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生产球铁管的球化处理工艺改进

发布时间:2012-06-26 06:16:05 浏览次数:0来源:新兴铸管股份有限公司 张永杰

球化处理方法主要有冲入法、盖包法、喂丝法、转包及压力加镁等几种,不同的处理工艺,镁的吸收率也不相同,得到的铁液质量也有差别,大部分的工厂采用的还是冲入法,我部从93年开始生产球墨铸铁管,期间在球化处理方面进行了多次改进,取得了显著的效果。
一、冲入法
最初采用的冲入法,操作简单,也能满足生产,但由于环境污染严重,球化成本高(当时的成本为91元/吨),残余硫量高,石墨球的圆整度差,容易出现球化衰退,最终被喂丝法代替。
二、喂丝法
1.       喂丝球化工艺装备
喂丝球化的设备主要有喂线、包盖及除尘系统组成,其中,喂丝机是由输线机构、夹持力调整机构、计数机构、驱动调速机构、控制机构组成,图1是喂丝球化设备的示意图。
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1   喂丝球化工艺简图 
1.球化线卷;2.喂丝机;3.导管;4芯线;5.铁液6.球化包;7.平台8.包盖
2.       喂丝工艺参数
1) 包芯线的选择
经过对比纯镁和镁合金球化效果,最终采用含镁量25%的硅镁合金作为包芯线的主要成分,主要原因是纯镁及镁含量高的合金球化反应过于剧烈,镁的吸收率也较低,尤其是残余的镁含量很不稳定,这对于大批量连续生产的影响是非常大的。硅镁合金的粒度一般控制在2.0mm以下,在此范围内还要有一定的粒度搭配,过大或过小的粒度都会对球化反应产生不同的影响。
2) 喂线速度
喂线速度是喂线球化的最重要的工艺参数,它是在浇包的高径比、处理的铁液量、芯线成分确定后试验得到的,若速度太快,芯线到达包底未能熔化就折返上来;太慢则芯线未到达包底就开始反应。合适的速度应该是芯线到达包底后刚好熔化开始反应,镁的汽化在包底进行,这样才能使镁蒸汽与铁液充分接触,得到较高的吸收率以及好的脱硫效果。实际生产可以将速度控制在30~60米/分钟。球化时间一般控制在1.5~2分钟左右。
3) 球化温度
喂丝球化的温度损失在40℃左右,因此,一旦浇注温度确定,球化出铁温度也就确定了,可选择的余地是很小的,生产中球化温度大多在1450~1500℃。
4) 球化包
为了提高镁的吸收率,尽量选择细高形状的球化包,包的高径比至少应在1.8以上,处理的铁液量在4.5吨左右。
3.       镁的吸收率
在工厂实际生产条件下,喂丝球化的吸收率一般在30~50%,这主要是由球化温度及采用的合金所决定的。图2是不同球化温度时的吸收率。
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图2      不同温度下喂丝球化吸收率的变化
 
4.       球化成本
喂丝球化的芯线消耗大约为98元/吨铁液。
5.           喂丝球化的使用效果
喂丝球化后的铁液残余硫含量平均在0.0085左右,高的时候能达到0.015%;但和冲入法相比还是有明显降低,因此组织中的石墨形态还是比较圆整的。通过几年的应用,我们发现在现有的工艺条件下,喂丝球化的优势并不突出,除了能集中收集球化烟尘、减少环境污染外,就是可以很方便的二次球化,不用担心镁低铁液,这两点是冲入法无法比拟的,除此外并无很多可取之处,这与改进的预期是不相符的,特别是影响喂丝球化效果的因素增加了,比如芯线的卷线质量、喂丝机的可靠性、球化合金的粒度等,这使得球化效果不是很稳定,正是在这种情况下,转包球化被引入了生产。
 
三、转包球化
1.       转包球化机构
生产中使用的转包结构如图3,我部从2007年开始使用转包球化,在提高铁液质量,降低球化成本方面取得了非常好的效果。
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                           图3    转包球化机构简图  
 
1转包;2液压缸;3包架;4旋转轴;5包盖;6除尘罩;7除尘罩管道;8除尘罩旋转轴;9除尘罩底座;
10支架座;11进铁液口;12吊轴;13包衬;14包体;15隔板;16反应室;17应室盖;18锁紧装置;
2.       转包的工作原理
转包采用纯镁块球化,球化前先将镁块加到图3所示的反应室中,盖上反应室的盖,然后将铁液出到包中,此时包是水平状态,图3(右);待铁液出完后,将包旋转90度,包口向上,如图3(左),此时铁液通过隔板砖上的孔进入反应室,引发镁块的汽化,随着汽化的进行,反应室内的压力不断增加,当压力超过铁液的静压头时,镁蒸汽从隔板砖上部的孔逸出进入铁液铁液从隔板下部的孔进入,使镁继续汽化,镁蒸汽在强烈搅拌铁液的同时,与硫、氧等元素反应。整个反应的速度是由反应室及隔板上的孔径决定的,反应室容量越大,则进入的越快越多,镁的汽化反应速度越快;容量越小,则进入的速度越慢越少,反应速度越慢,初次反应的酝酿时间越长;随着反应室的体积增大,反应室内的压力减慢,镁蒸汽逸出的节奏变慢,每次逸出镁蒸汽量增加,气泡变大,球化稳定性和镁吸收率下降,因此,反应室体积不宜过大。
3.       镁的吸收率
镁的吸收率与处理温度,铁液液面高度,反应室的设计、原材料质量有关,不同温度下镁的吸收率如图4。
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图4     转包球化温度与吸收率的关系
 
一般铁液温度1450~1500℃时,吸收率在50~60%,铁液的处理量为每包6吨,镁的加入量在0.15%
4. 球化后的质量
1)统计一个月的球化铁液成分为C3.7%;Si1.99%;S0.0043%;P0.08%;Mn0.33%;Mg0.065%;RE0.002%。可以看出球化后残余硫量是非常低的,这个结果是冲入法和喂丝工艺达不到的,残镁量根据实际需要可以调整,我单位控制较高有特殊的原因。
2)球化后的渣子。渣子是干性的,密度明显小,与铁液分离得很好,与冲入法有明显区别,主要成分是硫化镁、氧化镁,另有少量SiO2,碱度一般在2.5以上。
3)铸管的金相组织
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图5   转包球化铸管中的石墨球  
100×     抛光
由于残余硫量低,石墨球的圆整度非常好,如图5所示,铸管规格为DN200,壁厚6.5mm。
 
5球化成本
转包球化的成本主要由几部分组成:补加硅铁;球化剂消耗;耐火材料消耗;球化设备的维护。由于纯镁球化铁液不增硅,需要补加硅铁,同时为了中和一些有害元素,加入了少量的稀土硅铁,以提高铁液的抗衰退性,表1是几种球化处理工艺的经济性对比:
 
表1 不同球化工艺的每吨球化处理成本
 
球化增硅
补加硅铁
补加硅铁费用(元)
球化剂消耗费用(元)
其他费用(元)
总的球化费用(元)
冲入法
0.40%
0.00%
0.00
105.74
0.00
105.74
喂丝
0.20%
0.20%
9.77
98.71
0.00
108.48
转包
0.00%
0.40%
19.53
26.25
4.26
50.04
 
 
 
 
 
 
 
这种转包球化效果虽然不错,但也存在一些不足之处,主要有以下几点:1)反应室的隔板砖寿命低。2)隔板砖上的反应孔容易堵,清理很困难。3)准备时间长,生产节奏慢,不适应快节奏的生产。4)反应室的密封盖容易变形,造成球化时漏镁。我部的主要产品球墨铸铁管产量很大,对生产节奏及连续性要求较高,以上特点对实际生产是有影响的,实际生产过程中经常同时使用4~5个转包来满足铁液的供应,为此又对转包进行了改动。
6.改进后的转包
1)改进后的转包如图6,主要从以下几个方面对转包进行了改动:1)去掉了反应室。2)加镁方式由原来的反应室加入镁块改为氮气输送钝化镁粒。
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图6    吹镁球化机构简图
1球化包;2吹镁管;3活动接头;4压力罐;5镁粒
 
2)取得的效果
改进后的转包具有几个方面的优势;1)简化了球化操作,工人的劳动条件及强度都得到改善。2)提高了生产节奏,一般情况两个转包就可以满足生产。3)拆打包方式简单了,包的维修更方便。唯一不足的是镁的吸收率有所降低,成本略有增加,大约增加10元/吨左右,球化降温幅度有所增加,但最重要的是操作简单、稳定性提高,满足了高节奏的连续生产。
 
四、结束语
1.同一种球化工艺可能会因为实际生产条件及装备水平的差异而得到不同的结果。
2.球化处理作为球铁生产的关键工序,是一个工厂工艺技术水平的体现,转包球化工艺的改进不仅提高了产品质量,而且降低了成本,改善了车间环境,收到的是综合效益。