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5噸冷風(fēng)沖天爐熔煉過(guò)程成分控制

2014-09-04 09:26鐘曉斌史傳岳顧厚軍
關(guān)鍵詞:鐵液生鐵廢鋼

鐘曉斌,史傳岳,顧厚軍,張 杰

(海安縣萬(wàn)力鑄造有限公司,江蘇海安 226600)

沖天爐熔煉具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、長(zhǎng)壽與操作便利等優(yōu)點(diǎn),特別是沖天爐的冶金條件較好。但是沖天爐熔煉過(guò)程中,爐況變化非常復(fù)雜,鐵液的化學(xué)成分、溫度變化較大,這對(duì)鑄件的金相組織和力學(xué)性能有很大的影響。因此研究沖天爐熔煉過(guò)程的參數(shù)變化,對(duì)于控制鐵液成分和溫度,獲得穩(wěn)定鑄件機(jī)械性能具有重要意義。

1 沖天爐基本結(jié)構(gòu)

我公司配有一臺(tái)5 t冷風(fēng)沖天爐,風(fēng)機(jī)型號(hào)為HTD85-22,風(fēng)量為 85 m3/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下),風(fēng)壓24.5 Pa,軸功率43.7 kW。電機(jī)功率55 kW。送風(fēng)系統(tǒng)安裝有CFX-1風(fēng)量風(fēng)壓檢測(cè)儀,隨時(shí)檢測(cè)風(fēng)量風(fēng)壓的變化。沖天爐基本結(jié)構(gòu)(圖1):爐膛直徑900 mm,2層排風(fēng)口(直徑分別為46 mm、30 mm),風(fēng)口排距300 mm。

圖1 沖天爐基本結(jié)構(gòu)

2 原材料的選擇

(1)焦炭的選擇:焦炭的選擇需要考慮焦炭的水分、灰分、含硫量、反應(yīng)性、氣孔率、揮發(fā)物以及焦炭的塊度和硬度。

焦塊過(guò)小,會(huì)直接影響焦炭的燃燒,使氧化帶過(guò)分縮短,擴(kuò)大了還原區(qū)。焦炭塊度越小,單位質(zhì)量焦炭的表面積越大,燃燒效率越低,CO2和C之間的氣化反應(yīng)加劇,導(dǎo)致廢氣潛熱損失增加。另外,過(guò)小的焦炭還會(huì)增加送風(fēng)阻力,使風(fēng)不易吹到爐子中心,造成中心燃燒惡化,增加焦耗,降低鐵液溫度。反之,焦炭塊度大,則表面積小,可抑制CO2的還原反應(yīng),同時(shí)使燃燒比增大。因此,在正常情況下隨焦炭塊度的增大,鐵液溫度呈上升趨勢(shì),但是過(guò)大的焦炭塊度將使燃燒不集中,爐氣上升緩慢,風(fēng)口附近冷區(qū)加大,反而造成鐵液溫度下降。我們統(tǒng)一采用山西鑄造焦,其成分見(jiàn)下表1。

表1 山西鑄造焦成分

固焦炭的選擇如下圖2數(shù)據(jù),底焦塊度100~150 mm,層焦塊度60~120 mm,同時(shí)要求焦炭塊度要均勻。

圖2 焦炭塊度對(duì)鐵液增碳的影響

(2)原生鐵的選擇:原生鐵的選擇需要考慮原生鐵中五大元素(C、Si、Mn、S、P)的含量,以及塊度、表面潔凈與否。原生鐵的成分直接影響鐵液成分,從而對(duì)鐵液成分穩(wěn)定有顯著地影響。結(jié)合我司生產(chǎn)鑄件要求的化學(xué)成分。我們選用遼寧生鐵,其成分見(jiàn)表2。

原生鐵塊度要求由沖天爐熔化率確定,我司取生鐵長(zhǎng)15 cm,寬度10 cm,質(zhì)量20 kg左右,且要求生鐵表面潔凈,無(wú)粘附爐渣和砂粒,塊度均勻。

表2 遼寧生鐵成分

(3)廢鋼的選擇:廢鋼的選擇需要考慮廢鋼中五大元素(C、Si、Mn、S、P)的含量,以及塊度、表面潔凈與否。廢鋼主要用于調(diào)節(jié)鐵液的含碳量,既可以要求它在保證能調(diào)節(jié)好C的前提下,其他化學(xué)成分不能對(duì)鐵液產(chǎn)生明顯影響。其成分見(jiàn)表3。

表3 廢鋼的化學(xué)成分

根據(jù)沖天爐熔化率以及加料口爐膛內(nèi)徑,廢鋼加工后應(yīng)滿(mǎn)足每塊質(zhì)量為10 kg左右,長(zhǎng)度不大于1/3加料口爐膛內(nèi)徑,廢鋼不應(yīng)過(guò)薄,以防氧化,表面沒(méi)有嚴(yán)重銹蝕和油污,無(wú)泥沙,無(wú)危險(xiǎn)品(如彈殼等)。

(4)回爐鐵:我司產(chǎn)品鑄態(tài)狀態(tài)下一般都為QT500-7,回爐鐵成分穩(wěn)定,固只需考慮潔凈程度以及去除砂芯。回爐鐵成分見(jiàn)表4。

表4 回爐鐵的化學(xué)成分

根據(jù)沖天爐熔化率,確定回爐鐵每塊質(zhì)量為25 kg左右,最大塊度小于加料口內(nèi)徑1/3,鐵屑要求打包后使用,每塊質(zhì)量10 kg左右。同時(shí)要求廢料中砂芯應(yīng)清理干凈,嚴(yán)重的表面粘砂也應(yīng)清理干凈,否則即妨礙爐料的預(yù)熱,又增加渣量。

(5)溶劑(石子):溶劑的作用為造渣,稀釋爐渣,調(diào)整爐渣堿度。塊度要求20~60 mm占80%,小于20 mm的占20%左右,超大塊小于15%,同時(shí)要求溶劑質(zhì)地堅(jiān)硬,斷口純凈,無(wú)砂子和粘土夾層。

(6)合金:球化劑的加入量根據(jù)每次出鐵量和鐵液含硫量而定。鐵液含硫量與球化劑加入量的關(guān)系見(jiàn)表5。孕育劑(75硅鐵)塊度為10~15 mm,表面無(wú)粘砂及油污,未受潮,硅偏析小于4%。

(7)耐火材料:修爐用耐火材料為酸性耐火材料,要求有較高的耐火度,修好爐后無(wú)裂紋。

表5 原鐵液含硫量與球化劑加入量的關(guān)系

3 沖天爐熔煉過(guò)程中影響鐵液化學(xué)成分穩(wěn)定的主要因素

(1)原材料的化學(xué)成分、塊度應(yīng)符合生產(chǎn)要求。

(2)采用合適的耐火材料混制工藝,打制成耐火磚,提高爐襯緊實(shí)度,保證爐型穩(wěn)定。

(3)根據(jù)生產(chǎn)條件,調(diào)節(jié)供風(fēng)量和供風(fēng)強(qiáng)度,得到最優(yōu)方案,使沖天爐在最佳工藝點(diǎn)處工作。

(4)采用合理的底焦高度、配料計(jì)算并加補(bǔ)焦,維持底焦高度穩(wěn)定,達(dá)到穩(wěn)定鐵液成分的效果。

(5)備料時(shí)合理選用焦炭,確定工藝參數(shù)時(shí)采用最惠送風(fēng)量,保證爐溫,從而可以提高熔煉效率,并能減少鐵液中元素的燒損,穩(wěn)定鐵液成分。

4 操作步驟和過(guò)程控制

(1)用自混制的耐火材料打制耐火磚,與用耐火泥修補(bǔ)爐襯相比,可提高其緊實(shí)度,保證爐型穩(wěn)定,從而保證爐溫合適,進(jìn)而使鐵液化學(xué)成分穩(wěn)定。

(2)確定修爐尺寸,下風(fēng)眼處爐膛直徑為680 mm,上風(fēng)眼處爐膛直徑為700 mm,熔化帶處爐膛直徑為900 mm,上風(fēng)眼直徑為35 mm,下斜5°,下風(fēng)眼直徑為45 mm,上斜3°。爐底用粘土砂填,與補(bǔ)爐壁交接處,修成R45~50 mm的圓角。爐底以過(guò)橋?yàn)榛鶞?zhǔn),厚度大于 150 mm,爐底斜度為 5°~6°。爐壁、爐底與過(guò)橋的連接處要平滑,以防積存鐵液。

(3)底焦高度為1.8~1.9 m,層焦厚度為140 mm,約40 kg。批量料重按400 kg加入,其中新生鐵220 kg,廢鋼45 kg,回爐鐵(包括鐵屑?jí)褐频蔫F球15 kg)135 kg。熔劑12 kg左右。

(4)點(diǎn)火,點(diǎn)燃木柴并添加底焦總量的1/3,待底焦燃燒完全后再加底焦總量的1/2,剩余的底焦在裝料前添加,用來(lái)調(diào)節(jié)底焦高度。

(5)裝料,由于是第一次化鐵,先加25 kg左右的石子,起凈化底焦的作用,然后按配料單依次加入——原生鐵、回爐鐵——廢鋼、硅鐵——石子(批料量),以后依次循環(huán)即可。若底焦高度隨熔化過(guò)程變低,則需加接力焦,接力焦量為批料層焦量。

(6)熔煉及其控制,從前爐觀察孔處看見(jiàn)有鐵液流進(jìn)前爐時(shí),關(guān)閉觀察孔,打開(kāi)出渣口,以提高前幾包鐵液溫度??刂坪蔑L(fēng)量、風(fēng)壓,保證爐子在最佳工藝點(diǎn)附近運(yùn)行。風(fēng)量風(fēng)壓控制見(jiàn)圖3。除放鐵液時(shí)防止前爐壓力過(guò)大發(fā)生危險(xiǎn),其余時(shí)間不可隨意停風(fēng)。每隔3~4包鐵液放渣一次。并時(shí)常通風(fēng)眼,防止送風(fēng)不足。

圖3 熔煉時(shí)間與風(fēng)量風(fēng)壓的關(guān)系

(7)出鐵,出鐵溫度在1 400℃以上,防止球化過(guò)程中鐵液降溫太大,而導(dǎo)致鑄件缺陷。出鐵時(shí)取試樣檢驗(yàn)鐵液成分,以便調(diào)整。(每爐前5包鐵液和最后5包鐵液全數(shù)取樣化驗(yàn)鐵液成分,正常熔煉過(guò)程每小時(shí)取一包鐵液化驗(yàn)。)表6為連續(xù)3爐不同時(shí)間段的原鐵液光譜分析化學(xué)成分。

表6 原鐵液的化學(xué)成分 %

5 結(jié)論

選擇合理的原材料化學(xué)成分和塊度,提高爐襯緊實(shí)度,穩(wěn)定爐型,采用合理的焦炭和底焦高度,調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓,保證爐溫和熔化速度,減少鐵液中元素的燒損,才能獲得穩(wěn)定的鐵液成分,從而得到優(yōu)質(zhì)的鑄件。

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專(zhuān)業(yè)學(xué)會(huì).鑄造手冊(cè)(第1卷)—鑄鐵[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

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[8]劉金海,李國(guó)祿,趙雪勃,等.5 t冷風(fēng)沖天爐熔煉過(guò)程中參數(shù)變化規(guī)律[J].鑄造,2008(11).

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