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