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业内资讯

熔炼对保证铸件质量很重要

  熔炼铁液是生产铸铁件的重要环节。铸件质量包括内在质量、外观质量以及是否形成缺陷等,这些都与铁液方面因素有直接的关系。如铁液的流动性、薄壁和结构复杂铸件的成型性以及冷隔缺陷等受铁液温度的影响,而熔炼的铁液化学成分是否符合要求,则对铸件的机械性能有直接的影响。铁液中的气体和非金属夹杂物含量不仅影响铸铁的强度和铸件的致密度,而且还与铸件形成气孔、裂纹等缺陷有关。随着机械制造科学的发展,对铸铁提出薄壁、高强度的要求,铸件的最小壁厚由过去4~6mm减小至2~3mm,这要求相应提高铁液浇注温度。铁液温度还对铸铁件的内在质量有重要的影响,如灰铸铁件的质量指标(GZ),即与铁液温度有显明的关系。在球墨铸铁生产方面,熔炼出铁液的温度及原始含硫量成为球化及孕育处理有否成功的先决条件。

对铁液质量的基本要求

1.出炉温度

  不同牌号灰铸铁件的浇注温度范围大致为1330-14100C。在一般情况下,铁液的出炉温度至少比浇注温度提高500C,故根据铸铁牌号(自HT100至HT350)和铸件结构条件的具体情况,铁液出炉温度应不低于1380-14600C。当需要浇注特薄(2-4mm)铸件时,出炉温度还应提高20-300C。为了满足浇注铸件的需要,不同牌号可锻铸铁的出炉温度应不低于1460-14800C。对球墨铸铁及其它变质处理的铸铁,在其球化一孕育处理过程中铁液的温度会有显著的下降,为了补偿铁液的温度损失,需相应提高铁液的出炉温度。

2.化学成分

  熔炼得到的铁液化学成分需要满足铸件的规格要求。

  用冲天炉熔炼时,配料计算是保证铁水化学成分合乎要求的首要环节。即根据铁水化学成分的要求,考虑冲天炉在熔炼过程中元素的变化和炉料的实际情况,计算出各种金属炉料的配合比例。

  各种牌号铸铁要求的化学成分随铸件壁厚和铸造方法而异。例如,HT20-40铸铁的化学成分范围为:C3.3-3.5%、Si1.5-2.0%、Mn0.5-0.8%、S<0.12%、P<0.25%。用于配置HT20-40的金属料平均成分如表2。

表2 配置HT20-40的金属料平均成分

炉料名称 化学成分 %

C Si Mn P S

Z15生铁 4.19 1.56 0.76 0.04 0.036

回炉料 3.28 1.88 0.66 0.07 0.098

废钢 0.15 0.35 0.50 0.05 0.05 

熔炼过程中元素的变化为:Si –15%、Mn –20%、S +50%。

其配料计算如下:

(1)计算炉料中各元素的变化

a) 炉料含碳量:  C铁水% = 1.8% + 0.5 C炉料%

已知铁水所需的平均含碳量为3.4%,按上式算得 C炉料%=3.2%;

b) 炉料含硅量: 已知铁水所需的平均含硅量1.75%,硅的熔炼烧损为15%,则

 Si炉料=1.75/(1-0.15)=2.06%;

c) 炉料含锰量  已知Mn铁水=0.65%,熔炼烧损20%,故Mn炉料=0.65/(1-0.20)=0.81%;

d) 炉料含硫量  已知S铁水=0.12%,增硫50%,则:S炉料=0.12/(1+0.5)=0.08%;

e) 炉料含磷量  磷在熔炼过程中变化不大,P炉料=P铁水<0.25%

综合上列计算结果,所需配置的炉料平均化学成分为:

C炉料3.2%、Si炉料2.06%、Mn炉料0.81%、S炉料<0.08%、P炉料<0.25%

(2)初步确定炉料配比

 a) 回炉料的配比:主要取决于废品率和成品率,它随具体生产情况而变化。此处取20%。

b) 新生铁和废钢配比:设新生铁为χ%,则废钢为80%-χ%。按炉料所需含碳量为3.2%,新生铁、废钢、

回炉料的含碳量各为4.19%、0.15%、3.28%,可列出下式:

 4.19χ+0.15(80-χ)+3.28´20=3.2´100

 得出χ=60.0%。故铁料配比为:Z15生铁60%、废钢20%、回炉料20%。

(3)然后按上述配比及各种炉料的成分,计算配合后的炉料成分如表3。

表3 炉料成分

炉料名称 配比% C% Si% Mn% S% P%

成分 数量 成分 数量 成分 数量 成分 数量 成分 数量

Z15生铁 60 4.19 2.51 1.56 0.94 0.76 0.46 0.036 0.022 0.04 0.024

回炉料 20 3.28 0.66 1.88 0.38 0.66 0.13 0.098 0.020 0.07 0.014

废钢 20 0.15 0.03 0.35 0.07 0.50 0.10 0.050 0.010 0.05 0.010

合计 100  3.20  1.39  0.69  0.052  0.048

要求成分   3.20  2.06  0.81  <0.08  <0.25

差额   0.00  0.67  0.12  合格  合格 

a) 硅铁加入量  今缺硅量0.67%,亦即每100公斤炉料需加硅0.67公斤。所用硅铁含硅量为45%,故每100公斤炉料需加硅铁量为0.67/0.45=1.5公斤

 b) 锰铁加入量  同上法计算,每100公斤炉料需加入含锰75%的锰铁为:0.12/0.75=0.16公斤。

(5)制定配料单

根据配比和层铁量,确定每批炉料中各种炉料的重量,写出配料单。设已知层铁500公斤,可算得每批铁料的组成为:生铁 :500´60%=300公斤、废钢:500´20%=100公斤、回炉料:500´20%=100公斤、45%硅铁:500´1.5%=7.5公斤、75%锰铁:500´0.16%=0.8公斤。

3.有害成分

  铸铁熔炼过程中,必须将有害的元素成分(磷、硫以及其它干扰铸铁正常结晶和组织控制的微量元素等),控制在限量以下。

1)脱硫  冲天炉熔炼中铁液中硫的来源,一是炉料中固有的硫,二是从焦碳中吸收的硫。酸性冲天炉不具有脱硫能力,碱性冲天炉能在一定程度上起到脱硫的作用。

  炉渣碱度在一定范围内提高时,有利于降低铁液含硫量;温度提高时,铁液在熔炼过程中增硫量减少;炉气氧化性强时,渣中FeO含量增高,不利于脱硫反应的进行。适当提高焦铁比,减小送风强度,有利于脱硫。但当生产球墨铸铁件时,除了用热风冲天炉进行炉内脱硫外,还常采用炉外脱硫的措施。炉外脱硫的基本要点是尽量扩大脱硫剂与铁液之间的接触面积,以加强脱硫效果。常用方法有:利用电石脱硫的摇动包脱硫法、喷射脱硫法、机械脱硫法、机械搅拌脱硫法和多空塞脱硫法等。

2)脱磷  磷对铸铁的机械性能,特别是对球墨铸铁和可锻铸铁的韧性有害,因此要严格控制铸铁的含磷量。冲天炉熔炼的脱磷能力很弱。因此对铁液的含磷量只能通过配料来控制。应采用一定比例的低磷生铁和废钢进行配料。

4.铁液纯净,含有的渣、气体、夹杂物量少。

为了将冲天炉熔炼中形成的夹杂物从铁液中去除,常在熔炼过程中按照炉料重量,加入一定量的石灰石CaCO3 作为溶剂。石灰石在高温下分解,与泥沙、灰分等化合形成低熔点的复杂化合物——熔渣。熔渣易于与铁液分离便于去除。当熔渣粘度高时,可加入一些萤石(CaF2),以降低炉渣熔点。 

(4)计算铁合金加入量 

所用铁合金为含硅45%硅铁,含锰75%的锰铁。