如何得到******鑄件內在質量（二）
費明昌 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。德國人Gopat V.Panchathan V在1978年曾經做過沖天爐、回轉爐、電爐熔煉的鐵水性能對比試驗，發現沖天爐熔煉的鐵水鑄件相對強度高，使用性能好，相對硬度低，加工性能好。而電爐熔煉鐵水的相對強度低，使用性能較差，相對硬度較高，加工性能較差。回轉爐居中。二汽陳勉已總工在九華山鑄造學會年會上介紹：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中下落的，造成了鐵水微觀增碳的不均勻性，故其結晶過冷度較小，結晶晶粒細化，不易產生白口，而電爐熔煉鐵水是在隔絕碳的情況下進行的，同時造成碳原子分布的均勻化，使其結晶過冷度增大，使鑄件表面白口傾向增加。據國外統計，相對沖天爐鑄件其加工刀具磨損率增加35％，加工時增加45％。增加了機械成本。
3．化學成分波動范圍的控制
在一般有爐襯冷風沖天爐中，隨著熔煉時間的延長，爐襯的燒損，爐徑將不斷地擴大，如補焦不及時，量不準確，將造成低焦頂面波動增大，不僅溫度降低，鐵水氧化燒損增加，同時增大了化學成分的波動范圍，要控制碳的波動在±0.10％是困難的。如采用熱風水冷無爐襯沖天爐，熔化過程中爐襯穩定不變，消除了上述問題，化學成分波動范圍能得到穩定的控制。從而保證各種鑄件鐵牌號的準確穩定生產。
4．鐵水的******熔煉溫度控制
綜上所述，保證鐵水的內在質量熔煉溫度應在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，穩定化學成分波動范圍均能得到保證。如果超過15500C，將增加鐵水的結晶過冷度，對使用性能不利。
故從鐵水嫩內在的質量分析，鐵水的熔煉溫度范圍應是1500～15500C，******溫度15300C。
三．鑄鐵的生產工藝過程參數
在鑄鐵生產過程中，各種不同的鑄鐵都有不同的工藝參數要求。現分述如下：
（一）孕育鑄鐵的生產工藝過程參數要求
孕育鑄鐵要求得到細小的、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。其生產工藝的參數要求如下：
1．鐵水熔煉溫度1500～15500C，穩定15300C******。以保證獲得鐵水的高純度，消除石墨的遺傳性，經孕育處理得到細小的，均勻的，短而鈍頭的石墨形態。
2．孕育處理溫度，應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晶過程中形成足夠多的結晶核心，一般處理應控制在14500C左右為佳。
3．澆注溫度，一般據鑄件壁厚確定以汽車鑄件為例，據鑄件壁厚形狀不同，一般在1400～14400C范圍內。
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定在500C左右，則鐵水過橋溫度應在15000C以上，才能保證隨后的處理參數。這與熔煉控制溫度是一致的。
4．典型證例分析
現以德國奔馳汽車廠氣缸缸蓋檢驗項目及性能表分析說明：在14項項目中，從第8項到14項共6項是屬熔煉過程應控制參數。而從1到7和11項，主要是成分配比確定，但熔煉過程有相當大的影響作用。如果熔煉過程控制不能滿足8到14項相應要求是不可能得到1到7項的結果的。原理前面已說明，在此不再重復。
由此可知，鑄鐵熔煉過程參數的嚴格控制，是保證鑄件內在質量的關鍵。
（二）球墨鑄鐵生產工藝過程參數要求
球墨鑄鐵的生產，目的是要求得到細小的、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．要得到細小的、圓整的、均勻的球狀石墨形態，首先就得將過共晶石墨溶解到結晶臨界半徑以下，熔煉溫度高于15000C。
b．要得到好的延伸率和強度性能，必須使晶粒邊界上氧化物夾雜、熔煉性氣孔最少。據前所述相應的熔煉溫度應在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，以減少焦炭中硫進入量，其熔煉溫度應大于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，同時將爐渣的堿度控制到1.7～2.3，可爐內脫硫，使硫量降到0.04％左右，此時，只需在爐前加簡單的連續脫硫裝置或采用包內脫硫方法即可穩定地控制硫含量在0.02～0.038％******值范圍內，可節約球化劑、穩定球鐵生產，得到高質量的球墨鑄鐵。
終上所述，球鐵鐵水的熔煉溫度應高于15000C，穩定在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際、國內均在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。采用瞬時孕育方法較好。
終上所述，球墨鑄鐵鐵水過橋溫度應控制在15000C以上，以15300C左右******。
四．鑄鐵熔煉設備的******選擇
終上所述，在各種熔煉設備中，以熱風水冷沖天爐為******。現分別介紹如下：
（一）熱風水冷沖天爐的綜合優勢
1．鐵水熔煉質量高：以典型鑄件發動機缸蓋為例，可穩定控制廢品率在5％以下。國外為2－3％
2．生產效率高：一次點火開爐，可連續熔煉3個月以上。適應現代化大規模連續生產的需要。國外100～120T/h的熱風水冷沖天爐正在發展。
3．高節能：由于一次點火可連續工作3個月，與普通沖天爐相比節省大量的底焦；以及采用了自熱、外熱式熱風，回收了大量的熱能。故可綜合節能50％。
4．低成本：據上所述，不僅回收大量的熱能，節省焦炭，還節約了大量的耐火材料。減少鐵合金的燒損。不計廢品率的降低，一臺15T/h爐，每天工作兩班，以上四項每月至少可節省30萬元以上，年計共360萬元。
5．高標準的環保措施：整個除塵系統式封閉的無泄漏，采用布袋除塵器可控制煙塵含量<50mg/m3，熱風裝置已燃盡所以的一氧化碳徹底消除了一氧化碳對大氣的污染，其煙囪可很低，看不見黑色煙囪。其潔凈度已打打豪語現在的環保要求。
6．高的設備投資回收率，目前我們生產的全自動控制的IOTh熱風水冷沖天爐交鑰匙工程，從國外引進相圖的設備系統需要4500萬元人民幣和要求90％以上的固定碳的鑄造焦，故我們生產的設備一般不到一年即可收回全部投資。
（二）熱風水冷沖天爐系統的結構特點：
1．沖天爐本體，為高爐爐形，干式爐底，電動或氣動爐底啟閉機構，前爐組成。
2．水冷系統：插入式銅質，循環水冷風嘴，雨淋式循環水冷爐殼，水冷卻塔，水泵組、水池組成。
3．熱風系統：由霧化水冷裝置控溫的燃燒室，換熱器、熱風管道等組成。
4．爐氣冷卻塔，有自然風冷、強制風冷，多管水冷等任選。其中以自然風冷最好。
5．除塵系統：由料塞、抽氣室、爐氣管道、電控野風閥、除塵器。引風機煙囪組成的封閉除塵系統。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：由輔料組合斗，金屬爐料斗，振動給料組合裝置，加料小車，加料桶。電動提升機組成。
7．爐渣粒化系統，由爐渣溜槽、水池、撈渣機、可控爐渣儲存卸料斗等組成。
8．電控系統：完成從加料到出鐵水全過程的自動化操作調控系統，只需一人在中控室設定、調整工藝參數操作即可。
以上系統，使用80％以上固定碳的焦炭，出鐵溫度穩定控制在1500～15500C。而國外要求固定碳為90％以上的鑄造焦，價格相差一倍以上，而且購買困難。系統示意圖附后，使用壽命在十年以上。
——摘自《鑄造縱橫》2005年第6期
