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            企業新聞

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        廢鋼生產合成鑄鐵的增碳工藝調整方案

        發布日期:2022-07-13 15:44:11 作者:admin 點擊:139

        廢鋼生產合成鑄鐵的增碳工藝調整方案

        碳能新材 石嘴山市碳能新材料科技有限公司 2022-07-13 15:42 發表于寧夏

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        利用廢鋼生產合成鑄鐵的增碳工藝及控制


        所謂的合成鑄鐵,就是不用新生鐵,只用廢鋼和回爐料,采用增碳的方法來調節碳量而生產的鑄鐵。合成鑄鐵的生產具有以下幾個方面的特點:

              

        1)與普通鑄鐵相比,抗拉強度明顯高一個牌號,并且機械性能波動范圍不大。這主要是廢鋼中的P、S含量低,雜質少 。

              

        2)鑄造性能好。

              

        3)生產成本低。近年來由于工業發達國家的廢鋼量供應充足,價格也比新生鐵便宜,而且廢鋼是直接加入,無需重熔,可大大降低合成鑄鐵的生產成本 。

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        由于合成鑄鐵具有上述幾個方面的特點,所以在生產中得到了廣泛使用。但對于生產過程中的增碳技術,未見有系統研究與報導。本文試圖從增碳劑的吸收效果出發,著重研究不同容量熔煉爐應采用的增碳方法及控制技術。


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        試驗條件與要求

              

        熔煉爐采用容量為 150kg和 500kg中頻感應電爐,用 于生產性試驗。

              

        廢鋼與回爐鐵:廢鋼選用低S、低P、低Mn的碳鋼,其它合金及雜物不得混入其中?;貭t料使用材質相近的同類回爐料,不得將不同牌號、不同種類的回爐鐵混在一起加入。

              

        增碳劑:增碳劑的質量好壞直接影響到鐵液的質量好壞,因此在生產時,對于增碳劑的選擇顯得至關重要。

              

        在鑄造生產中,目前應用最多的增碳劑主要有兩大類:石墨化增碳劑和非石墨化增碳劑。石墨化增碳劑主要有廢石墨電極、石墨壓塊(粒)、瀝青焦、低硫煅燒石油焦、中硫煅燒石油焦和煅燒無煙煤等。非石墨化增碳劑主要有瀝青焦、煅燒石油焦、煅燒無煙煤等 。硫量高的增碳劑氮含量也高,若采用此類增碳劑,灰口鐵液中的含氮量往往會高出平衡濃度而產生裂隙狀氮氣孔,球鐵鐵 液則易在厚壁處產生縮松缺陷。在鑄鐵生產中常用的增碳劑主要以低硫、低磷的石墨化增碳劑為主。

              

        增碳劑粒度的選擇:增碳過程實質上就是碳在鐵液中的溶解擴散和氧化燒損過程,增碳吸收的效果(增碳率)是增碳劑在鐵液中溶解擴散速度和氧化燒損速度的綜合體現。增碳劑的粒度大小不同,其溶解擴散速度和氧化燒損速度也不同。在一般情況下,增碳劑顆粒大越大燒損越小溶解擴散速度慢;反之,增 碳劑顆粒小燒損大溶解擴散速度也大。在生產中增碳劑粒度的選擇應根據爐膛大小和容量來綜合考慮,本試驗所選用的增碳劑粒度控制在0.5-3mm之間 。

               

        增碳劑加入工藝方法的設計:為了研究加入工藝對增碳劑的吸收效果的影 響,試驗設計了以下3種增碳劑加入方法:

              

        1)中間加入法(方法①),即廢鋼加入熔化后,加入增碳劑,迅速覆蓋回爐料;

             

        2)壓底加入法(方法②),即增碳劑置于爐底,再加入廢鋼,熔化后再加入回爐料 ;

              

        3)分層加入法(方法③),即廢鋼熔化后分批加入增碳劑,并迅速覆蓋回爐料。

              

        試驗結果與分析

              

        增碳工藝方法對增碳率的影響:為了探討增碳工藝對增碳率的影響,采用 150kg和500kg中頻感應電爐進行生產性試驗,試驗結果分別見表1和表 2。 


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        從表中可以看出,在相同的條件下,采用不同的增碳工藝方法,其增碳率 是不同的。對于150kg中頻感應電爐,采用方法②時,即壓底加入法,增碳率最高,其次是方法①和方法③ 。生產試驗表明,對于小容量電爐的增碳采用壓底加入法是可行的;而對于500kg中頻感應電爐,采用方法③時,即分層加入法,增碳率最高,其次是方法①,方法②為最低。因此在生產中,對于容量大于500kg電爐的增碳,建議采用分層加入法或中間加入法。不管是壓底加入法,還是中間加入法,或者是分層加入法,增碳劑加入時均應遵循防氧化的原則。

              

        采用壓底法增碳時,應在超出感應圈最低位置的坩堝內進行增碳。覆蓋用料處于感應圈位置中,有利于金屬覆蓋料的熔化,使增碳劑有效地與鐵液接觸,增大增碳劑與鐵液的接觸面,促進增碳劑中的碳向鐵液態的溶解和擴散;另一方面,金屬覆蓋料的迅速熔化,有效地隔絕增碳劑與空氣的接觸面,防止增碳劑的氧化燒損,從 而提高增碳效果 。

              

        采用中間加入法或者是分層加入法,應先在坩堝中加入一定的量的廢鋼并使之熔化,坩堝內的鐵水量應超出感應圈的最低位置方可加入增碳劑,應盡量避免鐵水量超出感應圈最高位置時增碳。這是因為:當坩堝內的鐵水量接近或超出感應圈最高位置時,增碳劑的加入,表面層鐵 水溫度下降而呈半固態,增碳劑的密度小,仍處于表面層。而加入的金屬覆蓋料處于感應圈上部位置,磁力線無法穿過,致使覆蓋料長時間處于固體狀態,降低了覆蓋效果,增碳劑會嚴重氧化而燒損 。

              

        從表2中可以看出,增碳工藝方法相同,采用不同粒度的覆蓋用金屬料時,其增碳效果也不同。采用硅鋼片覆蓋時,增碳率比采用回爐料覆蓋時的增碳 率高出很多。這是因為:回爐料的粒度大,覆蓋效果差,增碳劑與空氣的接觸面積大,增碳劑燒損速度大于在鐵液中的熔解擴散速度,故而增碳率低;而硅鋼片的粒度較為細小,對增 碳劑具有較好的覆蓋效果,減少了增碳劑與空氣 的接觸面積,此時增碳劑在鐵液中的溶解擴散速度大于燒損速度,有效地提高了增碳率。因此,在增碳時應采用細小的覆蓋用金屬料,最大限度地提高增碳效果。

              

        綜合表1和表2的試驗結果發現,感應電爐的容量不同,采用同樣的增碳方法,增碳吸收率也不同,容量大的比容量小的增碳率高。增碳劑溶解擴散進入鐵液的過程,實際上就是一個固相與液相的反應。增碳劑與鐵液的相界面處由 于廢鋼的碳量極低,成了增碳劑與接觸鐵液表 面的碳濃度發生很大差異,從而引起擴散 。感應電爐的容量越大,增碳劑與鐵液之間形成的擴散區域越多,提高 了增碳劑向鐵液的溶解擴散量,從而提高了增碳率。增碳劑的溶解擴散是通過增碳劑-鐵液這一擴散層(厚度用δ表示)進行的。

              

        在一定溫度下,物質通過垂直于擴散方向截面(面積為A)的擴散速 率 v與擴散物質的濃度梯度 (C2-C1)/δ和截面積成正比。


                  v=-DA(C2-C1)/δ

                    式中D為擴散系數

              

        從上式看出,欲提高增碳劑在鐵液中的擴散速率即增碳率,應采取以下措施:

              

        1)選用粒度適中的增碳劑。鐵液增碳是在相界面發生的,增碳劑中碳擴散進入鐵液的速率與相界面積成正比,粒度越小,比表面積越大, 增碳劑與鐵液的接觸面積也越大,有利于增碳率的提高。但增碳劑的粒度過小,會增大增碳劑的氧化燒損,反而降低增碳吸收。 

              

        2)選用含碳量高的增碳劑。式中(C2一C1)為 增碳劑中的碳含量與鐵液中的碳含量的濃度差,這個濃度差越大,碳的擴散速率也越大,增碳率也越高 。

            

        3)增大對鐵液的攪拌。攪拌的作用是為了減小擴散層厚度,增大鐵液與增碳劑的接觸機會。從式中可以看出,減小δ值可使擴散速率增大,提高增碳效果。

              

        調整措施 

            

        1)若鐵液熔清后碳量不足時,可采取以下措施:①先打凈爐中熔渣,通過人工攪拌和感應電爐的電磁攪拌使碳熔解吸收達到增碳,此法吸收率在 20%~30%左右;②將增碳劑置于處理澆包底部,采用沖入法增碳,此法吸收率在20%~30%左右;③轉包法:即增碳劑隨流加入包內,然后包中鐵水再轉入爐內,此法吸收率達 50%左右 。 

              

        2)若鐵液中含碳過高時,加入廢鋼降碳。一般每100kg鐵液中加入廢鋼2~3kg,可降低 碳量0.1%。注意在加入廢鋼的同時會引起硅量下降,此時應相應加入適量的硅鐵。 

              

        利用廢鋼生產合成鑄鐵時,其增碳劑的加入有壓底加入法、分層加入法和中間加入法3種,不同容量的電爐應采用不同的增碳工藝方法;電爐容量越大,越有利于增碳劑的溶解擴散,增碳率超高; 當增碳劑加入后,應立即加入細小的金屬料覆蓋,避免增碳劑與空氣接觸,減少增碳劑的燒損,提高增碳效果;增碳時應盡量做到 “先增后減”:即在爐內增加鐵液中碳量,避免因鐵水中碳量不足而造成滿爐時或爐外增碳。

           

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        參考文獻: 

        [1]司乃潮,張芳芳,姜金文.合成鑄鐵工藝的試驗研究[J].鑄造 ,2006,55(8):799—802. 

        [2]王順安,鄒榮劍.合成鑄鐵 的生產及應用[J]_鑄造技術,2010,31(8):1090—1093.

        [3]馬青.冶煉基礎知識[M】.北京:冶金工業出版社,2007. 

        [4]鄧宏遠,曹瑜強.采用電爐合成鑄鐵技術提高鑄造廠效益[J]_世界鑄造,2009(5):17-19


        文章來源于網絡


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