利用“喂線法”處理離心復(fù)合軋輥芯部球墨鑄鐵水

王會(huì)群，胡利民

（中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司，河北 邢臺(tái) 054025）

脫硫-孕育-球化處理站“喂線法”技術(shù)是上世紀(jì)70年代后期國(guó)外開(kāi)發(fā)研究的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，利用極薄的鋼帶將比重小、熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)低、易氧化的添加劑（脫氧劑、脫硫劑、變質(zhì)劑及合金等）碎粒包制成一定長(zhǎng)度的芯線，借助喂絲機(jī)將包芯線以一定的速度送到爐內(nèi)或包內(nèi)，隨著添加劑的不斷熔化和熔解，對(duì)鋼水或鐵水起到脫氧去氣、脫硫凈化、孕育、變質(zhì)、微合金化、球化等作用。該技術(shù)最早應(yīng)用于鋼水的精煉脫氧去氣、脫硫凈化等方面，“九五”期間我國(guó)逐漸應(yīng)用于鐵水的球化處理，將爐內(nèi)的鐵水出到鐵水包內(nèi)，利用電動(dòng)平車將鐵水送到球化站內(nèi)，將包蓋覆蓋在鐵水包的鐵水上，包蓋頂可通過(guò)喂絲線管，進(jìn)行喂絲作業(yè)；包蓋的排煙口與煙道相連，連接除塵系統(tǒng)進(jìn)行除塵。

球化線一般為直徑φ13mm～14mm的包芯線，外層為鋼皮，芯部為球化劑（其中含有硅、鈣、鋇、稀土等元素），線內(nèi)球化劑均勻，每米的含量為固定值；處理后工藝要求鐵水中的鎂、硅、稀土含量為固定值，將進(jìn)入球化站鐵水的硅、硫含量和成品鐵水的硅、硫含量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出球化劑的加入量、球化線的長(zhǎng)度。

孕育線為直徑φ13mm的包芯線，外層為鋼皮，芯部為孕育劑，其中的硅、鈣、鋇、稀土含量為固定值，線內(nèi)孕育劑均勻，每米的含量為固定值；處理后工藝要求最終鐵水中的硅、稀土含量為固定值，將進(jìn)入球化站鐵水的硅含量與成品鐵水中的硅含量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出孕育劑的加入量、孕育線的長(zhǎng)度，根據(jù)鐵水包的形狀（高徑比），鐵水的重量、深度等要素，編制球化線、孕育線的喂線程序。

開(kāi)啟喂絲機(jī)的電源，喂絲機(jī)根據(jù)程序?qū)⑶蚧€、孕育線自動(dòng)喂入鐵水包內(nèi)，球化劑與鐵水發(fā)生反應(yīng)，起到球化作用；孕育劑被吸收，起到孕育作用。

開(kāi)啟喂絲機(jī)電源的同時(shí)，開(kāi)啟除塵系統(tǒng)電源，球化處理產(chǎn)生的煙塵將被吸收到煙道內(nèi)，進(jìn)入除塵系統(tǒng)進(jìn)行除塵，再在煙道內(nèi)補(bǔ)充空氣進(jìn)行稀釋后達(dá)標(biāo)排放，在脫硫-孕育-球化處理站內(nèi)利用“喂絲法”取代高排放、高污染的開(kāi)放式脫硫、球化處理法，是離心復(fù)合軋輥用球芯鐵水生產(chǎn)的重要里程碑，采用該技術(shù)生產(chǎn)脫硫效率高，孕育效果穩(wěn)定，球化質(zhì)量穩(wěn)定可控；同時(shí)可降低生產(chǎn)成本，又達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

1 “喂線法”提高脫硫效率

在脫硫-孕育-球化處理站內(nèi)采用 “喂線法”處理球墨鑄鐵的鐵水，在孕育、球化過(guò)程中完成了脫硫過(guò)程，較原來(lái)的開(kāi)放式脫硫處理，提高了脫硫效率。

1.1 原開(kāi)放式脫硫的效率

采用工業(yè)碳酸鈉的開(kāi)放式脫硫效率如表1所示，數(shù)據(jù)來(lái)源為中鋼邢機(jī)爐前化驗(yàn)室，采用設(shè)備為德國(guó)立克公司ARL3460型直讀光譜儀，試樣為爐前白口光譜試樣。

表1 采用工業(yè)碳酸鈉的開(kāi)放式脫硫效率

1.2 采用高鎂合金包芯線的“喂線法”脫硫效率

“喂線法”脫硫效率如表2。數(shù)據(jù)來(lái)源為中鋼邢機(jī)爐前實(shí)驗(yàn)室，采用設(shè)備為德國(guó)立克公司ARL3460型直讀光譜儀數(shù)據(jù)，試樣為爐前白口光譜試樣。

表2 “喂線法”脫硫效率

1.3 脫硫效率對(duì)比

采用高鎂合金包芯線的脫硫效果優(yōu)于碳酸鈉開(kāi)放式脫硫的效率對(duì)比圖（采用折線圖），見(jiàn)圖1。

平均值對(duì)比，見(jiàn)圖2。

從表1和表2可得出采用高鎂合金包芯線的脫硫效果比碳酸鈉開(kāi)放式脫硫的效率平均提高17.113%。

圖1 脫硫效率對(duì)比

圖2 平均值對(duì)比

2 “喂線法”節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本

在脫硫-孕育-球化處理站內(nèi)采用 “喂線法”處理鐵水，在孕育、球化過(guò)程中完成了脫硫過(guò)程，較原來(lái)的開(kāi)放式脫硫、球化、孕育處理，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本。

2.1 “喂絲法”比開(kāi)放式脫硫過(guò)程節(jié)約能源

該技術(shù)省去了開(kāi)放式脫硫處理工序，節(jié)省了脫硫處理所用的原材料，省去了因?yàn)槊摿蜻^(guò)程中溫度損失的能耗補(bǔ)償，節(jié)約了能源。

噸鐵水脫硫需要的工業(yè)純堿成本：工業(yè)純堿脫硫工藝加入比例為1.5%，工業(yè)純堿的單價(jià)為1872元/t，噸鐵水處理成本為 0.015×1872＝28.08（元）。

脫硫過(guò)程中溫度損失的能耗補(bǔ)償：工藝噸鐵水脫硫的溫降平均為100℃，以15 t感應(yīng)爐為例，功率為4500kW，升溫速度為8℃/min。噸鐵水脫硫能耗補(bǔ)償為：

100/8/60×4500/20＝46.675（kW）， 每度電按0.80元計(jì)算，降低成本：46.675×0.8＝28.125（元）

噸鐵水節(jié)能降本為：28.08+28.125＝56.205（元）

2.2 “喂絲法”比開(kāi)放式球化處理降低成本

開(kāi)放式球化處理工藝的成本見(jiàn)表3。

開(kāi)放式處理噸鐵水的成本：56.205+489.19=545.40（元）；

2.3 脫硫-孕育-球化站的“喂絲法”球化工藝成本

球化站處理噸鐵水需要球化線30m，每米球化線成本9.242元，處理成本為277.26元

表3 開(kāi)放式球化處理明細(xì) （元）

2.4 開(kāi)放處理成本與球化站“喂絲法” 球化處理噸鐵水成本對(duì)比

開(kāi)放處理－球化站處理＝545.40－277.26＝268.14（元），噸鐵水處理成本降低：268.14元。

3 “喂線法”環(huán)保（減少排放）

3.1 減少溫室氣體及有害氣體排放

1）工業(yè)碳酸鈉脫硫排放的溫室氣體（二氧化碳）和有害氣體（以二氧化硫?yàn)橹鳎?/p>

在不同直徑的爐口上，以形成10m高煙柱為一個(gè)體積單元，測(cè)定其形成時(shí)間，用脫硫煙霧持續(xù)的總時(shí)間除以形成一個(gè)體積單元的時(shí)間，得出形成煙柱的個(gè)數(shù)，用煙柱個(gè)數(shù)乘以體積單元，計(jì)算出形成煙柱的總體積，再除以爐內(nèi)鐵水的噸數(shù)，從而計(jì)算出處理噸鐵水排放的體積為46.158 m3，2009年共生產(chǎn)球墨鑄鐵的鐵水量為4.50萬(wàn)t，合計(jì)減少排放 207.711 萬(wàn) m3。

2）開(kāi)放式球化處理排放的溫室氣體和有害氣體（以二氧化硫和鎂蒸汽為主）。

在不同直徑的包口上，以形成10m高煙柱為一個(gè)體積單元，測(cè)定其形成時(shí)間，用球化處理煙霧持續(xù)的總時(shí)間除以形成一個(gè)體積單元的時(shí)間，得出形成煙柱的個(gè)數(shù)，用煙柱個(gè)數(shù)乘以體積單元，計(jì)算出形成煙柱的總體積，再除以包內(nèi)鐵水的噸數(shù)，計(jì)算出處理噸鐵水排放的體積為69.237 m3，2009年供給生產(chǎn)球墨鑄鐵鐵水4.5萬(wàn)t，可減少排放311.567 m3。

3）減少溫室氣體和有害氣體排放519.278萬(wàn)m3。

由1）和2）兩項(xiàng)合計(jì)可減少溫室氣體和有害氣體排放519.278萬(wàn)m3。

3.2 球化處理站與開(kāi)放式處理的污染情況對(duì)比

開(kāi)放式脫硫處理見(jiàn)圖3，開(kāi)放式球化處理見(jiàn)圖4。球化站處理效果見(jiàn)圖5和圖6。很明顯，利用球化站處理幾乎沒(méi)有污染，而利用開(kāi)放式處理對(duì)環(huán)境的污染程度較嚴(yán)重。

4 球化處理站處理實(shí)現(xiàn)了裝備技術(shù)的機(jī)械化

1）球化劑、孕育劑的加入，通過(guò)喂絲機(jī)加入鐵水，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化。

2）球化線 孕育線的運(yùn)動(dòng)依靠機(jī)器自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

圖3 開(kāi)放式脫硫處理

圖4 開(kāi)放式球化處理

圖5 球化站脫硫處理

3）球化線、孕育線的速度、長(zhǎng)度通過(guò)數(shù)字顯示屏讀取，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化。

4）球化線、孕育線的速度、長(zhǎng)度通過(guò)電腦自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的智能化。

5 球化處理站處理的鐵水能保證軋輥的質(zhì)量。

球化處理站處理的鐵水生產(chǎn)的軋輥球化效果好，鑄鐵抗拉強(qiáng)度高。輥頸強(qiáng)度見(jiàn)表4，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)產(chǎn)WE-300型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試樣為輥頸切片20mm厚的試片，直徑φ15mm標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。

表4 輥頸強(qiáng)度檢測(cè)

檢測(cè)5支軋輥的結(jié)果，輥頸強(qiáng)度均大于500MPa全部合格，合格率100%。

圖7為金相顯微鏡放大50倍的石墨照片，圖8為金相顯微鏡放大400倍的組織照片。

圖7 石墨照片50×

圖8 組織照片400×

6 結(jié) 論

1）球化處理站“喂絲法”節(jié)能降耗的效果顯著。

噸鐵水降低成本268.127元，以年產(chǎn)軋輥5.0萬(wàn)t計(jì)算，需要球化處理的鐵水量約為3.0萬(wàn)t，節(jié)約資金804.351萬(wàn)元；折合電能1月1005.476萬(wàn)kW。

2）球化處理站“喂絲法”減少排放效果顯著。

每噸鐵水減少排放溫室氣體和有害氣體138.544m3，以年產(chǎn)5.0萬(wàn)5軋輥計(jì)算，預(yù)計(jì)每年處理鐵水3.0萬(wàn)t，減少排放溫室氣體和有害氣體415.632 萬(wàn) m3。

3）可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的“機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化”等四化。

4）國(guó)內(nèi)第一家采用該設(shè)備，提升了公司的裝備水平，提升了公司的技術(shù)水平。

5）軋輥球墨鑄鐵的金相合格，性能優(yōu)良。