铸态高韧性球铁冷却壁的生产工艺

铸态高韧性球铁壁的生产工艺摘要：为了稳定获得铸态高韧性球铁高炉冷却壁，结合车间实际生产现状，通过冷却壁化学成分的选择，原材料及熔炼的控制，球化剂的选择，孕育剂及孕育方式的选择等关键技术的不断试调整和改进，使高炉冷却壁质量可靠，性能优良，产品合格率达98％以上。关键词：高炉冷却壁；铸态高韧性球铁；厚大端面球铁件高韧性球铁冷却壁是现代化大型高炉的主要冷却部件，与灰铸铁冷却壁相比他具有抗热振性好、机械强度高、伸长率高、使用寿命长等优点，被称为“长寿冷却壁”。目前，国内外1000m3级以上高炉大都采用此钟材质的冷却壁。本文就如何生产高质量的球铁冷却壁结合实际情况总结如下。1冷却壁化学成分的选择1.1碳当量碳是石墨化元素，有减少白口的作用，碳过高容易产生石墨漂浮，过低不于于石墨自补缩能力的发挥，铸件易产生缩孔缩松等缺陷；又由于球化剂元素镁使共晶点右移，从保证铸造性能考虑，碳当量选择在共晶成分左右，铁液流动性最好。硅也是石墨化元素，能减少白口，提高石墨球的圆整度，以孕育方式添加效果更显著。对于铸态球铁，硅有两重作用：一方面使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少，铁素体增加，改善塑性，降低强度和硬度；另一方面硅固溶强化铁素体，使屈服点和硬度提高，脆性作用明显。对于大断面冷却壁，硅应严格控制，硅量过高易产生碎块状异型石墨，提高低温脆性，降低球铁强度和伸长率，且随硅量增加，球铁导热系数降低。综合考虑：选择碳当量4.2-4.5％，C：3.4-3.8％，Si：1.8％-2.4％。1.2锰锰是反球墨化元素且易在共晶团边界上产生偏析。对于铸态高韧性球铁，增加锰量会恶化力学性能，尤其是韧性降低。对于厚大冷却壁，锰的恶化影响更严重。因此，要求锰量越低越好。选择锰量小于0.30％。1.3磷磷易产生偏析引起铸件的脆性，降低韧性。当磷大于0.05％时，容易偏析于共晶团边界形成二元或三元磷共晶，恶化力学性能。对于厚大断面球铁冷却壁，选择磷小于0.10％。1.4硫硫消耗球化剂，导致球化不良、夹渣和皮下气孔，是有害元素，不能过高。据研究表明，高熔点硫化物微粒是SiO2沉析的主要基底之一。因此，原铁液含硫量不宜过低。选择硫量0.02％-0.05％。1.5镁和稀土镁是球化元素，镁保证球化良好，防止白口，镁过量造成浪费，同时镁能造成缩松、夹渣、皮下气孔等缺陷。对于厚大断面的冷却壁，镁的最佳残余量为0.04％-0.06％。稀土元素有脱硫、去气、净化铁液和使石墨球化等有利作用，但其白口倾向很大，而且偏析严重。研究发现，在晶界上形成少量碳化物，恶化球铁力学性能，特别是塑性和韧性。稀土过高会恶化石墨形状，降低球化率。控制稀土残余量为0.02％-0.04％。总结厚大断面球铁冷却壁的化学成分（质量分数，％）3.4-3.8C，1.8-2.4Si，＜0.3Mn，＜0.10P，0.02-0.05S，0.02-0.04RE残，0.04-0.06Mg残，微量干扰元素（Ti+As+Cr+Sn+V+Pb+Zn+Cu+Bi）总量＜0.13％。2原材料选择及相关参数高韧性球铁要求铁液高温、低硫、不氧化，对原材料的质量标准选择如下：①生铁各元素含量（质量分数，％）：3.8-4.2C，0.8-1.2Si，≤0.30Mn，≤0.07P，≤0.03S；块度≤300mm，大小块度均匀，表面无严重锈渣；②废钢用普通碳素钢，厚度＞20mm，重量不大于20Kg，无严重锈蚀，表面无严重锈渣；③焦炭固定碳＞85%,水分≤5.0％，灰分≤13％，硫分≤0.60％，挥发分≤1.50％，转鼓强度＞81％。铁料中生铁/废钢＝4，批量为1000Kg左右，层铁焦比为8，底焦高度为1300-1500mm，层溶剂选择石灰石，批量为50Kg左右。3球化剂选择及球化处理方式选择钇基重稀土硅镁球化剂：FeSiMg8RE3，球化处理采用堤坝式球铁专用浇包，具体做法是：2.5％的球化剂（粒度20-40mm）装入2/5堤坝内，然后用冲入法一次出铁完成。4孕育剂选择及孕育工艺孕育剂采用75SiFe和铁素体基硅铁孕育剂。孕育处理采用炉前多次孕育和随流瞬时孕育工艺措施，孕育工艺顺序为：①包内孕育，0.20%的75SiFe（粒度10-20mm）孕育剂加在浇包内球化剂上。②出铁槽随流同步孕育，孕育剂采用75SiFe（粒度10-20目），用量为0.5％-0.8％左右。③浇注时随流孕育，加入0.10％-0.2％的铁素体基硅铁孕育剂(粒度20-40目)。处理后的铁液在18min内（从出铁算起）浇完，浇注温度控制在1260-1300℃。5实际生产情况采用上述工艺生产的铸态高韧性球铁冷却壁，按国标要求铸出的附铸试块，球化级别1-3级，石墨大小级别6-7级，铁素体含量≥95％；抗拉强度σb＞400MPa，伸长率δ＞18％，其中冷却壁本体心部伸长率＞12％，完全满足高炉实际生产要求。