铁液是铸铁质量之本

铁液是铸铁质量之本

2008-02-10

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。

一般而言，生铁中的微量元素对普通铸铁件无关紧要，但对球铁件和重要灰铁件不可轻视。德国规定球铁

用生铁微量元素总量σt≤0.0745%，日本为σt≤0.089%，要求ti不大于总量的50%.国内有资料提出球铁用生铁σt≤0.1%，其中ti<0.045%.有的外商，对铸铁中的ti有明文规定，铸造厂应根据炉料配比情况，反算出对生铁中ti量的相应要求。

以前，有些工厂用某些生铁时，出现过一些金相组织和铸造缺陷的异常现象，这与生铁的遗传性不无关系。

4.感应炉增碳

感应炉若以废钢为主炉料，在炉内增碳生产合成铸铁，可得到钢一般纯净的铁液。由于没有生铁粗大石墨的遗传和受孕能力优良，铸铁组织中的石墨具有细小和分布均匀的特点，球铁的球化率高，低碳灰铁易于得到a型石墨和珠光体基体，且壁厚敏感性减小。因为磷很低，大大降低了发动机件缩松渗漏的缺陷。

增碳剂常用的有石墨质增碳剂（电极块或优质天然石墨、类石墨）和碳质增碳剂（如冶金焦）。电极质地纯，灰分<0.5%，s、n含量只有0.1%.选用天然石墨和碳质增碳剂时，应特别关注其灰分，s和n量，并防止受潮。增碳剂的吸收率，炉底加入（装料）时为65~70%，镜面加入时为75~80%.在一定程度上，回收率随处理温度的提高而增加，但高于平衡温度后，因部分碳消耗于反应（sio2）+2c=[si]+2co，反而降低回收率。

碳的熔点为3727℃，碳原子是通过溶解和扩散方式进入铁液的，因此增碳剂的粒度和熔池的搅拌对于增碳过程十分重要。

三炉前处理

1. 脱硫

铁液脱硫可减少球化剂用量和铸件中硫化物夹渣的数量。发达国家球铁生产几乎全部采用脱硫工艺，要求脱硫后s≤0.01%，我国条件下，目标位为s≤0.02%，锡柴和常柴可达到s≤0.015%.包底na2co3冲入法处理，方法简便但脱硫率低，效果不稳定，处理时烟尘污染环境，对咽喉有刺激性。在规模生产的球铁车间，宜将脱硫剂置于液面，采用机械搅拌法、摇包法或气动搅拌法进行脱硫。其中气动法较为简单，动力消耗少，最为流行。气动脱硫装置可设于前炉上游，进行连续脱硫，亦可在炉前单包间断脱硫。气动源多为n2.脱硫剂分cac2系和cao两大类。cac2脱硫效果好，可将硫由0.04~0.06%降至0.01%以下，浮渣呈颗粒状易于去除，只是它的价格贵、熔点高，又碍于运输和保管，故限于近点供应。cao系使用较为普遍。无论是那一系脱硫剂，都应具有抗潮、防爆的特性。活性cao经表面成膜处理，并加添加剂制成的复合脱硫剂，不受潮，去硫效率