铸造铁水的电渣精炼

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1989.01.003 北京科技大学学报 第11卷第1期 Vol.11 No.1 1989年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan 1989 铸造铁水的电渣精炼 储少军 吕俊杰 刘海洪 (电治金教研室) 摘要：本文介绍了电渣精炼铸造佚水的实验室和半工业性实验的结果。结果表明， 电渣精炼过程的脱流、去气、去夹杂对获得优质铁水，提高铸件质盘有明显的效果。但脱磷 效果不明显。精炼铁水球化效果好并可大盘降低球化剂的消耗。因此，新工艺有可能代替传 统的铸造铁水格炼工艺。 关键词：电渣精炼，铸铁，球墨铸铁 Study on Electroslag Melting of Cast Molten Iron Chu Shaojun Lu Junjie Liu Haihong ABSTRACT:This paper introduces experimental results of the ESM of cast iron in the laboratory and pilot-plant based on predecessor's work.The results show that the desulfurization,inclusion removal and gas elimination of the ESM have obvious effect on making iron liquid purified and producing high quality casting,and indicate that he ESM of cast iron may essentially improve the traditional process of cast molten iron melting as a new technique for making high quality spheroidal-graphite cast iron. KEY WORDS:ESM,cast iron,spheroidal-graphite cast iron 目前，铸铁的熔炼以冲天炉为主，工频感应电炉、冲天炉一工频感应电炉双联也有很快 的发展。然而，这些方法均未能解决生铁精炼的问题，所生产的球铁铸件使用的中间合金量 较高，质量不稳定。 为了寻找精炼和提高铁水温度的可靠工艺，60年代末苏联治金工作者提出了电渣铸铁新 工艺。该工艺旨在通过电渣治金的精炼和升温的特点，提高铁水质量，改善铸铁的使用性 能，并已取得一定成果。但是，至今很少看到有关该工艺较为系统的理论研究或成熟的生产 1988一01一27收稿 11

第 卷第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 」 。 铸 造 铁 水 的 电 渣 精 炼 储少军 吕俊杰 刘海洪 电冶金教研室 民、 摘 要 本文介绍 了电渣精炼铸造铁水的 实验室和半工业性实验的结果 。 结果表 明 ， 电渣 精炼 过程 的脱硫 、 去气 、 去夹 杂对 获得 优 质铁水 ， 提 高 铸 件质 量 有明 显 的 效果 。 但 脱磷 效 果 不 明 显 。 精炼铁水 球化效果 好并可大 量降 低 球化剂 的消 耗 。 因此 ， 新工艺 有可 能代替传 统 的铸造 铁水熔炼工艺 。 关姚词 电渣 精炼 ， 铸 铁 ， 球 墨铸 铁 “ “ “ 、 、 一 ’ · ， ， 乡 生 五 一 · ， ， 一 目前 ， 铸铁的熔炼以 冲天炉为主 ， 工频感应 电炉 、 冲天炉一工频感应 电炉双联也有很快 的 发 展 。 然 而 ， 这些方法 均未能解决生铁精炼的 问题 ， 所生产的球铁铸件使用 的 中间合 金量 较高 ， 质量不稳定 。 为 了寻找精炼和 提 高铁 水温 度的可靠工艺 ， 年代 末苏联冶金 工作者提 出了电渣铸铁新 工艺 。 该工艺 旨在通过 电渣冶金 的精炼和 升温的 特点 ， 提 高铁水质量 ， 改善铸 铁 的 使 用性 能 ， 并已取得一定成果 。 但是 ， 至今很少看到有关该工艺较 为 系统 的理论研究或成熟 的生产 吕 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1989．01．003

成果的介绍。 本文对铸造铁水电渣精炼过程中的升温、脱流、去气和其它元素的变化规律进行了半工 业生产实验，取得了成功。为电渣治金技术在生铁铸造生产中应用提供理论依据和工艺技术 参数。 1实验条件和方法 1,1实验蜜试脸 实验室试验在本校实验工厂进行。以普通灰铸铁为原料，经过50kg感应炉熔化后，调 整至普通冲天炉熔炼铁水的祖度和成份，然后，将铁水倒入容量为25kg的石墨电极有衬电 渣炉内进行精炼，定时测温和取样。试验用电压为40,5V。 精炼铁水所用渣系见表1。 丧1铸铁电渣精炼渣系 Table 1 Slag systems of ESM of cast iron 炉号 渣号 渣 系 供电类型 0 A C2F2-Ca0-A1201 AC 1 A CaF2-Ca0-Al2O3 AC 8 A CaF2-Ca0-A12O3 AC 0 A CaF2-Ca0-A1203 DC 2 B 高炉渣系CaF2-Ca0 AC B DC 4 C Cao-Al203 AC 5 D AC 6 D CaF2-CaO-CcO2 DC 7 ⊙ MgF2-MgO-CaO DC 1,2半工业性生产试验 半工业性试验在辽宁凌河汽车工业公司铸造厂进行。利用该厂1.5t电弧炉短接降压和 增加渣量代替电渣炉进行冲天炉铁水电渣精炼，（该电弧炉一直用来冶炼高锰铸钢，电渣精 炼前进行了洗炉，但炉壁和炉顶我锰仍较多)。由冲天炉提供铁水，用抬包至电弧炉前倾倒， 铁水量约为600kg,渣金属比约1：1（质量），造渣剂用石灰、蜚石和废高铝砖。原铁水 主要成份为(%)：C-3.51,Si-2.22,Mn-0.57,P-0.059,S-0,11。 2实验结果与分析 2,1铁水的升温 采用单铂铑插入式测温头，测得实验室试验时铁液温度在精炼过程中的变化，并示于表 2。 半工业生产试验时原铁水温度为1280°C,精炼后出炉铁水为1420°C,浇注酒度为1370°C。 12

成果的介绍 。 本文对铸造铁水电渣精炼过 程中的升温 、 脱硫 、 去气和 其它元素的变化规律进行了半工 业生产实验 ， 取得 了成功 。 为 电渣 冶金技术在生 铁铸造生产 中应 用 提供理论依 据和工 艺技 术 参数 。 实验条件和方法 。 实脸室 试脸 实验室 试验在本校 实验 工厂进行 。 以普通灰铸铁 为原料 ， 经过 感应 炉 熔化后 ， 调 整至 普通冲天护熔炼铁水的温度和成份 然后 ， 将铁水倒 人 容量为 的石 墨 电极 有衬电 渣 炉 内进行精炼 ， 定时侧温和取 样 。 试验 用电压 为 。 精炼铁水所 用渣 系见表 。 亥 协 铁电滋精炼渣系 炉 号 渣 号 渣 系 供 电 类型 ， ，一 一 ， 一 一 一 一 ， 一 一 ， 高 沪渔系 一 一 一 一 一 一 人 人 。 半 工业性 生 产试 验 半 工 业性 试验在 辽宁 凌河汽车 工业公 司铸造厂进行 。 利 用该厂 。 电弧沪 短接 降 压 和 增加 渣 量代 替 电渣炉进行 冲天炉铁水 电渣精炼 ， 该 电弧炉 一 直用 来 冶炼高锰铸 钢 ， 电渣精 炼前进 行 了洗炉 ， 但 炉 壁 和 炉顶残锰仍较 多 。 由冲天炉提供 铁水 ， 用 抬 包至电弧炉前 倾倒 ， 铁 水量约 为 ， 渣 金 属 比约 质量 ， 造渣剂 用石灰 、 萤石和 废 高 铝砖 。 原铁 水 主要 成 份 为 一 ， 一 。 ， 一 ， 一 ， 一 。 实验结果 与分析 。 铁 水 的升沮 采 用单 铂锗擂人 式测温头 ， 侧得 实验室 试验时铁液温度在精炼过程 中的变化 ， 并示于 表 半工业 生产试验 时原铁水温 度 为 。 。 ，精炼后 出炉铁 水为 。 “ ，浇注沮 度为 。 。 。 墓

表2铁水溫度随时间变化 从表2可知，铁水温度在最初几分钟内提 Table 2 The change of terpera- 高幅度大，这是由于冲天炉来的铁水兑入过热 ture of liquid iron with 的熔渣（渣温常是1650~1700°C)。渣铁相混， time during ESM 热传导剧烈；随后由于炉衬的散热引起铁水温 精炼时间 0 6 12 18 度的降低；随者电渣精炼过程的进行，熔渣与 min 铁水逐渐分离，熔渣放出的热量除部份通过有 1次8 1910 1350 I300 1400 衬电渣炉底跑极传走和向大气辐射之外，剩余 炉次9 1180 12601200 1350 的热量则用于加热铁水。经过15~20min精 炼，即可达到顶期要求的铁水温度。 电渣精炼所用的熔渣不仅是冶金反应的精炼剂，而且还是治金反应的热源。铸造铁水经 过电渣精炼，在短时间内能够升高温度100~150°C,其升温效果是很显著的。球菱铸铁生 产要求高的铁水温度，而在处理过程中要降温50~100°C。为了保证浇注温度，出铁温度必 须较普通灰铸铁高得多，至少在1400~1120°C以上【3]。电渣方法精炼铸造铁水可完元全满 足这种要求。 2,2精炼过程的脫硫 在实验室电渣精炼铸造铁水过程中，铁液中硫含量的变化见图1。 0,124 70 Heat 13 0.10 Slag B 县 60 Heat 8- 0.08 50 0.06 40 0.04 30 20 0.02 10 10 0 t,min 10 20 30 40 Time,min 图1流含量随时间的变化 图2气体总量随时间变化 Fig.1 The change of amount of [S) Fig.2 The change of total amount of in liquid iron with time gas in liquid iron 从图1可知，在实验室条件下，经过10一20min精炼，去硫率可达到70%左右。半工业 生产试验的结果也证实有好的脱硫效果。原铁水含硫为0.11%，经过约10min的精炼，硫 已降到0.02%以下。 已经证明，在生产球铁时，硫高必然会消耗较多的球化剂，严重影响球化。因此，用于 浇注球铁的铁水中硫含量应在0,06%以下〔3！。目前国内酸性冲天炉熔炼难以达到，电炉熔 炼稍好。从实验室和半工业生产冲天炉一电渣炉试验结果表明，这种双联工艺可在短时间内 将铁水中的硫降至0.02%以.下，从而为减少球化剂用量和球铁铸件中夹杂物的数量，提高球 铁质量创造了良好的条件。 13

表 铁水温 度随时 间变化 ， 江 、、 ， 至 人 精 炼 时间 功 炉 次 炉 次 选 从表 可 知 ， 铁 水温度在最 初几 分钟 内提 高幅度大 ， 这是 由于 冲天炉来 的铁水 兑 人过 热 的熔清 渣 温 常是 “ 。 渣 铁相混 ， 热 传导剧 烈 随 后 由于 炉 衬 的散热引起 铁水温 度 的降 低 随 着 电渣 精炼过程 的进行 ， 熔渣与 铁水逐渐分离 ， 熔渣 放 出的热量除部份通过有 衬 电渣炉底 妞极 传 走 和 向大气辐 射之外 ， 乘余 的热 量 则用 于加 热 铁 水 。 经 过 一 精 炼 ， 即可 达 到预期 要求 的铁 水温度 。 电渣精炼所 用 的熔渣不 仅是冶金反应 的精炼剂 ， 而且 还是冶 金 反应 的热源 。 铸 造铁 水经 过 电渣精炼 ， 在 短时 间内能够升 高温度 一 “ ， 共升温 效果 是很 显 著 的 。 球 墨 铸 铁生 产要 求 高 的铁水温度 ， 而在处理 过 程 中要 降温 一 。 为 了保 证浇 注温 度 ， 出铁温 度必 须较 普通灰铸 铁 高得 多 ， 至少在 一 搜 以上 〔 了。 电渣方法精炼铸 造 铁 水 可 完全 满 足这种要 求 。 精炼过程 的脱硫 在 实验室 电渣精炼铸造铁 水过 程 中 ， 铁 液 中硫 含量 的变化见 图 旨 · 户 乒 “ ‘ “一 门 入 卜 、 火 厂 一火 、 ‘卜九 ︹曰日︵ ︸ 庄口一 曰自 且 二 诀人 。，乙土 巴 、 孙兰 上 卜舔 一 逗昙 一 图 硫含量随 时 间的变化 … 〔 〕 ， 图 气体总量随 时 间变化 只 从 图 可知 ， 在 实验室条件下 ， 经过 一 沁精炼 ， 去 硫率 可达 到 左右 。 半工业 生产试验 的结果 也 证实有好的脱 硫 效果 。 原铁 水 含硫 为 。 · ， 经过 约 的 精 炼 ， 硫 已降到 以下 。 已经证 明 ， 在生产球铁 时 ， 硫 高必 然 会消 耗较 多的球化 剂 ， 严重 影响球化 。 因此 ， 用于 浇注球 铁 的铁水 中硫含量应在 。 以下 工 〕 。 目前 国 内酸 性冲天 炉熔炼 难以达 到 ， 电炉熔 炼 稍好 。 从实验 室 和半工 业生产 冲天炉一 电渣 炉试 验结果 表 明 ， 这种双联工艺可在短 时 间内 将 铁水 中的硫降至 。 此 以下 ， 从 而为减少球化剂 用 量和球铁 铸 件 中夹杂物 的数 垦 ， 提高球 铁 质量创造了 良好 的条件

2.3精炼过程的去气 图2是实验室试验时铁水中总气体量随时间的变化。从图中看出，电渣精炼约20mi, 能将气体的总含量降至30ppm以下（其中氧含量为15ppm以下，氮含量为6~8ppm)。铁 液中这样低的氧含量对球状石墨的形成是非常有利的【3)。 2,4精炼渣中的疏和铁水中其它元素含量的变化 电渣治金方法去硫的特点是气相脱硫量大，大气压下重熔或熔铸时气态脱硫率丘50%以 上。然而，这种工艺良好的去硫效果是否会导致渣中硫积聚达到饱和，影响渣的重复使用问 题，一开始就得关注。图8给出了精炼渣在精炼过程中硫含量的变化，图中炉次1和2是 交流电渣精炼的结果、炉次6和T是直流电渣精炼得到的结果（此时，石墨电极为正极，铁 水为负极)。从图中看到，电渣精炼过程中，由于气相脱硫量大，渣中硫含量不会达到饱 和，可以重复使用。这就为采用冲天炉-电渣炉双联工艺的推广创造了条件，因为这种工艺 使生产成本降低。 2.0r aleat No.6 L.C. Heat No.7 1,6 N.A.C 12 0.10 0.8 0,6 0.4 0.02 30 60 Time,min .Imm 图3电渣帮炼过程渣中疏含量道时间的交化 图1电渣精炼后球铁的金相组织（未授蚀） Fig.3 The change of amount of [S) Fig.4 The microstructurc of sheri- in the slag with time dalgraphite cast iron after ESM 精炼前后铁水中碳、硅、锰和磷4个元素含量的变化范围小于0,05~0.10%。尽管双联 法精炼用石墨做电极，铁水中碳含量的变化也只有0.05~0.10，。这就使优质铁水生产时易 控制它的化学成份。电渣精炼过程脱磷效果不明显。 2.5电渣精炼铁水的球化效果 半工业生产试验表明，在球化剂（稀土合金）用量减少50%情况下仍得到了球化分级 1~2级和石墨分级小于1级的球化效果，图4是电渣精炼铁水加球化剂处理得到的金相组 织（炉次8）。 3结 论 (1)电渣精炼铸造铁水工艺可以实现短时间内使铁水升温100~150°C以上。 (2)电渣精炼铁水可将硫降至<0.02%，效果显著，可满足生产对铁水中低硫含量的要 14

夕 精炼过程的去 气 图 是 实验 室试验 时铁 水 中总气体量随时 间的变化 。 从 图 中看 出 ， 电渣精炼约 ， 能将气体 的总含量 降至 以下 其 中氧含量 为 以下 ， 氮含量 为 一 。 铁 液 中这样低的氧 含量对球状石墨 的形成是非常有利 的 〔 〕 。 精炼渣 中的硫和铁水 中其它元素含蛋 的变 化 电渣冶金 方 法去 硫 的特点 是气相 脱硫量 大 ， 大 气压下 重 熔或熔铸 时 气态脱硫率 在 写以 上 。 然 而 ， 这种工艺 良好 的去硫 效果 是否 会导致渣 中硫 积 聚达 到饱 和 ， 影响渣 的重 复使 用问 题 ， 一开始就得 到关 注 。 图 给 出了精炼渣在精炼过程 中硫 含量 的 变化 。 图 中炉次 和 是 交流 电渣精炼 的结果 ， 炉次 和 是 直流 电渣精炼得 到的结果 此时 ， 石 墨 电极 为正 极 ， 铁 水 为负极 。 从 图 中看 到 ， 电渣精炼 过程 中 ， 由于 气相 脱硫 量 大 ， 渣 中硫 含 量 不 会达 到饱 和 ， 可 以重 复使 用 。 这就 为采 用 冲天 炉 一 电渣炉双联工 艺 的推广 创造 了条件 ， 因为 这 种工艺 使生 产成本降 低 。 上 。 ，书 尸 · ‘ 一 忍默黑 了 舀尸 了 ’ 一 、 、 、 “ · 、 、 、 ， 一一， ‘ 、 ，‘ 、 、 止、 一， ‘ 二屯井一 二二二二二 代 一 甲几 ， ， 一 ， 一 一一』、 一 匕一 一 。 二匕于千二二一 ‘ 不二、 、 边 ， 图 电渣 精炼过 程渣 中硫 含量 谊时 间的 变化 〔 〕 精炼前后 铁水 中碳 、 硅 图 电渣 精炼后 球 铁的 金相组织 未浸 蚀 一 、 锰和磷 个元 素含 量的 变化范 围小于 。 。 尽管双 联 法精炼 用石墨做电极 ， 铁水 中碳含量 的变化也 只 有 一 。 这就 使优质铁水生产时 易 控制它 的化 学成份 。 电渣精炼过程 脱磷 效果 不 明显 。 电渣 精烁 铁水 的球化效 果 半工业 生产试验表 明 ， 在球化剂 稀土镁 合金 用 量减 少 情况下 仍得 到 了球化 分 级 一 级和石墨分 级小于 级 的球化效果 。 图 是 电渣精 炼铁水加 球化剂处理得 到的金 相 组 织 炉次 。 结 论 电渣精炼铸造 铁水工 艺可 以 实现 短时 间内使铁水 升温 一 “ 以上 。 电渣精炼 铁水 可将硫 降 至 写 ， 效果 显著 ， 可 满足 生 产对 铁水 中低硫 含量的要

求，而且渣中硫不会升高，精炼渣可连续多次使用。 (3)电渣精炼铁水有显著的除气效果(CO]<15ppm,〔N)<6~8ppm)。 (4)双联法实验室和半工业试验均证明，该工艺可大量降低球化剂消耗，且球化效果 好。该法作为优质球铁生产新工艺是可行的。 致谢：北京科技大学陈伯平和凌河汽车工业公司蓝安字、郎树人等对试验工作的大力支持表示衷心惑谢。 参考文献 1沈阳铸造所编。球墨铸铁，机械工业出版社，1982；3 2崔昆，钢铁材料及有色金属材料，机械工业出版社，1981,8：4 3陆文华。铸铁及其熔炼，机械工亚出版社，1981；4：91~94 4储少军等。北京钢铁学院学报（博士研究生论文专辑），1987；2：25 5凌河汽车工业公司等。电渣铸铁精炼可行性研究报告，（内部资料） 晚必胎脸胎始吆2吆经经治脸必必经2必经经经贴吆验竖贴贴胎始吆必贴必治 冶金热力学数据库系统(METHEDAS) 科学数值型数据库是20世纪70年代才兴起的一门科学，由于电子计算机的普及已经 使数据库类型日趋多样化，其重要性也愈来愈明显。 冶金热力学数据库系统(Metallurgical Thermodynamic Database System简称 METHEDAS)是仿照联邦德国亚琛工业大学理论治金研究所的数据库内容研制成功的，其 内容为： 1。数据：内有两座数据库，其一为2200种无机化合物的热化学性质，其二为400种 二元系合金的热力学数据。 2。应用程序库：这是数据库系统的最重要部分。依靠这些程序可将数据能动地深化加 工，通过公式运算得到用户所需的各种热力学数据。这些应用程序包括：(1)检素；(2)计 算无机物在各温度条件下热化学性质；(3)平衡化学反应方程式；(4)计算化学反应平衡常 数；(5)计算反应产物最高温度，(6)计算多元多相化学反应平衡组成；(7)绘制优势区相 图。 3。控制系统：协调、调用数据与程序。 治金热力学数据库系统所有程序都使用FORTRAN IV语言，在日立M-150计算机上 实现，采用人机对话的TSS分时系统。 治金热力学数据库系统经鉴定达到了国际、国内先进水平，服务于我国治金、材料、化 工等各个领域的生产、教学与科学研究等方面，欢迎国内各用户来钢院使用该系统。 沁弧死窕死豌置充死死死跳死%死死死死死充死沁沁窕窕沁死沁沁死沁跳窕死窕沁沁%死 15

求 ， 而且渣 中硫不会升高 ， 精炼渣可连 续多次使用 电渣精炼铁 水 有显 著 的除气效果 〔 〕 ， 〔 〕 一 。 双 联 法 实验 室 和半 工业试验 均 证 明 ， 该 工艺 可大量降 低球 化 剂 消 耗 ， 且球化效果 好 。 该 法 作为优 质球铁生产新工艺是可行 的 。 致谢 北 京科技大学 陈 伯平和凌河汽车工 业公司 蓝 安宇 、 郎树人等 对 试脸工作 的大 力支持表 示衷心 感谢 。 参 考 文 献 沈阳铸造所编 球墨铸 铁 ， 机 械工业 出版社 ， 崔昆 钢铁材料及 有 色金属材料 ， 机械工业 出版社 ， 陆文华 铸铁及其熔炼 ， 机械工 业 出版社 ， 一 储 少军等 北京 钢铁学院学报 博士研究生论文 专辑 ， 凌河 汽车工业公 司等 电渣铸铁 精炼可行 性研究报告 ， 内部资料 簸避避避避逸避避避避遮避姓避墟避腿跳遮遍遮稣遮遮避稣髓缝避髓避键避诞避髓越诞诞始 冶金热力学 数据库系统 科 学数值型数据库是 世 纪 年代 才兴起的一 门科 学 ， 由于 电子计算机 的 普 及 已 经 使数据 库类型 日趋多样化 ， 其重要性也愈来愈 明显 。 冶金 热力 学 数 据 库 系 统 ， 简 称 是仿照联邦德国亚深 工业大学理论冶金研究所 的数据库内容研制 成功的 ， 其 内容为 数据 内有两座数据库 ， 其一为 种 无机化 合物 的热化学性质 其 二 为 。 种 二元 系合金 的热 力学数据 。 。 应用程序库 这是数据库 系统 的最重要部 分 。 依靠这 些程 序可将数据能动地深化加 工 ， 通过公式运算得 到用户所需的各种热 力学数据 。 这 些应 用程序 包括 检索 计 算无机物 在各温度条件下热化学性质 平衡化学 反应方程 式 计算化学反应平衡常 数， 计算反应产物最 高温 度 计 算多元多相 化学 反应平衡组 成 绘制优 势 区相 图 。 。 控制 系统 协调 、 调 用数 据 与程序 。 冶金热力学数据库系统 所有程 序都 使用 语 言 ， 在 日立 一 。 计 算机 上 实现 ， 采 用人机对话 的 分时系统 。 冶金热 力学数 据库 系统 经 鉴定达 到 了国际 、 国 内先进水平 ， 服务于 我 国冶金 、 材料 、 化 工等各个领域 的生产 、 教学与科 学研究等方面 ， 欢迎 国内各用户来 钢院使用该 系统 。 眺呢观孤孤那翻孤孤蔚观观观观观孤昵孤观昵昵昵孤孤观昵泥昵观褥孤孤观孤肠观那昵观呢