CN115055652B - 一种铁合金精细化浇铸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁合金精细化浇铸的方法，属于铁合金冶炼技术领域。该方法，其包括矿热炉出铁时，进入铁水包；将铁水包中铁水倒入铁合金浇铸炉内，进行保温；经过沉淀、除渣、调温作业后，从铁合金浇铸炉将铁水经过溜槽流入浇铸中间包；根据不同铁合金产品，选择相应的模/铁比制造的链式浇铸机上进行铸铁作业。本发明中采用的链式浇铸机，利用铜质模具，使得注入铜模具型腔内的液态铁合金快速凝固成形，避免铸铁、铸钢模具的“溶损”和“熔化”现象，减少铁合金产品的化学成分偏析，避免了浇注过程发生漏铁，满足浇注产品的粒度要求和实现铜模具强化水冷却的目的，并延长了浇铸机中模具的实际使用寿命。

Description

一种铁合金精细化浇铸的方法

技术领域

本发明涉及一种铁合金精细化浇铸方法，属于铁合金冶炼技术领域。

背景技术

铁合金是指除碳以外的非金属或金属元素与铁组成的合金。铁合金的种类很多，包括硅铁、硅锰、锰铁、铝铁、铬铁、镍铁等系列铁合金。铁合金作为炼钢过程中的脱氧脱硫剂和合金添加剂，是钢铁生产中必不可少的重要原材料。中国是世界上最大的铁合金产能国家，年产量已经达到3000万吨以上。其中，硅铁和锰系铁合金产量(含锰硅铁合金)大约占到生产实物产量的一半以上。到目前为止，大部分铁合金生产企业仍是采用“地坑式”浇铸或大块型模铸工艺生产。为了满足钢厂对铁合金产品精细化的质量要求(即成份均匀和交货粒度要求)，铁合金生产企业(或者钢厂)必需采用人工破碎或机械破碎的方式进行精整工序，这二次加工导致的环境污染和人工生产成本，都已经成为影响铁合金行业技术进步、经济效益提升的制约因素。

近年来，虽有许多铁合金生产企业尝试采用钢铁企业常用的铸铁机生产铁合金产品铸块，亦曾试用进口的专用浇铸机，均未获得满意结果。原因是多方面的，而根本原因是由于没有从铁合金生产和浇铸的整体生产工艺角度去思考和解决关键技术问题。其中，常见的就是普通铸机上使用的铸铁模具或铸钢模具发生粘模，缩短使用寿命。对所生产不同铁合金产品品种和生产规模的适应性问题，也是过去已有普通铸机建设和维护成本高，效益低的重要原因。

上述情况说明铁合金企业需要在原浇铸工艺上进行改造，而不仅仅是浇铸设备的简单上马。

传统“地坑式分层浇铸”或者“大块铸锭”的铁合金浇铸工艺理念是将液态铁合金熔体转化为固态铁合金，再通过二次破碎、筛分(人工或机械)达到钢厂所需要的粒度(实物产品的外形尺寸)要求。这种浇铸工艺，并不注重不同铁合金产品，在浇铸过程中的熔体温度、时间和铁合金铸锭的冷凝时间，也没有充分考虑针对不同铁合金产品，浇铸设备的材料选择和搭建的性价比。

一方面，由于传统铁合金浇铸工艺上，合金熔体的浇铸温度一般不加控制(略低于矿热炉出铁温度)，由于铸铁或铸钢模具的导热性能相对较差，不易将液态合金熔体中的热量导出，这就不可能避免模具型腔局部位置存在固-液两相区，由此，造成铸铁、铸钢模具的“溶损”和“熔化”，大大降低使用寿命。

具体来讲，由于铁合金熔体性质完全不同于铸铁(包括部分镍铁合金)熔体性质，其浇铸工艺和使用的模具就会有所不同。比如硅铁、锰硅及锰铁等铁合金熔体，因合金元素硅和锰的质量百分含量远高于铁的含量，其液态合金熔体相对于铁元素，是不饱和熔体。若采用铸铁或铸钢制成浇铸模具，一旦浇入模具型腔的铁合金熔体不能瞬时凝固，就会发生模具的“溶损”现象，造成铸铁或者铸钢模具的局部“侵蚀”或“粘接”损坏。这就相当于，如果用食盐(NaCl)制成容器，用于盛装食盐饱和溶液不易损坏，而盛装普通纯净水容易发生溶损的道理类似。当然，如果盛入食盐容器的普通纯净水能够迅速冷却成固态冰，则也可以阻止容器溶损现像的发生。

另一方面，在传统铸机的作业过程中，模具始终处于浇铸时升温和浇铸后喷水冷却的“热”、“冷”交替循环过程的工况条件，温度变化范围常常已经超过铸铁或者铸钢的相变温度，由此引起的热应力疲劳，也会造成模具型腔处的裂纹和开裂，也会进一步降低模具的实际使用寿命。

现有技术中，本发明人已经研发出一种铁合金浇铸机的铜模具，参见已经公布的实用新型CN209393930U。但即便使用铜模具的浇铸机，由于缺乏不同铁合金产品浇铸温度和相应模铁比的控制，不仅会导致铜模浇铸机的投入产出的性价比降低，同时亦给浇铸机工控系统的设计带来许多困难。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种铁合金精细化浇铸方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种铁合金精细化浇铸的方法，其包括如下步骤：

S1、矿热炉出铁时，采用开堵眼机或除铁机器人打开出铁口，产出铁水包；

S2、将出铁后满载铁合金熔体的铁水包到达浇铸跨铁合金浇铸炉的受铁位置，将铁水包中铁水倒入铁合金浇铸炉内，进行保温；

S3、经过沉淀、除渣、调温作业后，从铁合金浇铸炉将铁水经过溜槽流入浇铸中间包；

S4、通过中间包将铁水引到铸机受铁工位，根据不同铁合金产品，选择相应的模/铁比制造的链式浇铸机上进行铸铁作业。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，在步骤S2中，所述铁合金浇铸炉的设备，设置于浇铸工位，利用铁合金厂密闭炉的自产荒煤气，对矿热炉排出的铁合金熔体进行温度调整和除渣。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，所述铁合金浇铸炉大小的按照总容量计算公式Q＝(A×B×t)/(365×24×C)进行选择，其中，Q：铁合金浇铸炉总容量，单位为吨；A：矿热炉出铁不均衡系数为1.2；B：矿热炉年产量，单位为吨；C：铁合金浇铸炉装满系数，一般按0.8～0.85；t：铁水在铁合金浇铸炉内平均储存时间，单位为小时。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，在步骤S3中，沉淀、除渣、调温作业中采用感应炉和/或燃气加热炉。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，在步骤S4中，所述链式浇铸机采用铜质模具，所述铜质模具的材料是T1、T2、T3、T4或TU1、TU2、TUCa、TUP的锻材；并且，针对工业硅、75硅铁、FeAl40、FeMn65Si17、FeMn75C7.5、FeCr67C6铁合金产品，铜模的工作温度为315℃、500℃和700℃时，相应模铁比范围是：6:1～24:1，3.5:1～15:1，2.5:1～11:1。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，所述链式浇铸机为多个铜质模具通过传动链条搭建而成，所述传动链条采用三段式搭建，即：①含有仰角的浇注上升段，②铸块脱模的下降段，③用于模具快速水冷却的水平行走段。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，单件铜质模具的铸块型腔的纵剖面呈“非对称凹形”。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，所述链式浇铸机具有在水平行走段设置的冷却装置，冷却装置根据不同铁合金产品生产所需要的循环冷却水量为吨铁合金8～21吨，或喷雾冷却耗水量为吨铁合金28～78kg。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，在铁合金浇铸炉的受铁口和/或链式浇铸机的浇铸口均设置固定式除尘系统。

如上所述的铁合金精细化浇铸方法，优选地，所配置的铁合金浇铸炉同样适用于电硅热法生产中、低碳锰铁产品的电炉-摇包生产工艺。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种铁合金精细化浇铸方法，是面向精细化铁合金产品的生产目标，该方法有别于现有广泛使用的“地坑式分层浇注”和“大块铸锭”的铁合金浇注工艺理念。本发明提出在铁合金浇注工位设有保温或加热功能的“铁合金浇铸炉”，起到了对铁合金熔体进行温度调整和除渣的双重作用，即满足铁合金浇注工艺参数对铁合金熔体质量(温度和纯净度)的要求和铁合金厂浇注工序和冶炼工序生产节奏之间的合理调配，又有助于解决多点浇注造成的烟尘无组织排放问题。

本发明提供的一种铁合金精细化浇铸方法，其浇铸工序中采用的链式铜模浇铸机，根据不同铁合金产品的特性，限定了相应铜模具的模铁比，在最优性价比的基础上，充分利用了铜质材料的高热扩散系数性质，在注入铁水时，铜模具快速吸热，储存液态铁合金凝固时的显热和潜热，在铸锭脱模之后，强化铜模快速冷却释热，用于下一次注入铁水。这种“非稳态”导热过程的周期循环使用的工况条件下，铜模具起到了间歇式液态铁合金快速凝固释放热量的传输载体作用。这是采用铸铁、铸钢模具、甚至一般铜模具不可能满足的技术特征和经济效益。

本发明的方法在铁合金浇铸工位设有控温功能的铁合金浇铸炉，采用链式铜模浇铸机生产铁合金产品，链式铜模浇铸机的传动带采用三段式搭建，各模具之间采用搭接方式，利用铜质模具在浇注铁合金熔体后的快速“吸热”和铁合金铸块脱模之后的水冷快速“释热”的非稳态导热过程，使得注入铜质模具型腔内的液态铁合金快速凝固成形，避免铸铁、铸钢模具的“溶损”和“熔化”现象，减少铁合金产品的化学成分偏析，避免了浇注过程发生漏铁，满足浇注产品的粒度要求和实现铜质模具具强化水冷却的目的，并延长了浇铸机中模具的实际使用寿命。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程图；

图2为链式浇铸机铜质模具的剖面示意图；

图3为单件铜质模具其中一个的不对称型腔剖面示意图。

具体实施方式

本发明通过浇铸工艺和浇铸机模具材料的合理结合，针对不同类型铁合金产品的特性，控制浇铸工艺过程的温度、浇铸设备的材料配比，以及相关配套控制系统，实现不同铁合金产品的精细化浇铸。

通过本发明工艺层面的精细化浇铸方法，将注入模具型腔内的液态铁合金快速凝固成形，解决了当前铁合金浇铸过程中，模具型腔局部位置存在固-液两相区，造成铸铁、铸钢模具的“溶损”和“熔化”的核心问题。并且，快速凝固也可以最大可能减少铁合金熔体因凝固过程发生分选结晶而造成的化学成分偏析问题。而解决这一核心问题的关键是对熔体的浇铸温度的精细化控制和浇铸设备材料的选择和模铁配比。模/铁比是指铜模具的实物质量与注入模具型腔内的液态铁合金的质量之比。该模/铁比是与单件铜模具所设置的铸块型腔尺寸和型腔数目是一致的。鉴于铁合金熔体的流动性是影响铸机能否稳定作业的重要工艺参数，而其温度和洁净度是影响流动性的关键因素，为满足对铁合金熔体的温度和洁净度进行控制，满足浇注工艺参数的要求。本发明通过在浇铸工序前，在铁合金浇注工位配置一套设有保温和加热功能的铁合金浇铸炉，根据所生产不同铁合金产品的特性，对从矿热炉出来的铁合金熔体，对其浇注温度进行控制，同时，这一工序起到了对铁合金熔体除渣和减少铁合金产品中的夹杂物含量的目的；另一方面，通过本工序配置的铁合金浇铸炉，实现定点浇注，既可以调整多台矿热炉定时出铁与浇注工序铸机之间合理的匹配，满足后续浇铸工序，铸机对多台矿热炉出铁量不同和出铁时间先后的适应性。

同时，本工序配置的固定式除尘装置有助于解决铁合金厂多点浇注造成的烟尘无组织排放问题，为下一步浇铸工序做充分准备。

本发明提供的一种铁合金精细化浇铸方法，其流程示意图如图1所示，其包括如下步骤：

S1、矿热炉出铁时，采用开堵眼机或除铁机器人打开出铁口，产出铁水包，产出铁水包可根据不同产品单独出铁或渣铁混出，装入铁水包内；

S2、出铁后满载铁合金熔体的铁水包由电动出铁小车牵引到浇铸跨铁合金浇铸炉的受铁位置，由浇铸跨内行车将铁水包中铁水倒入铁合金浇铸炉中进行保温储存；

S3、铁水在铁合金浇铸炉内适时储存经过沉淀、除渣、调温作业后，从铁合金浇铸炉将铁水经过溜槽流入浇铸中间包；

S4、通过浇铸中间包将铁水引到铸机受铁工位，根据不同铁合金产品，如工业硅、75硅铁、FeAl40、FeMn65Si17、FeMn75C7.5、FeCr67C6，选择相应的模/铁比制造的链式铜模浇铸机上进行浇铸作业和除尘作业；

S5、浇铸完的成品即将浇铸机脱落下来的铁合金成品可由地下料仓经料斗式提升机运输至地面上的成品仓，储存、包装、外运。其中，在铁合金浇铸炉受铁口和浇铸机浇铸口均设置固定式除尘系统，减少生产车间浇铸跨因烟尘无序排放所造成的生产环境污染。

本发明提供的铁合金精细化浇铸方法，为了实现针对不同铁合金产品的精细化浇铸，在浇铸工序前，添加一个基于“铁合金浇铸炉”及其配套设备(控温、除尘)的浇铸准备阶段，为后续浇铸工序提供了品质更高、提升浇铸效率的铁合金熔体。优选地，上述铁合金浇铸炉设备，设置于浇注工位，利用铁合金厂密闭炉的自产荒煤气，对矿热炉排出的铁合金熔体进行温度调整和除渣。

铁合金浇铸炉大小的选择可按照总容量计算公式为：Q＝(A×B×t)/(365×24×C)进行，其中式中：Q：铁合金浇铸炉总容量(吨)；A：矿热炉出铁不均衡系数(1.2)；B：矿热炉年产量(吨)；C：铁合金浇铸炉装满系数(0.8～0.85)；t：铁水在铁合金浇铸炉内平均储存时间(小时)。

优选地，在步骤S3中，沉淀、除渣、调温作业中可采用感应炉和(或)燃气加热炉，即将铁合金厂密闭炉的自产荒煤气引入铁合金浇铸炉，充分利用铁合金厂密闭炉的自产荒煤气，达到对矿热炉排出的铁合金熔体进行温度调整和除渣的双重目的。

本发明中的步骤S4中的浇铸工序所用的链式浇铸机为链式铜模浇铸机，下面从理论和实践层面，结合上述的精细化浇铸方法，深入对其用材(模铁比)和相应链式铜模浇铸机搭建进行了计算和说明。首先，采用链式铜模浇铸机生产铁合金产品，利用铜质模具在浇铸铁合金熔体后的快速“吸热”和铁合金铸块脱模之后的水冷快速“释热”的非稳态导热过程，使得注入铜质模具型腔内的液态铁合金快速凝固成形，避免铸铁、铸钢模具的“溶损”和“熔化”现象，减少铁合金产品的化学成分偏析。其次，根据工业硅、硅铁和锰系、铬系铁合金产品的熔体凝固释热量的差异，选择合适的模/铁比，选择范围是2.5:1～24.1:1。具体地：

1.模具的材料选择

任何金属熔体由液态转为固态时，必然要释放出显热和潜热，如何将此热量尽快导入和导出铸造模具是本发明的核心技术之一。为此，在浇铸工序中，选择铜，或者铜合金制作浇铸模具，而不是传统使用的铸铁或铸钢模具。其理论基础如下：

紫铜材质的热扩散率α(或导温系数，α＝λ/(ρ*C_p))，比钢、铁材料在数值上高一个数量级，见表1。

表1不同材料的热扩散系数α＝λ/(ρ*C_p)cm²*s^-1

热扩散率α是表征非稳态导热过程中温度变化快慢的主要物理量。本工序所用的铜模模铸链式浇铸机，正是基于铜质模具在浇铸铁合金后的快速“吸热”和铁合金铸块脱模之后的水冷快速“释热”的非稳态导热过程，由此实现液态铁合金连续浇铸的工作形式。

另外，铜在熔点之下，高温或者室温时的晶型均为面心正立方体晶格结构，使用过程不发生相变。因此，模具的“热”、“冷”交替作用下的热应力疲劳性能十分优越，这就大大延长了模具的使用寿命。

基于上述分析，本发明的浇铸工序采用链式铜模浇铸机生产铁合金产品，利用铜质模具在浇铸铁合金熔体后的快速“吸热”和铁合金铸块脱模之后的水冷快速“释热”的非稳态导热过程，使得注入铜模具型腔内的液态铁合金快速凝固成形，避免铸铁、铸钢模具的“溶损”和“熔化”现象，减少铁合金产品的化学成分偏析。制作铜模具的材料是T1、T2、T3、T4和TU1、TU2、TUCa、TUP的锻材。

2.铜质模具的模铁比选择

根据工业硅、硅铁和锰系、铬系铁合金熔体凝固释热量的差异，上述链式铜模浇铸机所用铜模具的模/铁比选择范围是2.5：1～24：1，模/铁比是指铜模具的实物质量与注入模具型腔内的液态铁合金的质量之比。该模/铁比是与单件铜模具所设置的铸块型腔尺寸(即铁合金产品的粒度要求)和型腔数目一致的。针对不同铁合金产品，铜质模具的模铁比具体计算过程如下：

1)凝固热计算

为方便计算，假设铁合金熔点固定，并且凝固热由其组成元素的相变潜热直接加和，在熔点处释放全部凝固热。计算1kg各类铁合金的凝固热，数据见表2。

表2各类铁合金凝固热(1kg)

2)显热计算

铁合金凝固过程显热由组成元素的显热直接加和。1kg各类铁合金的显热数据详见表3。

表3各类铁合金凝固过程显热(1kg)

3)模铁比计算

设定铜质模具的工作温度为315℃、500℃和700℃。分别计算1kg铜由室温(25℃)升到工作温度可以吸收的热量，见表4。

表4铜铸模升温显热量(1kg)

假设铁合金浇铸过程的显热和凝固热总量全部由铜质模具吸收，铜质模具升温至不同的工作温度，计算各类情况的模铁比，见表5。

表5模铁比计算

3.链式铜模铸机构建要求

进一步地，浇铸工序所用链式铜模铸机，就是多个铜质模具搭接起来，配上传动装置、冷却装置而组成的。多个铜质模具搭接就是采用链条将各个铜质模具搭接起来，其传动装置的传动链条的三段式搭建，即：①含有仰角的浇铸上升段，②铸块脱模的下降段，③用于模具快速水冷却的水平行走段；满足三段式搭建，实际部署时，传动链条可以设计成三角形或四边形；提出的单件模具的铸块型腔是非对称形式和模具之间采用搭接方式，可以避免浇注过程发生漏铁，满足浇注产品的粒度要求和实现铜模具强化水冷却的目的。进一步地，如图2所示，铜质模具的安置方式采用上模具1、下模具2搭接形式，通过调整铸机模具的实际行走方向与水平面的角度，即A面与B面的夹角β，可以控制注入铜质模具型腔内的铁水量，达到铁合金铸块的粒度要求，同时保证剩余铁水可由上模具自动流入下模具；夹角β其范围是：7度～10度。单件铜质模具的铸块型腔加工成“非对称凹形”，即铜质模具的型腔的纵剖面呈“勺型”，如图3中注入铁合金熔体后的行进状态的纵剖面示例，一方面，体现那个仰角或夹角，即水平面(A面)和行进方向(B面)之间的角度，7～10度；另一方面，体现非对称凹形，使得有一定夹角后，铸块的颗粒大小得以保障。针对不同的铁合金产品，依据前面所述的模/铁比范围(2.5：1～24：1)，通过调整铜质模具的实际行走方向与水平面的角度，即A面与B面的夹角和浇铸速度，可以控制注入铜质模具型腔内的铁水量，达到铁合金铸块的粒度要求，同时保证剩余铁水可由上模具自动流入下模具。每只铜质模具上均设有转轴，用于与铸机传动链的联接和翻模脱锭使用。铜质模具端头倾斜面的角度可以根据铜质模具的尺寸大小和铸机链轮转动要求设定。

进一步地，鉴于铁合金熔体的流动性是影响铸机能否稳定作业的重要工艺参数，而其温度和洁净度是影响流动性的关键因素，为满足对铁合金熔体的温度和洁净度进行控制，满足浇铸工艺参数的要求。在铁合金浇铸工位设有保温和加热功能的铁合金浇铸炉，达到对矿热炉排出的铁合金熔体进行温度调整和除渣的双重目的。铁合金浇铸炉采用感应炉和(或)燃气加热炉(充分利用铁合金厂密闭炉的自产荒煤气)。

进一步地，铁合金浇铸炉可以起到铁合金浇浇铸工序和冶炼工序生产节奏之间的合理调配作用，满足铸机对多台矿热炉出铁量不同和出铁时间先后、温度高低的适应性。优选在铁合金浇铸炉的受铁口和/或链式浇铸机的浇铸口均设置固定式除尘系统。相应配置的固定式除尘装置有助于解决铁合金厂多点浇铸造成的烟尘无组织排放问题。

进一步地，铁合金精细化浇铸方法中的“铁合金浇铸炉”同样适用于电硅热法生产中、低碳锰铁产品的电炉-摇包生产工艺。

4.不同铁合金产品浇铸所需冷却用水量要求

本发明的浇铸工序的冷却阶段，根据不同铁合金产品的质量要求，给出了最优性价比的循环冷却水量范围，提升产品质量的同时，避免冷却用水的浪费。

进一步针对上述链式铜模连续浇铸工序，在水平行走段设置还有冷却装置，本发明针对不同铁合金产品生产所需要的循环冷却水量为吨铁合金8～21吨，喷雾冷却耗水量为吨铁合金28～78kg。具体计算过程如下：

本发明的连续浇铸工序，完全不同于目前钢铁企业使用的水冷铜结晶器技术。现有水冷铜结晶器是利用铜的高导热率λ性质，依靠循环冷却水将液态金属凝固时放出的热量连续导出，基本属于“稳态传热”的工况条件。本发明的原理是利用铜的高热扩散率α性质，在注入铁水时，链式浇铸机的铜质模具快速吸热，储存液态铁合金凝固时的显热和潜热，在铸铁脱模之后，再使铜质模具快速冷却释热，用于下一次注入铁水的循环周期。这种“非稳态导热过程”的工况条件下，铜质模具起到了间歇式液态铁合金快速凝固释放热量的传输载体。因此，本发明在浇铸工序采用了喷雾或浸入式的铸机铜模冷却技术，根据不同的铁合金产品和使用的铜质模具结构形式，冷却水量的使用范围，如表6所示。

表6几种典型铁合金产品的铜模冷却用水量

从表中可见，浇铸温度不同或模/铁比选择不同，冷却用水的循环用量和喷雾冷却耗水量可以有调整。

下面通过具体实施方式，在本发明上述方法的基础上，作进一步详细地应用说明。

实施例1：20万吨/年锰硅铁合金浇铸方案

本实施例中生产产品暂定为普通锰硅铁合金(FeMn68Si18)，矿热炉选用符合国家产业政策的4台33MVA密闭矿热炉。电炉功率因素cosφ＝0.85(二次补偿后)，单位产品电耗3900kWh/t，单台电炉每天平均产量Q1＝33000×0.98×0.95×0.85×24÷3900＝160.70t，每次出铁平均量Q2＝160.7÷6＝26.8t(平均每4小时出一次铁)。若4台电炉先后间隔时间较短一并出铁，则出铁总量为Q3＝26.8×4＝107.2t，考虑到单台炉出铁量波动，以及铁合金浇铸炉里内尚可能保留未浇铸完的残留量(26.8t)，则需配置的铁合金浇铸炉的总容量约为Q＝134t，因此选择钢铁行业铁合金浇铸炉系列里最小的150t铁合金浇铸炉即可满足实际要求。

浇筑铸锭设备采用本发明提出的根据锰硅铁合金(FeMn68Si18)铁合金产品测算的模铁比搭建的链式铜模浇铸机。该设备是在铁合金行业使用的带式铸铁机上，配置铜铸模和工控系统，生产能力为20～25(t/h)，采用“一用一备”的运行形式。由于工艺流程中加入了铁合金浇铸炉，使得除渣效果明显，通过改变浇铸设备的材料，原来浇铸过程中的“溶损”和“熔化”现象明显减少，减少了最终产品的化学成分偏析。

实施例2：10万吨/年硅铁合金浇铸方案

本实施例生产产品定为75#硅铁合金，矿热炉选用国内使用成熟的4台33MVA全液压旋转式矿热炉。采用二次侧补偿技术，电炉功率因数cosφ＝0.85(二次低压补偿后)，单位产品平均电耗8300kWh/t，单台电炉平均每天产量为Q1＝33000×0.98×0.95×0.85×24÷8300＝75.5t，按年工作天数330天计算，四台电炉年产75#硅铁合金铁水量为Q2＝75.5×330×4＝99660t。按照单台电炉8小时出3炉铁水的生产管理模式，铁合金浇铸炉的总容量计算为：

式中：

Q：铁合金浇铸炉总容量；

A：矿热炉出铁不均衡系数为1.2；

B：4台矿热炉年产量；

C：铁合金浇铸炉装满系数；

t：铁水在铁合金浇铸炉内平均储存时间。

由于硅铁的密度约为铸铁的1/2，其熔点较高，同时考虑到硅铁生产企业没有自产煤气可用，故固选择铸铁厂使用的一台60吨850kW的有芯感应保温炉作为铁合金浇铸炉使用，同样起到控温、沉淀和除渣的作用。

浇铸机选用本发明中提出的链式铜模浇铸机(40m双链带)一台。通过最终产品的质量分析，本发明工艺有效提升的产品质量。

实施例3：锰硅铁合金链式铜模浇铸机

带式铸铁机是铁合金行业用于镍铁合金生产的浇铸设备，通常由铁水包倾翻机构、传动机构、锭模以及喷浆装置等组成。本实施中采用加设的是链式铜模浇铸机，即在原有机械传动设备的基础上，采用了锻造T2铜经机械加工成铜质模具，根据锰硅铁合金热物性参数，选用的模/铁比为5：1，即铜质模具的实物质量约为所铸铁合金产品质量的5倍。单个铜质模具的铸块型腔加工成“非对称凹形”，通过调整模具的实际行走方向与水平面的角度，即如图3中的A面与B面的夹角β为8度，即可以控制注入铜质模具型腔内的铁水量，同时保证剩余铁水可由上模具自动流入下模具。浇铸过程中，铜质模具的间隙冷却采用了浸入式循环水冷却，当循环水的进、出水温差在30℃时，吨铁的用水量为7.6吨左右。

本实施例显示本发明在锰硅铁合金产品的浇铸工艺中采用的铜模材料的模铁比、搭建浇铸设备和循环水冷却的方法，有效减少了模具“溶损”和“熔化”现象，并在保证产品质量的同时，减少了产品生产的吨铁用水量，起到了节约用水的效果。

实施例4：75#硅铁合金链式铜模浇铸机

本实施例中针对的是生产75#硅铁合金的链式铜模浇铸机与锰硅铁合金浇铸机(见实施例3)的最大差别在于链式铜模浇铸机铜质模具所选用的模/铁比不同，模具型腔设计和冷却方式不同。液态75#硅铁凝固成型时的“显热”和“潜热”约是锰硅铁合金的二倍以上，因而75#硅铁合金链式铜模浇铸机的铜质模具所采用模/铁比为13：1，浇铸过程中，铜质模具的间隙冷却仍采用浸入式循环水冷却。当循环水的进、出水温差在30℃时，要求冷却水流与模具冷却面的相对流速不小于5米/每秒，吨铁的用水量为16.8吨左右。和实施例3的效果一样，本发明对75#硅铁合金的生产同样起到了减少了模具“溶损”和“熔化”现象，并在保证产品质量的同时，减少了产品生产的吨铁用水量。

采用本发明的方法选择的链式浇铸机，模具选用的铜质模具及选择相应的模/铁比制造，使其使用寿命能有效提升40％～70％，循环冷却用水量减少10％～20％，大大节省了成产成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种铁合金精细化浇铸的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、矿热炉出铁时，采用开堵眼机或除铁机器人打开出铁口，产出铁水包；

S2、将出铁后满载铁合金熔体的铁水包到达浇铸跨铁合金浇铸炉的受铁位置，将铁水包中铁水倒入铁合金浇铸炉内，进行保温；

S3、经过沉淀、除渣、调温作业后，从铁合金浇铸炉将铁水经过溜槽流入浇铸中间包；

S4、通过中间包将铁水引到铸机受铁工位，根据不同铁合金产品，选择相应的模/铁比制造的链式浇铸机上进行铸铁作业；

其中，所述铁合金浇铸炉大小的按照总容量计算公式Q＝(A×B×t)/(365×24×C)进行选择，其中，Q：铁合金浇铸炉总容量，单位为吨；A：矿热炉出铁不均衡系数为1.2；B：矿热炉年产量，单位为吨；C：铁合金浇铸炉装满系数，按0.8～0.85；t：铁水在铁合金浇铸炉内平均储存时间，单位为小时；

在步骤S4中，所述链式浇铸机采用铜质模具，所述铜质模具的材料是T1、T2、T3、T4或TU1、TU2、TUCa、TUP的锻材；并且，针对工业硅、75硅铁、FeAl40、FeMn65Si17、FeMn75C7.5、FeCr67C6铁合金产品，铜模的工作温度为315℃、500℃和700℃时，相应铜质模具的模铁比范围是：6:1～24:1，3.5:1～15:1，2.5:1～11:1；

所述链式浇铸机多个铜质模具通过传动链条搭建而成，所述传动链条采用三段式搭建，即：①含有仰角的浇注上升段，②铸块脱模的下降段，③用于模具快速水冷却的水平行走段。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述铁合金浇铸炉的设备，设置于浇铸工位，利用铁合金厂密闭炉的自产荒煤气，对矿热炉排出的铁合金熔体进行温度调整和除渣，通过本工序配置的铁合金浇铸炉，实现定点浇注，通过调整多台矿热炉定时出铁与浇注工序铸机之间合理的匹配，满足后续浇铸工序，铸机对多台矿热炉出铁量不同和出铁时间先后的适应性。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，沉淀、除渣、调温作业中采用感应炉和/或燃气加热炉。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，单件铜质模具的铸块型腔的纵剖面呈“非对称凹形”。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述链式浇铸机具有在水平行走段设置的冷却装置，根据不同铁合金产品生产所需要的循环冷却水量为吨铁合金8～21吨，喷雾冷却耗水量为吨铁合金28～78kg。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在铁合金浇铸炉的受铁口和/或链式浇铸机的浇铸口均设置固定式除尘系统。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所配置的铁合金浇铸炉同样适用于电硅热法生产中、低碳锰铁产品的电炉-摇包生产工艺。

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