大型鑄造企業(yè)每年可產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)噸的鑄鐵屑，回收利用鑄鐵屑，不僅關(guān)系到我國(guó)金屬資源的節(jié)約利用，而且與能源消耗和環(huán)境保護(hù)緊密相關(guān)，因面率和高質(zhì)量的回收利用鑄鐵屑，意義重大。

鑄鐵屑是鑄鐵毛坯切削過(guò)程中的粉末狀下角料，約占鑄鐵毛坯重量的10%～30%，僅山東時(shí)風(fēng)集團(tuán)每年約有5萬(wàn)t鑄鐵屑下角料，均以廢料低價(jià)處理，造成極大的浪費(fèi)。目前鑄鐵屑的重復(fù)利用一般采用簡(jiǎn)易壓塊成型后再熔化成鐵液，不僅鑄鐵屑利用率低，耗費(fèi)焦煤，而且排放污染較大。國(guó)內(nèi)用大容量感應(yīng)電爐進(jìn)行鑄鐵熔煉的企業(yè)還比較少，特別是大容量直接熔化鑄鐵屑的研究和應(yīng)用就更少，雖然大容量感應(yīng)電爐雖然效率很高，但存在熔化過(guò)程中的監(jiān)控差，爐襯浸蝕加快，感應(yīng)電爐內(nèi)低溫磁導(dǎo)率降低影響熔化效率等技術(shù)瓶頸，研制一個(gè)完整的鑄鐵屑綠色回收及熔煉技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，變廢為寶，提升資源利用率顯得尤為迫切和重要。

一、技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

1.技術(shù)難點(diǎn)

（1）鐵液的氧化，鐵屑在熔化時(shí)與空氣中氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定的氧化物，將嚴(yán)重危害鐵液的質(zhì)量，包括元素?zé)龘p、氣孔夾渣、白口傾向等。

（2）由于鑄鐵屑為碎末狀，外表含有氧化鐵薄層，散裝密度僅為2g/cm3，氧化鐵含量較高，易使酸性爐襯侵蝕加快，不能顯示爐襯厚度，爐襯過(guò)薄易產(chǎn)生漏爐事故，熔化過(guò)程中的監(jiān)控技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。

（3）各種牌號(hào)鑄鐵件需的爐前配料，確保所需爐料的各組份的配比合理。

2.關(guān)鍵技術(shù)

（1）研制專(zhuān)用的屑餅機(jī)，將散裝密度僅為2g/cm3的鑄鐵屑?jí)撼娠瀴K，以提高熔化效率，即降低氧化面積和提高爐內(nèi)導(dǎo)磁性。

（2）由于鑄鐵屑熔化溫度比普通面包鐵高100℃左右，為了保證熔化，利用電爐中頻電流和電壓的相對(duì)變化關(guān)系，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)計(jì)算顯示爐襯厚度，以防爐襯過(guò)薄產(chǎn)生漏爐事故。

（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)電源配置和爐體結(jié)構(gòu)，提高電能利用率，提高熔化效率和質(zhì)量，嚴(yán)格按鑄造線(xiàn)的要求有節(jié)奏地供給鐵液。

（4）為提高鑄鐵屑、廢鋼屑的抗氧化率，研究電爐熔煉氣體保護(hù)方式及控制方法。

二、主要研究?jī)?nèi)容

１．鑄鍛件加工廢屑及廢料前期預(yù)處理工藝

（1）預(yù)處理 鐵屑或切屑在回收之前可能含有加工時(shí)所帶進(jìn)的水分和油脂，如果未經(jīng)處理，在裝爐和熔煉初期煙霧彌漫，鐵液吸收大量氣體，就會(huì)導(dǎo)致鐵液中的氣體含量增高，不僅影響鑄件質(zhì)量，而且熔煉過(guò)程中氣體還會(huì)向爐襯內(nèi)擴(kuò)散，有可能導(dǎo)致感應(yīng)線(xiàn)圈損壞。因此，鐵屑綠色回收首先應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。一般情況下，預(yù)處理工藝首先通過(guò)脫油機(jī)，脫除加工時(shí)所帶進(jìn)的油脂；對(duì)于帶有切削液的鐵屑，也可直接采用焙燒處理，脫除加工時(shí)切削液所帶進(jìn)的水分和油脂。后經(jīng)離心脫濕工藝和快速烘干工藝，使水分含量降至1%以?xún)?nèi)。

（2）壓制團(tuán)塊 鑄鐵屑為鑄鐵件切削加工的下腳料，其碎末狀外表含有氧化鐵薄層，自然堆積密度為2g/cm3左右，相對(duì)磁導(dǎo)率為1.6左右，與空氣的磁導(dǎo)率接近。塊狀鑄鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率約600～1000，為了提高入爐料的磁導(dǎo)率，需要提高鑄鐵屑的整體密度。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)比數(shù)據(jù)，屑餅塊的密度可達(dá)到5.2g/cm3左右，屑餅塊的相對(duì)磁導(dǎo)率提高到300以上，入爐后坩堝內(nèi)冷態(tài)（＜700℃）整體導(dǎo)磁率明顯增大，與直接填裝鑄鐵屑相比冷態(tài)電磁加熱效率明顯提高，基于相應(yīng)的分析計(jì)算，采用3000kN液壓機(jī)和配套模具自主開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用屑餅機(jī)，將散狀的鑄鐵屑通過(guò)壓力成型為屑餅團(tuán)塊。

2.將工控機(jī)配料與光譜儀聯(lián)網(wǎng)，調(diào)整配料

為提高了回收廢鐵屑、鋼屑的熔煉鐵液質(zhì)量，通過(guò)工控機(jī)的硬件二次開(kāi)發(fā)及軟件的系統(tǒng)集成，我們研發(fā)了微機(jī)配料系統(tǒng)，包括起重電磁鐵、無(wú)線(xiàn)遙控微機(jī)配鐵儀、無(wú)線(xiàn)吊鉤傳感器、整流控制柜及配料操作器等。金屬爐料按事先輸入的配方自動(dòng)配運(yùn)，自動(dòng)累計(jì)稱(chēng)量，數(shù)字化調(diào)校。同時(shí)采用工控機(jī)與光譜分析儀聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)即時(shí)交換，電爐成分控制模塊，負(fù)責(zé)與光譜儀分析成分進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)。工控機(jī)配料系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)網(wǎng)得到的分析的成分，反饋到自動(dòng)上料設(shè)備上進(jìn)行調(diào)整所需爐料的各組份，加料快速準(zhǔn)確。配料數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)三個(gè)月，具備USB接口，讀取數(shù)據(jù)并可傳輸?shù)睫k公室電腦上管理、打印，也可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)將配料數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)并通過(guò)局域網(wǎng)發(fā)送到企業(yè)ERP，接受計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的新配方。這樣實(shí)現(xiàn)了電爐配料微機(jī)化，誤差自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)打印加料數(shù)據(jù)記錄，降低了配料環(huán)節(jié)的盲目性。

3.電爐鑄鐵屑熔化在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)爐襯厚度在線(xiàn)監(jiān)控

我們可以用干應(yīng)電爐系統(tǒng)運(yùn)行阻抗的變化曲線(xiàn)來(lái)描述爐襯厚度的變化。在電爐內(nèi)鐵液熔化條件下，運(yùn)行阻抗隨爐襯厚度減少而減小。通過(guò)在線(xiàn)檢測(cè)運(yùn)算出運(yùn)行阻抗，就可在線(xiàn)檢測(cè)爐襯厚度變化情況。分析爐襯厚監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，通過(guò)建立感應(yīng)電爐的數(shù)學(xué)模型，從理論上分析電爐的內(nèi)部磁場(chǎng)分布，爐料阻抗、爐料感應(yīng)電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度及爐襯厚度的關(guān)系，爐料的感應(yīng)電流與輸入電流的關(guān)系及運(yùn)行阻抗與爐襯厚度的關(guān)系等。