高纯生铁熔炼应用与发展前景

自上世纪70年代后期起，日本的新日本制铁和神户制钢所都开始用氧化法生产高纯生铁。据报道，俄罗斯、巴西也已开始用这种工艺生产高纯生铁。

目前，我国也有三家用高炉冶炼生铁的厂家生产高纯生铁：位于河北省承德市的宝通公司，采用氧化法进行纯化处理；也有厂家，由严格控制原料铁矿石的成分生产高纯生铁。

图1是在大型盛铁桶中用空气吹炼、使铁液纯化的作业示意图。

QIT-Fer et Titane公司和南非RMB公司供应的“Sorelmetal”，化学成分参见表1和表2。日本新日本制铁公司生产的高纯生铁的牌号和化学成分规格见表3。

为适应我国铸造行业发展的需要，目前，中国铸造协会已制定了“铸造用高纯生铁”的行业标准。

应该特别提到：吹炼高纯生铁时产生的炉渣是可再生的资源，其中含有多种金属氧化物，视铁矿石的成分，可以从中提取炼稀、贵的金属。例如，QIT-Fer et Titane公司炼铁所用的铁矿石中就含有相当高的钛，而且也充分利用了这一资源。如果所用的铁矿石含有较多的钒和钛，吹炼高纯生铁时产生的炉渣就是提炼钒、钛的原料，经由炉渣再利用所得的收益实际上并不低于生铁的价值。因此，炼铁厂生产高纯生铁，如实现了资源的充分利用，其售价可以不很高，在这方面也就会颇具优势。

应该特别提出的是：目前，为了适应不同客户的需求，高纯铸铁的品种也在不断发展，品质也在不断提高，这里，根据神户制钢对其近期研究工作所的报道，作简要的介绍如下。

一、单纯氧化法生产的高纯铸铁有待改进之处

铸铁行业中采用氧化法制取的高纯生铁，已有50多年的应用历史，由于其中的磷、硫、钛、钒及各种易氧化元素的含量都很低，能显著减轻废钢中各种合金元素和干扰元素对铸铁件质量的负面影响，对于提高铸件的品质起到了重要的作用。但是，在实际应用过程中，也逐渐体验到，它还有以下一些不能尽如人意之处，需要不断的改进和提高。

（1）由于受到强氧化的作用，硅含量很低，生铁锭全部为白口组织，用以熔制的铁液中，碳质核心太少，过冷度大，孕育处理的效果不好，铸件易于产生过冷组织和收缩缺陷，尤不利于生产优质的薄壁灰铸铁件。

（2）虽然这种高纯生铁中各种干扰元素的含量都很低，但其碳当量偏离共晶点太多，熔点高，用感应电炉熔炼时能耗较高。

（3）这种高纯生铁中氧和氮的含量高，而且经氧化处理后，生铁中含有的非金属夹杂物也较多。用以作为基本原材料制成的铸件，对气孔缺陷比较敏感，如果生产过程中又有其他因素的作用，就易于产生气孔。

（4）硫含量低，作为原材料用感应电炉生产灰铸铁件时，孕育处理的难度大。

二、在改进高纯生铁方面已进行的工作

为了使高纯生铁的用户在提高产品质量、降低生产成本和节能减排等方面取得更大的效益，日本神户制钢所近年来在高纯铸铁的改进方面进行了大量的研究工作，在以下几方面，都已取得了很好的效果。

1、提高高纯生铁的硅含量

高炉铁液经氧化处理后，提高其硅含量、脱氧，使其碳当量接近于共晶成分，并采取脱氮的措施。经这种改进后，有以下的效果：

１）生铁锭的熔点降低，用作感应电炉的炉料，可降低熔炼过程的能耗；

２）铸铁的过冷度降低，生产灰铸铁件时，孕育处理效果好，有利于生产薄壁件；

３）用以制成的球墨铸铁，伸长率提高，韧性改善；

４）铸件产生气孔的几率减少。

2、为生产灰铸铁件提供有一定硫含量的高纯生铁

用感应电炉熔炼灰铸铁时，为保证孕育处理的效果良好，必须使铁液中的硫含量为0.06～0.08%。通常采取的措施是向炉内加入FeS，但是，在电炉中熔炼的过程中，用此种工艺增硫，硫的收得率不稳定。

为了孕育处理的效果稳定，以保证铸件质量的一致性，高纯生铁中有一定的硫含量是非常必要的。其具体含量，可按客户的要求具体商定。

3、对提供的生铁锭进行防锈处理

铸造厂用电炉熔炼时，严格控制炉料中的水分是非常必要的。炼铁厂供应的生铁锭，如果在储运过程中因受潮而在表面产生红色的铁锈，其中含有结晶水，就可能影响铸件产品的质量。抑制红色铁锈的产生，也是值得注意的问题。

神户制钢所，在其生铁锭的生产过程中，将已成形的生铁锭，在高温下自型中取出，置专用的设备中，使其表面产生不含结晶水的黑色的铁锈，以防止其此后在储运过程中产生红色铁锈。

三、高纯生铁应用前景的展望

近年来，一些工业国家铸造行业中，高纯生铁的应用已显现很好的势头。根据日本已发表的、不完全的统计数字：1997年，全国消费的铸造生铁中，高纯生铁所占的比重不到20％；2002年即增长到31％。另外，据神户制钢所的报道，该公司近期销售的铸造生铁中，高纯生铁约占60％。

随着高纯生铁品质的不断改善、品种逐步增多、价格不会很高、而且能适应不同客户多方面的要求，其应用的前景非常看好。

日本有人认为，采用感应电炉熔炼的铸铁企业，高纯生铁在炉料中所占的比重仍将继续提高，今后，有可能只用很少量的优质废钢调整碳含量，而以回炉料和高纯生铁作为主炉料。这样，对于铸造企业提高产品质量和降低生产成本都将大有裨益。

来源：《金属加工（热加工）》转载请注明出处

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