高纯生铁的应用及发展趋势

刘亮

摘要：铸造是一种既经济又便捷的金属成型工艺，需要大量的金属和非金属原辅材料。如今中国正在从铸件大国向铸造强国转型，对于高纯生铁的需求量越来越大。在文中主要就高纯生铁的应用及其发展趋势进行探讨。以期为我国高纯生铁的发展提供借鉴。

关键词：高纯生铁；应用；发展趋势

高纯生铁是一种磷、硫、锰、钛等有害杂质元素含量低，特定微量元素含量很少的高端铸件专用铁，主要用于风电铸件、核电铸件、大断面球铁铸、有低温冲击韧度和疲劳性能要求的球铁铸件等。随着我国由铸件大国向铸造强国转型，铸件产量连年居世界之首，高纯生铁的需求量日趋增大，但生产高端铸件所需的高纯生铁全部依赖进口。如今，中国已是铸件生产大国，其铸件总产量和灰口铸铁件和球铁件产量已连续多年居世界第一位，平均年增长速度也居世界第一。但中国球墨铸铁人均占有量只有6.31kg与日本的15kg和美国的11.9kg相比有较大的差距，中国在球墨铸铁生产方面仍然是一个发展中的国家。

1.我国高纯生铁的发展历程

在计划经济年代，生铁的生产、质量均由冶金部管理，当时只有牌号以“L”开头的炼钢生铁和以“Z”开头的铸造生铁两种。铸造生铁和炼钢生铁虽然都是由高炉从铁矿石还原而成，但由于铸造和炼钢生产工艺不同，对生铁的要求也有很大的差別。炼钢生铁一般采用转炉（纯氧顶吹）+连铸工艺，高炉铁水进入转炉后，在吹氧脱碳过程中把P、S等有害杂质元素一起去除，对生铁化学成分要求不严；而铸造生铁则不同，生铁经重熔后，除了S可以采用不同的脱硫工艺将其降低外，其他元素会全部进入铸件。

21世纪以后，国民经济持续、高速发展，全球经济一体化等因素促使我国铸件产量连续多年稳居世界首位，优质铸铁件的需求量越来越大，而原有的铸造生铁已不能满足铸件的质量要求。为适应市场变化，在国外高纯生铁进入市场的同时，国内一些优秀的铸造生铁企业也开始推出专用高纯生铁，部分企业还制定了高纯生铁企业标准。2010年8月中国铸造协会组织有关铸造企业、铸造生铁企业和专家共同制定了行业标准“铸造用高纯生铁标准（ZXB/T0001-2001）”。从2007年至2010年，我国开始研制高纯生铁，到2010年开始批量生产高纯生铁。

2.我国高纯生铁的生产方法

2.1氧化法

国外高纯生铁除少数用小炉、精料生产外，绝大多数是由钛渣企业生产的。目前，世界上冶炼钛渣技术最发达的国家有加拿大、南非、挪威和乌克兰，而加拿大和南非的钛渣产量占全球的80%。加拿大魁北克铁钛公司是全球最大的钛渣生产企业，已有50多年的生产历史，生产的高纯生铁销往包括中国在内的世界各地。南非是全球生产钛渣的头号大国，南非高纯生铁正积极抢占中国市场。

钛渣是以钛精矿为原料，通过冶炼使TiO2富集的一种高质量钛原料。钛渣既可以用于生产钛白，也可以用于生产海绵钛和电焊条。用钛铁矿采用特殊的冶炼工艺（氧化法）冶炼钛渣可以回收钛铁矿当中的Fe，由于在提炼钛渣的同时也去除了铁液中的杂质元素，所以回收的金属就是高纯生铁。

2.2精料法

与国外不同，我国大多数高纯生铁和优质铸造生铁均采用精选炉料、优化高炉冶炼工艺的方法进行生产，即精心选用P、S等有害杂质元素都很低的优质精矿粉，对其进行烧结。部分企业为改善燃料冶金性能在熔炼时最大限度减少燃料中渗入铁液的P量，采用优质低P焦炭，进行低Si冶炼，合理配料，保持合理的初始滴落渣氧位，抑制Ti的还原，在炉外采用脱硫等措施，进一步提高生铁质量。

3.高纯生铁生产工艺改进

3.1氧化法生产高纯生铁的改进方向

铸铁行业中采用氧化法生产高纯生铁已有50多年的历史，由于其中的P、S、Ti、V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作用。但是，在实际应用过程中，也逐渐体验到他还有一些不能尽如人意之处，需要不断地改进和提高。

3.1.1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，用以溶制的铁液中，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。

3.1.2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。

3.1.3这种高纯生铁中氧和氮含量高，而且经氧化处理后，生铁中含有的非金属杂物也比较多。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。

3.1.4硫含量低，作为原材料用感应电炉生产灰铸件时，孕育处理的难度大。

3.2高纯生铁改进最新进展

3.2.1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。经过这种改进后，有一些的效果：生铁锭的熔点降低，用作感应电炉的炉料，可以降低熔炼过程中的能耗；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；用以制成的球墨铸铁，伸长率提高，韧性改善；铸件产生气孔的几率减少。

3.2.2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，必须是铁液中的硫含量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，用此种工艺増硫，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，高纯生铁中有一定含量的硫是非常必要的。

3.2.3对提供的生铁进行防锈处理

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。

4.高纯生铁的应用前景

近年来一些国家的铸造行业中，高纯生铁的应用已显现良好的势头。根据已发表的，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需求，其应用的前景非常看好。日本友人认为，采用感应电炉熔炼的铸造企业，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。

国内能稳定使用优质废钢的铸造企业甚少，因此，高纯生铁和优质铸造生铁的需求量更大，且更迫切。从铸造行业十二五发展规划获悉，预计到2018年我国铸件产量将超过5000万吨，铸铁件至少要达到3500万吨，因此约需铸造生铁2500万吨，其中至少需要优质铸造生铁650万吨，高纯生铁70万吨。随着国民经济发展对铸铁件质量要求的提高，实际需求量可能还要增多。

参考文献：

[1]李传斌.高纯生铁的应用与发展.[J].金属加工，2012，（3）：75-76

[2]钱立.《铸造用高纯生铁》企业标准之我见[J].铸造设备与工艺，2012，（5）：87

[3]中国铸造协会.《铸造用高纯生铁》-ZXB/T0001-2001[J].铸造从横，2011，（6），：3-5