高純生鐵是一種磷、硫、錳、鈦等有害雜質(zhì)元素含量低，特定微量元素含量很少的高端鑄件專用鐵，主要用于風(fēng)電鑄件、核電鑄件、大斷面球鐵鑄、有低溫沖擊韌度和疲勞性能要求的球鐵鑄件等。
我國現(xiàn)狀
十一屆全國人大四次會議提到，要真正使我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)到主要依靠科技進(jìn)步和提高勞動者素質(zhì)上來，著重提升經(jīng)濟(jì)的增長質(zhì)量和效益。雖然我國鑄件產(chǎn)量已多年穩(wěn)居世界之首，但要真正強(qiáng)大起來，還必須把數(shù)量優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量優(yōu)勢。對此，高層專家和管理者有不少論述和建言。生鐵是鑄鐵件的基礎(chǔ)爐料，優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵，特別是高純生鐵的生產(chǎn)和應(yīng)用，事關(guān)鑄件品質(zhì)的提高。基礎(chǔ)件、基礎(chǔ)零部件和關(guān)鍵件的水平提高了，必然促進(jìn)我國裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和國產(chǎn)化率的提高，亦必將大大提升我國裝備制造業(yè)的國際競爭力。
隨著我國由鑄件大國向鑄造強(qiáng)國轉(zhuǎn)型，鑄件產(chǎn)量連年居世界之首，高純生鐵的需求量日趨增大，但生產(chǎn)高端鑄件所需的高純生鐵全部依賴進(jìn)口。
要點(diǎn)
1.原料
冶煉高純生鐵必須選擇優(yōu)質(zhì)原燃料，要求入爐料焦炭和礦石中雜質(zhì)硫、磷、錳、鈦及其他微量元素達(dá)到冶煉高純生鐵的標(biāo)準(zhǔn)。
2.冶煉
1)高爐爐缸工作均勻活躍，風(fēng)口工作均勻，探尺下料均勻順暢，爐缸渣鐵熱度充足，流動性好，成分前后基本一致。高爐煤氣流分布合理。
2)高純生鐵Si含量在0.4-0.6%，因小高爐爐缸直徑小，爐缸熱儲備少，路況變化快，要求做好高爐上下部調(diào)劑，爐外加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢潤滑，實(shí)行定修制，實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)定，減少爐內(nèi)崩懸料。
3)適當(dāng)提高爐渣堿度。爐渣二元堿度控制在1.14-1.18，Ls一般在35-40，能將生鐵中硫控制在0.02%。
4)冶煉低硅鐵，有利于抑制Ti還原，高爐Si含量在0.4-0.6%，Ti在高爐內(nèi)還原率35-38%。
5)P在高爐內(nèi)幾乎全部還原，因此欲控制出鐵含P量，需嚴(yán)格控制爐料帶入的含P量。
3.煤氣流控制
運(yùn)用高爐上下部調(diào)劑手段，縮小風(fēng)口面積，提高風(fēng)速，來保持爐缸工作均勻活躍，控制氣流合理分布。
4.提高風(fēng)溫
提高風(fēng)溫能使高溫區(qū)下移，有利于冶煉高純生鐵，風(fēng)溫控制在1150℃左右。
5.精準(zhǔn)操作
實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，要求Si偏差0.013%，嚴(yán)格工藝制度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作。
純的規(guī)定
加拿大、南非、日本、美國、瑞典、挪威、德國、俄羅斯和巴西等國都有高純生鐵。由于各國所用礦源不同，生產(chǎn)工藝不同，高純生鐵中元素含量的指標(biāo)亦不同，因此，不存在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
鑄鐵與鑄鋼，本身也存在“純”的問題。鋼的牌號很多，許多元素被廣泛用作合金元素，純凈鋼(潔凈鋼)通常是在主爐冶煉之后，再經(jīng)精煉爐精煉，嚴(yán)格限制O、H、N、S和P等元素的含量(如S+O+P+N之和低于100~10r6)。此外，鋼中成分元素含量要穩(wěn)定地控制在精確的范圍之內(nèi)。當(dāng)然，不同鋼種還會有各自的特殊要求，如某些軸承鋼要脫Ti，某些不銹鋼要超低C等。鑄鐵則不然，它是Fe.C—Si系材料，多數(shù)鑄鐵組織中有石墨，結(jié)晶時(shí)常常要考慮石墨化因素。多數(shù)鑄鐵件不熱處理或不作復(fù)雜的熱處理。高端鑄鐵件，要重點(diǎn)關(guān)注晶內(nèi)和晶界的雜質(zhì)和有害相。鑄鐵的熔煉，不像鋼是以廢鋼為爐料，又有氧化和還原過程，鑄鐵是以廢鋼、生鐵和回爐料為爐料，所以要提防生鐵和廢鋼中留存的微量元素對鑄鐵組織的影響。因此，高端鑄鐵對生鐵爐料的要求，主要著眼于其中S、P、Mn和有害微量元素的含量。
在分析了低溫用高韌性球墨鑄鐵件、等溫火球墨鑄鐵件、大型球墨鑄鐵件、特殊性能球墨鑄鐵件和薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件等對鑄鐵化學(xué)成分的要求后，提出了《鑄造用高純生鐵》的牌號，規(guī)定了Ti、Mn、P、S的“特”、“1”兩個(gè)層面的含量，以及Cr、V、Mo、Sn、Sb、Pb、Bi、Te、As、B、Al等各自含量的最大值，且規(guī)定了Tj和上述11個(gè)微量元素總和的含量不應(yīng)大于0.1%。
生產(chǎn)方法
方法一
以釩鈦磁鐵礦精粉為原料，由高爐煉出的鐵液含有較低的si，一定量的V、Ti、cr和較多的P。再將該高爐鐵液在另外的熔煉爐或?qū)Ｓ冒鼉?nèi)用分步氧化法調(diào)節(jié)si、v、Ti、s、P等的含量，生產(chǎn)出Ti<0.01%、P和Mn約為0.02%、Si-O的生鐵，其中微量元素很少。v渣還可供提取V2O和TiO2之用。
方法二
以低P、低Ti的優(yōu)質(zhì)鐵礦精粉為原料，通過高爐低溫冶煉和爐前的精細(xì)化輔助措施，可生產(chǎn)出Ti<0.03%、P<0.025%、Mn<0.1%、0.4%～1.2%Si內(nèi)可調(diào)，微量元素很低的生鐵。
方法三
以海綿鐵或普通廢鋼和增碳劑為爐料，在電弧爐內(nèi)調(diào)控化學(xué)成分，得到高純生鐵。與廢鋼相比，海綿鐵的化學(xué)成分純而穩(wěn)定，但海綿鐵中鐵的含量在73%～84%，爐料中Fe的收得率低。此外，海綿鐵中有脈石帶來的雜質(zhì)，電弧爐冶煉要多加石灰，耗電多，加之增碳量大的緣故，使這種方法的生產(chǎn)成本較高。用固體料間斷生產(chǎn)，生產(chǎn)率低，產(chǎn)量不大。
分析
綜上可見，方法三沒有價(jià)格優(yōu)勢，產(chǎn)量低，很難實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代，我國有些單位已掌握第一種方法，但未予實(shí)施。前幾年，有工廠用方法一生產(chǎn)出了高純生鐵，并取得了專利。該廠高爐容積小，鐵液大部分供生產(chǎn)鑄件，外供量不多。因此，我國當(dāng)前生產(chǎn)高純生鐵的主流方法是方法二。現(xiàn)有兩家企業(yè)生產(chǎn)鑄造用高純生鐵，并有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2010年的產(chǎn)銷量約12萬t。此外，尚有幾家企業(yè)的產(chǎn)品接近于鑄造用高純生鐵的水平。
建議
1.對用方法二生產(chǎn)鑄造用高純生鐵的企業(yè)來說，2010年是拓疆之年，穩(wěn)定的市場已初步形成。但面對某些高端鑄件的更高要求，需進(jìn)一步降低Ti、P的含量，例如P≤0.02%，Ti≤0.02%。為此，應(yīng)按規(guī)模化生產(chǎn)要求進(jìn)行技術(shù)改造，重組工藝流程，通過不斷的技術(shù)改進(jìn)，逐步擺脫依賴好礦才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)生鐵的局面。
2.由方法一生產(chǎn)出的鑄造用高純生鐵，產(chǎn)量太少，無法承接較大的訂單。根據(jù)國家政策，小高爐無法擴(kuò)容或新建，攀西地區(qū)和承德市地區(qū)有豐富的釩鈦磁鐵礦，承鋼和攀鋼集團(tuán)以鋼鐵、釩產(chǎn)品和鈦產(chǎn)品為主業(yè)，還有釩鈦資源開發(fā)公司。
如果能通過工信部的協(xié)調(diào)，從中分流出一些高爐鐵液用來生產(chǎn)鑄造用高純生鐵，乃是一條捷徑，對相關(guān)鋼鐵企業(yè)來說只不過是分出生鐵量的百分之幾的份額，卻彌補(bǔ)了鑄造業(yè)的一個(gè)不小的缺口。
3.國外某品牌高純生鐵，其Ti量和其他二十余種元素的含量極低，這是由其冶煉工藝所決定的。只要是鑄鐵件所能接受的“純”就可以了。迄今，有關(guān)微量元素的影響及其在不同情況下的限量，大多是重復(fù)引用，未作考證。建議以高爐企業(yè)為主體，與用戶合作，借助于院校的幫助，通過積累，總結(jié)出高純生鐵中合適的微量元素含量。
4.鑄造用高純生鐵的市場有個(gè)培育過程。管理層對近期和中長期鑄造用高純生鐵的需求量要做出預(yù)測，因勢利導(dǎo)，防止產(chǎn)能過剩。
參考資料 >
高純生鐵.知乎.2021-11-02