现代灰铸铁熔炼技术

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使用热分析技术 炉 前 利 用 热 分 析 方 法 ， 不 足 ’ ()* 就 能 确 定
碳、 硅、 碳当量的多少， 并从冷却曲线的几个拐点 上了解到初生奥氏体的形核过冷温度、 奥氏体生 长期的冷却速度、 共晶石墨或共晶渗碳体形核的 温度、 共晶生长的过冷度， 以及共晶生长的时间、 温度和速度， 从曲线的变化就能确定铸铁组织的 变化及石墨的形态， 有时可以当机立断采用不同 孕育加以调整改进， 又可观察到孕育改进后铁液 凝固的变化 +,-。 用热分析技术， 可以从容掌握与控制铸铁性 能， 是较为灵验的方法。
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前言 铸铁作为结构材料历史悠久，因为它具有耐
关， 东风公司铸铁一厂使用工频炉熔化， 生产发动 机缸体铸件， 当 % &’( 为 )*)+ 、 废 % &,-( 为 "*!.+ 时， 钢 加 入 量 /#+01#+ 与 同 成 分 少 加 废 钢（ 加 入 量
磨、 耐热、 耐氧化、 耐腐蚀、 耐酸碱及好的减震性； 与其他合金比较又具有熔点低、 充型性好、 加工性 好和成本低廉的优越性，所以随着社会文明和人 们生活水平的提高， 铸铁的应用会越来越广。 铸铁的发展决定于吸收和采用先进工艺、 材 料和控制技术。 严格控制冶金因素、 合理选择铸铁 成分， 以及控制金属的冷却与结晶， 不降低碳当量 也能生产出高强度、 低硬度、 低应力的薄壁高强度 灰铸铁。 灰铸铁的产量仍占铸铁件的首位，为促进其 水平的提高与发展， 作者就控制冶金因素诸方面， 提出些意见。
铁液温度 # F 强度性能 弹性模量 硬度 柏松比
/ *22)/ (02 / (02)/ 322 / 322)/ 022
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铁液温度的提高，主要受益的是铁液纯净度 改变， 同时也改变了组织结构。 但并非温度越高越 好， 温度过高， 烧损也严重， $ 及 !" 的高浓度微区也
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分， 应力小， 强度高。
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低合金化 国外许多发动机的缸体、 缸盖等铸件， 大都含
有 如 下 /)* 种 合 金 元 素 ： 2’/35)2’(5 $; ， 2’%5)
2’+5 $< ， 2’%35 )2’(35 ,= ， 2’%5 )2’(5 >" ， 2’2%5)2’285 !? 。
虽然成本略有增加， 但所获得的性能， 无论是 铸造性能、 强度、 耐磨、 寿命， 或是间接效益都会赢 得用户的欢迎。 这些合金元素被称为稳定化元素， 加入十分方便。
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使用炼钢生铁 （ !） 炼钢生铁比铸造生铁价格低。炼钢生铁
含硅量低， 基体组织致密。 （ "） 使用炼钢生铁做炉料， 在炉料中加入硅 铁或在出炉前加入硅铁， 控 制 硅 质 量 分 数 在 !*2+ 使 碳 为 )*=+0)*.+ ， 锰 为 #*/+0#*1+ 时 ， 可 0"*"+ ， 达 6A"## 牌 号 ， 杂质含量少， 白口小、 铁液流动性
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孕育技术 炉前孕育是生产高级铸铁的必备手段， 是减
增加共晶团数的重要 少白口、 促进 . 型 石 墨 生 成 、 措 施 ， 当 铁 液 中 硫 量 为 $/$01%$/$#1 时 ， 用 $/’% 能产生明显的孕育效果。 $/,1 的 2#3)45 孕育， 根据原铁液成分的不同， 要求铸铁性能的不 同， 已开发出了各种孕育剂。从结晶状态分析： 减 少断面敏感性使其在凝固期间能够产生更多的 晶核是关键， 根据多方面比较， 生产灰铸铁件以 采用 673)768 系列孕育剂效果较好。
!#+0"#+ ） 比，强度高出 !2*1 345 ，硬度下降 2
缸体漏水率低 "+ 。 67 ， （ ) ） 使用废钢是在熔化中增氮的一项措施， 氮是促进珠光体元素， 铸铁中含氮每变化 !#8!#9/， 硬 度 变 化 )0: 67 ， 冲天炉熔化 强 度 变 化 . 345 、 铸铁强度增加 )2*" 345 。 废 炉料增加 !#+ 的废钢， 当 铸 铁 含 氮 &.#0!## 钢 中 一 般 含 氮 &./0!"#(8!# 9/， 随氮量升高， 石墨变短、 变厚、 呈秃头状， (8!#9/时， 但含量过高容易产生裂纹状气孔;!<。 废钢组织成分的纯净度高， 硫、 磷等非金 （ :） 属夹杂物低 （ 可 降 到 #*##=+ 以 下 ） ， 但却保留有 微 量 的 合 金 元 素 ， 如 ’> 、 —— 加硬 ?- 、 3@ 等 ， ’>—增
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炉前操作 控制出铁温度 在相同条件下铁液温度对质量有很大的影
响， 随着温度的提高其性能变化见表/ 。 温度低时珠光体与铁素体的组织变化起主 导作用， 当温度逐渐升高， 除组织变化外， 晶粒逐 渐变细， 珠光体片间距减少起作用。
表 !" 铁液温度对性能的影响 #$%& ! ’ ()* +,(-, .)/ .* 0,( 1 2.( 0,/ 3,2$0+2, .( 32.3,201 ,4
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使用工频感应炉熔化铁液 工 频 感 应 炉 熔 化 铁 液 较 慢（ /2 @ 炉 熔 化 要 *
!"Leabharlann 万方数据《 现代铸铁》 !""!#$
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会减 少 ， 容 易 形 成 枝 晶 骨 架 和!型 石 墨 ， 所以铁液 应保留部分过饱和的氧，有利孕育效果的加强， 一般控制在 " #$$%" ##$ & 出炉为宜。
综 述
注意铁液保温 在工业先进国家多用有盖浇包使其保温， 有 利除渣、 有利铁液的均匀性。 包上加盖难度较大，但我们已经开发出有商 品供应的集渣剂 （ 珍珠岩类） ， 不仅保温性好， 而 且可以减少污染，改善劳动条件。坚持使用集渣 剂， 既是一项保温措施， 也是减少铸件夹杂、 气孔 废品的一项手段。
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万方数据
现代铸铁》
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件下比较： 硬度差小， 石墨呈短片状分布均匀、 晶 粒细、 珠光体分散分布。
综 述
， 铁液存在时间较长 （ 冲天炉铁液高温经历仅 A） 几 1"? ） ， 又有翻腾的特点， 所以铁液氧化现象严 重。为尽量避免和减少不利的一面， 在操作中须 注意如下几点。 （ /） 调 整 铁 液 中 硫 的 含 量 。 一 般 控 制 在 工频炉熔化硫量带入较少， 硫 2’2(5)2’2+5 范围。 量过低， 孕育效果差， 所以在配料中通常用黄铁 矿 （ CD!%） 增加硫量。 （ %） 调整碳量。工频炉熔化高温铁液持续时 间延长， 碳的波动较大， 为改善石墨形态， 配料比 冲天炉铁液碳量 应 高 出 2’235)2’/5 ， 减少白口倾 向。操作中常用碎废电极石墨棒做增碳剂。 （ *） 合理的加料顺序。要根据工频炉熔化特 点合理装料， 才能获得好的配料结果。装料顺序 应 为 ： 增 碳 剂!废 钢!回 炉 料!新 生 铁!铁 合 金。新生铁用量不足 /25 时，一般在熔化后期加 入， 铁合金在出炉前加入。这种装料顺序化学成 分变化较小， 也容易控制。 快速熔化。短时间不需要铁液供应时采 （ (） 用固体炉料保温， 当需要时应快速熔化， 以使铁 液氧化造成的损失降到最小。为了快速熔化， 尽
温度和速度从曲线的变化就能确定铸铁组织的灰铸铁熔炼的几点建议变化及石墨的形态有时可以当机立断采用不同孕育加以调整改进又可观察到孕育改进后铁液气体对铸铁性能的影响及控制氧在铸铁中有一定溶解度且随铁液温度及碳硅含量而变化但更多的氧以氧化物存在于凝固的变化用热分析技术可以从容掌握与控制铸铁性能是较为灵验的方法
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原材料的选择 多用废钢 在回炉料使用相对平衡的条件下，减少新生
—— —— 度、 ?-—增加韧性、 3@—细化晶粒。 （ =） 增加废钢可减少新生铁用量， 可以削弱 新生铁产地的遗传因素影响。 （ /） 使用废钢代替新生铁， 可以大大降低原 材料价格。
铁用量， 多用废钢熔炼， 其理由如下。 （ !） 新生铁 （ 特别是高碳量新生铁） 本身含 有粗大的石墨片， 虽然经过重熔， 但石墨的熔点在 在重熔过程中石墨不能熔尽， 在结 " ### $ 以上， 晶中变成了石墨结晶的核心， 使石墨变得粗大， 成 为铸铁组织中的薄弱环节， 故使用新生铁多， 形成 粗大石墨的机率多。 废钢的使用量直接与生产的铸铁强度相 （ "）
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灰铸铁熔炼的几点建议 气体对铸铁性能的影响及控制 氧在铸铁中有一定溶解度，且随铁液温度
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及碳、 硅含量而变化， 但更多的氧以氧化物存在于 晶粒之间变成夹杂物， 恶化了结晶过程中的补缩， 也影响到铸铁强度。 铁液温度高氧化程度高，铁液温度低自脱氧 不足 ， 孕育消失快， 容易出现针孔、 气孔、 混合石 墨， 并使力学性能降低。 有人测定铁液含氧 0$>"$7?， 可 获 得.型 石 墨 。 有的厂把铁液含氧量做炉前控制项目，有的规定 有的规定 （ ’$%,$ ） 上 氧在 （ "$%’$ ） >"$ 7?， >"$ 7?， 球铁铁 海 有 一 家 厂 规 定 灰 铸 铁 铁 液 含 氧 "#>"$ 7?， 液含氧 （ ,%# ） >"$7?。 有人说， 孕育能脱氧， 所以冲天炉熔化比电弧 炉熔化所需孕育剂少，而电弧炉又比感应炉用量 少。 氧对灰铸铁的影响涉及一系列因素， 是今后要 着重研究的课题。
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合理的熔化操作 熔化设备的选择 熔化技术一直围绕节约能耗、 提高铁液质量、
如今发展为加大功率 量 使 熔 化 期 缩 短 到 *2 1"? ， 操作。 密度， 用倍频炉 （ /+2)3(2 6E） 在设备难以改动情况下， 要控制一次配料成 分合格率， 这样可缩短高温调整时间。
改善劳动环境方面进行改进，当前总的趋势是发 挥冲天炉熔化热效率高的功能，在条件允许下用 感应炉升温并调整成分。 冲天炉已发展预热送风，开发了多种型式的 集尘装置， 炉衬寿命也在不断提高， 国内有()0 @ # A 的小炉也可连续作业一周。计算机在冲天炉上应 用也日益广泛， 可进行监控， 自动对各项参数进行 调整。 用工频炉熔化铸铁， 由于铁液保持时间长， 铁 液的搅拌作用又强， 铁液氧化严重， 减少了石墨核 心、 白口倾向加大、 缩孔倾向大、 铁液的流动性差。 熔化与保温同炉操作也不经济， 一 般 月 产 822 @ 以 上 的 单 位 多 用 冲 天 炉B感 应 炉 双 联 较 多 。 月 产 由于可控硅的应用， 使中、 高频 感 /22)822 @ 单位， 应炉得到发展，投资费用降低、熔化效率显著提 高， 铁液氧化现象减少， 明显改善铁液质量。
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文章编号 B!##)91):=&"##"(#)9##)=9#)
综 述
现代灰铸铁熔炼技术
赵书城 （ 东风汽车公司， 湖北 十堰
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摘要： 严格控制冶金因素提高灰铸铁性能， 从炉料选材到熔炼操作， 结合生产经验和认识做了论述。对 铸铁质量提出应在结晶过程做深入研究， 从而进一步提高性能。 关键词： 灰铸铁； 熔炼； 组织； 性能 中图分类号： AC":) ； AC"=! 文献标识码： D
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控制浇注温度 控制浇注温度，一方面是保留有好的充型
性， 更重要是使铁液在型内的均匀性提高， 以降 低冷却速度、 减少过冷度、 尽量使型内铁液冷却 一致，从而达到组织均匀和硬度均匀的要求， 也 是提高铸铁品质系数 （ 即相对强度 与 相 对 硬 度 之 比） 的重要措施。 缸体、 缸盖， 过 去 浇 注 温 度 规 定 " ’9$%" ,’$ （ 光学高温计测温） ， 经过 :6;<. 咨 询 将 温 度 提 & 升为 " ,9$%" 00$ & （ 快速热电偶测温） ， 巴西一 个 年 产 #$$ 万 个 缸 体 、 铸 件 销 往 ’$ 多 个 国 家 的 铸 造厂， 浇注温度控制在 " ,=$%" 0"$ & ， 并用一台 转盘式浇注机，只有在规定温度范围设备才能运 转。 浇注温度过高收缩增加， 容易产生缩孔与缩 松， 温度过低， 虽然能够充满铸型， 但容易产生夹 杂、 气孔等缺陷， 铸件内部组织的不均匀性增加。
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调整 !" # $ 值 利用加入废钢的办法降低碳当量，铸铁强度
而将 !" # $ 值提高， 铸铁 可以增加 %&’()*+’% ,-. ， 强 度 又 能 提 高 /&’0)%&’( ,-. ， 能 明 显 减 少 白 口 （ 能比一般减少 * 11） ， 中心石墨量减少， 强度增 可 加。将 !" # $ 调整为 2’03)2’+3 ， $4 为 (’25 左右， 生 产 67%32 ； $4 为 *’+5)*’&5 ， 可 生 产 67*22 ； $4 为 *’85 ， 可生产 67*32 。 生产工艺简单， 石墨化充
收稿日期： "##"9#)9!! 作者简介： 赵书城 （ !2)=*!#9 ）， 男， !2=1 年 浙 江 大 学 铸 造 专 业 毕 业， 东风公司副总工艺师， 研究员级高工。
好、 收缩小， 可生产薄壁铸件， 缩 孔 废 品 从 "#+0 渗漏现象也大大降低。 )#+ 降至 #*=+0!*#+ ， （ )） 使炼钢生铁熔化铸铁， 在成分相当的条