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铸造讲堂：熔炼铁液质量对铸铁件的影响
发布时间：2018/5/5 8:28:48
信息来源：本站编辑
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在铸造合金家族中，各类铸造合金的发展取决于其优势的发扬和劣势的抑制。铸铁 与铸钢、有色合金相比，铸造性能较好，容易铸出形状复杂、壁厚不匀的铸件而较少产生铸造缺陷。因此，铁液的利用率高，产品的适用面广。此外，石墨铸铁还有一些与生俱来的，诸如减摩性、缓震性、切削性、疲劳断裂性等方面的良好特性。
在材质竞争中，提高铸铁的比强度、增加强韧性、消除内在缺陷，对于减轻铸件重量，延长服役期，节约材料是非常重要的。为了保证铸铁性能的可靠性和稳定性，首先必需有良好的铁液质量。
一 铁液质量的内涵
铁液质量包括：温度、成分及成分精度，有害元素含量，非金属夹杂物数量、气体溶量和炉外可造性等。
铁液质量的控制分为熔炼，炉前处理和过滤三个环节。以下择要简述之。
二 熔炼
1．冲天炉要上新台阶
① 获得高温铁液
尽管铸铁件浇注的工艺温度并不高，不同铸铁大多在1260℃~1400℃之间。但从获得优质铁液的观点看，应有较高的熔炼温度。高温熔炼保证了高的出铁温度，Fe、Si、Mn烧损少，炉况稳定，化学成分波动小。以发达国家为例，冲天炉内C的波动可控制在±0.05%，Si的波动可控制在±0.1%。高温熔炼，铁液中的S、O、H、N及夹杂物都会减少，炉料的不良遗传性将会减弱。
冲天炉获得高温铁液有三种方法：一是好的炉型，如两排大间距，冷风+固定碳在85%以上的优质焦炭，出铁温度可在1480℃以上。二是富氧送风，此法简便，调温迅速及时，但受供氧条件的制约，局限性很大。三是热送风，不同热风装置风温由150℃至600℃不等，适于开炉时间较长的工厂使用。
我国铸造厂多数生产规模较小，因此在相当时期内，“方法一”将是主要的措施。冷风作业，冲天炉的热利用率低，从可持续发展的战略考虑，热风冲天炉符合节能的国策，而且可结合着解决环境污染，满足社会生态要求。随着世界经济一体化进程的发展，铸造业必将重组、兼并，扩大规模，实行集约化生产，热风作业将逐步扩大其应用范围。采用热风与否必须考虑的两个问题是，是否有足够的连续作业时间，以及一次性投入的多少和投资的回收期。
利用炉气物理热的炉胆热风，风温在150℃~250℃，稳定在300℃以上的尚少。这种炉子配合中等以上品质（固定碳>80%）的焦炭，可得到1450℃~1500℃的铁液。同时利用物理热和化学热的冲天炉，风温在400℃~600℃，出炉温度可超过1500℃。风温在350℃以上，冲天炉有明显的冶金效果，炉内氧化气氛大为改善，炉渣活跃，渣中FeO<3%,铁液S低，炉内元素烧损减少，湿底作业时[Si]有所增加。从我国工厂经济实力考虑，应该着力开发高效、实用、经济型的热风冲天炉。
除了优质焦和热风外，含有CaO的铸造电石和特种碳化硅压铁加入炉内都有提温的辅助作用。铸造电石还是一种强脱硫剂；特种碳化硅压块作为炉料兼有增硅增碳和促进炉渣脱硫的功用。
② 稳定炉膛尺寸
低质炉衬材料会带来一系列不良的影响：炉衬侵蚀物污染铁液；侵蚀物改变炉渣的物理化学性状，从而影响炉子的顺行和去硫效果；炉膛扩大，破坏熔炼的稳定性，开炉时间一长，后期会出现铁液温度下降，烧损增多，铁液氧化的现象。
开炉在8–12h时，应重视炉衬材料的品质，敷捣料湿度要小，捣打密度要大。封炉连续作业时，炉体与风口应进行水冷，炉身、炉缸采用高铝砖、ASC砖和ASC捣打料。该类炉子的连续工作时间，视系统设计、炉衬质量和管理水平的不同，变动于1~6周。目前国内已有生产优质炉衬材料的厂家和经销国外产品的公司。
2．使用中频感应炉
近年来，作者走访了长江三角洲、珠江三角洲和胶东地区，发现采用感应炉或与冲天炉双联的工厂不少。感应炉铁液的质量高，常是国外采购商和国内主机厂指定的供货条件。
进入二十世纪九十年代，第三代晶体管模块中频炉取第二代传统可控硅中频炉而代之。这种炉子的特点是节电、熔化速度快、升温迅速、操作简便、工作可靠、对电网无干扰、功率因素高。有的还可以实现一台熔化，另一台保温或预热的一拖二操作。
变频中频炉可满足不同熔炼阶段的不同工艺要求。当熔料时，用较高的频率实现快速熔化；当增碳时，改用较低的频率，增加铁液搅拌力，加快增碳过程，从而达到缩短时间、节省电力的目的。有的炉子还能随液面高度的不同自动调节功率。近期国外推出的宽炉体感应炉，可实现大料直接装炉。
3．不可忽视生铁中的微量元素
生铁出厂一般只规定Si、Mn、P、S，对C无限量，微量元素则随矿源而任其自然，不作检测，底码不清。我国生铁中的微量元素有Cu、Cr、Mo、V、Ni、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Zn、As、Sb等。其中Cu、Cr、Mo、V、Ni、并无害处，Al视为中性，As、Zn、Pb有害，Ti、Sb、Bi、Sn为敏感元素，低于一定值有利，超过则有弊。
在材质竞争中，提高铸铁的比强度、增加强韧性、消除内在缺陷，对于减轻铸件重量，延长服役期，节约材料是非常重要的。为了保证铸铁性能的可靠性和稳定性，首先必需有良好的铁液质量。
一 铁液质量的内涵
铁液质量包括：温度、成分及成分精度，有害元素含量，非金属夹杂物数量、气体溶量和炉外可造性等。
铁液质量的控制分为熔炼，炉前处理和过滤三个环节。以下择要简述之。
二 熔炼
1．冲天炉要上新台阶
① 获得高温铁液
尽管铸铁件浇注的工艺温度并不高，不同铸铁大多在1260℃~1400℃之间。但从获得优质铁液的观点看，应有较高的熔炼温度。高温熔炼保证了高的出铁温度，Fe、Si、Mn烧损少，炉况稳定，化学成分波动小。以发达国家为例，冲天炉内C的波动可控制在±0.05%，Si的波动可控制在±0.1%。高温熔炼，铁液中的S、O、H、N及夹杂物都会减少，炉料的不良遗传性将会减弱。
冲天炉获得高温铁液有三种方法：一是好的炉型，如两排大间距，冷风+固定碳在85%以上的优质焦炭，出铁温度可在1480℃以上。二是富氧送风，此法简便，调温迅速及时，但受供氧条件的制约，局限性很大。三是热送风，不同热风装置风温由150℃至600℃不等，适于开炉时间较长的工厂使用。
我国铸造厂多数生产规模较小，因此在相当时期内，“方法一”将是主要的措施。冷风作业，冲天炉的热利用率低，从可持续发展的战略考虑，热风冲天炉符合节能的国策，而且可结合着解决环境污染，满足社会生态要求。随着世界经济一体化进程的发展，铸造业必将重组、兼并，扩大规模，实行集约化生产，热风作业将逐步扩大其应用范围。采用热风与否必须考虑的两个问题是，是否有足够的连续作业时间，以及一次性投入的多少和投资的回收期。
利用炉气物理热的炉胆热风，风温在150℃~250℃，稳定在300℃以上的尚少。这种炉子配合中等以上品质（固定碳>80%）的焦炭，可得到1450℃~1500℃的铁液。同时利用物理热和化学热的冲天炉，风温在400℃~600℃，出炉温度可超过1500℃。风温在350℃以上，冲天炉有明显的冶金效果，炉内氧化气氛大为改善，炉渣活跃，渣中FeO<3%,铁液S低，炉内元素烧损减少，湿底作业时[Si]有所增加。从我国工厂经济实力考虑，应该着力开发高效、实用、经济型的热风冲天炉。
除了优质焦和热风外，含有CaO的铸造电石和特种碳化硅压铁加入炉内都有提温的辅助作用。铸造电石还是一种强脱硫剂；特种碳化硅压块作为炉料兼有增硅增碳和促进炉渣脱硫的功用。
② 稳定炉膛尺寸
低质炉衬材料会带来一系列不良的影响：炉衬侵蚀物污染铁液；侵蚀物改变炉渣的物理化学性状，从而影响炉子的顺行和去硫效果；炉膛扩大，破坏熔炼的稳定性，开炉时间一长，后期会出现铁液温度下降，烧损增多，铁液氧化的现象。
开炉在8–12h时，应重视炉衬材料的品质，敷捣料湿度要小，捣打密度要大。封炉连续作业时，炉体与风口应进行水冷，炉身、炉缸采用高铝砖、ASC砖和ASC捣打料。该类炉子的连续工作时间，视系统设计、炉衬质量和管理水平的不同，变动于1~6周。目前国内已有生产优质炉衬材料的厂家和经销国外产品的公司。
2．使用中频感应炉
近年来，作者走访了长江三角洲、珠江三角洲和胶东地区，发现采用感应炉或与冲天炉双联的工厂不少。感应炉铁液的质量高，常是国外采购商和国内主机厂指定的供货条件。
进入二十世纪九十年代，第三代晶体管模块中频炉取第二代传统可控硅中频炉而代之。这种炉子的特点是节电、熔化速度快、升温迅速、操作简便、工作可靠、对电网无干扰、功率因素高。有的还可以实现一台熔化，另一台保温或预热的一拖二操作。
变频中频炉可满足不同熔炼阶段的不同工艺要求。当熔料时，用较高的频率实现快速熔化；当增碳时，改用较低的频率，增加铁液搅拌力，加快增碳过程，从而达到缩短时间、节省电力的目的。有的炉子还能随液面高度的不同自动调节功率。近期国外推出的宽炉体感应炉，可实现大料直接装炉。
3．不可忽视生铁中的微量元素
生铁出厂一般只规定Si、Mn、P、S，对C无限量，微量元素则随矿源而任其自然，不作检测，底码不清。我国生铁中的微量元素有Cu、Cr、Mo、V、Ni、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Zn、As、Sb等。其中Cu、Cr、Mo、V、Ni、并无害处，Al视为中性，As、Zn、Pb有害，Ti、Sb、Bi、Sn为敏感元素，低于一定值有利，超过则有弊。
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