如何得到******鑄件內(nèi)在質(zhì)量（二）
費(fèi)明昌 戴征飛 郭崗
2．鑄鐵熔煉方法的選擇
不同的鑄鐵熔煉方法，具有不同的熔煉條件。其熔煉的鐵水澆出的鑄件性能也差異。德國(guó)人Gopat V.Panchathan V在1978年曾經(jīng)做過沖天爐、回轉(zhuǎn)爐、電爐熔煉的鐵水性能對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沖天爐熔煉的鐵水鑄件相對(duì)強(qiáng)度高，使用性能好，相對(duì)硬度低，加工性能好。而電爐熔煉鐵水的相對(duì)強(qiáng)度低，使用性能較差，相對(duì)硬度較高，加工性能較差。回轉(zhuǎn)爐居中。二汽陳勉已總工在九華山鑄造學(xué)會(huì)年會(huì)上介紹：要得到好的汽車鑄件，采用沖天爐熔煉鐵水******。大家都知道，二汽是采用電爐熔煉的。
為什么沖天爐鐵水優(yōu)于電爐呢？沖天爐熔煉過程是熔化帶熔化的鐵滴在焦炭表面滾動(dòng)中下落的，造成了鐵水微觀增碳的不均勻性，故其結(jié)晶過冷度較小，結(jié)晶晶粒細(xì)化，不易產(chǎn)生白口，而電爐熔煉鐵水是在隔絕碳的情況下進(jìn)行的，同時(shí)造成碳原子分布的均勻化，使其結(jié)晶過冷度增大，使鑄件表面白口傾向增加。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，相對(duì)沖天爐鑄件其加工刀具磨損率增加35％，加工時(shí)增加45％。增加了機(jī)械成本。
3．化學(xué)成分波動(dòng)范圍的控制
在一般有爐襯冷風(fēng)沖天爐中，隨著熔煉時(shí)間的延長(zhǎng)，爐襯的燒損，爐徑將不斷地?cái)U(kuò)大，如補(bǔ)焦不及時(shí)，量不準(zhǔn)確，將造成低焦頂面波動(dòng)增大，不僅溫度降低，鐵水氧化燒損增加，同時(shí)增大了化學(xué)成分的波動(dòng)范圍，要控制碳的波動(dòng)在±0.10％是困難的。如采用熱風(fēng)水冷無爐襯沖天爐，熔化過程中爐襯穩(wěn)定不變，消除了上述問題，化學(xué)成分波動(dòng)范圍能得到穩(wěn)定的控制。從而保證各種鑄件鐵牌號(hào)的準(zhǔn)確穩(wěn)定生產(chǎn)。
4．鐵水的******熔煉溫度控制
綜上所述，保證鐵水的內(nèi)在質(zhì)量熔煉溫度應(yīng)在15000C，在該溫度鐵水氧化物夾雜、氣孔最低抑止增硫，消除石墨遺傳性，穩(wěn)定化學(xué)成分波動(dòng)范圍均能得到保證。如果超過15500C，將增加鐵水的結(jié)晶過冷度，對(duì)使用性能不利。
故從鐵水嫩內(nèi)在的質(zhì)量分析，鐵水的熔煉溫度范圍應(yīng)是1500～15500C，******溫度15300C。
三．鑄鐵的生產(chǎn)工藝過程參數(shù)
在鑄鐵生產(chǎn)過程中，各種不同的鑄鐵都有不同的工藝參數(shù)要求?，F(xiàn)分述如下：
（一）孕育鑄鐵的生產(chǎn)工藝過程參數(shù)要求
孕育鑄鐵要求得到細(xì)小的、短而均勻的、鈍頭的石墨，保證其同一斷面的性能齊一性和不同斷面性能均勻性。其生產(chǎn)工藝的參數(shù)要求如下：
1．鐵水熔煉溫度1500～15500C，穩(wěn)定15300C******。以保證獲得鐵水的高純度，消除石墨的遺傳性，經(jīng)孕育處理得到細(xì)小的，均勻的，短而鈍頭的石墨形態(tài)。
2．孕育處理溫度，應(yīng)保證在孕育處理過程中，使孕育劑迅速溶解于鐵水中，并在微觀中存在濃度差，保證在隨后的冷卻凝固的結(jié)晶過程中形成足夠多的結(jié)晶核心，一般處理應(yīng)控制在14500C左右為佳。
3．澆注溫度，一般據(jù)鑄件壁厚確定以汽車鑄件為例，據(jù)鑄件壁厚形狀不同，一般在1400～14400C范圍內(nèi)。
綜上所述，為保證孕育處理溫度，前爐出鐵溫度不得低于14500C。如以5t/沖天爐為例，前爐出鐵三包后，鐵水前爐降溫一般穩(wěn)定在500C左右，則鐵水過橋溫度應(yīng)在15000C以上，才能保證隨后的處理參數(shù)。這與熔煉控制溫度是一致的。
4．典型證例分析
現(xiàn)以德國(guó)奔馳汽車廠氣缸缸蓋檢驗(yàn)項(xiàng)目及性能表分析說明：在14項(xiàng)項(xiàng)目中，從第8項(xiàng)到14項(xiàng)共6項(xiàng)是屬熔煉過程應(yīng)控制參數(shù)。而從1到7和11項(xiàng)，主要是成分配比確定，但熔煉過程有相當(dāng)大的影響作用。如果熔煉過程控制不能滿足8到14項(xiàng)相應(yīng)要求是不可能得到1到7項(xiàng)的結(jié)果的。原理前面已說明，在此不再重復(fù)。
由此可知，鑄鐵熔煉過程參數(shù)的嚴(yán)格控制，是保證鑄件內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵。
（二）球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝過程參數(shù)要求
球墨鑄鐵的生產(chǎn)，目的是要求得到細(xì)小的、圓整的、均勻的球狀石墨。具體要求分述如下：
1．鐵水的熔煉溫度：
a．要得到細(xì)小的、圓整的、均勻的球狀石墨形態(tài)，首先就得將過共晶石墨溶解到結(jié)晶臨界半徑以下，熔煉溫度高于15000C。
b．要得到好的延伸率和強(qiáng)度性能，必須使晶粒邊界上氧化物夾雜、熔煉性氣孔最少。據(jù)前所述相應(yīng)的熔煉溫度應(yīng)在15000C以上。
c．控制硫含量在0.03～0.02％，控制焦炭加入量，控制氧化帶以上的二氧化碳量，以減少焦炭中硫進(jìn)入量，其熔煉溫度應(yīng)大于15000C，溫度愈高，控制效果愈好，在15300C******。
如果采用高科技的熱風(fēng)水冷沖天爐，有高的熔煉溫度：低的氧化性氣氧，無爐襯操作，同時(shí)將爐渣的堿度控制到1.7～2.3，可爐內(nèi)脫硫，使硫量降到0.04％左右，此時(shí)，只需在爐前加簡(jiǎn)單的連續(xù)脫硫裝置或采用包內(nèi)脫硫方法即可穩(wěn)定地控制硫含量在0.02～0.038％******值范圍內(nèi)，可節(jié)約球化劑、穩(wěn)定球鐵生產(chǎn)，得到高質(zhì)量的球墨鑄鐵。
終上所述，球鐵鐵水的熔煉溫度應(yīng)高于15000C，穩(wěn)定在15300C左右******，不超過15500C。
2．球化處理溫度
合適的球化處理溫度，應(yīng)保證球化劑充分作用，比重比鐵輕的氧化物，夾雜和氣體能充分上浮渣中，其適合的處理溫度國(guó)際、國(guó)內(nèi)均在14000C，過高球化劑損失過大，過低不利于氧化物夾渣和氣體上浮。
3．孕育劑加入溫度，一般結(jié)合具體鑄件的澆注溫度確定。但必須控制孕育劑粒度和澆注溫度的配合。采用瞬時(shí)孕育方法較好。
終上所述，球墨鑄鐵鐵水過橋溫度應(yīng)控制在15000C以上，以15300C左右******。
四．鑄鐵熔煉設(shè)備的******選擇
終上所述，在各種熔煉設(shè)備中，以熱風(fēng)水冷沖天爐為******?，F(xiàn)分別介紹如下：
（一）熱風(fēng)水冷沖天爐的綜合優(yōu)勢(shì)
1．鐵水熔煉質(zhì)量高：以典型鑄件發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋為例，可穩(wěn)定控制廢品率在5％以下。國(guó)外為2－3％
2．生產(chǎn)效率高：一次點(diǎn)火開爐，可連續(xù)熔煉3個(gè)月以上。適應(yīng)現(xiàn)代化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的需要。國(guó)外100～120T/h的熱風(fēng)水冷沖天爐正在發(fā)展。
3．高節(jié)能：由于一次點(diǎn)火可連續(xù)工作3個(gè)月，與普通沖天爐相比節(jié)省大量的底焦；以及采用了自熱、外熱式熱風(fēng)，回收了大量的熱能。故可綜合節(jié)能50％。
4．低成本：據(jù)上所述，不僅回收大量的熱能，節(jié)省焦炭，還節(jié)約了大量的耐火材料。減少鐵合金的燒損。不計(jì)廢品率的降低，一臺(tái)15T/h爐，每天工作兩班，以上四項(xiàng)每月至少可節(jié)省30萬(wàn)元以上，年計(jì)共360萬(wàn)元。
5．高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保措施：整個(gè)除塵系統(tǒng)式封閉的無泄漏，采用布袋除塵器可控制煙塵含量<50mg/m3，熱風(fēng)裝置已燃盡所以的一氧化碳徹底消除了一氧化碳對(duì)大氣的污染，其煙囪可很低，看不見黑色煙囪。其潔凈度已打打豪語(yǔ)現(xiàn)在的環(huán)保要求。
6．高的設(shè)備投資回收率，目前我們生產(chǎn)的全自動(dòng)控制的IOTh熱風(fēng)水冷沖天爐交鑰匙工程，從國(guó)外引進(jìn)相圖的設(shè)備系統(tǒng)需要4500萬(wàn)元人民幣和要求90％以上的固定碳的鑄造焦，故我們生產(chǎn)的設(shè)備一般不到一年即可收回全部投資。
（二）熱風(fēng)水冷沖天爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
1．沖天爐本體，為高爐爐形，干式爐底，電動(dòng)或氣動(dòng)爐底啟閉機(jī)構(gòu)，前爐組成。
2．水冷系統(tǒng)：插入式銅質(zhì)，循環(huán)水冷風(fēng)嘴，雨淋式循環(huán)水冷爐殼，水冷卻塔，水泵組、水池組成。
3．熱風(fēng)系統(tǒng)：由霧化水冷裝置控溫的燃燒室，換熱器、熱風(fēng)管道等組成。
4．爐氣冷卻塔，有自然風(fēng)冷、強(qiáng)制風(fēng)冷，多管水冷等任選。其中以自然風(fēng)冷最好。
5．除塵系統(tǒng)：由料塞、抽氣室、爐氣管道、電控野風(fēng)閥、除塵器。引風(fēng)機(jī)煙囪組成的封閉除塵系統(tǒng)。排入大氣的煙塵不含一氧化碳，煙塵含量可控制在<50mg/m3，一般在30～40mg/m3。
6．加料系統(tǒng)：由輔料組合斗，金屬爐料斗，振動(dòng)給料組合裝置，加料小車，加料桶。電動(dòng)提升機(jī)組成。
7．爐渣?；到y(tǒng)，由爐渣溜槽、水池、撈渣機(jī)、可控爐渣儲(chǔ)存卸料斗等組成。
8．電控系統(tǒng)：完成從加料到出鐵水全過程的自動(dòng)化操作調(diào)控系統(tǒng)，只需一人在中控室設(shè)定、調(diào)整工藝參數(shù)操作即可。
以上系統(tǒng)，使用80％以上固定碳的焦炭，出鐵溫度穩(wěn)定控制在1500～15500C。而國(guó)外要求固定碳為90％以上的鑄造焦，價(jià)格相差一倍以上，而且購(gòu)買困難。系統(tǒng)示意圖附后，使用壽命在十年以上。
——摘自《鑄造縱橫》2005年第6期
