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1、提高铁水纯净度减少铸管内壁夹渣本文通过对冲天炉铁水氧化机理进行研究，分析铁水在预热区、熔化区和还原区、氧化区及风口区、 炉缸渣铁共存区铁水氧化的主要原因，制定铁水在熔化过程中不同区域降低氧化程度的控制措施，达到提高铁水纯净度的目的。铁水纯净度提高后，对铸管的力学性能产生了积极效果， 铸管管壁的渣层厚度由原来的1 3mm 降至 1mm 以内，伸长率稳定在9% 14%之间。关键词：铁液氧化力学性能前言：我公司采用冲天炉保温炉 工频炉三联熔炼制备铁水，采用涂料热模法离心浇铸球墨铸铁管。产品规格为DN1100 DN1600 。由于采用涂料热模法管子的冷却速度较慢，在铁水氧化严重的情况下，很容易在管子的
2、内表面形成积聚的渣层，部分氧化渣也会滞留在管壁中间形成夹渣缺陷，因而铁水质量直接影响最终产品的力学性能指标。球墨铸铁在熔炼和离心铸造过程中，各种金属元素与非金属元素发生化学反应而产生各种氧化物和硫化物，以及铁液与金属炉料表面砂粒、铁锈、焦碳中的灰分以及炉衬、浇包、管模、涂料等接触后发生的相互作用，都会产生固体难熔的非金属夹杂物。这些夹杂物悬浮于铁液中，在离心浇注过程中集聚在管子内表面或承口 D3面，导致管子内壁夹渣缺陷。针对此严重威胁产品内在质量的的问题，我们展开系统攻关，并取得一定效果。一、化学成份的选择：要稳定地生产优质球铁产品，就必须有高温、高纯净度（低氧化）成份符合要求，稳定性好的优质
3、铁水。1) 碳：碳促进石墨化，减少白口，增加铁素体，此外还提高Mg 的吸收率，改善球化、提高韧性。但碳含量过高容易产生石墨漂浮、碎块状石墨等铸造缺陷， 碳低则易产生缩裂、 缩松等铸造缺陷， W （C） 应控制在 3.2%3.3%范围内。2) 硅：硅有双重作用，一方面使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少、铁素体量增加，改善塑性；另一方面固溶强化铁素体，使屈服点和硬度提高，硅含量过高时，易形成异形石墨，提高低温脆性，所以W （S）控制在1.95%2.25%。3) 锰：锰是促进碳化物、稳定珠光体的元素，易在共晶团边界产生偏析，因而降低韧性，W （M ）控制在 0.4%以下.4) 磷：磷在铸铁中溶解度很低
4、时固溶于铁，对球铁力学性能无明显影响，但磷含量过高时，易偏析于共晶团边界，形成二元或三元复合磷共晶而降低韧性，提高低温脆性，W （P）控制在 0.06%以下。5) 硫：硫是生产球铁产品最有害的元素，硫与镁、稀土亲合力很强，容易形成 MgSiReS渣，由于硫的消耗作用，使有效的残留球化元素过低而降低球化率（实践证明Mg残不能低于 0.06%） ，另外 S 量过高（ 0.045%）引起硫化物夹渣增多，还使随后的球化衰退速度加快，使力学性能下降或不稳定。因此，原铁水含硫量的高低是影响球铁生产稳定性的重要元素。含硫量高，增大球化剂的用量还不利于石墨化的控制，W （S） 控制在 0.035%以下。6)
5、碳当量：球墨铸铁的碳当量一般取在共晶或过共晶成份，提高碳当量可以保证球化的需要，改善铸造性能（使铁水的流动性好，形成缩裂、缩松的倾向小） ，同时，也可以增加铸态球墨铸造中的铁素体含量，但碳当量过高则易产生石墨漂浮，使产品的性能降低，因此W （ RE ）控制在3.95%4.15%之间较为合适。二、内壁夹渣的原因分析：通过对大量的生产数据进行分析，我们认为导致铸管内壁夹渣的原因如下：浇注过程中铁水冲入管模中的耐火材料；由于管模内壁涂料强度偏低导致浇注过程中涂料卷入铁水中，铁凝固后涂料滞留在管壁内形成缺陷；由于铁水自身氧化严重，粘度系数增大铁水中的渣子难于上浮滞留在管壁内性能夹渣缺陷。通过对120支
6、水压渗漏管子的缺陷进行分析，比例如下表所示：序号缺陷产生的原因缺陷支数比例（ % ）1耐火材料夹渣2218.32涂料夹渣86.73氧化夹渣9075由上表可知导致铸管渗漏的主要原因是管壁中夹杂的氧化渣，通过对铁水在各个工艺环节氧化情况进行分析，发现工频炉提温过程中对铁水有很好的净化作用，冲天炉熔化的铁水到工频炉内过热和微调成份是提高铁水纯净度的关键。在工频炉内提温，能细化石墨，有利于消除炉料的遗传性。在工频炉内将铁水温度过热到1450以上，铁水中的氧含量将大幅度下降，氮含量、氢含量略有上升。我们通过反复试验提高冲天炉出铁温度弊大于利。理由是： （1）冲天炉将出铁温度由1400 提高到 1450，
7、焦铁比由1：10上升到 1：7，能耗大幅度增加；综合冶炼成本上升3% 5% ； （2）温度提高后，冶炼过程中增碳明显，废钢消耗量加大；（3）冲天炉熔化各种金属料的氧化烧损比工频炉大，在工频炉内微调成份比用冲天炉调成份更经济。在工频炉内需调整成份主要是含碳量，在工频炉内投入较大的废钢比例，不仅可以提高球墨铸铁的韧性，克服生铁遗传性的影响，而且可有效的预防夹渣。同时经过反复试验得出结论铁水在冲天炉熔化过程中氧化最为严重。三、对冲天炉铁液氧化的原因和机理：研究铁水氧化的机理， 可以有效的防止铁水氧化，提高产品内在质量。1. 铁水氧化的外观特征：铁水表面有一层连续的氧化模，呈白亮色，流动性很差，从冲天
8、炉炉前观察，铁水严重氧化时，炉渣呈黑色，其断面有气孔，液态渣表面有气体燃烧，呈蓝色火苗。2. 铁水氧化现象产生的原因和机理：从冲天炉内冶金反应来看，由于炉气是氧化性的， 各熔化过程始终会发生程度不同的氧化，但是在不同的区域内，发生铁水的氧化还原反应热力学条件各不相同。1) 预热区内铁的氧化：在冲天炉的预热区，炉气中氧几乎被耗尽，起氧化作用的主要是二氧化碳，炉气的氧化性越强，铁越容易被氧化。 另外，在预热区，金属炉料越是轻薄，与炉气接触面积越大，铁就越易被氧化。2) 还原区和氧化区铁液的氧化：a. 炉气的氧化性和炉内温度的影响，如果熔化区内炉气的氧化性很强，则料块逐层熔化，同时被逐层氧化，氧化反
9、应的时间几乎等于铁料的全部熔化时间，氧化就十分严重。b. 铁料块度的影响：如果金属料块太大，会造成熔化区下移，发生落生现象，铁水温度下降，温度越低，氧化反应的生成自由焓 G越小，导致 Fe、 Mn、Si 等元素氧化烧损增大，有利于氧化反应的进行。c. 底焦高度的影响：操作中因棚料、设备故障而长时间休风，造成底焦高度下降，炉内铁水温度降低，也会造成铁水的严重氧化。3) 氧化区（风口区）铁液的氧化：底焦燃烧过程中，在主风口附近，过多空气中的氧来不及与焦碳发生反应而以自由氧存在于这一区域内，炉气的氧化性极强，铁容易被氧化，a. 炉内风量过大，产生“ 过吹 ” 现象，底焦燃烧加快，熔化带扩大，熔化带下
10、移，铁液温度降低，炉气氧化性增强，造成铁液的严重氧化。b. 底焦高度过低，由于操作不当，底焦加入量不够，层焦又接续不上实际焦耗时，使底焦高度过低，炉内温度降低，导致铁液氧化。4) 操作不当所造成的铁液氧化:a. 加入炉内金属炉料严重锈蚀，使铁液中氧浓度增加，导致铁水氧化严重b. 使用燃烧比大的土焦或冶金焦，极易造成铁液的氧化。四、预防铁水氧化的措施：温度、化学成份、纯净度是铁液的三项主要冶金指标。主要措施是：1) 出铁温度控制在 1380以上，及时调整批料中石灰石加入量，使渣碱度控制在 1.21.8% ，以保证炉内有效脱硫。2) 选择块度适中，大小均匀，质量较好的焦炭作底焦，开二遍风之前应检测
11、底焦高度。3) 按标准准备好炉料，块度不能过大，力求均匀，严重锈蚀的炉料应进行除锈处理。4) 过筛焦炭，最佳送风量送风：焦炭块度影响冲天炉供风均匀性，也直接或间接改变燃烧带范围，影响铁水温度。5) 开炉过程中应随时检查风眼，及时调节入炉风量和风压，保持风眼明亮，不挂渣，使风焦保持平衡。6) 熔化后期，尤其是停止上料之后，应减小入炉风量，因炉后料位随熔炼的进行在逐渐下降，防止过吹引起铁水氧化。五、预防管子内壁夹渣的其它措施：1) 在保证球化的前提下，尽可能降低铁液中的镁残留量，降低原铁液中的硫、氧含量，可以减少氧化夹渣。我们目前已将球化剂加入量由2004年的 1.8%1.9%下降到 1.65%1
12、.7%, 随脱硫方式的进一步改进，球化剂加入量还有较大下降空间。2) 控制残镁含量 0.075%，可以降低氧化膜的形成温度，有效的防止夹渣产生。3) 适当提高浇注温度（DN1200管控制在 13101320 ，DN1400 管控制在13001310 ）有利于夹渣上浮而被去除。4) 浇注前将铁水表面的浮渣清除干净，在球化包扇形包加盖水晶石粉（约0.3%）可以熔解铁水表面的氧化膜，使渣子变稀，便于扒除，同时又能防止铁水表面继续氧化，对浇注过程中的二次氧化也有明显的预防作用，使夹渣减少。5) 对扇形包使用的随流孕育剂进行预热和过筛，防止因孕育剂潮温和微粉量过多导致的氧化夹渣和机械夹渣。6) 适当提高
13、管模涂料的强度，防止因铁水冲刷导致涂料脱落而形成的机械夹渣，浇注前认真吹扫流、落槽及管模内的涂料，也是预防夹渣的有效方法之一。六、结论：1) 有效的控制好冲天炉熔化过程中的氧化物，利用工频炉提温进一步净化铁水，管子内壁渣层厚度由以前的1-3mm ，下降到目前的 1 mm以内；2) 由于铁水得到充分净化，管子的机械性能也大幅提高，延伸率由7-11%，提高到 9-14%，同时大大降低了管壁夹渣的倾向，管子的一次水压合格率也从年初的 97.5%提高到 99% ，今年前 6个月共生产DN1200 铸管9800支，其中水压废品 90支，比去年同等浇注量的废品245支减少 155支。折合427.49 吨，按每吨铸管制造费用1000元计算，今年比去年同期减少废品损失42.749 万元。
