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随着生产设备和机械设备的不断进步发展，对铸铁件的质量要求越来越高，优质铸铁件的需求量也越来越大。海斯梅特（HIsmelt）高纯净度、高一致性、高稳定性的铸造用（超）高纯生铁作为铸造行业亟需的铁基新材料，正广泛应用于核电、高铁、军工、海洋工程等重大项目建设领域，为生产高性能、高质量和超大断面球墨铸铁件提供了重要的原材料保障。自海斯梅特（HIsmelt）寿光项目建设以来，墨龙集团先后投资超过20亿元人民币（其中固定资产投资11亿元，技术研发及工艺改造投资超8亿元，运营等资本投入1.5亿元以上），从设备改造、生产工艺、流程改进等多个环节进行了系统性的开发与优化，最终使得海斯梅特工艺真正实现了连续工业化生产。自2017年9月份调试改造完成，截至2020年3月份，已累计生产超过130万吨（超）高纯生铁和高纯铁水，当前日最高产量达到2026吨，月平均产量达到5.5万吨左右。高纯生铁作为优质铸铁件的原料，对优质铸件的生产起到重要作用。国外高纯生铁的生产大多数由钛渣生产企业生产，而国内大多数采用精选炉料、进口特殊原料、优化高炉冶炼工艺等方法进行生产，即选用有害杂质元素很低的优质精矿粉、低硅冶炼、炉外脱硫及随流孕育等提高生铁质量。随着我国装备制造业的转型升级，对高性能球墨铸铁件和厚截面、铁素体球墨铸铁件的需求逐渐增多，为了减少有害元素的作用，近年来对于球墨铸铁中干扰元素和微量有害元素的最高含量限制越来越低，对于高端铸件的熔炼，以高纯生铁为金属炉料的方法逐步占据主导地位，高纯生铁的应用，奠定了球墨铸铁多品种化、高档化、特色化的基础。目前主要生产企业采用高炉技术生产，控制原料中微量元素含量、经过精炼和深度提纯等方法进行有害元素的控制。球墨铸铁要求严格控制Ti、Al、B、As、Pb、Bi、Sn等有害元素含量，高纯净铁水生产技术的发展，为优质球墨铸铁的生产创造条件。生铁的纯净度对铁液的纯净度、石墨形态、韧-脆转变温度、基体组织、晶间夹杂等均有很大的影响，与铸件质量的好坏密切相关。球墨铸铁作为一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，广泛用于制造一些受力复杂、强度、韧性、耐磨性要求比较高的零件。其化学成分可以分为四类:主要元素C、Si、Mn、P、S；球化元素Mg和Ce；合金元素Cu、Ni、Co；以及其他微量元素。其中有些元素如Bi、Ti、As、Sn、Pb、Al 和Sb 等阻碍石墨球化，产生片状石墨或蠕虫状石墨或者造成石墨球不圆整、形状不规则，形成团块状、絮团状石墨等畸变石墨，这些元素常常被称为球化干扰元素；有些微量元素是很强的碳化物形成元素，如Cr、V、Mo、Ti 和B 等，都是正偏析元素易偏析于铸件最后凝固部位，造成晶界碳化物和夹杂，对冲击韧性和疲劳强度等动力学性能有严重的影响。山东墨龙HIsmelt工艺具有技术流程短、污染排放少、原料适用广的特点。项目包括预热预还原系统、煤粉制备与喷吹系统、熔融还原系统、烟气脱硫系统、污水处理系统、热风系统、海水淡化系统、制氧系统、余热回收综合利用系统等。煤粉、含铁物料经预处理（磨煤机煤粉制备、回转窑预热）后，通过喷吹管线喷入SRV炉内，在富氧热风的作用下进行铁氧化物的还原反应，产生铁水、煤气及炉渣，铁水通过炉内压力调节从前置炉流出，煤气供发电厂发电及热风炉使用，炉渣经粒化后生产水泥等工业品。凭借HIsmelt技术核心熔融还原炉内的氧化还原气氛，控制炉渣中较高的氧含量，大量有害元素通过渣洗作用从铁水进入熔渣中，生产出的优质铁水经炉外脱硫后即可达到高纯生铁的产品标准。在SRV炉冶炼过程中，炉内没有固体料柱和软熔带，对含铁原料的冷热态强度、还原粉化性无特殊要求，使得该技术可以使用普通矿粉即可生产远远优于高炉使用精矿粉所生产的优质铁水。通过墨龙海斯梅特（HIsmelt）寿光工厂近五年的生产实践，充分验证了该技术的工艺可行性、技术稳定性和环保先进性，具有广阔的应用前景。中国铸造协会标准T/CFA 0202050201-2018《铸造用高纯生铁》由中国铸造协会铸造生铁分会提出并于2018年5月1日实施，本标准规定了铸造用高纯生铁的化学成分和牌号及相关技术要求、试验方法、检验规则、质量证明书及运输存储要求等，适用于铸造行业高纯生铁的生产和应用。中国机械行业标准JB/T 11994-2014《铸造用高纯生铁》由中国机械工业联合会提出并于2014年10月1日实施，适用于铸造用高纯生铁的生产与检验。注：HIsmelt技术生产的墨龙高纯生铁元素含量来自第三方检测数据。墨龙HIsmelt工艺生产的高纯生铁中P、S、Mn、Ti等元素含量较低，对铁水中13种微量元素进行了极限值控制，满足球墨铸件对低温冲击韧性和疲劳性能的要求，属于机械、铸造行业高端铸件用优质新材料。墨龙HIsmelt工艺生产的高纯生铁可以大幅度提高铸件的抗压、抗拉强度、延伸率和耐低温冲击性能，在高铁、核电、风电、高档机床、军工等高端装备制造领域得到了广泛应用。 墨龙HIsmelt工艺生产的高纯生铁，其指标完全满足T/CFA0202050201-2018、JB/T 11994-2014等行业标准要求，且严格限制了影响球化的S、Ti及球化干扰元素，能够显著稳定的提高高端铸件的球化率，对高纯生铁中促进珠光体元素严格控制，保证超低温铁素体球铁件100%铁素体，对13种微量元素总和加以控制，确保了高纯生铁的纯净度，大大提高了铸件的耐低温冲击性能，是高端铸造行业优质原料，墨龙高纯生铁样品权威第三方检测机构检测数据及外销产品典型值如表4所示。注：墨龙高纯生铁Si含量可根据产品需要炉外添加调整,最低<0.05%。HIsmelt高纯生铁13种微量元素总和＜0.016，反球化指数K1仅为0.08，远低于＜1.0的要求，不仅是优质铸铁件的基础原料，同时可以作为冶炼高端轴承钢、核电用钢、精密合金用钢的优质原料。选择高纯生铁作为原料对降低原铁液的微量有害元素含量，获得高纯净的原铁液有重要作用。较低的微量有害元素含量，加入较少的球化剂，保证高球化率、高一致性的高质量球墨铸铁。熔融还原工艺作为冶金领域的前沿技术，是钢铁工业发展的必然趋势和发展目标。HIsmelt技术相比传统的高纯生铁生产技术，具有先天的技术优势，随着钢铁工业的入门门槛提高，作为国家产业结构调整目录中鼓励类的钢铁生产技术，熔融还原技术将成为冶金企业提高钢铁产品品质、降低生产成本以及节能减排的重要渠道。[1] 曾艺成,巩济民.我国高纯生铁的生产和应用情况[J]现代铸铁,2012,4:61-66.[2] 任冰朗,张宗旺等.高纯铸造生铁有害元素的脱除与控制[J]钢铁研究,2016,2(44):14-18.[3] 陈建东.高纯生铁、超高纯生铁在特钢行业的应用[J]中国重型装备,2017,2:51-54.[4] 白新社,白佳鑫等.高质量球墨铸铁微量元素和合金元素的选择与控制[J]铸造工程,2020,3:13-22.
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