如何得到******铸件内在质量（一）

费明昌 戴征飞 郭岗

一．概述

（一）解析铸造生产全过程，其核心环节是熔炼合格的铁水，注到合格的铸型中成形，合格的铸型主要保证铸件的形状和尺寸精度。合格的铁水内在质量，是保证铸件的使用性能，保证使用寿命，使用的可靠性。故铁水的熔炼质量是铸造生产过程中的关键环节。

（二）铸造行业，是一个跨冶金和机械，涉及专业面非常广泛的行业，影响因素非常多，生产过程控制难度非常大。稳定生产质量，除严格控制进料外，实现生产过程自动化，******限度排除人为因素的干扰，用设备系统保证工艺过程的质量和稳定性，已是我国当前提高生产质量、提高生产效率、降低成本的有效措施。

（三）随着社会的发展和进步，人们环保意识的提高，对环保的要求也愈来愈高，应有相应的环保措施。以达到相应的环保要求。

（四）在生产过程中，如何充分利用能源，节约能源。也是当前我们的重要任务之一。

二．铸件内在质量的控制技术参数分析

铸造生产是一个古老而新兴的行业，也是机械行业重要基础件行业。决定着机械设备的使用寿命和使用可靠性。通过数千年的生产实践积累，科学研究，从宏观认识深入到微观理论，有了巨大的发展，不断揭示铸件生产过程中、稳定完成技术参数的控制，就可保证铸件的使用性能，从而保证机械设备的使用寿命、使用的可靠性。

要生产高质量的铸件，首先就需要研究影响铸铁性能的因素，也就是如何提高熔炼铁水的纯净度：如何获得好的石墨形态；化学成分波动范围的控制等，研究解决上述问题的技术控制参数；并研究采用什么熔炼方法达到目的。现以表示之。

铁水熔炼质量控制

铁水纯净度的控制：

1．元素氧化烧损产生的氧化物夹杂物；

2．熔解氧产生的熔炼性气孔；

3．硫含量的控制，防止硫共晶的产生；

4．磷含量的控制，防止磷共晶的产生；

5．限制微量元素含量在干扰量以下。

铁水熔炼过程控制：

1．铁水氧化的控制；

2．消除石墨遗传性，获得良好的石墨形态；

3．控制化学成分的波动范围，获得准确的化学成分；

4．铁水熔炼温度的控制；

5．******熔炼方法的选择和相应的设备系统。

（一）

1．元素烧损及氧化物夹杂

铁水中的硅、锰元素的氧化烧损，是通过炉气中的氧和二氧化碳吸附于铁滴表面后熔入铁水中。此时熔解氧为原子态。首先与铁原子反应生成氧化亚铁，由于硅、锰与氧的亲和力大于铁原子，硅、锰原子将生铁原子从氧化七亚铁中还原出来，自身被氧化形成硅、锰氧化物夹杂。

众所周知：铁水的氧化只要产生在熔化带。由于空气中的氧在氧化带已基本燃烧光。形成二氧化碳；故铁水在熔化带被氧化的氧原子主要由二氧化碳提供，减少熔化带的二氧化碳量就能控制铁水在熔化带被氧化，由于二氧化碳遇红热焦炭被还原，是吸热反应，故提高还原带的炉气温度可减少炉气中二氧化碳的含量，减少硅、锰烧损。故热风冲天炉能有效控制元素氧化烧损。

2．铁水氧化行气孔的产生与控制

冲天炉铁水中的熔解氧，一部分如上所述，与铁水中硅、锰反应生成氧化物夹杂。

a．一部分溶解氧在石墨表面吸附，氧化石墨生成一氧化碳气。

即：（C）石墨+[O]＝{CO}↑

b．当生成的氧化亚铁于铁水中的碳接触时，碳还原氧化亚铁，也是生成一氧化碳气孔。

（FeO）+（C）＝{CO}↑+（Fe）

高温铁水有利于气泡上浮去除。这种熔炼过程中铁水氧化生成的气孔叫熔炼性气孔，其特点时呈细小均匀的分布于铸件断面。

3．铁水含硫含量的控制

在冲天炉熔炼过程中，焦炭中的硫将有60％进入铁水中。如何控制硫进入铁水，是冲天炉熔炼质量控制的重要任务之一。首先了解硫进入铁水的过程，才能找到控制铁水增硫的途径。

焦炭在风口区燃烧达到高温时，焦炭中的硫呈气体状态逸出，在风口区与氧反应生成二氧化硫（SO2）气体。随着炉气上升，与铁料产生增硫途径有二：

a．当二氧化硫与尚没氧化的洁净金属炉料表面或铁滴表面吸附对，产生增硫反应：

3[Fe+SO2]=(FeS)+2(FeO)+△F2……（1）

b．对于已氧化的金属炉料表面，有如下反应：

10（FeO）+SO2=(FeS)+3Fe3O4+△F……（2）

式中的氧化亚铁包括上式反应生成的和炉渣中的。

以上两个放热反应在冲天炉条件下都可以进行，但反应式（2）顺向性比（1）大，故在金属表面氧化严重时，增硫剧烈。试验表明，金属炉料的渗硫深度可达1～3mm。当铁料原始含硫量为0.082％时，增层内硫量可达0.45％之多。由此可知，清除金属炉料的铁锈，可减少增硫。

在冲天炉熔炼过程中能否创造条件脱硫呢？据脱硫的三大条件，即高温、高碱度、低氧化性。这在一般冲天炉中时无法满足的，只有在先进的热风水冷冲天炉熔炼条件下，才能满足上述条件。在热风水冷冲天炉熔炼过程中，由于高温、铁水氧化性低，无炉衬，可造碱性渣，当铁水在1500～1550oC，平均1530 oC，炉渣碱度控制在1.7～2.3时，可稳定地将铁水含硫量降到0.04％，在包中辅以脱硫措施或采用炉前连续脱硫，就可将硫控制在0.02～0.03％，充分满足球铁生产和转炉炼高级钢的需要。

4．铁水中磷的控制

一般在冲天炉熔炼过程中磷基本上无大变化。磷量的控制主要是从金属炉料控制。

5．微量干扰元素，微量干扰元素应控制其含量在作用量以下。在熔炼过程中，高温有利于低熔点干扰元素的氧化、烧损。其含量相应的减少。但控制主要从金属炉料的选择解决之一。在冲天炉熔炼过程中。

（二）铁水熔炼过程因素的控制

铸铁与钢之所以不同，是因为有了石墨的存在，对石墨形态的控制，就是铸铁熔炼过程控制关键之一；同时在熔炼过程中必须保证获得各种基体组织的成分要求，也就是化学成分的波动范围的控制；也需要保证在满足机械性能的前提下，获得良好的加工性能等等。

1．石墨形态的控制

不同的石墨形态，可以得到不同性能的铸铁，各种不同自的铸铁均有一个共同的要求，即石墨应是细小的、均匀的，对孕育铸铁的石墨则应是短而钝头的，对球墨铸铁来说，石墨应该是园整的，我国铸铁生产的原材料有新生铁（铸造生铁）、回炉料、废钢等，新生铁有大量的粗大过晶石墨干和共晶石墨，回炉料以共晶石墨为主，也存在少量的过共晶石墨。因此，在熔炼过程中，要保证得到上述要求的：石墨形态，首先就必须将粗大的过共晶石墨和共晶溶解到结晶临界半径以下，在重新结晶的条件下，才能得到上述要求的石墨形态。这就是消除石墨遗传性。只要存在原始石墨，在随后的重新结晶时，碳原子就会在原始石墨上生长造成石墨的大小不均匀及尖头石墨。石墨尖头会造成尖端虚力集中，在应力作用下尖端裂口延伸以致断裂，降低另件使用的可靠性和安全性。

根据我们以及世界各国的研究，粗大的过共晶石墨在铁水温度达到1500 oC，并保持6～9妙钟可以溶化到结晶临界半径以下，只有在这样的熔炼条件下，生产的高牌号孕育铸铁或球墨铸铁的质量是可靠的。故生产孕育铸铁、球墨铸铁对铁水的熔炼温度是有要求的，其铁水熔炼温度应控制在1500 oC以上，最高不超过1550 oC，以1530 oC为******。

未完待续

——摘自《铸造纵横》2005年第5期