離心鑄造球墨鑄鐵管鐵液的熔煉

1、收稿日期:19980319收修改稿日期:19980608離心鑄造球墨鑄鐵管鐵液的熔煉摘要:應(yīng)用離心鑄造工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵管,連續(xù)快速提供化學(xué)成分和溫度均合格的優(yōu)質(zhì)鐵液是生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文就離心鑄造對鐵液的要求及合理選擇鐵液的熔煉工藝和設(shè)備進行了分析和探討。D uan Zhen shan .M elti ng of Ba se Iron for Cen tr ifuga l Ca sti ng P ipe of S.G .Iron .O ne of keys of p roducti on of cen trifugal casting p i p e of s .g .iron is co

2、n tinuou s and fast delivery of qualified base iron w ith p roper chem ical com po siti on and tem p eratu re .R easonab le selecti on of m elting techno logy and equ i pm en t fo r such a base iron has been analysed and discu ssed .主題詞:離心鑄造離心鑄管球墨鑄鐵管熔煉綜述在世界各國尤其是經(jīng)濟發(fā)達國家,離心鑄造球墨鑄鐵管得到了普遍應(yīng)用。我國自80年代引進這項生產(chǎn)技

3、術(shù)和設(shè)備以來,離心球墨鑄鐵管的生產(chǎn)和應(yīng)用也已在逐步發(fā)展。合格的離心鑄造球墨鑄鐵管的生產(chǎn),提供高溫優(yōu)質(zhì)鐵液是其先決條件,因此鐵液的熔煉處理顯得十分關(guān)鍵。為了減少投資、降低成本、節(jié)約能源和提高產(chǎn)品質(zhì)量,國內(nèi)外的生產(chǎn)企業(yè)都在不斷探索,改進鐵液熔煉工藝和設(shè)備。目前,采用離心鑄造工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵管所用鐵液,主要來自高爐或沖天爐,且多選擇高爐2工頻感應(yīng)電爐、沖天爐2工頻感應(yīng)電爐的雙聯(lián)工藝。雖然工頻感應(yīng)電爐對鐵液貯存、保溫、調(diào)整合金成分等不失為一種良好的設(shè)備,但由于近幾年來中頻感應(yīng)電爐的發(fā)展和在鑄鐵熔煉中顯示出的優(yōu)越性,而越來越被重視和采用。中頻感應(yīng)電爐的崛起,也必將給離心鑄造球墨鑄鐵管鐵液的熔煉工藝注入新

4、的活力。1對所用鐵液的要求離心鑄造球墨鑄鐵管的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜且要求嚴格,供應(yīng)符合要求的鐵液是高效優(yōu)質(zhì)地生產(chǎn)合格產(chǎn)品的關(guān)鍵。所以,在生產(chǎn)中對鐵液的成分和溫度要求嚴格控制,并應(yīng)保證連續(xù)供應(yīng)。離心鑄造球墨鑄鐵管,首先要保證鐵液的化學(xué)成分,尤其要注意對M n 、P 、S 等有害元素的嚴格控制。表1列出了我國大連某公司及目前世界最大的兩家離心鑄造球墨鑄鐵管生產(chǎn)企業(yè)法國木松橋公司、日本久保田公司所用鐵液的化學(xué)成分。鐵液的澆注溫度視產(chǎn)品口徑的不同而有所差異。如,DN 100DN 700鑄鐵管的澆注溫度一般控制在12701400范圍內(nèi)。表2列出了大連某公司生產(chǎn)的不同管徑球墨鑄鐵管的澆注溫度。表1鐵液化學(xué)成分%

5、成分木松橋公司久保田公司大連某公司C Si M n P S M g3153182102140140112010100102001035312318117217014011001015010303143162132160140108010200103001050表2不同管徑球墨鑄鐵管澆注溫度型號工藝要求最佳值最低極限值DN 100DN 150DN 200DN 300DN 400DN 500DN 600DN 700137014001370138013601370135013601340135013401350134013501340135013101300130012901290128012801

6、270離心鑄造生產(chǎn)的特點是,產(chǎn)品規(guī)格多,生產(chǎn)效率高,且多采用多機或多生產(chǎn)線作業(yè)。因此,要求鐵液的供應(yīng)連續(xù)、及時。如,一座配備大小離心鑄造機各1臺、生產(chǎn)DN 100DN 700球墨鑄鐵管的車間,生產(chǎn)能力可達5萬t 年;一座配備大中小離心鑄造機各1臺、生產(chǎn)DN 100DN 1000球墨鑄鐵管的車間,生產(chǎn)能力約為10萬t 年。一根作業(yè)長度6m 的DN 100DN 1000球墨鑄鐵管,重量小者不足100kg ,大者超過2000kg ?？梢娺@樣大的鐵液需要量,若不能連續(xù)及時供應(yīng),生產(chǎn)便無法正常進行。2高爐2工頻感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉木松橋公司在其國內(nèi)外都設(shè)有公司。木松橋法國公司年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管50萬t

7、,所用鐵液來自自制的2座<4500mm、容量460m3的高爐。鐵液出爐溫度1410,化學(xué)成分為410%C、210%Si、012%M n、0107%S。出爐后的準備工藝流程為:脫S 混鐵爐工頻感應(yīng)電爐球化處理。高爐鐵液在35t澆包中加CaC2脫S處理,使鐵液含S量0101%后貯存在1250t混鐵爐中。在脫S和進入混鐵爐兩過程中,鐵液分別降溫50和60,送至工頻感應(yīng)電爐時鐵液溫度為1300左右。該公司有工頻感應(yīng)電爐8t的5臺和23t的2臺,后者單臺生產(chǎn)率為2530t h,可將鐵液溫度從1300提高至1450,并在其內(nèi)加廢鋼軌對鐵液進行降C調(diào)整。球化處理用純M g,其方法是將帶有保護層的M g

8、塊用鐘罩壓入16t球化包內(nèi)液面下1m處,汽化后的M g蒸氣逐步滲入至鐵液中完成球化處理。球化處理應(yīng)在出鐵后馬上進行,時間約1m in為最佳。用6t球化包處理效果好,球化溫度1400,球化率為65%。德國沙爾克爾廠所用高爐鐵液用90t魚雷罐車從相距50km的漢伯爾廠運來。鐵液成分為:411% 412%C、212%214%Si、011%012%M n、0105%0106%P、0102%0103%S,入罐溫度約1400。在鐵液裝罐過程中進行脫S處理。其方法是用N2氣將M g等吹入鐵液中,噴M g量為1t鐵液4kg,將S含量降至0101%01015%。脫S后鐵液溫度約1370,運送過程溫降10,送至目

9、的地后裝入2臺焦爐煤氣加熱的120t混鐵爐中,入爐鐵液溫度約1340。該廠有13t工頻感應(yīng)電爐5臺,開動4臺、1臺備用,用于調(diào)整鐵液成分和提溫。在工頻爐中加入10%廢鋼對鐵液降C,鐵液出爐溫度14001420,噸鐵液電耗約130150k Wh。球化處理采用鐘罩法,鐵液處理量46t 次,球化劑用純M g或Si2M g合金,處理1t鐵液需純M g約3kg。目前,我國采用離心鑄造工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵管企業(yè)多為一些中小型煉鐵廠。這些企業(yè)一般擁有裝料量55350m3的高爐,利用低M n、P、S的高爐鐵液,走球墨鑄鐵管生產(chǎn)的深加工之路。如,大連某公司引進德國離心鑄造球墨鑄鐵管生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備,年產(chǎn)DN100DN

10、700球墨鑄鐵管5萬t。其鐵液熔煉系統(tǒng)自行配置,工藝流程為:高爐混鐵爐工頻保溫爐球化處理。為系統(tǒng)提供鐵液的是2座容量55m3高爐,每次出鐵量815t,并用15t澆包運至160t混鐵爐,對鐵液進行貯存、保溫和成分均勻化。再用8t澆包將鐵液倒入20t短線圈工頻保溫爐內(nèi)。來自5t電弧爐熔化的廢鋼液兌入其內(nèi)使鐵液降C。3臺20t工頻保溫爐由2套容量為2000kVA變壓器驅(qū)動,鐵液出爐溫度14201520。球化處理采用沖入法,在2 3t澆包內(nèi)進行,球化劑為Si2Fe2M g合金。實踐證明,160t混鐵爐故障較多,20t工頻保溫爐也未達到預(yù)想效果,擬采用3臺無芯工頻感應(yīng)電爐取代之。山東某公司利用本廠高爐鐵

11、液離心鑄造生產(chǎn)DN300DN600球墨鑄鐵管,其鐵液熔煉系統(tǒng)工藝流程為:高爐工頻感應(yīng)電爐球化處理。高爐鐵液由18t澆包運至鑄管車間,溫度在1300以上。用2t澆包將鐵液2t 次兌入10t工頻感應(yīng)電爐內(nèi)升溫和調(diào)整成分,使鐵液溫度達1500。由于高爐鐵液含S量為01015%,故可不進行脫S處理。生產(chǎn)表明,由一臺變壓器系統(tǒng)驅(qū)動2臺爐體的10t工頻感應(yīng)電爐難以滿足生產(chǎn)要求。故而配置一臺45t保溫爐,并擬增一臺烘爐變壓器,以保證生產(chǎn)對鐵液連續(xù)供應(yīng)的需要。3沖天爐2工頻感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉日本武庫川制作所是久保田公司離心鑄造生產(chǎn)球墨鑄鐵管的主要廠家,月產(chǎn)DN75DN2600球墨鑄鐵管2.4萬t,產(chǎn)品合格率達9

12、9%。所用鐵液由2座交替使用的65t h熱風(fēng)水冷倒錐形沖天爐熔煉,鐵液熔煉系統(tǒng)工藝流程為:沖天爐工頻感應(yīng)電爐脫S球化處理。沖天爐每周開爐一次,所用生鐵、廢鋼、焦炭及石灰石等原料,都是經(jīng)嚴格挑選的夾雜較少的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。為了獲得低M n鐵液,特向新日鐵公司專門訂購價格較高的球墨鑄鐵用生鐵。鐵液經(jīng)40t工頻感應(yīng)電爐升溫和調(diào)整成分,在澆包中用CaC2脫S。球化處理用壓力加M g法,將10t澆包內(nèi)鐵液分裝在3t和7t包內(nèi),對3t包內(nèi)鐵液加M g處理后再將兩者混合在一起,再對其用Fe2Si孕育處理,取樣分析,不合格者則重新熔煉。日本鑄鐵管株式會社年產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管6萬t,鐵液由2座熱風(fēng)溫度100150的

13、25t h熱風(fēng)水冷沖天爐供應(yīng),熔化率2530t h,鐵液溫度約1530,鐵液成分為:314%315%C、118% 210%Si、<015%M n、<011%P、0108%011%S、<0113%C r、<0113%Cu。脫S用N2氣噴吹CaC2于3t脫硫包內(nèi)進行,時間約3m in。處理前鐵液溫度14601480,處理后為14301460,處理后S 含量<0101%。球化處理為壓力加M g法,在1t球化包內(nèi)加M g處理后,將溫度14001420的鐵液兌入脫S后的另外2t鐵液中,并采取保溫措施即可用于澆注。國內(nèi)采用沖天爐鐵液澆注球墨鑄鐵管的典型為首都鋼鐵公司鑄造廠。該

14、廠于80年代初建成新連續(xù)鑄管車間,并試制成功連續(xù)鑄造鑄態(tài)球墨鑄鐵管,其鐵液的熔煉就采用高爐2工頻感應(yīng)電爐雙聯(lián)工藝。后因考慮高爐鐵液需用于煉鋼生產(chǎn),而改用水冷沖天爐2工頻感應(yīng)電爐雙聯(lián)工藝,延用至今使用十分成功。特別是在80年代后期,對水冷沖天爐增設(shè)了富氧送風(fēng),擴建了工頻感應(yīng)電爐和配置了保溫爐。鐵液熔煉工藝流程為:沖天爐脫S工頻感應(yīng)電爐保溫爐球化處理。2座12t h水冷富氧送風(fēng)沖天爐輪換開爐,出爐鐵液溫度14501500。鐵液從爐中虹吸連續(xù)流入3t脫硫澆包,在包底連續(xù)吹入N2氣的同時向包內(nèi)連續(xù)加入CaC2。經(jīng)脫S處理的鐵液又不間斷地流出脫硫包,并在10t工頻感應(yīng)電爐中提溫和調(diào)整成分。擴建后的10t

15、工頻感應(yīng)電爐已改為2臺變壓器驅(qū)動3臺爐體,因而可以兩爐同時生產(chǎn),保證了鐵液的連續(xù)供應(yīng)。出爐鐵液溫度15001520,用10t澆包運送至35t保溫爐中。保溫爐為電極棒加熱電阻爐,頻率200H z、變壓器容量700kVA、鐵液升溫速度27 h。鐵液采用沖入法球化處理,球化劑為R E2M g合金。4中頻感應(yīng)電爐的特點及應(yīng)用近十多年來,中頻感應(yīng)電爐因靜力變頻器的應(yīng)用而得到迅速發(fā)展。它適合于熔煉鑄鐵,特別是對合金鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵的熔煉,且對爐料塊度范圍適應(yīng)較寬。其主要優(yōu)點是:a1熱效率及電效率高,熔煉時間短,能耗低。如,一臺容量12t聯(lián)接9000k W變頻器的中頻感應(yīng)電爐,鐵液的熔煉生產(chǎn)率可達1

16、8t h。若將其功率密度提高到1000k W t,則能使熔化期縮短至35m in。中頻感應(yīng)電爐與工頻感應(yīng)電爐相比,熔化噸鐵液的電耗可從700k Wh t降低到515580k Wh t。所以,在選擇熔化設(shè)備時,可用其小容量爐取代較大容量的工頻感應(yīng)電爐。又因其功率因數(shù)高而不需配置大量補償電容器,因而減少了設(shè)備占地面積和降低了建設(shè)投資。b1熔化操作有一定靈活性,生產(chǎn)安排有較大彈性。如在短時間內(nèi)間斷使用時,不需啟動塊就可進行冷啟動。這對更換爐料和生產(chǎn)安排很有利。c1采用計算機控制,自動化程度高,安全性增加。這種爐熔化過熱爐料的速度高達2530 m in,對安全要求極為嚴格,故而裝備有計算機輔助監(jiān)視和控

17、制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能包括:當(dāng)坩堝中鐵液達到預(yù)編程溫度時,自動降低功率;承載爐重的測重儀為計算機提供爐內(nèi)金屬爐料重量變化數(shù)據(jù);監(jiān)控、計算鐵液溫度;為新坩堝提供自動燒結(jié)程序;確定鐵液達到要求成分所需C、Si及其它添加元素的數(shù)量;自動冷啟動裝置等。此外,中頻感應(yīng)爐配有坩堝推出機構(gòu)和自動裝料系統(tǒng)。d1配有雙電源供電系統(tǒng),可同時向兩臺爐子供電,實現(xiàn)了無生產(chǎn)間隔作業(yè)制度。這樣,即使一臺爐進行烘爐,另一臺爐子依舊可正常工作,保證了鐵液的不間斷供應(yīng)。如,美國應(yīng)達公司生產(chǎn)的DUAL2 TRA K雙供電電源及控制系統(tǒng),不僅可同時向兩臺爐體供電,而且向兩者輸送的功率是無級分配的。上述中頻感應(yīng)電爐的種種特點,為離

18、心鑄造生產(chǎn)球墨鑄鐵管的鐵液熔煉提供了更多的選擇余地,既可用它靈活高效地熔化冷料,又可用它與高爐、沖天爐實施雙聯(lián)熔煉;它既能做熔煉爐,又可做保溫爐,其應(yīng)用前景看好。我國某鑄管公司就是采用高爐提供低S鐵液、并配置10t中頻感應(yīng)電爐生產(chǎn)離心鑄鐵管的。該爐供電頻率為100200H z、功率為2500kVA。鐵液熔煉工藝流程為:高爐混鐵爐中頻感應(yīng)電爐球化處理。高爐供應(yīng)鐵液溫度13001350,進入用煤氣加熱的160t混鐵爐內(nèi)進行貯存、保溫和成分均勻化。鐵液出爐溫度1300,進入10t中頻感應(yīng)電爐內(nèi)提溫和調(diào)整成分,提溫后鐵液溫度1520。將鐵液溫度從1300升至1520約需27m in。球化處理采用R E2M g合金沖入法,擬改為轉(zhuǎn)包法。5結(jié)束語提供高溫合格的鐵液是離心鑄造生產(chǎn)球墨鑄鐵管的先決