离心铸造球墨铸铁管铁液的熔炼

1、收稿日期:19980319收修改稿日期:19980608离心铸造球墨铸铁管铁液的熔炼摘要:应用离心铸造工艺生产球墨铸铁管,连续快速提供化学成分和温度均合格的优质铁液是生产的关键环节之一。本文就离心铸造对铁液的要求及合理选择铁液的熔炼工艺和设备进行了分析和探讨。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 .主题词:离心铸造离心铸管球墨铸铁管熔炼综述在世界各国尤其是经济发达国家,离心铸造球墨铸铁管得到了普遍应用。我国自80年代引进这项生产技

3、术和设备以来,离心球墨铸铁管的生产和应用也已在逐步发展。合格的离心铸造球墨铸铁管的生产,提供高温优质铁液是其先决条件,因此铁液的熔炼处理显得十分关键。为了减少投资、降低成本、节约能源和提高产品质量,国内外的生产企业都在不断探索,改进铁液熔炼工艺和设备。目前,采用离心铸造工艺生产球墨铸铁管所用铁液,主要来自高炉或冲天炉,且多选择高炉2工频感应电炉、冲天炉2工频感应电炉的双联工艺。虽然工频感应电炉对铁液贮存、保温、调整合金成分等不失为一种良好的设备,但由于近几年来中频感应电炉的发展和在铸铁熔炼中显示出的优越性,而越来越被重视和采用。中频感应电炉的崛起,也必将给离心铸造球墨铸铁管铁液的熔炼工艺注入新

4、的活力。1对所用铁液的要求离心铸造球墨铸铁管的生产工艺较复杂且要求严格,供应符合要求的铁液是高效优质地生产合格产品的关键。所以,在生产中对铁液的成分和温度要求严格控制,并应保证连续供应。离心铸造球墨铸铁管,首先要保证铁液的化学成分,尤其要注意对M n 、P 、S 等有害元素的严格控制。表1列出了我国大连某公司及目前世界最大的两家离心铸造球墨铸铁管生产企业法国木松桥公司、日本久保田公司所用铁液的化学成分。铁液的浇注温度视产品口径的不同而有所差异。如,DN 100DN 700铸铁管的浇注温度一般控制在12701400范围内。表2列出了大连某公司生产的不同管径球墨铸铁管的浇注温度。表1铁液化学成分%

5、成分木松桥公司久保田公司大连某公司C Si M n P S M g3153182102140140112010100102001035312318117217014011001015010303143162132160140108010200103001050表2不同管径球墨铸铁管浇注温度型号工艺要求最佳值最低极限值DN 100DN 150DN 200DN 300DN 400DN 500DN 600DN 700137014001370138013601370135013601340135013401350134013501340135013101300130012901290128012801

6、270离心铸造生产的特点是,产品规格多,生产效率高,且多采用多机或多生产线作业。因此,要求铁液的供应连续、及时。如,一座配备大小离心铸造机各1台、生产DN 100DN 700球墨铸铁管的车间,生产能力可达5万t 年;一座配备大中小离心铸造机各1台、生产DN 100DN 1000球墨铸铁管的车间,生产能力约为10万t 年。一根作业长度6m 的DN 100DN 1000球墨铸铁管,重量小者不足100kg ,大者超过2000kg 。可见这样大的铁液需要量,若不能连续及时供应,生产便无法正常进行。2高炉2工频感应电炉双联熔炼木松桥公司在其国内外都设有公司。木松桥法国公司年产离心铸造球墨铸铁管50万t

7、,所用铁液来自自制的2座<4500mm、容量460m3的高炉。铁液出炉温度1410,化学成分为410%C、210%Si、012%M n、0107%S。出炉后的准备工艺流程为:脱S 混铁炉工频感应电炉球化处理。高炉铁液在35t浇包中加CaC2脱S处理,使铁液含S量0101%后贮存在1250t混铁炉中。在脱S和进入混铁炉两过程中,铁液分别降温50和60,送至工频感应电炉时铁液温度为1300左右。该公司有工频感应电炉8t的5台和23t的2台,后者单台生产率为2530t h,可将铁液温度从1300提高至1450,并在其内加废钢轨对铁液进行降C调整。球化处理用纯M g,其方法是将带有保护层的M g

8、块用钟罩压入16t球化包内液面下1m处,汽化后的M g蒸气逐步渗入至铁液中完成球化处理。球化处理应在出铁后马上进行,时间约1m in为最佳。用6t球化包处理效果好,球化温度1400,球化率为65%。德国沙尔克尔厂所用高炉铁液用90t鱼雷罐车从相距50km的汉伯尔厂运来。铁液成分为:411% 412%C、212%214%Si、011%012%M n、0105%0106%P、0102%0103%S,入罐温度约1400。在铁液装罐过程中进行脱S处理。其方法是用N2气将M g等吹入铁液中,喷M g量为1t铁液4kg,将S含量降至0101%01015%。脱S后铁液温度约1370,运送过程温降10,送至目

9、的地后装入2台焦炉煤气加热的120t混铁炉中,入炉铁液温度约1340。该厂有13t工频感应电炉5台,开动4台、1台备用,用于调整铁液成分和提温。在工频炉中加入10%废钢对铁液降C,铁液出炉温度14001420,吨铁液电耗约130150k Wh。球化处理采用钟罩法,铁液处理量46t 次,球化剂用纯M g或Si2M g合金,处理1t铁液需纯M g约3kg。目前,我国采用离心铸造工艺生产球墨铸铁管企业多为一些中小型炼铁厂。这些企业一般拥有装料量55350m3的高炉,利用低M n、P、S的高炉铁液,走球墨铸铁管生产的深加工之路。如,大连某公司引进德国离心铸造球墨铸铁管生产技术和设备,年产DN100DN

10、700球墨铸铁管5万t。其铁液熔炼系统自行配置,工艺流程为:高炉混铁炉工频保温炉球化处理。为系统提供铁液的是2座容量55m3高炉,每次出铁量815t,并用15t浇包运至160t混铁炉,对铁液进行贮存、保温和成分均匀化。再用8t浇包将铁液倒入20t短线圈工频保温炉内。来自5t电弧炉熔化的废钢液兑入其内使铁液降C。3台20t工频保温炉由2套容量为2000kVA变压器驱动,铁液出炉温度14201520。球化处理采用冲入法,在2 3t浇包内进行,球化剂为Si2Fe2M g合金。实践证明,160t混铁炉故障较多,20t工频保温炉也未达到预想效果,拟采用3台无芯工频感应电炉取代之。山东某公司利用本厂高炉铁

11、液离心铸造生产DN300DN600球墨铸铁管,其铁液熔炼系统工艺流程为:高炉工频感应电炉球化处理。高炉铁液由18t浇包运至铸管车间,温度在1300以上。用2t浇包将铁液2t 次兑入10t工频感应电炉内升温和调整成分,使铁液温度达1500。由于高炉铁液含S量为01015%,故可不进行脱S处理。生产表明,由一台变压器系统驱动2台炉体的10t工频感应电炉难以满足生产要求。故而配置一台45t保温炉,并拟增一台烘炉变压器,以保证生产对铁液连续供应的需要。3冲天炉2工频感应电炉双联熔炼日本武库川制作所是久保田公司离心铸造生产球墨铸铁管的主要厂家,月产DN75DN2600球墨铸铁管2.4万t,产品合格率达9

12、9%。所用铁液由2座交替使用的65t h热风水冷倒锥形冲天炉熔炼,铁液熔炼系统工艺流程为:冲天炉工频感应电炉脱S球化处理。冲天炉每周开炉一次,所用生铁、废钢、焦炭及石灰石等原料,都是经严格挑选的夹杂较少的优质产品。为了获得低M n铁液,特向新日铁公司专门订购价格较高的球墨铸铁用生铁。铁液经40t工频感应电炉升温和调整成分,在浇包中用CaC2脱S。球化处理用压力加M g法,将10t浇包内铁液分装在3t和7t包内,对3t包内铁液加M g处理后再将两者混合在一起,再对其用Fe2Si孕育处理,取样分析,不合格者则重新熔炼。日本铸铁管株式会社年产离心铸造球墨铸铁管6万t,铁液由2座热风温度100150的

13、25t h热风水冷冲天炉供应,熔化率2530t h,铁液温度约1530,铁液成分为:314%315%C、118% 210%Si、<015%M n、<011%P、0108%011%S、<0113%C r、<0113%Cu。脱S用N2气喷吹CaC2于3t脱硫包内进行,时间约3m in。处理前铁液温度14601480,处理后为14301460,处理后S 含量<0101%。球化处理为压力加M g法,在1t球化包内加M g处理后,将温度14001420的铁液兑入脱S后的另外2t铁液中,并采取保温措施即可用于浇注。国内采用冲天炉铁液浇注球墨铸铁管的典型为首都钢铁公司铸造厂。该

14、厂于80年代初建成新连续铸管车间,并试制成功连续铸造铸态球墨铸铁管,其铁液的熔炼就采用高炉2工频感应电炉双联工艺。后因考虑高炉铁液需用于炼钢生产,而改用水冷冲天炉2工频感应电炉双联工艺,延用至今使用十分成功。特别是在80年代后期,对水冷冲天炉增设了富氧送风,扩建了工频感应电炉和配置了保温炉。铁液熔炼工艺流程为:冲天炉脱S工频感应电炉保温炉球化处理。2座12t h水冷富氧送风冲天炉轮换开炉,出炉铁液温度14501500。铁液从炉中虹吸连续流入3t脱硫浇包,在包底连续吹入N2气的同时向包内连续加入CaC2。经脱S处理的铁液又不间断地流出脱硫包,并在10t工频感应电炉中提温和调整成分。扩建后的10t

15、工频感应电炉已改为2台变压器驱动3台炉体,因而可以两炉同时生产,保证了铁液的连续供应。出炉铁液温度15001520,用10t浇包运送至35t保温炉中。保温炉为电极棒加热电阻炉,频率200H z、变压器容量700kVA、铁液升温速度27 h。铁液采用冲入法球化处理,球化剂为R E2M g合金。4中频感应电炉的特点及应用近十多年来,中频感应电炉因静力变频器的应用而得到迅速发展。它适合于熔炼铸铁,特别是对合金铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的熔炼,且对炉料块度范围适应较宽。其主要优点是:a1热效率及电效率高,熔炼时间短,能耗低。如,一台容量12t联接9000k W变频器的中频感应电炉,铁液的熔炼生产率可达1

16、8t h。若将其功率密度提高到1000k W t,则能使熔化期缩短至35m in。中频感应电炉与工频感应电炉相比,熔化吨铁液的电耗可从700k Wh t降低到515580k Wh t。所以,在选择熔化设备时,可用其小容量炉取代较大容量的工频感应电炉。又因其功率因数高而不需配置大量补偿电容器,因而减少了设备占地面积和降低了建设投资。b1熔化操作有一定灵活性,生产安排有较大弹性。如在短时间内间断使用时,不需启动块就可进行冷启动。这对更换炉料和生产安排很有利。c1采用计算机控制,自动化程度高,安全性增加。这种炉熔化过热炉料的速度高达2530 m in,对安全要求极为严格,故而装备有计算机辅助监视和控

17、制系统。该系统的主要功能包括:当坩埚中铁液达到预编程温度时,自动降低功率;承载炉重的测重仪为计算机提供炉内金属炉料重量变化数据;监控、计算铁液温度;为新坩埚提供自动烧结程序;确定铁液达到要求成分所需C、Si及其它添加元素的数量;自动冷启动装置等。此外,中频感应炉配有坩埚推出机构和自动装料系统。d1配有双电源供电系统,可同时向两台炉子供电,实现了无生产间隔作业制度。这样,即使一台炉进行烘炉,另一台炉子依旧可正常工作,保证了铁液的不间断供应。如,美国应达公司生产的DUAL2 TRA K双供电电源及控制系统,不仅可同时向两台炉体供电,而且向两者输送的功率是无级分配的。上述中频感应电炉的种种特点,为离

18、心铸造生产球墨铸铁管的铁液熔炼提供了更多的选择余地,既可用它灵活高效地熔化冷料,又可用它与高炉、冲天炉实施双联熔炼;它既能做熔炼炉,又可做保温炉,其应用前景看好。我国某铸管公司就是采用高炉提供低S铁液、并配置10t中频感应电炉生产离心铸铁管的。该炉供电频率为100200H z、功率为2500kVA。铁液熔炼工艺流程为:高炉混铁炉中频感应电炉球化处理。高炉供应铁液温度13001350,进入用煤气加热的160t混铁炉内进行贮存、保温和成分均匀化。铁液出炉温度1300,进入10t中频感应电炉内提温和调整成分,提温后铁液温度1520。将铁液温度从1300升至1520约需27m in。球化处理采用R E2M g合金冲入法,拟改为转包法。5结束语提供高温合格的铁液是离心铸造生产球墨铸铁管的先决