我國鑄鐵鑄造業(yè)當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r及趨勢
據(jù)悉，20世紀(jì)80年代初，鑄鐵材料發(fā)展進(jìn)入了頂峰期，隨后，世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減，然而鑄鐵仍是當(dāng)今金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材料，在鑄造合金材料中占有重要地位。
由于受能源、勞動力價格和環(huán)境因素的影響，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家的鑄件產(chǎn)量將會逐漸減少，轉(zhuǎn)而向發(fā)展中國家采購一般鑄件，但同時又會向發(fā)展中國家出口高附加值、高技術(shù)含量的優(yōu)質(zhì)鑄件。當(dāng)前，世界經(jīng)濟全球化進(jìn)程的加速為我國鑄造業(yè)的發(fā)展提供了機遇，國際和國內(nèi)市場對我國鑄件的需求呈持續(xù)增長的趨勢。與此同時，鑄鐵作為一種傳統(tǒng)的金屬材料，在其質(zhì)量、性能和價格等方面正面臨著嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。抓緊我國鑄鐵鑄造業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造；努力提高鑄件質(zhì)量檔次，提高和理環(huán)境污染的水平，實現(xiàn)鑄鐵材料的高附加值化是應(yīng)付未來更加激烈的市場競爭，滿足用戶多樣化需求的主要對策。
一、我國鑄鐵的生產(chǎn)水平及差距
1．鑄造工藝材料及輔料
我國鑄造工藝材料如原砂、粘土、煤粉、粘結(jié)劑和涂料在品種、性能、質(zhì)量等方面與工業(yè)先進(jìn)國家之間的差距極大，以致我國的鑄件尺寸精度和表面粗糙度比國外差一到兩個等級，鑄件表面缺陷造成的廢品率比國外高幾倍。鑄造用工藝原料的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和商品化仍是一個亟待解決的問題。
2．鑄造工藝過程及鑄件質(zhì)量的檢測與控制
我國在鑄造工藝過程和鑄件質(zhì)量的檢測與控制方面與工業(yè)先進(jìn)國家還存在比較大的差距，主要反映在以下方面：
①鑄造工藝過程的檢測。
②鑄造工藝過程的優(yōu)化和控制。
③鑄件質(zhì)量的檢測。而上述檢測和控制手段的完善是提升我國鑄鐵鑄造生產(chǎn)水平的一個主要內(nèi)容。
3．鑄造工藝裝備
對于鑄造生產(chǎn)，國外廣泛采用流水線大量生產(chǎn)；高壓造型、射壓造型、靜壓造型和氣沖造型；造芯全部用殼芯和冷、熱芯盒工藝。國內(nèi)除汽車等行業(yè)中少數(shù)廠家采用半自動、自動化流水線大量生產(chǎn)外，多數(shù)廠家仍采用較落后的鑄造工藝裝備。
二、鑄鐵熔煉技術(shù)
1．沖天爐技術(shù)
沖天爐居鑄鐵熔煉設(shè)備之首，至今仍擔(dān)負(fù)著80％以上鑄鐵件的熔煉任務(wù)。70年代以后，符合我國特點的爐型和熔煉技術(shù)已逐漸完善和成熟，形成了獨具特色的多排小風(fēng)口和兩排大間距沖天爐系列。在操作技術(shù)上，從一度追求低焦耗到重視鐵液質(zhì)量，進(jìn)而講求提高技術(shù)、經(jīng)濟、勞動衛(wèi)個和環(huán)境保護的綜合指標(biāo)，逐步開發(fā)應(yīng)用了從爐料處理、修爐、烘爐到配加料、鼓風(fēng)。爐況控制、鐵液檢驗等全過程的操作技術(shù)。在較短的歷程中，我們在沖天爐理論研究、爐子結(jié)構(gòu)、修爐材料、送風(fēng)系統(tǒng)、熱能利用、強化底作燃燒、爐內(nèi)氣氛調(diào)整控制、鐵液爐前檢驗、消煙除塵、非焦炭化鐵、配料及熔煉過程計算機優(yōu)化控制等諸多方自都取得了可喜的成績。
沖火爐的發(fā)展是圍繞著提高性能和生產(chǎn)率，降低消耗，改善操作，減少污染進(jìn)行的。沖天爐性能主要體現(xiàn)在炭的燃燒、爐料的加熱和冶金過程三方面。隨著鑄鐵生產(chǎn)批量的擴大和對鑄造生產(chǎn)率及鑄件質(zhì)量要求的提高，沖天爐容量也不斷增大。大容量的沖天爐熔煉狀況更穩(wěn)定，無論技術(shù)上還是經(jīng)濟上比小爐子更具優(yōu)勢。因此，在單一品種大批量生產(chǎn)中，用一臺大容量爐子取代多臺小爐子是合理的、在國際上，沖天爐的最新發(fā)展主要為等離子體沖大爐、無焦沖天爐、新型回轉(zhuǎn)熔煉爐
加入WTO將在我們面前展現(xiàn)一個競爭激烈的世界鑄件市場。因此；沖天爐熔煉的發(fā)展將圍繞強化管理、推進(jìn)技術(shù)改造、提高規(guī)模效益進(jìn)行。我國沖天爐技術(shù)的發(fā)展方向主要有以下若干方面：
（1）走專業(yè)化生產(chǎn)道路，提高沖天爐生產(chǎn)率，向大型化、智能化。長期作業(yè)方向發(fā)展。
（2）爐料供應(yīng)專業(yè)化、規(guī)模化。
（3）大力發(fā)展沖天爐配套技術(shù)，同時加強對沖天爐的控制和檢測。
（4）發(fā)展沖天爐一—電爐雙聯(lián)熔煉技術(shù)。
（5）高溫優(yōu)質(zhì)鐵液是沖天爐熔煉的根本要求。
2．電爐技術(shù)
感應(yīng)電爐由于具有鐵液溫度高。成分穩(wěn)定、污染少、便于調(diào)整鐵液成分的優(yōu)點，60年代初，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始普及。近年來，中頻感應(yīng)熔煉爐的迅速發(fā)展給鑄鐵生產(chǎn)注入了新的活力。
感應(yīng)電爐的發(fā)展和應(yīng)用，使鑄鐵生產(chǎn)進(jìn)入了一個新階段。盡管工頻感應(yīng)電爐存在某些不足，但它在金屬熔煉。鐵液成分調(diào)整。金屬液的升溫和保溫，尤其作為其他熔煉爐的雙聯(lián)用爐仍在普遍應(yīng)用。中頻感應(yīng)電爐特別適合熔煉合金鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵，它的迅速發(fā)展和所顯示的優(yōu)越性，使其在鑄鐵生產(chǎn)中呈現(xiàn)出被廣泛應(yīng)用的新趨勢。
三、鑄鐵件的生產(chǎn)狀況和趨勢
1．鑄鐵合金
世界鑄鐵件的生產(chǎn)狀況和趨勢是，灰鑄鐵件的比例明顯下降，但仍占優(yōu)勢。球墨鑄鐵件的產(chǎn)量持續(xù)增長，蠕墨鑄鐵和特種鑄鐵也有了較大的發(fā)展。
全球的灰鑄鐵產(chǎn)量逐年下降，但從鑄鐵中的高強度鑄鐵所占的比重越來越大，加強高強度灰鑄鐵的試驗研究無疑是我國灰鑄鐵的發(fā)展方向。
我國可鍛鑄鐵總產(chǎn)量在世界上名列前茅，但需求量還將有所增大。所以，今后我國可鍛鑄鐵還將有一個大的發(fā)展。目前，我國可鍛鑄鐵的生產(chǎn)與國外的主要差距是：品種少，僅有黑心可鍛鑄鐵；質(zhì)量差；鍍鋅工藝落后；缺少耗能低、保溫性好、污染小的理想退火爐。
在鑄鐵產(chǎn)量縮減的情況下，球墨鑄鐵在鑄鐵件中所占的比率依然在增大。在西方發(fā)達(dá)國家，通常用球墨鑄鐵件取代部分灰鑄鐵件和可鍛鑄鐵件。我國球墨鑄鐵鑄件產(chǎn)量比較低，占鑄鐵件的比例遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國家。此外，我國球墨鑄鐵件在質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性方面的差距也較大。我國球墨鑄鐵生產(chǎn)較突出的問題是材質(zhì)強韌性上、缺陷多，其原因除爐料、球化處理方法和球化劑等因素外，主要是球化處理前對鐵液含硫量要求過松。因此，為使我國球墨鑄鐵生產(chǎn)能有大幅度的增長，必須大力實施能穩(wěn)定提供質(zhì)量可靠的優(yōu)質(zhì)球墨鑄件的配套技術(shù)。
國內(nèi)外有蠕化工藝和蠕化劑的研究方面都達(dá)到了很高的水平，所研制的蠕化劑種類繁多，已達(dá)近百種。目前，在生產(chǎn)中應(yīng)用的蠕化劑主要是稀土用鐵鎂合金、稀土硅鈣合金和稀土鎂鈦合金。國內(nèi)外現(xiàn)有的蠕化處理工藝主要有沖入法、隨流法、氣動法和型內(nèi)法等。蠕墨鑄鐵已用于大量生產(chǎn)，建有生產(chǎn)線（用感應(yīng)電爐熔化），質(zhì)量基本穩(wěn)定。
隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，對具有特殊性能的材料的需求量不斷增長，向我國特種鑄鐵（抗磨、耐蝕和耐熱鑄鐵）的發(fā)展速度較緩慢，技術(shù)水平和國外差距較大。為了適應(yīng)新形勢下國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，特種鑄鐵的研究今后將成為我國鑄鐵發(fā)展的一個重要方向。
2．鑄鐵合金的發(fā)展
（1）高強化、薄壁化是我國灰鑄鐵的發(fā)展方向鑄鐵薄壁化、輕量化、強韌化是為了滿足工程界對工程材料節(jié)能性、回用性兩方面的要求，適應(yīng)“人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”的需要。鑄件的“薄壁高強化”正在工程界成為一種趨勢，其技術(shù)應(yīng)用也將日益成熟并迅速拓展，在可以預(yù)見的將來，3～5mm的高強度薄壁球墨鑄鐵件將會大量出現(xiàn)在一般機電產(chǎn)品中。
與鋁合金鑄件相比，低成本和良好的鑄造性能是灰鑄鐵件的一個主要優(yōu)勢。目前，制約灰鑄鐵件增長和發(fā)展的主要因素之一是輕量化，鑄鐵輕量化必將為鑄鐵工業(yè)注入新的活力。因此，高強度薄壁灰鑄鐵件的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)成為問題的關(guān)鍵。
薄壁鑄件生產(chǎn)技術(shù)涉及鑄鐵性能、充型過程。精密造型、機加工、模樣、工藝設(shè)計和市場等方面。許多研究和實踐表明，開發(fā)薄壁鑄鐵件的首要任務(wù)是開發(fā)高碳當(dāng)量。高強度灰鑄鐵及其強化工藝。鑄造出高強度、薄壁及復(fù)雜內(nèi)腔鑄件，必須從材質(zhì)、工藝和裝備等整體上采取綜合措施加以解決。國外在柴油機、發(fā)動機缸體缸蓋的鑄造和薄壁高強度灰鑄鐵的孕育處理方面達(dá)到較高水平。
我國高強度灰鑄鐵研究的重點是：
①提高鐵液溫度，改善鑄鐵冶金質(zhì)量，采用合成鑄鐵熔煉工藝。
②加強孕育處理技術(shù)。尤其是強化孕育鑄件的研究和推廣。
③研究和推廣低合金化孕育鑄鐵。
④調(diào)整化學(xué)成分、控制鑄鐵的Si/C比，以獲得高強度低應(yīng)力鑄鐵。實踐證明，合使St/C比值在0 .5～0.9，再加以適當(dāng)?shù)脑杏秃辖鸹色@得綜合力學(xué)性能良好的高強度灰鑄鐵。另外，調(diào)整Mn、Si含量，使錳含量比硅含量高0.2%～1.3%，可以得到高強度低應(yīng)力鑄鐵。目前，我國的工廠大多無爐前快速測定C、Si含量的儀器，因而不能及時掌握碳、硅的波動及變化情況，致使鑄件質(zhì)量難以穩(wěn)定，這是今后應(yīng)急需解決的一個問題。
（2）發(fā)展球墨鑄鐵新品種，采用新工藝
①加強薄壁大斷面鑄態(tài)球墨鑄鐵技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。要保證鑄件的強度和切削加工等性能不致因壁厚減小而降低，其基本途徑就是使球墨鑄鐵的力學(xué)性能得到改良。最重要的有兩個方面：一是白口化傾向的減低和抑制，二是石墨組織的改善。球化劑的合理選用和稀土（RE）元素的加入是實現(xiàn)高強度薄壁球墨鑄鐵鑄造的關(guān)鍵。該技術(shù)的核心是在鑄造（熔煉）工藝中要保證RE/Sk=2～2.5。球化劑要選用Fe-Si-Mg-RE-Ca系材料，其中稀土元素（Ce、La、Pr）的加入并使之與硫保持一定比例是球化技術(shù)的關(guān)鍵。試驗證實，當(dāng)RE/S＜2時，出現(xiàn)球化不良；RE/S＞2.5、Mg/S＞5時，易出現(xiàn)白口，同時嚴(yán)格控wp＜0.04%、wBi=0.003%～0.007%。
②繼續(xù)開發(fā)和應(yīng)用奧-貝球墨鑄鐵，奧-貝球墨鑄鐵是近幾十年來鑄鐵冶金研究的重大成就之一，它是迄今為止具有最好綜合性能的一種球墨鑄鐵，尤其是高的彎曲疲勞性能和良好的耐磨性，因而獲得廣泛的注目和開發(fā)應(yīng)用。
③發(fā)展奧氏體球墨鑄鐵。這種球墨鑄鐵在石油、化工、海洋與船舶、儀器儀表以及核工程等許多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景，因而成為近年來球墨鑄鐵領(lǐng)域中一個新的研究重點。
④采用新的球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝。在熔煉方面，最好采用感應(yīng)電爐或沖天爐－－電爐雙聯(lián)熔煉，特別是沖天爐－－爐外脫硫－ －電爐保溫的工藝流程能提供優(yōu)質(zhì)的高溫低硫原鐵液。在球化處理方面，現(xiàn)在國內(nèi)外已有的方法達(dá)8種以上，國外廣泛采用GF轉(zhuǎn)包法和包蓋法，我國也正在推廣使用。此外，近年來發(fā)展的鐵液過濾凈化技術(shù)也已得到廣泛應(yīng)用，成為提高球墨鑄鐵質(zhì)量的一種很好的措施。
（3）發(fā)展孕育技術(shù) 孕育技術(shù)推動了高強度灰鑄鐵的發(fā)展，并使球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)更趨完美。凡是經(jīng)過孕育處理的鑄鐵，都具有石墨細(xì)化、組織均勻和壁厚敏感性小的特點。過去；對孕育技術(shù)的發(fā)展往往寄希望于開發(fā)新的孕育劑，這無疑是必要的。但近年來，孕育方法的改進(jìn)，特別是遲后孕育，受到了人們的重視。因此，今后在發(fā)展孕育劑的同時，可能對孕育技術(shù)的研究將轉(zhuǎn)向發(fā)展新的孕育方法。
（4）發(fā)展合金鑄鐵 合金化是提高鑄鐵性能的重要手段之一，隨著技術(shù)的日益發(fā)展，鑄鐵合金或微合金化必將發(fā)揮重要的作用。必須結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源不斷開拓合金鑄鐵新品種，利用先進(jìn)手段不斷加深對現(xiàn)用合金鑄鐵的認(rèn)識。
（5）發(fā)展鑄鐵件表面強化技術(shù)對于特殊應(yīng)用場合，對于希望鑄件表層具有特殊的性能。鑄鐵件表面層激光強化處理和鑄件表面合金化技術(shù)可以在普通鑄件表面形成冶金結(jié)合的合金層，使鑄件具有復(fù)合性能。上述技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于耐磨零件的生產(chǎn)，并取得了明顯的成效。
四、未來的發(fā)展方向
我國加入WTO后，鑄鐵鑄造業(yè)的機遇大于挑戰(zhàn)，在國內(nèi)外兩個市場都有較大的增長潛力。
先進(jìn)技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與融合正逐漸對鑄鐵鑄造領(lǐng)域產(chǎn)生較大的影響。人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用則能夠大大改善鑄造生產(chǎn)中的控制系統(tǒng)，預(yù)測以及質(zhì)量保證體系的建立，對于鑄造行業(yè)改善操作條件，降低成本將起到重要的作用。
未來鑄鐵鑄造業(yè)在以下若干方面將得到發(fā)展：
（1）以機床工業(yè)、能源工業(yè)、石化工業(yè)及海洋工程為主要目標(biāo)，以重、高、大、難為特點，開展重大技術(shù)裝備、鑄造技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究。發(fā)展數(shù)值模擬、物理模擬及專家系統(tǒng)，使鑄鐵技術(shù)由“經(jīng)驗”走向“定量”。
（2）以汽車工業(yè)、航空航天及核能工業(yè)為主要目標(biāo)，以強韌化、輕量化、精密化和高效化為特點，開展鑄鐵新材料。新工藝的研究。
（3）為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，增強我國工業(yè)產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，開展鑄造過程自動化、柔性生產(chǎn)單元和系統(tǒng)及集成制造技術(shù)的研究。
（4）激勵開展有潛在應(yīng)用前景的鑄鐵技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究。
（5）大力發(fā)展提供鑄鐵工藝材料及輔料的專業(yè)化、現(xiàn)代化的企業(yè)。
（6）發(fā)展綠色集約化鑄造，加大治理鑄造過程對環(huán)境污染的力度，加強對鑄造材料的再生和回用。
