鐵液是鑄鐵質(zhì)量之本

云松 · 發(fā)表于 2011-11-15 23:01:11

鐵液是鑄鐵質(zhì)量之本

   鑄鐵與鑄鋼、有色合金相比,，鑄造性能較好，容易鑄出形狀復雜,、壁厚不勻的鑄件而較少產(chǎn)生鑄造缺陷,。因此，鐵液的利用率高,，產(chǎn)品的適用面廣,。此外，石墨鑄鐵還有一些與生俱來的，諸如減摩性,、緩震性,、切削性、疲勞斷裂性等方面的良好特性,。
   提高鑄鐵的比強度,、增加強韌性、消除內(nèi)在缺陷,，對于減輕鑄件重量,，延長服役期，節(jié)約材料是非常重要的,。為了保證鑄鐵性能的可靠性和穩(wěn)定性，首先必需有良好的鐵液質(zhì)量,。

一　鐵液質(zhì)量的內(nèi)涵
   鐵液質(zhì)量包括：溫度,、成分，有害元素含量,，非金屬夾雜物數(shù)量,、氣體溶量和爐外可造性等。
   鐵液質(zhì)量的控制分為熔煉,，爐前處理和過濾三個環(huán)節(jié),。
二　熔煉

　　1．沖天爐
①　獲得高溫鐵液
   盡管鑄鐵件澆注的工藝溫度并不高，不同鑄鐵大多在1260℃~1400℃之間,。但從獲得優(yōu)質(zhì)鐵液的觀點看,，應(yīng)有較高的熔煉溫度。高溫熔煉保證了高的出鐵溫度,，F(xiàn)e,、Si、Mn燒損少,，爐況穩(wěn)定,，化學成分波動小。以發(fā)達國家為例,，沖天爐內(nèi)C的波動可控制在±0.05%,，Si的波動可控制在±0.1%。高溫熔煉,，鐵液中的S,、O、H,、N及夾雜物都會減少,，爐料的不良遺傳性將會減弱。
      沖天爐獲得高溫鐵液有三種方法：一是好的爐型,，如兩排大間距,，冷風+固定碳在85%以上的優(yōu)質(zhì)焦炭,，出鐵溫度可在1480℃以上。二是富氧送風,，此法簡便,，調(diào)溫迅速及時，但受供氧條件的制約,，局限性很大,。三是熱送風，不同熱風裝置風溫由150℃至600℃不等,，適于開爐時間較長的工廠使用,。
   我國鑄造廠多數(shù)生產(chǎn)規(guī)模較小，因此在相當時期內(nèi),，“方法一”將是主要的措施,。冷風作業(yè)，沖天爐的熱利用率低,，從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略考慮,，熱風沖天爐符合節(jié)能的國策，而且可結(jié)合著解決環(huán)境污染,，滿足社會生態(tài)要求,。隨著世界經(jīng)濟一體化進程的發(fā)展，鑄造業(yè)必將重組,、兼并,，擴大規(guī)模，實行集約化生產(chǎn),，熱風作業(yè)將逐步擴大其應(yīng)用范圍,。采用熱風與否必須考慮的兩個問題是，是否有足夠的連續(xù)作業(yè)時間,，以及一次性投入的多少和投資的回收期,。
   利用爐氣物理熱的爐膽熱風，風溫在150℃~250℃,，穩(wěn)定在300℃以上的尚少,。這種爐子配合中等以上品質(zhì)（固定碳>80%）的焦炭，可得到1450℃~1500℃的鐵液,。同時利用物理熱和化學熱的沖天爐,，風溫在400℃~600℃，出爐溫度可超過1500℃,。風溫在350℃以上,，沖天爐有明顯的冶金效果，爐內(nèi)氧化氣氛大為改善，爐渣活躍,，渣中FeO<3%,鐵液S低,，爐內(nèi)元素燒損減少，濕底作業(yè)時[Si]有所增加,。從我國工廠經(jīng)濟實力考慮,，應(yīng)該著力開發(fā)高效、實用,、經(jīng)濟型的熱風沖天爐,。
　　除了優(yōu)質(zhì)焦和熱風外，含有CaO的鑄造電石和特種碳化硅壓鐵加入爐內(nèi)都有提溫的輔助作用,。鑄造電石還是一種強脫硫劑,；特種碳化硅壓塊作為爐料兼有增硅增碳和促進爐渣脫硫的功用。
②　穩(wěn)定爐膛尺寸
   低質(zhì)爐襯材料會帶來一系列不良的影響：爐襯侵蝕物污染鐵液,；侵蝕物改變爐渣的物理化學性狀,，從而影響爐子的順行和去硫效果；爐膛擴大,，破壞熔煉的穩(wěn)定性,，開爐時間一長,，后期會出現(xiàn)鐵液溫度下降,，燒損增多，鐵液氧化的現(xiàn)象,。
   開爐在8–12h時,，應(yīng)重視爐襯材料的品質(zhì)，敷搗料濕度要小,，搗打密度要大,。封爐連續(xù)作業(yè)時，爐體與風口應(yīng)進行水冷,，爐身,、爐缸采用高鋁磚、ASC磚和ASC搗打料,。該類爐子的連續(xù)工作時間,，視系統(tǒng)設(shè)計、爐襯質(zhì)量和管理水平的不同,，變動于1~6周,。目前國內(nèi)已有生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)爐襯材料的廠家和經(jīng)銷國外產(chǎn)品的公司。

2．中頻感應(yīng)爐
      進入二十世紀九十年代,，第三代晶體管模塊中頻爐取第二代傳統(tǒng)可控硅中頻爐而代之,。這種爐子的特點是節(jié)電、熔化速度快、升溫迅速,、操作簡便,、工作可靠、對電網(wǎng)無干擾,、功率因素高,。有的還可以實現(xiàn)一臺熔化，另一臺保溫或預熱的一拖二操作,。
   變頻中頻爐可滿足不同熔煉階段的不同工藝要求,。當熔料時，用較高的頻率實現(xiàn)快速熔化,；當增碳時,，改用較低的頻率，增加鐵液攪拌力,，加快增碳過程,，從而達到縮短時間、節(jié)省電力的目的,。有的爐子還能隨液面高度的不同自動調(diào)節(jié)功率,。近期國外推出的寬爐體感應(yīng)爐，可實現(xiàn)大料直接裝爐,。

　3．不可忽視生鐵中的微量元素
   生鐵出廠一般只規(guī)定Si,、Mn、P,、S,，對C無限量，微量元素則隨礦源而任其自然,，不作檢測,，底碼不清。我國生鐵中的微量元素有Cu,、Cr,、Mo、V,、Ni,、Ti、Sn,、Al,、Pb、Bi,、Zn,、As,、Sb等。其中Cu,、Cr,、Mo、V,、Ni,、并無害處，Al視為中性,，As,、Zn、Pb有害,，Ti,、Sb、Bi,、Sn為敏感元素,，低于一定值有利，超過則有弊,。
   一般而言,，生鐵中的微量元素對普通鑄鐵件無關(guān)緊要，但對球鐵件和重要灰鐵件不可輕視,。德國規(guī)定球鐵用生鐵微量元素總量ΣT≤0.0745%,，日本為ΣT≤0.089%，要求Ti不大于總量的50%,。國內(nèi)有資料提出球鐵用生鐵ΣT≤0.1%,，其中Ti<0.045%,。
有的外商,，對鑄鐵中的Ti有明文規(guī)定，鑄造廠應(yīng)根據(jù)爐料配比情況,，反算出對生鐵中Ti量的相應(yīng)要求,。
以前，有些工廠用某些生鐵時,，出現(xiàn)過一些金相組織和鑄造缺陷的異�,，F(xiàn)象，這與生鐵的遺傳性不無關(guān)系,。

4．感應(yīng)爐增碳
   感應(yīng)爐若以廢鋼為主爐料,，在爐內(nèi)增碳生產(chǎn)合成鑄鐵，可得到鋼一般純凈的鐵液,。由于沒有生鐵粗大石墨的遺傳和受孕能力優(yōu)良,，鑄鐵組織中的石墨具有細小和分布均勻的特點,，球鐵的球化率高，低碳灰鐵易于得到A型石墨和珠光體基體,，且壁厚敏感性減小,。因為磷很低，大大降低了發(fā)動機件縮松滲漏的缺陷,。
   增碳劑常用的有石墨質(zhì)增碳劑（電極塊或優(yōu)質(zhì)天然石墨,、類石墨）和碳質(zhì)增碳劑（如冶金焦）。電極質(zhì)地純,，灰分<0.5%,，S、N含量只有0.1%,。選用天然石墨和碳質(zhì)增碳劑時,，應(yīng)特別關(guān)注其灰分，S和N量,，并防止受潮,。增碳劑的吸收率，爐底加入（裝料）時為65~70%,，鏡面加入時為75~80%,。在一定程度上，回收率隨處理溫度的提高而增加,，但高于平衡溫度后,，因部分碳消耗于反應(yīng)（SiO2）+2C=[Si]+2CO，反而降低回收率,。
   碳的熔點為3727℃,，碳原子是通過溶解和擴散方式進入鐵液的，因此增碳劑的粒度和熔池的攪拌對于增碳過程十分重要,。
三　爐前處理
1．脫硫
   鐵液脫硫可減少球化劑用量和鑄件中硫化物夾渣的數(shù)量,。發(fā)達國家球鐵生產(chǎn)幾乎全部采用脫硫工藝，要求脫硫后S≤0.01%,，我國條件下,，目標位為S≤0.02%，錫柴和常柴可達到S≤0.015%,。
   包底Na2CO3沖入法處理,，方法簡便但脫硫率低，效果不穩(wěn)定,，處理時煙塵污染環(huán)境,，對咽喉有刺激性。在規(guī)模生產(chǎn)的球鐵車間,，宜將脫硫劑置于液面,，采用機械攪拌法,、搖包法或氣動攪拌法進行脫硫。其中氣動法較為簡單,，動力消耗少,，最為流行。氣動脫硫裝置可設(shè)于前爐上游,，進行連續(xù)脫硫,，亦可在爐前單包間斷脫硫。氣動源多為N2,。
   脫硫劑分CaC2系和CaO兩大類,。CaC2脫硫效果好，可將硫由0.04~0.06%降至0.01%以下,，浮渣呈顆粒狀易于去除,，只是它的價格貴、熔點高,，又礙于運輸和保管,，故限于近點供應(yīng)。CaO系使用較為普遍,。無論是那一系脫硫劑,，都應(yīng)具有抗潮、防爆的特性,�,；钚訡aO經(jīng)表面成膜處理，并加添加劑制成的復合脫硫劑,，不受潮,，去硫效率高，氣動法脫硫,，脫硫率在60~90%,。產(chǎn)量不大的工廠，單包沖入法脫硫應(yīng)采用低熔點復合脫硫劑,，脫硫率為30~50%,，此時脫硫渣呈熔融狀,。
   氣動脫硫后,，鐵液進入感應(yīng)爐提溫。

2．除渣
   除渣過程可在包中或感應(yīng)爐內(nèi)進行,。將除渣劑（聚渣劑）撒于液面即時形成一熔融層,，起覆蓋和聚渣作用。除渣劑受熱膨化,，在熔融層中產(chǎn)生許多小孔,，起良好的保溫作用,。
   除渣劑分低、中,、高三檔,。由原礦經(jīng)簡單破碎、過篩的產(chǎn)品屬于低檔,，各省均產(chǎn)�,，F(xiàn)已不被鑄造廠看好。中檔除渣劑對原礦有所選擇,，增加了水洗等工序,，能滿足鑄件的基本要求，為多數(shù)工廠接受,。進口的高檔除渣劑,，選優(yōu)質(zhì)礦源，加工工序有別于一般,。該產(chǎn)品撒于液面即迅速散布,，覆蓋整個液面，除渣能力超卓,，用量少,，不粘爐襯與澆包，用棍即可將熔融渣層整體挑起,，清渣方便徹底,，近三年來已開始受國內(nèi)業(yè)界的重視。

3．球化
   球化處理仍以包內(nèi)沖入法為主,。選用球化劑需視熔爐,、出鐵溫度，脫硫與否和球鐵類型等而定,。一般而言,，沖天爐鐵液選用Mg7~9%，RE3~7%的球化劑,，感應(yīng)爐鐵液選用低Mg（5~6%）,，低RE（1.5~2.5%）球化劑，亦有的廠仍用Mg8RE3球化劑,。JB/T9228-1999標準,，對Mg 和RE的成分范圍偏差規(guī)定為±1%，有些廠標已縮小為±0.5%,，對Ca,、Al等亦有明確規(guī)定。球化劑質(zhì)量中,，應(yīng)重視MgO含量,、成分的偏析程度以及粒度的集中度,。凡是粒度不勻，粉末多,，色澤發(fā)暗的球化劑不宜選用,。
原則上，只要掌握好鐵液的化學成分和孕育環(huán)節(jié),，采用上述球化劑即可生產(chǎn)鑄態(tài)球鐵,。但亦有工廠采用鑄態(tài)球鐵用球化劑。一般,，在鑄態(tài)鐵素體球化劑中含有Ba和Bi,，在鑄態(tài)珠光體球化劑中含有Ba和Sb，但對于QT700-2以上的重要曲軸類鑄件,，不推薦使用含Sb球化劑,，此時應(yīng)通過調(diào)整Cu、Mo等的含量來控制基體,。必須指出,，不管是否采用鑄態(tài)球化劑，孕育永遠是不可忽視的重要環(huán)節(jié),。
   重稀土含鎂球化劑用于厚壁球鐵件,，為了防止球化衰退和石墨畸變，還應(yīng)當調(diào)低Si量,，采取增加石墨球數(shù),，細化石墨球徑的工藝手段。
   蓋包處理法大大減少了處理時的煙光污染,，是一種節(jié)省球化劑,、保證球化質(zhì)量的簡便工藝，值得推廣,。在鋼液喂絲技術(shù)的啟發(fā)下,，喂絲球化經(jīng)過試驗已成功用于新興鑄管公司等企業(yè)。喂絲球化是由喂絲機將合金包芯線連續(xù)不斷地向澆包底部送進,，進行球化處理的一種工藝,。該工藝可精確控制殘余鎂量，具有一高三少即球化質(zhì)量高,、渣量少,、溫降少、污染少的特點,。包芯線外皮為0.3mm厚的冷軋鋼皮,，芯材一般為含Mg25~30%，并有Ca,、Ba,、（RE）等的復合成分。喂絲法成本比沖入法低20~40%,，對大批量生產(chǎn)的鑄管廠,、汽車鑄造廠等很有吸引力。目前,，國內(nèi)已有多家單位能成套供應(yīng)喂絲機和包芯線,，包芯線分球化、蠕化,、孕育,、脫硫、增碳和合金化等多個品種,。
      型內(nèi)球化是在澆道內(nèi)設(shè)一反應(yīng)室,，鐵液邊流過邊發(fā)生球化反應(yīng)。型內(nèi)球化勞動條件好,，氧化損失少,，Mg吸收率高達80％，克服了球化衰退與孕育衰退,，提高了球鐵性能,。型內(nèi)球化對鐵液硫量要求嚴格，鑄件的工藝出品率低,。七十年代國內(nèi)曾有應(yīng)用,，現(xiàn)已不見于生產(chǎn)。

4．孕育
      孕育是提升鑄鐵質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),。經(jīng)過十多年的努力,，我國孕育劑基本實現(xiàn)了系列化和商品化。
   時下,，國內(nèi)孕育劑主要是硅系和碳硅系,。
   硅系孕育劑熔點低，適合于碳高碳低,，硫高硫低的各種鐵液,，應(yīng)用最廣。特殊硅鐵的孕育作用強,，用量少,，引起鐵液化學成分的波動小，鑄鐵質(zhì)量穩(wěn)定,。覆蓋面大的首推FeSi-Ba-Ca,，它明顯增加共晶團數(shù)，抑制灰鐵中的D、E型石墨而促進A型石墨的形成,，提高球化級別,，Ba，尤其是Ba,、Ca共存時,，抗衰退性好。FeSi-Sr是薄壁發(fā)動機零件適用的孕育劑,，有很優(yōu)秀的防白口能力,，而不明顯增加共晶團數(shù)，因此可根除因縮松而招致滲漏的弊病,。球鐵生產(chǎn)中,，由于Ce的存在，Sr的孕育效果受到削弱,。含Zr硅鐵有類似于含Ba硅鐵的作用,，而表現(xiàn)得較弱。但Zr有除氣功能和微合金化作用,，對鑄鐵的力學性能起穩(wěn)定作用,。含Zr硅鐵的熔點高，故常Zr-Mn共存,，以降低其熔點,。高Ca的孕育劑，如CaSi,，兼有脫硫脫氧和防白口及增加石墨核的作用,，在二十世紀五、六十年代多有使用,，后來由于焦碳和鐵液質(zhì)量的改善,，CaSi已很少單獨使用，偶見于與FeSi或FeSiRE復合使用,。碳硅孕育劑中的碳（石墨）使這種孕育劑有十分優(yōu)秀的防止白口能力,。對由高溫鐵液生產(chǎn)邊角多、壁厚較薄的灰鐵件時,，較為適用,。水壓薄壁件，有防滲漏要求時,，亦可作為選項,。球鐵生產(chǎn)中，碳硅孕育劑不應(yīng)使用,。
出鐵槽大劑量孕育由各種形式的后孕育所替代是孕育方法發(fā)展的大趨勢,。后孕育要講究孕育劑的粒度大小和粒度均勻性，特別是包口隨流孕育和澆注流噴射孕育時，粒度偏大,，熔吸不良將在鑄件中產(chǎn)生硬點,、晶間夾雜物等缺陷。當采用高效孕育劑時,，切忌孕育過量,、以防縮孔,、氣孔和石墨偏聚現(xiàn)象的發(fā)生,。
型內(nèi)孕育有多種方法，目前大多采用的是將塊狀孕育劑放在直澆道底部進行過流孕育,，這種方法抓住了孕育的形核峰機,，理論上可獲得最佳的孕育效果。

云松 · 發(fā)表于 2011-11-15 23:02:01

5．合金化
鑄鐵常用的合金元素有Si,、Mn,、Cu、Cr,、Mo,、Ni、Sn,、Sb,、V、Ti,、P等,。其中Si、Mn,、Cr,、Mo、P以鐵合金形式加入,，Cu,、Ni、Sb,、Sn以金屬形式加入,，V、Ti以鐵合金或VTi生鐵形式加入,。加入時機在爐后（沖天爐）,、爐內(nèi)（感應(yīng)爐）還是爐前，需視它們的熔點、氧化性和密度等而定,。為了便于高熔點鐵合金的熔吸,，除控制粒度外，采用發(fā)熱合金劑或喂絲加入法是比較理想的措施,。
實踐表明,，將一部分FeMn、FeCr與硅系孕育劑一起加入,，對孕育有加權(quán)作用,。在可能的情況下，推遲低合金化元素的加入時機,，對性能影響有利,。

四　過濾
金屬過濾技術(shù)在工業(yè)發(fā)達國家應(yīng)用較為普遍。實踐證明,，關(guān)鍵機件的失效不完全在于試棒力學性能的高低,，而是鑄件內(nèi)部的健全程度。因此,，單純追求金相組織的完美是不全面的,。作者走訪過的工廠，其品牌產(chǎn)品無不重視過濾的最后一關(guān),。一般小件采用纖維過濾網(wǎng),，過流量大或重要件采用蜂窩陶瓷過濾片或泡沫陶瓷過濾片。過濾片與過濾網(wǎng)相比,，檔渣能力更強（泡沫陶瓷過濾片可去掉幾微米至幾十微米的細小夾雜）,，還有明顯的消氣作用。作為探索,，集球化–孕育–過濾于一體的多功能過濾器正在試驗中,。

767697426 · 發(fā)表于 2011-11-16 07:07:15

看看，學習了~~~~~~~~~~~~

anthony1989 · 發(fā)表于 2011-11-16 07:57:51

好好學習了,，鐵液的成分對鑄造的影響挺大的……

城風 · 發(fā)表于 2011-11-16 09:59:35

學習了{:soso_e163:}{:soso_e181:}

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