突破铸造瓶颈,探索铁水净化新途径-第1部分

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发表日期：2007…5…18　阅读：215次


中国一汽集团铸造公司　　总经理　　于永来
　　　　
　　　　近年来，中国机械制造业在同国际接轨的过程中，给中国的制造业带来了划时代的飞跃。特别是汽车制造、风力发电、冶金机械等传统与新兴产业的迅猛发展，再加上国际制造业向中国和亚洲国家转移的新趋势，给中国传统的铸造业注入了生机和活力；国内铸件市场的全面开放以及在振兴和发展中国机械制造业这一宏观经济发展战略的推动下，导致国内铸造业的竞争日趋加剧。谁能拥有新技术、新工艺、新产品，谁就能在激烈的市场竞争中取得获胜的先机。广阔的市场机遇，给了中国铸造业生存发展的空间，铸件产品质量的不断提升，特别是国外高端铸件对铁水质量的严格要求，又使我们面临着新的挑战和新的矛盾。如何获取高洁净度的优质铁水，采取行之有效的铁水净化措施来生产优质的铸件产品，已引起国内铸造界的广泛关注和高度重视。下面我就“突破铸造瓶颈，探索铁水净化新途径”这个命题，作如下阐述：
一．铁水纯净度对铸件产品质量的影响程度
　　　　众所周知，影响铸件产品质量的因素很多，诸如造型、工艺流程、原材料质量、工人素质、铁水质量、热处理工艺、铸件加工等方面，但铁水质量是影响铸件质量的重要因素无可置疑。传统铁水质量的概念，是由铁水温度、化学成份、纯净度三大指标构成。根据目前以添加各种金属生产合金化铁水的趋势，我个人认为铁水质量应增加均匀度这一新的指标。因为某些金属元素在优化铁水金相组织的同时，也带来了金相组织的偏析问题。在这四大指标当中，对铁水温度、化学成份的精确控制已不成问题。而且方法很多，行之有效。而铁水净化和均匀度问题的研究，虽己引起国内众多厂家的关注，但一直没有拿出具体可行的措施。在一些分析铸造缺陷发生机理和防治措施的专著中，更多地关注了造型和工艺设计方面的问题，而忽略了铁水纯净度不高，均匀度差与铸造缺陷形成的因果关系，进而导致我们在思考造成各种铸件缺陷的形成机因时出现误区。
　　　　首先，在铸件生产中，因为铁水不纯净、均匀度差是一种客观存在，无需质疑。因为铁水在熔炼、调质、添加各种金属元素的过程中，铁水中存有各种有害气体和各种非金属夹杂物以及添加某些金属元素过程中，由于材料特性、熔点、比重、粒度大小等因素，难以保证它们在铁水中均匀熔化。这些因素的客观存在和作用，致使铁水凝固后造成了各种铸造的缺陷，影响了铸件产品的使用性能；非金属夹杂物所形成的硬质点，又大大影响了铸件的切削加工性能。
　　　　其次，同样的化学成份和相同的金相组织，我们在国产件与进口件对比的过程中发现，往往进口件较国产件材质性能高出l一2个牌号；硬度高于国产件的进口件，切削加工性能反而优于国产铸件，主要原因是材质的均匀性好。
二．铁水不纯的成因分析
　　　　有关铁水中各种有害气体和各类非金属夹杂物的成因，在许多铸造专著中都有详细的论述，我这里就不再重述。我只重点讲一下铸造用生铁、孕育剂硅铁合金、稀土球化剂和稀土蠕化剂中的非金属夹杂物带给铁水的不纯与铁水均匀度差的问题。这方面的原因在铸造材质废品率当中能占到60％以上。
　　　　目前，各行各业都在强调节能降耗、保护资源、节约成本的主题，主流是好的，同时也
存在一些不良现象。据我们了解，现在生产硅铁的厂家，由于受到硅石、钢屑资源的限制和
降成本的驱使，大部分厂家用便宜的氧化铁皮（含氧化铁60％左右）代替相对价高的钢屑；
硅石入炉料含硅量低于国家标准，拿98％以下含量的硅石以次充好；为追求高产量和低电
耗，硅铁炉炉温低，直接导致硅铁产品的纯净度不高，夹渣量大，碳化硅增加，对铸造十分
有害。因为碳化硅的熔点高达2450℃以上，而我们常规的铁水温度很难将它熔化。残留在
铁水当中，形成铸造缺陷。特别是灰铁中更为突出，聚渣剂很难完全排除。
　　　　生铁生产方面，优质铁矿资源日趋紧缺，一些厂家把过去废弃不用的低品位铁矿又重新
开采生产铸造铁。这些企业往往是用200　m3以下的高炉冶炼，不配热风炉，高炉的温度上不去，矿石中有害的元素燃烧不净。再加上原料配制不合理，所以生产出的铸造生铁纯净度存在严重问题，它直接给铸造铁水带来各种杂质和氧化物。
　　　　球化剂生产方面问题也非常突出。国家对稀土资源的控制，特别是包头白云鄂博稀土矿的严格调控，使国内大多生产球化剂的厂家，不得已从四川冕宁地区用再生的稀土原料生产球化剂。它的吸收率和使用效果大打折扣，使本来不纯净的铁水雪上加霜。
　　　　上述涉及的原因，直接影响了铁水的纯度，应当引起高度重视，并采取有效措施予以解决。
三．铁水净化的具体措施
　　　　以一汽铸造有限公司为龙头，包头市星火稀土铁合金有限公司具体配合，把熔炼和冶炼两个产业链有机地结合起来，有效地解决了铁水净化问题，破解了多年来困扰铸造产业链疑难问题，突破了铸造的瓶颈，并提出了生产当中具体解决措施：
　　　　1．采用1500℃以上的高温熔炼是提高铁水净化的有效措施，尤其冲天炉熔炼采用热风送风或富氧送风能有效提高铁水的冶金质量，使铁水质量达到净化和均匀。这方面国内和国外存在着巨大差距，应当引起高度重视并逐步缩小这方面的差距。
　　　　Z．大量使用纯净度较高的废钢。在工艺许可的情况下，加大废钢的投入量取代生铁，通过增碳使铁水的纯净度得到明显改善。我们在考察欧洲一些著名的汽车专业铸造企业时，通过对他们化铁工艺、铸造炉料的分析对比，发现了一个共性的问题：都是在铁水净化方面大做文章，而大量使用废钢代替生铁是基本措施之一。例如，我公司特铸厂为一汽大众配套生产的轿车发动机球铁曲轴，废钢的加入量已达到70％，下一步在资源稳定后要加大到90％。目前，球铁曲轴的综合废品率在2％以下，得到德方的认可，完全取代了德国进口产品，材质质量和加工性能达到国际先进水平。
　　　　3．用稀土镁合金包芯线作球化剂，减少了块状球化剂带给铁水的杂质，使球化后的铁水纯净度提高，而球化率则达到90％以上。我们在一些对球化级别要求高的出口铸件上采用这一工艺，收到很好的效果。因为稀土镁合金包芯线是一种纯度很高的材料，而且它的吸收率比块状球化剂高30％。
　　　　4．铸造生铁一定要选用200m。以上高炉生产的产品，这一点非常重要。现在市场上生铁的质量良莠不齐。生铁中一些微量有害元素对铸件质量的影响不容低估。
　　　　5．其他入炉料如硅铁、稀土球化剂、孕育剂、稀土蠕化剂和稀土中间合金等炉料，我们要求稀土铁合金生产厂家，采用稀土冶炼的全脱渣工艺，把这些炉料中的渣质净化出去，获得纯净度极高的材料。以硅铁为例，必须采用高标号的硅铁，即国际上通用的含硅量都在75％以上的硅铁，而作为孕育剂用的硅铁更应严格控制质量，保证成份均匀，防止浇注的块度过大造成冷凝时成份偏析不均匀。现在国内大多数企业对此重视不够，仍然在使用国标硅铁，它的含硅量基本是在下限72％。
　　　　6．铁水均匀度的解决办法：就是使用中间合金。把一些必须适量添加的高熔点或低熔点金属元素，不采取炉前单独加入的传统方法，而是交给铁合金生产厂家，由上一个产业链做成专用中间合金来解决。过去我们在炉前将各种金属或加在熔炼电炉中，或加入铁水包中的方法，来调剂铁水成份，从实际效果看，还存在如下弱点：由于受铁水温度的局限以及添加的某些金属熔点和比重等与铁水之间形成的差异，极易产生铸件的金相偏差。那么我们利用铁合金生产企业设备和工艺的特点以及他们的专利技术，通过生产专用的中间合金，如我公司目前使用的铬锰硅合金添加剂，稀土铬钼锰硅合金添加剂，硅钙锰合金添加剂，有效解决了合金熔解和均匀问题，大大减少了硬质点的发生率。他们根据各种材料的特性、熔点、温度、比重、粒度大小，采用合成或提纯工艺，生产出新型的中间合金，作为处理铁水球化剂、蠕化剂、合金添加剂或孕育剂，取代了铸造炉前单独加入某些金属元素的方法。由于合金的生产采用的是全脱渣新工艺，进行混合熔炼，有效地解决了稀土和各种金属之间的有机
结合，使稀土等中问合金成份十分稳定，含量准确、纯净无渣质。通过对铸件的金相分析，组织均匀，使用平稳，大大提高了铸件的成品率，采用中间合金成为减少铸件废品率的基本措施之一。目前，国内外钢铁企业也采用添加中间合金的方法，进行钢水的精炼，生产出优质钢材。
　　　　通过上述措施，由于铸造铁水得到有效净化，使我公司铸件的内在质量有了很大的提高。
国内外订单纷至沓来。我公司生产的解放卡车各种铸件，以其优越的品质，获得用户的赞誉。由于铸件质量的提高，轿车铸件的市场也不断扩大，同时推进了一汽大众部分铸件的国产化进程，这一切都源于我们在铁水净化方面所做的一些探索性的工作，并取得令人满意的效果，既方便了铸造工艺控制过程中难点的突破，又改善了铸件的品质，提高铸件生产的成品率，从而也取得了很好的经济效益。