北京钢铁学院学报电渣铸铁—现状和展望

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1987.s2.017 ! 北京钢铁学院学报 1987年2月 Journal of Beijing University Special issue 专辑1 of Iron and Steel Technology No,1,1987.2 电渣铸铁一现状和展望 储少军 朱觉 刘海洪 (电治教研室) 摘 要 六十年代末，七十年代初，苏联治金学者开始了电渣佛铁的研究工作。电渣重熔和电兹精炼过程的脱障，脱 、除夹杂、除气等作用对获得优质铁水，提高铸件质量有明显效果。特别是在直流制度下熔炼，有可能发挥电化 学作用有目的地从熔体中排除有害元素或从熔渣中获得合金化元素，因此，试图采用电渣重熔或电渣精炼进行变 性处理和合金化取代器加球化剂直接得到球墨铸铁的生产技术引起人们极大的兴趣。 虽然电渣铸铁工艺和生产技术本身尚有改进的方面，而且对某些基本理论的研究仍处于探讨阶段。然而，作 为一种铸铁精栋的新方法，有可能从根本上改革现行的生产工艺。 。本文收集了十多年来有关电造钱铁的文献资料，概括了国外有关电渣生铁熔炼的研究内容和成果。结合我国 资源条件及工业发展特点，对开展电渣傅铁工艺和理论研究工作提出一些建议。 关键词：电渣面熔，电渣熔炼，铸铁，球堡铸铁 The Electroslag Melting of Cast Iron:Present and Future Chu Shaojun Zhu Jue Liu Haihong y Abstract Late in 1960's or early in 1970's,Russian metallurgical workers started to investigate the electroslag melting of cast iron.It is obvious that the desul- furization,dephosphorization,inclusion removal and gas elimination of ESR or ESM have effects on making iron liquid purified and producing high quali- ty casting.In particular,it would be possible to exert some electrochemical control either over the elimination of some harmful elements from the metal or over the pick-up of some alloying elements from the slag using do method. It is interesting that people attempt to make spheroidal-graphite cast iron dir- ectly by alloying and modifying under ESR or ESM condition without adding nodulizing agent. Althought the technological process of the ESR or ESM of cast iron is 25

年 月 专辑 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 ， 。 电渣铸铁一现状和展望 储少 军 朱 觉 刘海洪 电冶 教研室 摘 要 卜 六十年代末 ， 七十年代初 ， 苏联冶金学者开始了电渣铸铁的研究工 作 。 电渣重熔和 电渣精 炼过程的脱硫 ， 聪 碑 、 除夹杂 、 除气等作用对获得优质铁水 ， 提高铸件质 有明显效果 。 特别是在直流制度下熔炼 ， 有可能 发挥电化 学作膝 有 目的地从熔体 中排除有害元素或从熔渣 中获得合金化元素 ， 因此 ， 试图采用电渣重熔或 电渣 精炼进行变 性处理 和合金 化取代添加球化荆直接得到球墨铸铁的生 产技术 引起人们极大的兴 趣 。 虽然 电渣铸铁工艺和生产技术本身尚有改 进的方面 ， 而且对 某些 基本理论的研 究仍 处 于探讨阶 段 。 然而 ， 作 为一种铸铁精炼的新方法 ， 有可能从根本上改 革现行的生产工 艺 。 ，， 本文 收集 了十 多年来有关电渣铸 铁的文献资料 ， 概括 了国外有关 电渣生 铁熔炼的研究内容和 成果 。 结 合我国 资源 条件及工 业 发展特点 ， 对 开展 电渣 铸 铁工 艺和理 论研 究 工 作提 出一 些建 议 。 关键 词 电渣 重熔 ， 电渣熔炼 ， 铸铁 ， 球墨铸铁 卜 ， ， ， ‘ ， ， ， 郎 ， 一 。 一 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s2．017

not perfect and some basic theories to accoint for ESR or ESM applied to iron-melting are not yet satisfactory,the ESR br ESM of cast iron may well essentially improve the tradtional process as a new technique for making high quality cast iron. This review coilects the literatures a id teehaological data on the ESR or ESM of cast iro in receat decade:and suminarizes the researches and results on refining ig iron under ESR or EsM condition in foreign countries.onside- ring the natural resources and the characteristics of industrial development in our country,the suggestions that will develop the technological process and the theories of ESR or ESM for iron-melting,are also presented. Key words ESR,ESM,cast iron,spheroidal-graphite cast iron 前 铸铁是一种重要的，应用广泛的结构材料。，尤其从40年代起，人们掌握球墨钱铁生 产技术之后，铸铁的强度和塑性显著提高，使它在许多生产领域中增强同其它结构材料 竞争的能力。 据统计，日本有70%的铸管用球铁制造，世界各国的汽车、机械制造等行业，球 铁铸件的使用比例逐年增加。为了提高球铁质量，降低生产成本，许多国家都在寻找经 济而有效的生铁精烁方法，如KR法，ATH法等，然而，一般铸造车间采用上述工艺仍 有较多困难。60年代末，70年代初，苏联治金学者提出铸铁电渣处理的研究工作很有意 义，进一步研究和完善电渣，铁工艺，有可能从根本上改革优质铁水和球铁铸件的现行 生产工艺，可望有较高的经济效益。 电渣铸铁包含的概念比较广泛，从工艺上讲，沈是把电渣重熔和电渣精炼技术应用 于铸铁生产工艺中。从国外文献报导分祈，电渣铸铁工艺大致可以分为三种类型： 自耗电极溶化（包括衬或水冷结站器） 电渣铸铁小非自托电极楷乐（色活合成生铁培） 电渣生铁治炼新工艺 …为了比较全面、系统了解世界各国电渣生铁的发展情况，我们采用国际联机捡索方 法；使用洲空间组织情报捡索中心ESA一IRS的文档，得到自67年以来？，A有关的素 引号103条，M.A有关的文献题目52条。其中比较详细论述电渣铸铁的文献共57篇，包 括电渣法直接炼钢、炼铁的文献21篇。历年来有关文猷发表的频率分布见图1。 研究上述捡索结果，初步认为，电渣铸铁生产技术仍处在继续发展的阶段，在铸造 生产领域中有较广阔的应用前景。苏联以及东欧国家在电渣铸铁工艺的研究和应用等方 面做了许多工作，但在治炼理论方面尚不够深人。作为从治炼手段上根本解决有害元素 硫的引入，电渣生铁新工艺的研究有很大的意义。 26

一 已 七 通五 ’ ， ， 弓 呈 。 了 ， 。 飞。 ， 尹 · 几 。 弓次 ’ ‘ 仑 。 。 奋‘ 目日‘川团曰 ， 比 城 ” “ “ 协 花 该 “ · 一 二 ， 一 言 铸铁是一种重要的 ， 应用广泛 的结构材料 。 、 尤其从 。年代起 人们拿握球墨铸铁生 产技术之后 ， 铸铁的强 度和塑性显著提高 ， 使它在许多生 产领域 中增强 同其它结构材料 竞争的能力 。 据 统计 ， 日本有 的铸管 用球铁 制 造 ， 世界各国的汽车 、 机械制造等行业 ， 球 铁铸件的使用 比例逐 年增加 。 为 了提 高球铁质 量 ， 降低生 产成本 ， 许 多国家都在寻找经 济而有效 的生铁精炼方法 ， 如 法 ， 法 等 ， ’ 然 而 ， 一般 铸造车间采 用上 述工艺仍 有较 多困难 。 年代末 ， 年代 初 ， 苏联 冶 金学者提 出铸铁 电渣处理的研究工作很有意 又 ， 进一步研究 和完善 电渣铸铁工 艺 ， 有可 能从根本 上改革优质铁水和球 铁铸件的现行 生 产工 艺 ， 可 望有较高的经济 效益 。 电渣铸 铁包含的概念 比较广泛 ， 从工 艺上讲 ， 就是把 电渣重熔和 电渣精炼技术应用 于铸铁生 产工 艺 中 。 从 国外 文献报 导分 析 ， 电渣铸铁工 艺大致 可以分 为三种类 型 ‘ 自耗 电极溶化 包括 汀衬 或 水冷结 晶器 电渣 铸铁 、 匕 非 白耗 电极 精冻 包括 合 成生 铁熔 灿 、 电渣生 铁冶炼新工艺 一 为 了比较全面 、 系统 了解世 界各国 电渣生 铁 的发展情况 ， 我 们采 用 国际联机检索方 法‘ 使用欧洲空 间组织情报检 索 中心 “ 的文 档 ， 得 到 自 年以来几 有 · 关的索 引号 条 ， 有关 的文献题 目 条 。 其 中比较详细 论述 电渣铸铁 的文献 共 了篇汾 包 括龟 渣法直接炼钢 、 炼铁的文献 篇 。 历 年来有关文献发表的频率分 布见 图 。 研究上述捡索结果 ， 初步认 为 ， 电渣铸铁生产技术仍处在继续发展 的阶段 ， 在铸造 生产领域 中有较广阔的应用前景 。 苏联以及东欧 国家在电渣铸铁工艺的研究和应 用等方 面 做 了许多工 作 ， 但在冶炼理论方面 尚不够深人 。 作为从冶炼手段上根本解决有害元素 硫的 引入 ， 电渣生铁新工 艺的研究有很大的意义 。 ‘

Eleelroslag oxtinetive metalluy'y Eleetrosing remelti tr dleetrosing refining 12 图1历年龙表的电：主铁文献分布情况 Fis.1 Distribution of papers on electroslag melting of cast ironover the year 69 707273757678798182 Ycar 1 电渣铸铁重熔和电渣铸铁精炼 乌克兰科学院巴顿焊接研究所从60年代起就开始用电渣炉处理生铁〔1。研究方向 是制订合理的生产工艺，即自耗生铁电极重熔〔2~6：和非自耗石墨电极对铁水的精炼（包 括合成生铁的熔炼)(78)。 电渣熔炼过程对铸造生铁精炼作用主要有以下几个方面： 脱硫：在不同熔炼条件下，铁水的含硫量一般可以降低1~2个数量级。文献〔6)采 用ANF一29渣+10%CaC,重熔CH21-40灰铸铁，使疏含量由0,106%降到0.008%，文 献〔7〕在石墨或铬镁砖有衬炉内，用CaF2一CaO一Al,O3渣，间歇或连续处理铁水，渣池 过热达1800~2000°c,硫含量由0.05%降到0.003%，文献C9)则用Ca0-CaF2-CaC1:熔 渣对铁水进行精炼，硫含量可从0.3~0,03%降止0.008~0,004%。实验表明，在精炼 初期10~15min内脱硫速度最大，脱硫速度和程度随熔炼温度提高而增加。 脱磷：从都分文献〔5)〔10们的分祈结果来看，电渣过程对铁水脱磷效果不明显，文 献〔11的实验指出，磷含量可降低10~20%。然而，在文献〔3)的工作中，铁水的磷含 量反而升商，这些相互矛眉的结果可能实验余件不同有关系。 除气体：铁水经电渣处理后，气体含量的变化见表1、2和图2。.在文就12的工 作表明，电渣过程中铁水气体台量的变化取决于施加电流的极性。·表3中列出各种熔炼 设备对熔烁绮铁气体含量的形响，说明电渣过滢处绳铁水、除气数米最好。“… 表1：铁水中02、N2、H2含量的变化1 Table 1 Oz N2,H2 and inclusions contents in liquid iron Sampling time Total amount of 02 H2 N2 gas,cm3/100gcm5/100g%cm7100g%cm3/100g% After melting 33.33-42.13 13.66-0.019-12.93-0.0012-6.74-0.008- 24.390.03412.070.00115.670.007 30 minutes 10.92-18.07 5.23-0.007 4.68-0.0004-1.01-0.001- after melting 5.97 0.00810.690.00101.410.002 Removal of gas, -60 ,-75 -40 -80 27

荡 〔 七 ’ 只 之 了户 ‘ 、 百 滩 一 一。 。 ，打稼 · 。 ，，。 ，官忱 于 · 。 ，一。 丫 『 、 图 历 年 戈表的 电 范 主铁 文献 分布情况 几 「 ‘ 工 生一巴的﹄咎巴 又 导 几 卜 心 ‘三 的巴 电渣铸铁重熔和电渣铸铁精炼 乌克兰科学院巴顿焊接研究所从 年代 起就开始用 电渣炉处理生铁 〔 ‘ 。 研 究 方 向 是制订 合理的生 产工艺 ， 即 自耗生铁 电极重熔 〔 一” 和非 自耗石墨 电极对铁水的精炼 包 括 合成生铁 的熔炼 ， “ 几 电清熔炼过程对铸造生铁精炼作用 主要有以下几个方面 脱硫 在不 同熔炼 条件下 ， 铁水 的含硫 量一般可 以降低 个数 量 级 。 文 献 〔 〕采 用 一 渣 重 熔 一 遵。灰铸铁 ， 使硫 含量 由。 ， 降到 ， 文 献〔了〕在石墨或铬 镁砖有衬炉 内 ， 用 一 一 渣 ， 间歇或连续处理铁水 ， 渣池 过热达 一 ， 硫含皇由。奋 降到。 ，文献〔。 〕 则用 一 一 熔 渣对铁水进 行精炼 ， 硫含量可从七 一 。 。 降止。 ， 一。 。 实验 表咀乡在精炼 初期 一 内脱硫 速度最大 ， 脱硫 速度 和程 度随熔 炼温 度提 高而增加 。 脱磷 从部分 文献〔 〕 〔 〕 的分析结果 来看 ， 电渣过程 对铁水脱磷效果 不 明 显 ， 文 献〔 〕 的实 验指 出 ， 磷含量可 降低 一 。 然而 ， 在文献 〔 〕 的工作 中 ， 铁 水的 磷含 量反而 升 高 ， 这 些 相互矛盾 的结 果 可 能 与实 验 杀件不 同有关 系 。 除气体 铁 水 经 电清处理后 ， 气体含量 的变化 见表 、 名 和 图 名 。 在文此〔招汹工 作表 明 ， 电渣过程 中铁 水 气体含量 的 变化取决于施 加 电流的极 性 。 表 电夕卿各种熔炼 设备对熔 炼铸铁气体含 量的影响 ， 说明 电渣 过程 处健丝铁水、 除气效果 最好石 · · 表 铁水 中 、 、 含 的变化 ‘ ， ， 的 七 多 砂 ， “ 单 沃 八 ’ 。 一 。 。 一 。 ， 一 。 一 。 一 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 一 一 。 一 。 一 。 。 。 。 一 一 刃 。 。 叽 一

表2铁水中02、N2、H2及夹杂物含量的变化 Table 2.The changes of O2,Na.Ha and inclusion contents in liquid iron Inclusion Removal of Total amount of gas,cm/100g Removal of content, inclusion,% 0,% H,% N,% gas% 0.0182 41.2 5,08 4.61 13.57 0.0107 2.95 3.17 11.09 26.0 0.0179 4.18 3.02 11.52 0.0077 56,9 2.75 2.14 9.42 23.5 注：分于代表重熔前含量、分母代表重熔后含量。 0.0125F 1630℃ 0.0100 识 0.0075 图2电渣处理过程中，铁水气体含量的变化 (o】 0.0050 Fig.2 The changes of amount of gas in liquid iron with time during 0.0025 (N) 0 10 20 30 40 ESR min 表3熔炼设备对铁水中气体含量的影响 Table 3.The effect melting equipments on gas contents in liquid iron Melting equipments Volume of gas in 100g liguid iron,cm3 〔o) CN CH] Total Cupola furnace 1.7 6,2 2.7 10.6 Arc furnace 1.1 6.6 2.0 9.7 Induction furnace 1.1 3.7 2.3 7.1 Combined operation 1.0 1.3 2.2 4.5 表4灰铸铁经电渣处理前后夹杂物的变化 Table4.The changes of inclusion contents of casting pig before and after ESR treatment Casting pig Non-metallic inclusion contents, Oxide Silicate Sulphide Cyanide Before ESR 0.07 1.454 0,08 0.069 After ESR 0.0058 0.036 0.006 0.048 除夹杂，电渣过程对铸铁中夹杂排除有明显效果，一般可以降低20~35%(3'。在 28

表 铁水 中 、 、 及夹杂物 含 的变化 。 、 卜 ， ， 。 。 。 。 。 。 ， 川八 ， ， ， 。 。 。 不，下几丁一一 又一百下厂－ 一一二二一又又 艺 乙一 廿 一 了 廿 。 。 。 一于三云 一 三七行 一 月 一叹二于万一 。 。 。 。 “ “ ’ “ 注 分 子代表重熔前含量 、 分 母代表 重熔后 含量 。 。 。 。 冰 ‘ ︹︺之 ， 宙 。 ℃ 丫丁一 一 一 〕 。 ’ 十一 “ 图 电渣处理过程 中 ， 铁水气体含 的变化 。 五 一 熔炼设备对铁 水 中气体含 的影 响 、。 〔 〕 〔 〕 ， 〔 〕 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 一 。 表 灰铸铁经电渡处理前后夹杂物的变化 ‘ 。 一 ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 除夹 杂 电渣过 程对铸铁 中夹杂 排除有 明显效果 ， 一般 可以 降低 〔 ，。 在

文献〔7〕分析生铁经电渣处理后各类夹杂物含量的变化情况（见表4），文献〔1$)的实 验结果（见图3）表明，在熔栋过程的头10~15min内，除夹杂的效果最明显。 n.8 1550C 0,C 183n它 图8电渣处理过程中铁水夹杂物含量的变化 0. Fig.3 The changes of inclusion contents of liquid iron with time during ESR 90 1 电渣过程对铸铁质量的影响不仅仅在于铁水的净化，更主要的是通过对石墨形态及 基体组织的改善，显著提高了铸铁的综合机械性能〔8]。文献〔4幻的工作证明，相同硅、 碳含量，电渣重熔生产的铸铁有较高的耐蚀性（见表5）。 自耗电极电渣铸铁工艺主要应用在电渣熔铸和电渣堆焊技术上1·，15)日本专利 (16们提出电渣铸熔的方法生产复合热轧辊，白口生铁外套的化学成份为：C2.51,Si 0.52,Mn0.03,P0.011,S0.010,(r1.01,Mo0.34（%),芯部的化学成份是： C1.00,Si0.27,Mn0.38,P0.018,Cr1.40,Mo0.03(%)。意大利c17)提出一 种ESR-MP新工艺。生产的复合轧辊结构及化学成份见图4。 表5电渣铸铁的耐蚀性试验结果 Table 5.Results of corrosion resistance experiment of ESR casting iron Casting pig Loss of weight of sample soaked in acids with in 25h,mg 10%AHc 10%HCI 10%HNOs 10%HaP04 Conventional 450-500 500-1050 300 900 ESR treatment 75 350 150 150 S00300 9 338 575 525 575 C% Si% Mn% S% Cr% Ni% Mo% Shell 2.5 1.0 1.0 0.03 17.5 1.0 1.0 Shaft 0.4 0.3 0.4 0.03 一一 图4电渣复合轧辊的结构尺寸和化学成份分析 Fig.4 Constitution and composition of ESR-MP bimetallic roll 29

文献〔 验结果 〕分析生铁经电渣处理后各类夹杂物含量的变化情况 见表 ， 文献〔 〕的 实 见图 表明 ， 在熔炼过程的头 巧 运内 ， 除夹杂的效果最 明显 。 马 寸 军丁 一 … 卜一一 一 叩 ℃ 冷卜、 、 从 ， 口 一 下丁 一 … 翌气 圈 电渣处理过 程中铁水夹杂物含 的变化 砂 。 一声尸归尸。，﹄︸必勺州︺ 电渣过程对铸铁质量的影响不仅仅在千铁水的净化 ， 更 主要 的是通 过 对石墨形 态及 基体组织 的改善 ， 显著提高了铸铁的综合机械性能 〔 吕 。 文献〔 〕的工 作证 明 ， 相同硅 、 碳含量 ， 电渣重熔生产的铸铁有较高的耐蚀性 见表 。 自耗电极 电渣铸铁工艺 主要 应用在电渣熔铸和 电渣堆焊技术上 ， ’ ， ‘ 旧 本专利 〔 ’ “ 〕 提 出电渣铸熔 的方法生 产复合热轧辊 ， 白 口 生铁外套的化学 成份 为 ， ， ， ， ， ， ， 芯 部的化学 成份 是 ， ， ， ， ， 。 意大利 〔 ， 〕 提 出一 种 一 新工艺 。 生 产的复合轧辊 结构 及化学成份 见图 。 表 电渡铸铁的耐蚀性试验结果 ‘ ， 一 一 卜 ‘ 、 、 “ “ ‘ 立乌鳌案 “ 一 巨 卜 、 “ 、 网 写 肠 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一一 一 图 电渣复合轧辊的结 构尺寸 和化学成份分析 、 ‘ 、 一

自耗电极重熔铸铁工艺的生产成本高，生产效率低，一般用午特殊的生产场合。在 苏联应用较为广泛的是非自耗石墨电极对铁水的帮炼〔7,8]，铁水由其它熔炼设备供 给，如冲天炉、惑应等等。在电渣精炼过程中，还可以加入不同类型的配料生产合成 生铁。带有熔炼原料的过程称为电渣熔炼，单一处理液态生铁的过程称为电渣精炼。目 的旨在获得低硫和成份合适的铁水，其经济效益主要反应在降低变质处理时中间合金的 消耗，获得全相组织均一，机械性能优异的大、中型铸铁件。 》。 .2 电渣球铁的制造 球墨铸铁生产工艺主要包括熔化和变质处理二个主要工序。如何获得高温，低硫铁 水是目前冲天炉熔炼技术所遇到的突出问题。电渣过程处理铁水：不仅有强烈的脱硫和 加热铁水的作用，而且还使铁水起合金化及变质作用，因面有可能将球铁生产中的二个 主要工序合二为一。 在文献C18)〔19)中从电化学还原的角度，考虑过某些合金元素，如Mg、B,Ti、V、 N、(r等由熔渣中还原进入作为阴极的液态铸铁，.以便改进铸件的机械性能。由于活 性渣精炼过程的脱硫作用，电化学过程引起的合金化变质作用，.以及电渣过程的冷凝条 件，促使人们直接采用电渣熔炼的方法制造球墨铸铁。这种方法同上述铁水经电渣精炼 之后，再进行球化处理的工艺是有本质区别的。 有关电渣球铁的文献很少。文献20〕采用不同的渣系对灰白铸铁进行精炼，然后分 析铁水成份变化和检测石墨形态。认为脱硫效果最好的渣系是CaF2,Ca0-Si02,Ca0- SiO2-CaF2,MgO-Ca0-CaF2.渣的变质作用控制石量生长的形态：单组份渣CaO,CaFz, 双组份渣Mg0-CaF2,Ca0-CaF2,Ca0-AlzO3,CaQ-Si0,,三组份渣Mg0-Ca0-CaF, Mg0-Ca0-A1zO,Ca0-SiO2-CaF,都可以获得球墨铸铁，但石墨球的大小、分布和 金属基体的组织各有差异。球状石墨的形成，可能是高活性渣中的钙、镁在脱硫同时， 在高温还原条件下进入铁液起变质作用。但是，文献〔20)]并没有给出铁液中钙、镁含量 的分析结果。 .文献C201采用CaF,-Ca0-CaCl,或CaF,-Mg0-CaCl2渣系，直流电源，.对电渣 过程中石墨球化进行了研究，主要结果有以下儿点： (1)生铁中的球状石墨，只能在电流密度为1A/cm2电压5~7V,反极性条件下 (石墨电极为正极)才能形成。 (2)生铁经电渣处理而合金化，获得球状石墨的合金化条件是：(a≥0.06%且Ca/ Mg≥1.65（接近钙、镁的原子量比）。 (3)单采用钙系渣，尽管铁液中钙含量增大16倍（由0.0040%提高到0.065%）， 不生成球状石墨。 (4)采用钙一镁渣系时，仅镁含量高(0.04%)，而钙和镁含量之比小于1.65时， 不能得到球状石墨。 A,O,IoMH等人没有对上述结果作出解释，而且，也没有提出足够的、令人信服 30

自耗 电极重熔铸铁工艺的生产成本高 ， 生产效率低 ， ’ 一般用千特殊的生产场 合矿在 苏联 应 用较为广泛 的是非 自耗石墨 电极对铁水的精炼 〔 ， 〕 ， 铁水 由其 它 熔 炼 设 备 供 给 ， 如 冲天炉 、 感 应炉等等 。 在电渣精炼过程 中 ， 还可以加人不同类型的配料生 产合 成 生铁 。 带有熔炼原料 的过程称 为电演熔炼 ， 单一处理液态生铁的过程称 为电渣精炼 。 目 的旨在获得低硫 和 成份合适 的铁 水 ， 其经 济效 益主要反 应在降低变质处理时中间合金的 消耗 ， 获得全相组织均一 ， 机械性能优异 的大 、 中型铸铁件、 电渣球铁的制造 雄墨铸铁生产工艺主 要包括熔化和变质处理二个主要工 序 。 如何获得高温 ， 低硫铁 水 是 目前 冲天炉熔炼技术所遇 到 的突 出问题 电渣 过程 处理铁水， 不仅有 强烈的脱硫和 加 热铁水的作用 ， 而且还 使铁水起合 金化及变质作用 ， 因而有可能将球铁生产中的二个 主要工序合二 为一 。 在文献〔 〕 〔 ” 〕 中从电化学 还厚的角度 ， 考虑过某些 合金元毒 ， 如 、 ， 、 、 、 等由熔渣 中还原进人 作 汐阴极的 液态 铸 铁 ， · 以便改进铸件的机械性能 。 由于活 性渣精炼过程 的脱硫 作用 ， 电化学过程 引稼的 合金化变质作用 ， 以 及 电渣过程的冷凝 条 件 ， 促使 人们直接采用 电渣熔炼 的方法制造球墨 铸铁， 这种方法同上述铁水经 电渣精炼 之后 ， 再进行球化处理 的工艺是有本质 区别 的 。 有关电渣球铁 的文献很少 。 父献诬。 〕采用不同的渣系对灰 白铸铁进行精炼 ， 然后分 析铁水 成份 变化和检侧石墨形态 。 认为脱硫效果最好的渣 系是 夕 ， 一 ， 一 ， 一 一 。 渣 的变质作用控制石墨生长的形悉 单组份渣 ， ， 双组份渣 一 ， 一 ， 一 ， 臼 三组份渣 一 一 一 一 ， 一 一 都可以获 得球墨铸铁 ， 但石墨球的大小 、 分布和 金属基体的组织各有差异 。 球状石墨的形 成乡 可能是 高活性渣 中的钙 、 镁在脱硫 同时 ， 在高温还原条件下进入铁液起变质 作用 。 但是 ， 文献〔 。 〕并没 有给 出铁液 中钙 、 镁含量 的分析结果 。 一 文献以 〕采用 ，一 二 ，或 ， 一 二 渣 系 ， 直流 电 源 ， 对电造 过程 中石墨球 化进行 了研究 ， 主要结果有以下几 点 生铁 中的球状石墨 ， 只能在电流密度为 电压 ， 反极 性条 件下 石墨 电极为正极 才能形 成 。 生铁经 电渣 处理而合金化 ， 获得球状石墨 的合金化条件是 任 。 且 接近 钙 、 镁 的原子量比 。 单采用 钙系渣 ， 尽管铁液 中钙含量增大 倍 由 提高到 “ ， 不生 成球状 石墨 。 ’ 采用钙一镁渣 系时 ， 仅镁含量高 ‘ 。 ， 而 钙和镁含量之比小 于 。 时 ， 不能得到球状石墨 。 ， ‘ ’ 等人没 有对上途结果 作出解释 ， 而且 ， 也没有提出足够 的 、 令人信服

的电渣球铁生产工艺条件。表6是H.O,Iom等人的主要实数据。 表6电渣处理生铁后Ca、Mg含量的变化及石墨形态 Table 6.The changes of Ca,Mg contents and graphite morphology of cast iron during ESR Electric Chemical composition,% Graphite patten Ca Mg N H morphology Eletrode 0.018 0.004 0.0008 Spherulitic (+) trace 0.070 0.0500 vermicular Melting 0.018 0.004'0.0008 Vermicular pool(+) trace 0.007 0.0080 flake Melting 0.043 0.10880.00930.00175 Flake pool(+) 0.020 0.0190.00420.01820.0036 0.00162 vermicular Eletrode 0.044 0.01520.0040 0.00154 Flake (+) 0.002 0.040 0.028 0.01210.0048 0.00069 spherulitic 电渣球铁的研究，除采用非自耗石墨电极，活性渣精炼方法外，文献〔5)等人曾用 自耗有衬电渣炉制造外径220m,壁厚40mm的轴套，铸件具有球状石墨和大量莱氏体 的特征。文献〔3)在用含锰渣对生铁进行变质处理时，得到高强度的球墨铸铁。 另外一个有意义的工作是通过电渣处理灰铸铁，获得蠕虫状石墨铸铁〔1，此种结 构材料集中了球铁和灰铸铁的优点，能使大载面铸件保持相同的机械性能。 3电渣炉直接炼钢和电渣生铁新工艺 近年来，世界各国对用金属化团矿，海绵铁直接制钢的工作越来越重视，并已建立 起工业规模的实验工厂。其中西德、美国在这一领城中处于领先地位。电渣炉直接炼钢 采用的治炼工艺主要有两种，一种叫ESW过程或ESH过程212，采用非自耗石最 电极产生的热源，使渣和金属团矿发生反应，生产半钢：另一种是采用自耗电极重熔的 方法『234，将金属团矿或海棉铁加人适合的添加剂，压制成自耗电极，用来进行电 渣熔炼。上述二种生产工艺仍存在许多技术问题，实际生产工艺上分为二个治炼工序： 熔炼、合金化。 从钢铁治金整个治炼流程来看，从铁矿石到生产钢，高炉生铁是半成品一一不得已 的中间产品。那么，由矿石生产铸铁，也可以把金属化球团矿或海绵铁作为该过程的中 间产品，这种看法从铸造生产角度来讲，似乎是有道理的。传统的铸造生铁产品的生产 过程为配料高炉铸铁锭冲天炉液态生铁浇包液态生铁铸型铸件 俦造铁水是二步熔炼的产品，容易被焦炭，炉衬等污染，温度也比较低。为了从根本上 改革铸造生铁生产工艺，得到高温、低硫优质铁水。苏联学者提出电渣生铁新工艺，生 产流程为： 31

的电渣球铁生产工艺条件 。 表 是 幻 几。 二 等人的主要实验数据 。 表 电渣处理生铁后 、 含 的变化及石扭形态 ， 瓦 昭 葺 幻 。 。 。 飞而石石份 万丽丽 五 一 卫竺 些全 。 。 一。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ，︸曰们‘试 甘。。﹄ 一 ︸ 一六︸ 一八八”，人︸ 一，几工，几 一匕曰心八汽︸ ﹃一曰自曰， 一八日门 电渣球铁 的研究 ， 除采 用非 自耗 石墨 电极 ， 活性渣精炼方法外 ， 文献 〔 〕 等人 曾用 良耗 有衬 电渣炉 制造外径 ， 壁厚切。 的轴 套 ， 铸件具有球状石墨 和大 量莱 氏体 的特征 。 文献〔 〕在用含锰渣 对生铁进行 变质处理时 ， 得 到高强度的球墨 铸铁 。 另外一个有意 义的工作 是通 过 电渣处理灰铸铁 ， 获得蠕虫状石墨 铸铁 〔 ’ 〕 ， 此种结 构材料集 中了球铁和灰铸铁的优点 ， 能使大载面铸件保持相同的机械性能 。 电清炉直接炼钢和电渣生铁新工艺 近年来 ， 世界各国对用 金属化团矿 ， 海绵铁直 接制钢 的工作越来越重 视 ， 并 已建立 起正业规模 的实验工厂 。 其 中西德 、 美国在这一领 域 中处于领先地位 。 电渣 炉直接炼钢 采 用 的冶炼工艺 主 要 有 两种 ， 一种 叫 过程 或 过程 〔 ” 名 ， 采用非 自耗 石 蚤 电极产生 的热源 ， 使渣和 金属 团矿发生反应 ， 生产半钢， 另一种是采用 自耗 电极重熔的 方法 〔 “ ’ 〕 ， 将 金属 团矿或海棉铁加入适合的添 加剂 ， 压 制成 自耗 电极 ， 用 来进行 电 渣熔炼 。 上述二种 生 产工艺仍 存在许多技术问题 ， 实 际生 产工艺 上分 为二个 冶炼工 序 熔炼 、 合金化 。 从钢铁 冶 金整个冶炼流程来看 ， 从铁矿石到生产钢 ， 高炉生铁是半成 品一一不 得已 的 中间产品 。 那 么 ， 由矿石生 产铸铁 ， 也可以把金属 化球 团矿或海绵铁作为该过程的 中 间产品 ， 这种看法 从铸造生产角度来讲 ， 似乎是有 道理的 。 传统的铸造生铁产品的生产 牙， 二 配料 ， 铸铁锭 、 ， 二 液态生铁 、 。 液态生铁 ， 铸件 过程为 二竺几高炉 一 竺竺几冲天 炉 坐竺兰生浇包二竺兰兰查几铸型 翌二 铸造铁水是二 步熔炼 的产 品 ， 容易被焦 稀 ， 炉衬 等污 染 ， 温度也比较低 。 为 了从根本上 改革铸造生铁生 产工艺 ， 得到高温 、 低硫优质铁水 。 苏联 学者提 出 电渣生铁新工艺 ， 生 产流程为

配料 液态 液态生铁 铸件 ·电渣炉一→浇包 一→铸型一 金属化 生铁 该流程把利用原始配料（价格低）和电渣工艺的优点结合起来，使得电渣生铁生产在经 济上也有竞争的优势。鸟克兰科学院巴顿焊接研究所进行的台架试验表明，采用电渣生 铁新工艺、硫含量可降到普通铁生的1/30~1/40，碳以弥散状石墨析出，表7中列出了 金属化配料和电渣生铁的化学成份。 表7金属化配料和电渣生铁化学成份 Table 7.Chemical composition of metallized burden and ESR casting iron Analyse for Fe total Metallic C Si Mn Sio,Cao Product, Fe Metallized 89 79 1.94 0.017 3.40.95 burdes ESR casting 3.131.480.680.004 4对电渣铸铁生产工艺的几点看法 (1)目前，国内90%以上的铸造铁水采用酸性冲天炉熔炼，生产球铁铸件需要选用 低硫生铁配料和低硫焦炭，使原料供应上有一定困难。解决办法之一是从熔炼方法上采 取措施。有人建议采用冲天炉一电炉双联熔化，热效率比较合理，见表8。如果能够采 用电渣炉对铁水同时进行加热和精炼，似乎更为理想。由于我国电力供应还比较紧张， 冲天炉又具有一系列优点，从经济效益考虑，采用冲天炉一电渣前炉双联法熔炼优质铁 水是值得进行实践的。 表8各种生铁熔炼设备的热效率(25) Tahle 8 The calorific efficiency of melting equipments Type of melting Calorific efficiency Calorific efficiency equipment of melting,% of superheating,% 'Cupola furnace 50-60 7 Arc furnace 75 25 Induction furnace 40 60 (2)电渣铸铁重熔工艺的生产成本较高，但对于生产特定的铸件仍有特色，比如 生产复合轧辊，耐磨轴套、铲齿等等，国外已有工业规模的生产试验。对于生产大型铸 件，如核废料容器等，从生产效率、铁水成份控制及浇注工艺角度考虑，采用非自耗石 32

配料 液态 液态生铁 铸件 － ‘ 电渣护 － 浇包 － ，铸型一一， 金属化 生铁 该流程把 利用原始配料 价格低 和 电渣工艺 的优点结合起来 ， 使得电渣生铁生产在经 济上也有竞争的优势 。 乌克兰 科学院 巴顿焊接研究所进行的合架试酿表明 ， 采用 电渣生 铁新工艺 、 硫含量可降到普通铁生 的 一 ， 碳以弥散状 石墨 析出 ， 表 中列出 了 金属 化配料 和 电渣生铁的化学成份 。 表 金属化配料和龟渣生铁化攀成份 ， ‘ ’ ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 对电渣铸铁生产工艺的几点看法 目前 ， 国内 以 上的铸造铁水采 用 酸性 冲天 炉熔炼 ， 生产球铁铸件需要选 用 低硫生铁 配料 和低硫焦炭 ， 使原料供应上有一 定困难 。 解决办法之一是从熔炼方法上采 取措施 。 有 人建议采 用 冲天 炉一 电炉双联熔化 ， 热效率比较合 理 ， 见表 。 如果 能够采 用 电渣炉对铁水同时进行加 热和精炼 ， 似乎更 为理想 。 由于我国电力供应还 比较紧张 ， 冲天 护又 具有一 系列优 点 ， 从经济效益考虑 ， 采用 冲天 炉一电渣前炉双联 法熔炼优质铁 水是值得进行实践 的 。 表 各 种生铁熔炼设备的热效率 〔 ” 〕 ， ， 一 月户‘一 任丹才月 ︸ 电渣铸铁重熔工艺 的生产成本较高 ， 但对于生产特定的铸件仍有特 色 ， 比如 生产复合轧辊 ， 耐磨轴套 、 铲齿等等 ， 国外 已有工业规模的生产试验 。 对于生产大型铸 件 ， 如核废料 容器 等 ， 从生 产效率 、 铁水成份控制及浇注工 艺角度考虑 ， 采 用非 自耗石

墨电极精炼比较合适。如果对冲天炉前炉进行技术改造，投资不大，但见效快。 (3)国外电渣生铁新工艺虽处在生产试验阶段，但已有一定潜力。能不能形成工 业化水平，关键在于经济上是否合理，技术上是否可行。这方面的工作，国内几乎尚未 开展。随着生铁，废钢，焦碳价格的上张，有必要从国内的具体工业条件出发，开展金 属球团矿综合利用的科研工作。 (4)苏联等国近十多年来，在电渣铸铁方面做了许多工作。但是，在电渣铸铁治炼理 论方面的文献报导很少，因此，有必要在治炼工艺和治金理论上研究以下几方面的问题：· (a)电模式和熔炼制度对电渣铸铁性能的影响， (b)电渣铸铁工艺对熔渣基本特性的要求， (©)铸造生铁“遗传性”在电渣熔炼过程中的表现和原因影 ()铸铁电渣精炼过程中，熔渣组份元素，尤其是碱土金属的行为和电化学变性 机制， (e)熔渣的再生循环使用问题； ()电渣铸铁生产工艺的经济效益评价。 为了促进我国球墨铸铁生产和科研工作的发展，采用无进的熔炼和脱硫工艺获得高 温低硫铁水，研究新的球化和孕育工艺降低球铁生产成本，有必要结合我国资源条件和 工业发展的特点，开展电渣铸铁方面的生产和研究工作。 参考文献 C1〕3 nepTpomnakoBuA Merann KHe红《HaykoBa IyMka》1981, C2】A.E.ToauapoB:1HTeH,Πp-Bo,3(1973),42. 〔8]Π.Π.Bepr:HTena.np-Bo,1(1974),29. [4]I.B.CoMonneako CBapou,TIp-Bo,6(1972),36. [5]6.H.MeRoBop Ipo6n.Cneu.9nekTpomerannypr,12(1980),23. [6]T.T.Kpymenko JureH.Ip-Bo.,10(1982),18. [7]B.B.Kyueako JIareRH.nIp-Bo.,4(1983),39. C8〕B.A.Tpauen:1 ATeAB.Πp-Bo.,1(1982),7. C9]n.0.JOTbIR:1 aTeAH.1p-Bo.,6(1973),43, [107 A.A.Xy6arnepreHoB nporpeceHBHbre rexHonorayeckae uponecc nnaBk O6paborka qyryHa nea3a CpeeBOJ.k H3n-BO.,(1974)175 [11]K.A.TpayeB Be cTE.Xapbkon.nonerex Hucr.,80(1973),15. C12]1.0.1oTw:JInTen.np-Bo.,12(1978),4, [13]H.H.BoEkorpy6 JIHreAB.IIp-Bo.,9(1984),30. [14]JI.B.CamonneHko CBapou.IIp-Bo.,6(1972),36. C15]A.A.MacB0:I4rea,np-Bo.,6(1977),36. C16)w7)卡1氵：Japan kokai7.544,12122Apr.1975 [17]A.Ramacciatti:Proc,7th ICVM (1982),1478. 33

墨 电极精炼比较合适 。 如果对 冲天 炉前炉进行 技术改造 ， 投资不大 ， 但 见效快 。 国外 电渣生铁新工艺 虽处在生 产试验阶段 ， 但 已有一定潜力 。 能不能 形 成工 业 化水平 ， 关键在于经 济上是 否合理 ， 技术上是否可行 。 这方面的工作 ， 国内几乎尚未 开展 。 随着生铁 ， 废钢 ， 焦碳价格的上涨 ， 有必 要从 国内的具体工业 条件出发 ， 开展 金 属球团矿综合利用 的科研工作 。 苏联等国近十多年来 ， 在电渣铸铁方橱做 了许 多工作 。 但 是 ， 在电渣铸铁 冶炼理 论方面 的文献报导很 少 ， 因此 ， 有必要在冶炼工艺 和冶 金理论上研究以下几 方面 的问题 电模式和熔炼制度对 电渣铸铁性能 的影响， 电渣铸铁工艺对 熔 渣基本特性 的要求 ， 。 铸 造 生铁 “ 遗传性 ” 在 电渣熔炼过程 中的表现和原 因， 铸 铁 电渣精炼过程 中 ， 熔渣组 份元素 ， 尤其是碱土 金属 的行为和 电化学 变 性 机制， 熔渣 的再 生 循环使 用 问题 电渣 铸铁 生 产工艺 的经 济效益评价 。 为 了促 进 我 国球 墨 铸铁 生 产和科研工 作的发展 ， 采 用先进 的熔炼和脱硫工 艺获得高 温低 硫铁 水 ， 研究 新的球 化和 孕育工 艺降低球 铁生 产成本 ， 有必要结合我国资源 条件和 工业 发 展 的特 点 ， 开 展 电渣铸铁方 面的生产和研究 工 作 。 参 考 文 献 〔 〕 河 了 皿万 班只 几江 钉 一 《 吻 双 》 。 〔 〕 且 弓 几 “ 益 一 ， ， 〔 〕 月 宜 一 ， ， 〔 〕 ’ 几。 一 ， ， 〔 双 刀 ， ， 兀月 ， ， 〔 〕 。 玫 几 直 一 ， ， 〔 〕 米 研 月它 一 ， ， 〔 〕 ’ 月 日 一 ， ， 。 〔 〕 幻 月 一 。 ， ， 。 〔 〕 仄 班 址 二 班 任 血 从 从 五 环 ， 月 且 及 几水 两一 ， 〔 〕 。 。 只 刀 了 ， ， 〔 〕 。 。 几幻 班 一 。 ， ， 。 〔 〕 月 一 ， ， 〔 〕 ’ 二 双 一 ， ， 〔 〕 ’ 琴 一 ， ， 〔 〕 亨 ” ， 夕 吞 矢 矛 ， 〔 〕 ，

C18]A.A.TouapoB Tpy.HH..T..Mer.CBepmsonck,18(1969),261. C19]A.I.ToqapoB Tpy.AH T..MeT.BepanoBck,25(1971),138. C20]A.4.PsixHkoB JHTeaH.ITp-Bo..7(1968),18. C21]H.W,Gudenau Stahl.Eisen.,10,(1983),485 [22]M.Driemeyer SEAISI Q.,4(1980),44. C23].H.A,MaHuk IIpo6n.Cnen.3gekrpomerannyprnH 13(1980),43. C24)V.I.Uvarov:U.S.S.R.287,99303Dec.1970. 〔25〕《球墨，铁》，机战工业出版社1982年， *注：因笃限制，文献农金列出。 34

〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 又 〔〔 只 可 兀 班 、 。 〔 仄 月 ， 。 仄位 这 二 ‘ 及几 ， ， 奉 从 袱“ 。 几 二 ， ， 众 ， ，， ， 入 ， ， · ， 城 班 · 耳· 初 “ ” “ “ ， ， 。 。 。 。 ， 《 球 墨铸铁 》 ， 机械工业 出版社 年 、 注 因篇幅限制， 文献末 全 郊 列 出。 月