤S5、根据光谱成分分析数据，对铁液成分进行微调处理，成分调整次序：先增Mn，再增碳，最后增Si，直至达到铸态成分组织标准；步骤S6、铁液继续升温，热电偶测温仪测温，出炉。本发明可保证铸铁成分控制的精确性。

Description

一种废钢冶炼铸铁方法

技术领域

本发明属于铸铁生产工艺技术领域，尤其涉及一种废钢冶炼铸铁方法。

背景技术

近年来，随着原材料价格的不断上涨，特别是国家生态环境建设和去产能计划的实施，使得生产铸铁件的原料——铸造用生铁(即高炉生铁，以下简称生铁)价格的大幅上升，铸铁产品的生产成本越来越高。

同时，作为资源循环利用的废钢，其价格却在不断的走低，特别是近两年来的废钢市场持续低迷，部分地区甚至出现了有价无市的局面，自2017～2021年之间，国内市场上的生铁价格要比废钢高出1200～2000元/吨。可见，如果全部采用废钢替代生铁作为铸铁的生产原料，其利润增加值至少在1000元/吨左右，经济效益是十分明显的。

在铸铁件的生产过程中，按其原料的不同可以分为：

①全部用生铁，适合于小高炉、电炉生产铸铁；

②部分生铁(50～80％)+部分废钢(20～50％)+硅铁+增碳剂，适于电炉生产铸铁；

③全部废钢+硅铁+增碳剂，适于电炉生产铸铁。

目前，国内大多数铸铁生产厂家均采用全部或部分生铁作为原料(即上述①和②)来生产铸铁件。全部采用废钢作为原料的生产厂家为数不多，有文献报道的只有十来家生产厂家，例如：重庆大江集团采用全废钢为原料生产HT250和HT300发动机缸体和壳体；广西玉柴配件公司生产的柴油机配件；山西平阳重工采用废钢生产球铁QT8OO-2和仪征双环公司全废钢生产球墨铸铁活塞环等,之所以出现这种状况,是由于全废钢生产铸铁的特殊性(即其技术难点)所决定的：

废钢的平均含碳量0.2％，熔点I500℃,而铸铁的含碳量4.2％,熔点1180℃；

废钢装炉量约为生铁装炉量的50～60％；

熔炼时间约比全生铁的熔炼时间增加40～60min；

废钢熔化的铁液纯净度较高，造成石墨化能力不足，铸件容易形成缩孔、缩松等缺陷，导致废品率提高，加入增碳剂造成炉衬寿命的降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种废钢冶炼铸铁方法，以解决上述背景技术中的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一种废钢冶炼铸铁方法的具体技术方案如下：

一种废钢冶炼铸铁方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1、炉料准备：选取平均含碳量为0.2％的低碳废钢300-400kg，选取回收浇冒口灰口铸铁回炉料100-200kg，准备碳粉10-20kg，硅铁18-22kg；

步骤S2、装炉：

第一批料，占比炉料总量15％的废钢和占比炉内加入总量30％的增碳剂：选取30-45kg尺寸不大于50×50mm的钢板碎料铺于炉底，加入碳粉3-6kg；

第二批料，占比炉料总量20％的废钢和占比炉内加入总量50％的增碳剂：再铺二层炉料：加入60-80kg废钢与6-8kg碳粉；

步骤S3、金属液的初步冶炼：中频炉送电升温，待炉内废钢融化后，再逐层加入第三批炉料占比炉料总量25％的废钢和占比炉料总量20％的增碳剂：95-105kg废钢和2-5kg碳粉；

第四批炉料：加入占比炉料总量40％的废钢：加入废钢140-150kg；

最后加入占比炉内加入总量30％的回炉料约100-120kg，至全部熔化，升温至1400度；

步骤S4、铁液净化：加入集渣剂打渣处理，然后加入孕育剂调整成分，搅拌均匀，孕育方式采用包内冲入法，孕育剂加入量为铁液量的0.30～0.50％，取样化验；

步骤S5、根据光谱成分分析数据，对铁液成分进行微调处理，成分调整次序：先增Mn，再增碳，最后增Si，直至达到铸态成分组织标准；

步骤S6、铁液继续升温，至1460-1500度时，热电偶测温仪测温，出炉。

上述工艺步骤S1-S5中，选取炉料(包括废钢，回炉料，增碳剂，孕育剂)重量偏差不得大于±1kg。

进一步，上述工艺步骤S3-S6的测温环节，温度偏差不得大于±5度。

进一步，所述步骤S5采用低温浇注，高温出炉的工艺方案，即铁液在1400～1450℃熔化完毕后，取样化验，当含碳量偏低需要补碳时，应清渣后加入增碳剂并升温至1480℃；当含碳量偏高时，需升温到1450℃，加入钢屑或废钢降碳；调整完成后，应将铁液升温至1520～1550℃，静置2～3min后出炉浇注。

进一步，所述步骤S5中加入的增碳剂选择石油焦增碳剂、石墨增碳剂、煤质增碳剂或石墨化石油增碳剂中的一种。

进一步，所述步骤S1中使用的低碳废钢中不应有高于炉料质量0.3％-0.5％的铁锈和油污。

进一步，所述步骤S1中使用的碳粉为破碎焦粉。

进一步，所述步骤S1中钢板碎料铺于炉底是要注意铺料间距，钢板碎料之间不出现大于炉底料体积2％的间隙，保证炉底料的饱满度。

进一步，所述步骤S4中的集渣剂选择珍珠岩集渣剂、石川集渣剂和玻璃集渣剂。

进一步，所述步骤S4中的孕育剂选择硅铁粒孕育剂或硅钡孕育剂。

本发明的一种废钢冶炼铸铁方法具有以下优点：本发明通过研究和分析传统的铸铁生产工艺，重新调整生产铸铁的各项成分比例，经过多次试验，确定了全废钢的配比方案，优化了废钢装炉顺序和熔化工艺控制，规范了操作规程。在条件保障方面，增加了热电偶测温仪以保证炉温测量的准确性；增加炉前快速化验仪器以保证铸铁成分控制的精确性。

附图说明

图1为本发明实施例1第一次取样金相图(片状石墨+索氏体型珠光体+铁素体(少量白色)×100)。

图2为本发明实施例1第二次取样金相图(片状石墨+索氏体型珠光体+铁素体(少量白色)×100)。

图3为本发明实施例1第三次取样金相图(片状石墨+索氏体型珠光体+铁素体(少量白色)×100)。

图4为本发明实施例1第三次取样金相图(片状石墨+索氏体型珠光体+铁素体(少量白色)×100)。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种废钢冶炼铸铁方法做进一步详细的描述。

如图1-图4所示，本发明通过研究和分析传统的铸铁生产工艺，重新调整生产铸铁的各项成分比例并研究出全废钢的配比方案；优化工艺规范和操作规程；改进增碳剂配方；实现：全废钢+增碳剂+Si-Fe合金方案；利用我们原有的大量库存废钢，避免了现金采购铸造生铁的资金困难,同时降低铸铁生产成本，提高经济效益。

同样的铸铁化学成分，配料不同，焙炼工艺不同，铁液的冶金质量是完全不同，根据我公司的实际条件，对不同的炉料配比进行试验，分析试验数据，经过多次试验，确定优化的配方。同时优化废钢、增碳剂的装炉顺序和装炉量。

在操作方面，确定低温熔炼，高温出炉的方案，即铁液在1400～1450℃熔化完毕后，取样化验，当含碳量偏低需要补碳时，应清渣后加入增碳剂并升温至1480℃；当含碳量偏高时，需升温到1450℃，加入钢屑(或废钢)降碳；调整完成后，应将铁液升温至1520～1550℃，静置2～3min后出炉浇注。成分调整次序：先增Mn，再增碳，最后增Si。孕育方式采用包内冲入法，孕育剂加入量为铁液量的0.30～0.50％。

在条件保障方面，增加热电偶测温仪以保证炉温测量和控制的准确性和可靠性；增加炉前快速化验仪器，以保证铸铁成分控制的精确性。

改进增碳剂配方，利用公司原料库的边角余料——破碎的焦炭粉末(即焦粉，粒度1～6mm)作为增碳剂，以降低生产成本。

通过本项目的研究，全废钢+增碳剂所生产的铸铁达到国标GB/T9439-2010《灰铸铁件》标准规定的HT200化学成分和力学性能的要求，即单铸Φ30mm试棒的抗拉强度≥200MPa；成分控制在：3.0～3.6C、1.4～2.2Si、0.6～1.0Mn、≤0.15P、≥0.12S；金相组织为：珠光体+片状石墨，无白口组织；铸件不存在缩孔、缩松等缺陷。

目标是通过优化废钢装炉顺序和熔化工艺控制，提高熔化效率；通过合理配料和优化操作工艺，降低铸造缺陷和废品率，延长炉衬寿命；改进增碳剂配方，降低生产成本。

实施例1：

在确定全废钢生产铸铁的配比方案，优化工艺规范和操作规程，改进增碳剂配方之后，我公司组织了试生产，期间在铁水浇注前进行了炉前化学分析，其成分均在HT200所要求的成分范围内；所生产的铸铁件在外观上没有明显的缩孔；机加工中没有发现明显的疏松和局部的白口组织。

具体工艺参数和工艺流程如下：

步骤S1、炉料准备：选取平均含碳量为0.2％的低碳废钢350kg(注意废钢中不应有过多铁锈和油污)，选取回收浇冒口等灰口铸铁回炉料150kg，准备碳粉(破碎焦粉)15kg，硅铁21kg；

步骤S2、装炉：选取40kg尺寸不大于50×50mm的钢板碎料铺于炉底(注意铺料间距，碎料之间尽量不出现过大间隙，保证炉底料的饱满度)，加入碳粉5kg，再铺二层炉料：100kg废钢与3kg碳粉；

步骤S3、金属液的初步冶炼：中频炉送电升温，待炉内废钢融化后，再逐层加入第三层炉料100kg废钢和7kg碳粉，第四层炉料110kg废钢，最后加入110kg回炉料至全部熔化，升温至1400度；

步骤S4、铁液净化：加入集渣剂打渣处理，然后加入16kg硅铁调整成分，搅拌均匀，取样化验；

步骤S5、根据光谱成分分析数据，对铁液成分进行微调处理，直至达到铸态成分组织标准；

步骤S6、铁液继续升温，至1460-1500度时，热电偶测温仪测温，出炉。

一、实验数据分析

试生产期间抽取试验样品三次，每次取样间隔二天，试验样品在中国矿业大学进行了分析检验，其内容包括：化学成分分析、金相组织检验、力学性能测试，分析检验结果如下：

(1)化学成分分析

分析仪器：原子分光光谱仪；分析结果见下表1

表1.化学分析结果(wt％)

从表1中可以看出，三件样品的化学成分均在国标GB/T9439-2010《灰铸铁件》标准规定的成分范围内；且与公司试生产期间的炉前分析结果基本相同。

(2)金相组织检验

检验仪器：Olympus金相显微镜；检验结果如说明书附图1-图4所示：

按国标GB7216《灰铸铁金相》标准，三件样品的金相组织为片状石墨(长度4.5mm)+索氏体型珠光体。

(3)力学性能测试，单铸Φ30mm试棒的抗拉强度测试结果如下表2所示：

表2.力学性能测试结果

取样顺序	第一次	第二次	第三次
				抗拉强度	216MPa	238MPa	262MPa
硬度	204HB	218HB	226HB

从表2可以看出，三个样品的抗拉强度均为≥200MPa，达到了国标GB/T9439-2010《灰铸铁件》标准规定的HT200力学性能的要求。

二、经济分析

与常规的铸铁生产相比，全废钢+增碳剂+铁合金生产铸铁其成本增加主要在增碳剂和铁合金。

市售增碳剂：固定碳98％,吸收率80～87％，价格约3000元/吨；

焦炭粉末：固定碳83％,价格约1200元/吨,吸收率80～85％；

Si-Fe合金：含Si量72％，价格约6000元/吨；

Mn元素：在GB/T9439-2010标准中HT200的含Mn量为0.6～1.0％，铸铁中Mn的主要作用是与S元素结合形成MnS，以降低S的有害作用；而废钢中S含量很低，达到万分之几，比铸铁中S含量(≤0.12％,千分之几)低约一个数量级，故在废钢生产铸铁中不需要再添加Mn元素。

每吨铸铁的成本分析如下表3所示：

表3.每吨铸铁的成本分析

由表3可知，增碳剂和Si-Fe合金使铸铁的成本每吨增加约190元/t。

而市场上生铁价格要比废钢高出1200-2000元/t，全部采用废钢替代生铁作为铸铁的原料，其利润增加值至少在1000元/t左右，可见其经济效益是十分明显的。

三、结论

通过优化废钢装炉顺序和熔化工艺控制，提高熔化效率；合理配料和优化操作工艺，降低铸造缺陷和废品率，延长炉衬寿命；改进增碳剂配方，降低生产成本。全部采用废钢替代生铁作为铸铁的原料是可行的。其利润增加值至少在1000元/t左右，可见其经济效益是十分明显的。

利用公司原料库的边角余料——破碎的焦炭粉末(即焦粉，粒度1～6mm)作为增碳剂，一方面可以降低生产成本，目前市场上增碳剂的价格约3000元/吨，焦炭价格2400元/吨，利用焦粉其价格至少可以降低20％以上；另一方面焦炭粉末的石墨晶型好、溶解快、吸收率高，对石墨形态有利，焦炭中的硫含量，能细化石墨。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种废钢冶炼铸铁方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1、炉料准备：

选取平均含碳量为0.2％的低碳废钢，选取回收浇冒口灰口铸铁回炉料，准备碳粉和硅铁；0.2％的低碳废钢加入量为300-400kg，回收浇冒口灰口铸铁回炉料100-200kg，碳粉10-20kg，硅铁18-22kg；

步骤S2、装炉：

第一批料，选取30-45kg尺寸不大于50×50mm的钢板碎料铺于炉底，加入碳粉3-6kg；

第二批料，加入60-80kg废钢与6-8kg碳粉；

步骤S3、金属液的初步冶炼：

中频炉送电升温，待炉内废钢融化后，再逐层加入第三批炉料，95-105kg废钢和2-5kg碳粉；

第四批炉料，废钢140-150kg；

最后加入回炉料100-120kg，至全部熔化，升温至1400度；

步骤S4、铁液净化：加入集渣剂打渣处理，然后加入孕育剂调整成分，搅拌均匀，孕育方式采用包内冲入法，孕育剂加入量为铁液量的0.30～0.50％，取样化验；孕育剂选择硅铁粒孕育剂；

步骤S5、根据光谱成分分析数据，对铁液成分进行微调处理，成分调整次序：先增Mn，再增碳，最后增Si，直至达到铸态成分组织标准；

所述步骤S5采用低温熔炼，高温出炉的工艺方案，即铁液在1400～1450℃熔化完毕后，取样化验，当含碳量偏低需要补碳时，应清渣后加入增碳剂并升温至1480℃；当含碳量偏高时，需升温到1450℃，加入废钢降碳；调整完成后，应将铁液升温至1520～1550℃，热电偶测温仪测温，静置2～3min后出炉浇注。

2.根据权利要求1所述的废钢冶炼铸铁方法，其特征在于，所述步骤S5中加入的增碳剂选择石油焦增碳剂、石墨增碳剂或煤质增碳剂中的一种。

3.根据权利要求1所述的废钢冶炼铸铁方法，其特征在于，所述步骤S1中使用的低碳废钢中不应有高于炉料质量0.3％-0.5％的铁锈和油污。

4.根据权利要求1所述的废钢冶炼铸铁方法，其特征在于，所述步骤S1中使用的碳粉为破碎焦粉。

5.根据权利要求1所述的废钢冶炼铸铁方法，其特征在于，所述步骤S1中钢板碎料铺于炉底是要注意铺料间距，钢板碎料之间不出现大于炉底料体积2％的间隙，保证炉底料的饱满度。

6.根据权利要求1所述的废钢冶炼铸铁方法，其特征在于，所述步骤S4中的集渣剂选择珍珠岩集渣剂、石川集渣剂和玻璃集渣剂。