CN101348846A - 高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术 - Google Patents

Abstract

高炉－中频炉双联熔炼短流程生产技术，涉及高炉－中频感应电炉熔炼技术，其特征在于：将炼铁高炉生产出的铁水，直接加入中频感应电炉，升温调质，再进行铸件的浇注。调质过程加入铁水孕育剂，促使其结晶。孕育剂的构成为：硅65～70％、钙0.5～2.5％、钡0.0～6.0％、铝0.2～2.0％、铋0.05～0.2％，其余为铁。本发明的有益效果是：省去了铁锭二次熔化和感应电炉过热效率高、调整成分和控制温度方便的优势，获得适合铸件要求的高温优质铁水；应用于球墨铸件生产汽车零部件、风电设备零部件以及工程机械铸件和其它铸件，可提高产品质量，节省能源，提高生产效率和生产效益，减少环境污染。

Description

高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术

技术领域：

本发明涉及铸造业熔炼技术，进一步为高炉-中频感应电炉双联熔炼技术，特别是高炉-中频感应电炉双联生产球墨铸件生产技术。

背景技术：

目前，我国铸造业通常的工序如下：砂处理→造型机造型或树脂砂造型→铸件浇注→铸件冷却→清理→热处理→防锈处理→毛坯检验→毛坯入库→机加工→成品检验→入库。其中，铸件浇注前又有铁水熔炼及处理工序，而常规的铸件浇注工艺为：a原料经高炉制成铁水，之后冷却形成铁锭，再经冲天炉铸造铁液，之后进行浇注(质量要求较低的铸件)；b原料经高炉制成铁水，之后冷却形成铁锭，经冲天炉再经中频炉(中频感应电炉)铸造铁液，之后进行浇注(质量要求较高的铸件)。这两种工艺存在着以下问题：经冶炼熔化冷却再熔化，流程长，浪费能源，污染环境，设备生产效率低。

本发明该工艺节省了铁水冷却和铁锭二次熔炼过程，形成了“高炉铁水→铁液→中频炉→铸造铁液”工序，又称短流程熔炼，研究内容主要有以下几方面：高炉铁液运送过程中的热量损失；高炉铁水遗传性对球墨铸铁件组织及性能的影响；高炉-中频炉双联短流程熔炼球墨铸铁件的成分、组织及性能之间的关系规律。

发明内容：

本发明的目的就是提供一种高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其利用高炉铁水直接转入中频感应电炉进行温度和成分调整，获得适合铸件要求的高温优质铁水；应用于球墨铸件生产汽车零部件、风电设备零部件以及工程机械铸件和其它铸件，可提高产品质量，节省能源，提高生产效率和生产效益，减少环境污染。

本发明的目的是通过以下方案实现的：高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其特征在于：将炼铁高炉生产出的铁水，直接加入中频感应电炉，升温调质，再进行铸件的浇注。

本发明的目的还可通过以下方案进一步实现：

加入中频感应电炉前的铁水的温度为1250-1350℃；铁水在中频感应电炉中的温度为1480-1550℃；调质过程加入铁水孕育剂，改变铁液遗传性；孕育剂的构成为：硅65～70％、钙0.5～2.5％、钡0.0～6.0％、铝0.2～2.0％、铋0.05～0.2％，其余为铁。

本发明的有益效果为：与目前应用较多的冲天炉-感应电炉双联熔炼相比，本工艺具有如下特点：(1)工艺缩短了生产链和能量链，充分利用高炉铁液自身热量，设备能源效率高，能源消耗少，降低铁液成本，取得较好的经济效益；(2)熔炼炉料中省去了二次熔化，无增碳增硫问题，成分稳定；中频炉可控性好，铁液温度及控制精度高，可稳定在1480-1550℃，电磁搅拌作用强化了冶金反应，便于气体及夹杂物上浮，铁液均匀性好，纯净度高；(3)成分检测和调整方便，精度高；(4)在液态金属质量测评***的帮助下，还能够方便地测试和调整铁液状态，控制铁液白口倾向和石墨化能力等；(5)该熔炼工艺能够保证稳定获得高质量的铁液，生产的铸件组织性能好，质量波动范围减小，合格率高；(6)短流程熔炼时，化铁过程主要是废钢和回炉料熔化的过程，节省了生铁锭的熔化时间，而且废钢和回炉料浸在铁液中，熔化速率进一步加快；(7)生产链空间布局紧凑，工艺柔性好，运行成本低；(8)污染物排放少，改善工作环境和生态环境等等。

总之，本工艺是一种合理、经济的组合形式，省却了铁锭二次熔炼过程，同时也利用了感应电炉过热效率高、调整成分和控制温度方便的优势，既保证了铁水质量，又降低了成本，实现了经济效益和生态效益的双赢。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明作进一步叙述：

实施例1：高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，将高炉熔化后的铁水，直接加入中频感应电炉。由于高炉与中频炉之间一般都有不小一段距离，针对高炉与中频炉间运输热量损失的问题，采取以下措施：(1)在铁水表面覆盖绝热保温材料并加包盖；(2)选用合适的包衬结构，减少铁水温降；(3)缩短铁水包运输时间。采取措施后使加入中频感应电炉前的铁水的温度保持在1250-1350℃的范围，铁水经中频感应电炉升温至1480-1550℃并调质后，再进行铸件的浇注。调质过程加入铁水孕育剂，改变铁液遗传性。

铸铁液通常含有多种组元，且由于动力学原因往往处于非平衡状态，对于铸造生产来说，熔体的非平衡态有时是有利的。例如高炉铁液在凝固成生铁锭时形成的粗大石墨块和非金属化合物再次熔化时，可能以未熔石墨颗粒、石墨结、石墨团聚体和化合物等形式存在于铁液中，在凝固过程中起到异质核心的作用。调质过程加入铁水孕育剂，进行孕育处理即是人为地制造或加剧这种非平衡状态，“诱导”铁液的形核和凝固过程，获得需要的组织和性能。铸造铁液的非平衡性决定了其状态易受多种动力学因素的影响，如炉料的组织状态和配比、熔化和过热速率、过热温度、保温时间、熔体处理方法及处理程度等。由于本工艺省去的生铁重熔环节会改变铁液的非平衡状态，即高炉铁水的“组织遗传性”，铁水在凝固过程中异质晶核数较少，且碳、硅元素分布更均匀，石墨结晶变得困难，出现较大的过冷倾向且组织中的石墨细小，影响了铸件的机械性能。

本发明在调质过程加入铁水孕育剂促使其结晶，孕育剂的构成为：硅(Si)：65～70％，钙(Ca)：0.5～2.5％，钡(Ba)：0.0～6.0％，铝(Al)：0.2～2.0％，铋(Bi)：0.05～0.2％，其余为铁(Fe)。

此外，本发明研究不同壁厚、不同牌号的球墨铸铁件成分、组织及性能之间的关系规律，依据铸件基体组织的要求及铸件壁厚大小可调整该孕育剂其中成分的含量，以达到最优效果。本技术通过试验，设计出了特定的孕育剂以及合理的孕育工艺，有效地消除高炉铁液的遗传性，使其达到生产优质球墨铸铁件的要求。

本技术的经济效益和生态效益况分析：

与我国目前应用较多的冲天炉熔炼、电炉熔炼或冲天炉与中频感应电炉双联熔炼相比，本发明缩短了生产链和能量链，充分利用高炉铁液潜热，设备能源效率高，能源消耗少；冶金过程控制方便，铁液质量稳定，产品合格率高；化铁时间和熔炼周期短，生产率高；生产链空间布局紧凑，工艺柔性好，运行成本低；污染物排放少，改善工作环境和生态环境等等。以年产量10万吨铸件的铸造厂为例进行说明，工艺出品率取70％，合格率取90％。

1、经济效益。为了计算方便，以轮毂为例。(1)节约能源成本。可节约能源成本3780万元。(2)冶金质量好，合格率高。试验证明，本工艺与冲天炉熔炼相比，铸件合格率能稳定提高1％，则由于合格率提高每年可节约成本800万元。(3)缩短化铁时间，提高生产率30％。(4)降低铁模的消耗100万元。(5)生产链布局紧凑，节约生铁运输成本和人工费用25万元。(6)其他成本节约。每吨铁水可节省球化剂用量0.4千克；孕育剂浪费减少，消耗量降低；可延长炉衬寿命150天甚至更高，减少筑炉频次和费用，同时减少停工时间，扩大熔炼能力；方便生产组织，可塑性大，适应造型线工作状况的能力强，不至于造成铁液的浪费；由于污染物排放减少，不需要特意购置污染处理设备等等。各种其它成本节约预计至少150万元/年。上述分析可知，一个年产10万吨的铸造厂，在采用了本工艺后，与冲天炉熔炼相比，每年可增加经济效益约4855万元。

2、环境效益。国内应用较多的冲天炉依靠焦炭提供能源，而且使用的焦炭含硫量高，生产中常排放出大量的烟气、粉尘和二氧化硫等有害气体，生产10万吨铸件，其排放量为粉尘294-1260吨、CO₂840-1008吨、SO₂8.4-50.4吨、HF16.8-42吨(不加萤石作溶剂时)。采用本工艺后，利用清洁的电能做能源，污染物排放很少，基本上不经任何处理也不会对环境造成大的影响，因此，与冲天炉熔炼相比，该工艺的环境负荷大大减小。

3、能源效益。本工艺与传统的熔炼工艺相比，省去了生铁锭的重熔过程，可省去该过程中使用的焦炭12600吨。铸造行业是我国能源消耗结构的重要组成部分，铸造节能是解决能源危机的突破口，而本工艺的实施和推广，将为此做出巨大的贡献。

Claims (5)

1、高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其特征在于：将炼铁高炉生产出的铁水，直接加入中频感应电炉，升温调质，再进行铸件的浇注。

2、根据权利要求1所述的高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其特征在于：加入中频感应电炉前的铁水的温度为1250-1350℃。

3、根据权利要求1所述的高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其特征在于：铁水在中频感应电炉中的温度为1480-1550℃。

4、根据权利要求1所述的高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其特征在于：调质过程加入铁水孕育剂，改变铁液遗传性。

5、根据权利要求4所述的高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其特征在于：孕育剂的构成为：硅65～70％、钙0.5～2.5％、钡0.0～6.0％、铝0.2～2.0％、铋0.05～0.2％，其余为铁。