合成鑄鐵生產(chǎn)閘閥鑄件工藝淺談

（山西好利閥機(jī)械制造有限公司研發(fā)中心，山西 侯馬 043000）

閥門行業(yè)是通用機(jī)械的重要分支，其產(chǎn)品作為流體控制的關(guān)鍵設(shè)備廣泛用于石油、化工、冶金、電力、城建、環(huán)保、水利等行業(yè)，對(duì)鑄件強(qiáng)度、致密度要求較高。

目前，我國(guó)的閥門企業(yè)數(shù)量居全世界第一，各種大小閥門企業(yè)約2 300 余家，其中年產(chǎn)值超過500 萬(wàn)元的有1 000 余家。

隨著生產(chǎn)廠家快速增加，社會(huì)需求量提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨加劇，企業(yè)要生存和發(fā)展，提高閥門鑄件質(zhì)量，降低鑄件成本勢(shì)在必然。為此，公司借鑒國(guó)內(nèi)外合成鑄鐵先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本地區(qū)廢鋼產(chǎn)能大、用量小、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，積極開發(fā)合成鑄鐵生產(chǎn)工藝，提高企業(yè)效益，更好地服務(wù)社會(huì)。

1 合成鑄鐵簡(jiǎn)述

合成鑄鐵，就是用感應(yīng)電爐熔化，爐料使用50%以上的廢鋼，其余為回爐料和鐵屑，經(jīng)增碳、合金化處理得到的優(yōu)質(zhì)鐵液。

合成鑄鐵具有以下特點(diǎn):

1）爐料使用大量廢鋼，不用生鐵，降低了產(chǎn)品成本；

2）采用合成鑄鐵工藝，用廢鋼代替生鐵，可以大幅度降低鐵水中磷的含量，提高鐵水純凈度，減少磷共晶產(chǎn)生，降低鑄件滲漏缺陷；

3）長(zhǎng)期批量生產(chǎn)，可以杜絕生鐵遺傳性缺陷，提高鑄件致密度，減少閥門滲漏缺陷；

4）合成鑄鐵石墨細(xì)小、分布均勻、斷面敏感性小、珠光體含量高、強(qiáng)度高；

5）合成鑄鐵硬度高、均勻性好、機(jī)械加工性能優(yōu)異。

合成鑄鐵建議應(yīng)用條件:1）適合生產(chǎn)HT200 以上牌號(hào)的鑄件；2）廢鋼和生鐵噸差價(jià)在300 元以上。

2 合成鑄鐵生產(chǎn)灰鐵閘閥鑄件工藝控制要點(diǎn)

2.1 爐料的配比

爐料配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）:80%廢鋼，20%或10%回爐料，10%鐵屑，增碳劑適量，硫鐵適量。

2.2 原輔材料的選擇

生產(chǎn)合成鑄鐵的核心材料是廢鋼、增碳劑，具體要求如下:

1）廢鋼:應(yīng)無油少銹、成分明確的碳素鋼或低合金鋼；鋼屑必須進(jìn)行機(jī)械打包壓塊處理；

2）增碳劑:增碳劑市場(chǎng)千差萬(wàn)別，品種繁多，優(yōu)劣難以分辯，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)高端灰鑄鐵件宜選擇中溫石墨化增碳劑。主要指標(biāo)是:ω（C）≥98.5%，ω（S）≤0.5%，ω（N）＜0.1%，石墨化溫度1 800 ℃～2 000 ℃；石墨化時(shí)間45 h 左右。

2.3 熔煉操作控制

2.3.1 爐料加料順序

爐料加料順序?yàn)?小塊廢鋼—增碳劑—廢鋼—增碳劑—廢鋼—增碳劑—廢鋼—鐵屑—回爐料—合金。

2.3.2 成分調(diào)整

成分調(diào)整步驟為:

1）熔煉至1 420 ℃～1 450 ℃時(shí)取樣進(jìn)行成分快速分析；

2）成分合格，直接扒渣，然后升溫至出爐溫度；

3）碳量不足時(shí)，先將爐內(nèi)1/4 的鐵液倒入鐵水包，再補(bǔ)充增碳劑，然后將倒出的鐵液倒回爐子，保溫增碳，取樣化驗(yàn)合格后升溫至出爐溫度；

4）若碳量偏高，則加廢鋼降碳，升溫至出爐溫度。

2.4 增碳工藝

用大批量廢鋼生產(chǎn)鑄鐵件需要加入大量的增碳劑，因此增碳工藝和如何提高增碳劑的吸收率是合成鑄鐵工藝的核心。

增碳劑的吸收率是保證鐵液含碳量的至關(guān)因素。影響碳的吸收率的因素很多，主要有鐵液中C、Si、Mn、O 的濃度，鐵液溫度，增碳劑的種類、加入節(jié)點(diǎn)、粒度以及加入方法，爐料加入順序等。鐵液中的C 濃度高，增碳速度降低；Si 含量增加，碳的吸收率降低；Mn 含量增加，促進(jìn)碳的吸收；O 含量增加，促進(jìn)鐵液中的碳熔煉損耗。

有資料介紹:C 質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加0.1%，碳吸收率降低1%～2%；Si 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加0.1%，則碳吸收率降低3%～4%；而Mn 增加0.1%，則碳吸收率增加2%～3%，由此增碳工藝控制要點(diǎn)如下:

1）在金屬爐料熔化后期，先加錳鐵再加硅鐵；

2）銹蝕嚴(yán)重的廢鋼會(huì)使鐵液含氧量增加，將加大碳的損耗，生產(chǎn)中應(yīng)予杜絕。

3）增碳劑粒度過小比表面積增大，吸收率提高，但同時(shí)氧化加重，反而降低碳的吸收率；粒度過大，增碳劑的比表面積降低，同樣也降低了吸收率。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，粒度選擇如表1 所示。

表1 電爐容量與增碳劑粒度選擇表

4）鐵水溫度升高時(shí)，碳在鐵液中的熔解和擴(kuò)散速度加快，同時(shí)，碳的氧化也加劇。因此，增碳劑加入時(shí)的鐵液溫度不超1 380 ℃為宜。

5）在熔化過程中不要挑渣，以免把未熔的增碳劑挑出浪費(fèi)增碳劑，直至增碳劑熔化吸收完畢，方可挑渣。

3 化學(xué)成分及力學(xué)性能結(jié)果

合成鑄鐵工藝（廢鋼+回爐料+中溫石墨化增碳劑+合金）和原工藝（廢鋼+生鐵+回爐料+合金）按相同的化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，所得鐵液化學(xué)成分如表2 所示。

對(duì)兩種工藝的力學(xué)性能分別做實(shí)驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)如表3 所示。

表2 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表3 力學(xué)性能

表2、表3 表明，合成工藝相對(duì)原工藝，硬度平均增加9 個(gè)點(diǎn)、均勻性提高50%；抗拉強(qiáng)度增加8 MPa～11 MPa.

金相分析表明，原工藝石墨形態(tài):A（85%）+B（15%），合成工藝A（100%），A 形石墨提高15%，且石墨相對(duì)原工藝變得短粗。

4 合成鑄鐵工藝的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益

公司年產(chǎn)硬密封閘閥（HT250）鑄鐵件10 000 t，對(duì)采用合成鑄鐵生產(chǎn)工藝生產(chǎn)硬密封閘閥進(jìn)行了成本分析。

4.1 鐵液成本分析

合成鑄鐵工藝配料（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）:廢鋼（80%）+回爐料（20%）+中溫石墨化增碳劑（2.8%）+75 硅鐵（1.8%）.

原工藝配料（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）:廢鋼（15%）+回爐料（30%）+生鐵（55%）+75 硅鐵（0.6%）.

按當(dāng)初價(jià)格計(jì)算，噸鐵水成本分析如表4.

表4 工藝成本分析表

4.2 企業(yè)效益

從表4 可以看出噸鐵水節(jié)約費(fèi)用:3 929.4-3 738=191.4 元。

年節(jié)約費(fèi)用:公司年產(chǎn)10 000 t 閥門鑄件，總共節(jié)約:10 000×191.4＝191.4（萬(wàn)元），也就是年產(chǎn)萬(wàn)噸合成鑄鐵件，可為企業(yè)節(jié)約191.4 萬(wàn)元?？梢娖髽I(yè)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

采取合成鑄鐵生產(chǎn)灰鑄鐵閥門工藝用廢鋼全部或部分替代生鐵，變廢為寶符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，適合本地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，技術(shù)具有一定的先進(jìn)性，一旦投入生產(chǎn)，將會(huì)給企業(yè)和社會(huì)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

1）采取合成鑄鐵生產(chǎn)灰鑄鐵閥門，可提高灰鑄件的硬度及硬度均勻性，優(yōu)化了鑄件機(jī)械加工性能；

2）在閥門鑄件的生產(chǎn)過程中，采用廢鋼+中溫石墨化增碳劑，即合成鑄鐵方案，消除了生鐵粗大石墨杜絕了的遺傳影響，提高了鑄件致密度，大幅度降低了閥門鑄件的滲漏缺陷；

3）同樣成分提高了鑄件的抗拉強(qiáng)度，從而減少鑄件壁厚0.5 mm，邁出鑄件輕量化第一步；

4）合成鑄鐵工藝大幅度的利用廢鋼替代生鐵，具有可觀的企業(yè)效益和一定的社會(huì)效益。