用廢鋼生產球墨鑄鐵新技術的工藝研究

黎占峰，李喜紅，和金祥，檀玉科，馬方嶺

（1.河北機電職業技術學院,河北邢臺 054001；2.河北翼辰實業集團有限公司，河北藁城 052160；3.河北邢臺水泵廠，河北邢臺 054001）

目前球墨鑄鐵生產主要采用生鐵，中國國內生鐵，主要來自鐵礦石冶煉，鐵礦石屬于不可再生資源，可利用的數量越來越少，直接使用生鐵的成本不斷增加，而廢鋼是可以再回收利用的，如果將廢鋼應用于球墨鑄鐵生產是十分具有前景的。

開展資源節約和綜合利用是我國一項重大基本國策，也是國民經濟和社會發展中的一項長遠戰略方針，大力發展資源回收再利用，對于提高資源利用率、保護環境、建立資源節約型社會、倡導循環經濟、適應經濟可持續發展，都有著重要意義。據統計，河北藁城市每年工業生產所產生的廢鋼約20萬t，其中能有效回收利用的只占到10%，這不僅產生相當多的浪費，同時對工業生產帶來巨大的負面影響，成為制約城市快速發展的瓶頸。目前藁城市廢舊物資回收并具有一定規模的單位很少，迫切需要解決廢鋼資源再利用的問題。

河北翼辰實業集團有限公司是一個專門生產鐵路扣件的廠家,每年有幾千噸廢鋼下腳料需要低價處理,下轄的鑄造分公司每年需要高價購進2萬多噸球生鐵。廢鋼和生鐵的主要區別是碳含量不同,如果我們通過給鋼液增碳轉化成鐵液,可以節約生產成本,減少很多中間環節。基于以上原因,我們進行了大量的實驗取得了初步的成功，這種廢鋼加增碳劑的工藝不僅生產成本低，而且機械性能好。

球墨鑄鐵墊板的材質為球墨鑄鐵QT450-10，主要采用生鐵或廢鋼冶煉澆注而成，河北翼辰公司生產的球墨鑄鐵墊板主要應用在鐵路扣件方面，是在軌下直接承受列車載荷動力作用的部件，載荷全部經由鐵墊板傳遞到軌下基礎結構上，直接影響列車的運行狀態，它在軌道各部件中是使用條件最嚴酷的部件。目前現有生鐵生產球墨鑄鐵的技術，生產出來的產品伸長率和拉伸強度雖然能達到要求，但是并不是很完美，使用廢鋼生產球墨鑄鐵技術后，球墨鑄鐵的伸長率和拉伸強度還能進一步提高，能不斷滿足高速鐵路配套技術的要求，及時完成裝備技術和產品的更新換代。

廢鋼加增碳劑生產球墨鑄鐵新技術工藝，通過利用工業生產的鋼鐵邊角余料，加增碳劑生產球墨鑄件，可以節約我國有限的生鐵資源，降低生產成本，同時由于廢鋼的機械性能遠高于生鐵，因廢鋼的遺傳性比生鐵好的多，所以生產出的產品不僅成本低，而且機械性能大幅度提高。對于提高產品性能和節約資源是十分必要的。

1 試驗內容

通過利用工業生產的鋼鐵邊角余料，加增碳劑生產球墨鑄件，減少生鐵的使用量，提高產品性能指標，減少球化劑和增碳劑加入量。

運用現有的生產技術，通過試驗達到：

（1）進一步提高增碳劑的吸收率，減少增碳劑用量；

（2）優化廢鋼、增碳劑和回爐料的加入時間，縮短冶煉時間，節約電耗；

（3）進一步優化球化劑的加入量，最大限度的提高機械性能；

（4）擴大廢鋼的使用范圍，增加原材料的來源，進一步降低生產成本

原材料的選用均符合國標或行業標準（見表1），可以滿足產品性能要求。。

表1 原材料采購標準

2 試驗過程

2.1 總體思路

（1）在爐內加入鋼，并在鋼上加入增碳劑，然后加熱使鋼熔化并充分滲碳；

（2）再次加入鋼，并加入回爐料；

（3）加入球化劑、孕育劑進行球化、孕育處理；（4）進行澆注。

利用廢鋼生產球墨鑄鐵件關鍵在于控制不同的含碳量。

2.2 生產過程

2.2.1 熔煉

主要設備： 5 t電爐4臺，羅拉門迪造型線一條，自動砂處理設備一套。備有型砂檢測儀器，以及金相、光譜等檢測儀器。

熔煉過程中各種爐料的添加順序：先加入熔點較低、元素燒損較小的爐料，熔點較高、元素燒損較大的爐料后加，鐵合金最后加入。加料時須特別注意：冷濕爐料、鍍鋅爐料、帶油爐料、帶漆爐料要加在其他爐料上面，讓其慢慢進入鐵液中，避免鐵液飛濺。金屬爐料中嚴禁混有彈殼、密封管頭和其他易爆物品。

取鐵液進行化學成分檢驗：熔煉后的鐵液，滿爐熔化后及時扒渣，取光譜樣分析化學成份。鐵液成分應符合表2的規定。

表2 鐵液化學成分

檢驗合格后，鐵液溫度達到1 500～1 560 ℃時，可開始球化。當爐內鐵液成分不符合要求時，需進行調質處理。通過加入適量的廢鋼、增碳劑、硅鐵來調整爐內鐵液中的碳、硅成分。當鐵液中硫的成份偏高時，可進行爐外脫硫處理。

2.2.2 球化處理

球化前將球化包耐火材料加熱成暗紅色，球化劑加入量1.2%～2.0% ，根據爐內鐵液含硅量計算出一次孕育劑加入量,終硅量控制在2.5%～3.3%內。其計算公式為：

一次孕育劑加入量=(終硅量(2.8)－爐內100 kg鐵液含硅量－0.4×100 kg鐵液球化劑加入量－0.65×0.3×二次孕育劑含硅量)×出鐵量÷0.75

脫硫劑加入量： 根據爐內鐵液含硫量調整,成品wt（S）≤0.03%即可。

球化加料順序：先加球化劑，球化劑上面蓋孕育劑，孕育劑上加碎鐵片，用平頭沖子搗實，(硫高時加脫硫劑后加珍珠巖覆蓋)，要把球化劑和孕育劑全部覆蓋。

球化時，鐵液沖向未放置球化劑的一側。沖入2/3～1/2鐵液開始反應，待反應減弱后加入余下的鐵液，球化包足夠大時可一次出完全部鐵液。加聚渣劑，扒渣。渣必須扒凈，然后再加聚渣劑覆蓋鐵液表面。

球化后的鐵液進行澆注,澆注溫度控制在1 350～1 430 ℃，每包鐵液都進行金相檢驗和光譜檢驗，鐵液成份應符合表3規定，并把檢驗結果及時通知爐前。對金相達不到技術要求的鑄件直接報廢回爐。

表3 鐵液成分要求

2.2.3 配砂

（1）型砂配比：

新砂4%～10%；舊砂90%～96%；水份（型砂的）3.2%～3.8%；有效膨潤土含量7%～10%；有效煤粉含量3%～5%。

（2）混砂時間：3 min～3 min30 s。

（3）型砂檢驗

混砂完成后需進行型砂檢驗，每30 min檢驗一次濕壓強度、緊實率、含水量、透氣性、劈裂強度、試樣重，其結果應符合表4規定。

表4 型砂性能要求

2.2.4 造型

（1）熟悉所操作造型機的性能和操作規范，并檢查其完好狀態和空試車，檢查儀表確信正常再行投入生產運行。正常情況下射砂壓力0.2～0.4 MPa, 壓實壓力 550～700 kPa或 600～800 kPa。

（2）檢查鑄型型腔硬度狀況（88～100）每班測一次，特別要檢查有無松軟和損壞或錯箱等。

2.2.5 澆注

澆注時鐵液要連續，形成穩流，使澆口杯一直充滿鐵液。否則易出現冷隔。造好的砂型放置16 h后不得澆注。因時間太長，砂型水份揮發，型砂各項指數下降，易出現沖砂，使鑄件產生砂眼。使用澆包前，檢查澆包的耐火材料是否完整，并檢查是否烘干，澆注機進行澆注時，一次孕育劑加入量根據爐內原鐵液硅含量調整；二次隨流孕育劑0.1%～0.3%。將澆包內鐵液渣扒凈，以最快的速度進行澆注，鐵液充滿澆冒口。

2.2.6 清理

澆注40 min后方可落砂，球化不合格件隔離返回熔煉工序。對拋丸后的鑄件進行外觀檢驗，剔除不可修補的不合格件。在不降低使用性能、不影響外觀、不高于重鑄成本、不影響后序操作、不影響供貨周期，與鑄件驗收條件沒有矛盾的情況下，根據情況可采用電焊、氣焊、工業修補劑和浸滲修補等。

2.2.7 檢驗

按照產品技術條件（表5）要求對產品進行尺寸、性能檢測。

表5 產品技術條件要求

3 關鍵技術及創新點

3.1 關鍵技術

控制廢鋼和增碳劑的比例（保證鐵液成分），控制球化過程，保證機械性能。在電爐溫度控制保證增碳劑充分吸收的基礎上，確保廢鋼的優良性能得到遺傳。掌握增碳劑的合理加入時間，確保鐵液純凈，并提高電爐壽命，縮短冶煉時間。

3.2 創新點

目前國內鑄造業生產采用的工藝主要為生鐵煉球墨鑄鐵。球墨鑄鐵產品伸長率為15%～20%，球化劑加入量在1.4%左右,增碳劑加入量在45 kg/t；采用廢鋼生產球墨鑄鐵伸長率達到20%～25%之間,球化劑加入量為1.2%,增碳劑加入量在42 kg/t。