雙聯(lián)熔煉技術(shù)的灰鑄鐵熔煉材料的選用分析

陳大偉

山東汽車制造有限公司 山東萊陽 265200

在本次研究中選取我國的一家鑄鍛企業(yè)作為研究樣本，其采用的是沖天爐- 電爐雙聯(lián)熔煉方式進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品主要是柴油機(jī)的汽缸蓋和氣缸體等。對(duì)于沖天爐，其熔化速率達(dá)到了35t/h，出鐵的溫度高達(dá)1500℃。對(duì)于熔煉材料的質(zhì)量，其對(duì)灰鑄鐵的強(qiáng)度質(zhì)量具有決定性的影響，因此在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)選擇對(duì)應(yīng)的材料能夠更好的保證鑄件本身的質(zhì)量。熔煉材料選擇不當(dāng)不僅會(huì)對(duì)沖天爐的爐況造成影響，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致安全事故的發(fā)生，此外，熔煉材料中的微量元素同時(shí)會(huì)影響鑄件的質(zhì)量，導(dǎo)致鑄件本身存在缺陷[1]。

1 沖天爐熔煉材料

1.1 焦炭

焦炭是沖天爐熔煉中的主要能量來源，同時(shí)其還能夠提高鐵水內(nèi)部的碳含量，沖天爐內(nèi)的焦炭在進(jìn)行選擇時(shí)需要采用專門的鑄造焦，對(duì)其強(qiáng)度和反應(yīng)能力等都有較高的要求。對(duì)于焦炭塊度的選用，原則上是需要底焦比層焦稍大一些，同時(shí)還需要對(duì)爐徑和熔化速率等影響因素進(jìn)行充分考慮，且焦炭塊度也需要相應(yīng)的增大一些，這樣才能夠更好的保證熔煉效果。若實(shí)際使用的焦炭塊度過大，會(huì)造成燃燒速度不足，且燃燒過程中產(chǎn)生的溫度區(qū)域不集中，這對(duì)鐵液過熱有一定的影響。

在當(dāng)前的焦炭塊度過小問題主要集中在焦炭表面積過大，導(dǎo)致氧化帶被大大縮短，造成爐氣的最高溫度不足。另外，送風(fēng)阻力也會(huì)相應(yīng)增大，空氣難以深入到爐內(nèi)深處，這使得爐壁效應(yīng)過大，同樣會(huì)造成爐內(nèi)溫度分布不均勻。且焦炭塊度小還會(huì)造成底焦的消耗速度增加。

1.2 生鐵

生鐵常見的包括鑄造生鐵和球墨鑄鐵用生鐵等多種型號(hào)，在進(jìn)行鑄件過程中需要根據(jù)不同的牌號(hào)選擇不同的生鐵型號(hào)。生鐵的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)對(duì)于鑄鐵的結(jié)晶以及微觀結(jié)構(gòu)等有較大的影響，這是生鐵自身的特性，同時(shí)生鐵內(nèi)的碳含量過高還會(huì)導(dǎo)致重熔過程中以發(fā)生不完全榮華等問題。對(duì)于不同產(chǎn)地的生鐵，其微量元素之間存在著差異，灰鑄鐵的石墨大小和形態(tài)的不同會(huì)導(dǎo)致其力學(xué)性能存在著較大的差異。在進(jìn)行生產(chǎn)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行區(qū)分[2]。

1.3 廢鋼

沖天爐熔煉中產(chǎn)生的廢鋼占據(jù)全部鐵料的60% 左右，這些材料的主要作用是對(duì)灰鑄鐵的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，在進(jìn)行廢鋼選擇時(shí)盡量選擇中低碳素鋼，控制其S 和P 的含量，這樣能夠保證鑄件表面干凈無銹蝕。對(duì)于Cr 含量較高的廢鋼，在使用過程中需要進(jìn)行科學(xué)的控制，灰鑄鐵內(nèi)含有一定量的Cr，但若Cr 過高則會(huì)導(dǎo)致鑄件縮松缺陷問題。

1.4 回爐料

回爐料是報(bào)廢的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋等，全部是報(bào)廢鑄件構(gòu)成，成分相對(duì)穩(wěn)定?；貭t料在進(jìn)行使用過程中需要嚴(yán)格控制銹蝕和油污等問題，防止造成鐵水中的溶解氧過多，對(duì)于不同的回爐料需要分開存放，避免混用問題。最后是對(duì)于逐漸的機(jī)加工過程，由于其產(chǎn)生的鐵屑過多，且含有較高的油污，爐內(nèi)的氧化比較嚴(yán)重，會(huì)造成過多的焦炭產(chǎn)生，因此，其在實(shí)際的應(yīng)用中比較少。

2 爐前處理用材料

2.1 孕育劑

該材料的應(yīng)用主要是為了促進(jìn)石漠化效果，從而避免過冷組織的產(chǎn)生，其在應(yīng)用過程中還能夠得到細(xì)小的A 型石墨，這對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能有較大的的提升效果。孕育劑在電爐出鐵時(shí)通過隨流方式加入，這樣比傳統(tǒng)的包內(nèi)使用效果要更好。對(duì)于當(dāng)前的常見孕育劑主要是硅鋇孕育劑。硅鋇孕育劑作為一種應(yīng)用最為廣泛的材料，其能夠有效促進(jìn)石墨化能力，提升鑄件的抗衰退能力，是最長效的孕育劑材料之一。在本次研究中選用的硅鋇孕育劑采用的是粒徑在2mm 到8mm 的材料，孕育后的鑄件控制在12min 內(nèi)澆注。孕育時(shí)間則控制在1min 和12min，石墨組織則是A 型石墨，其片長控制在4 級(jí)到6 級(jí)，這樣能夠保證孕育劑的效果持久，同時(shí)保證澆注時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)衰退問題[3]。

2.2 增碳劑

增碳劑在應(yīng)用過程中主要是增加鐵水中的碳含量，從而使鑄件滿足工藝水平。對(duì)于高質(zhì)量的增碳劑，其除了可以實(shí)現(xiàn)增碳效果外，還能夠作為石墨化的核心，對(duì)鑄件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行改善。沖天爐在進(jìn)行熔煉工作時(shí)，其廢鋼的比例相對(duì)較高，通過增加增碳劑能夠更加利于石墨形成核心，并對(duì)石墨的形態(tài)進(jìn)行改善。

對(duì)于增碳劑的種類，除了常規(guī)的人造石墨外，還有天然石墨和石油焦等，本次研究中采用的是人造石墨和石油焦兩種增碳劑，其碳含量都在98% 以上，同時(shí)粒徑恐嚇在1mm 到5mm 之間。對(duì)于人造石墨增碳劑，其主要是以廢電極或者石墨切屑等作為材料，通過高溫對(duì)其進(jìn)行處理，而對(duì)于石油焦增碳劑，其是由是由瀝青焦化煅燒得到的。對(duì)比兩種材料，人造石墨的洗手露一般在80% 以上，而石油焦增碳劑的吸收率則在70% 左右。然后是氮硫的含量，人造石墨的含量要更低。

2.3 集渣劑

為了能夠更好的降低鐵水中的殘?jiān)?，降低鑄件形成后出現(xiàn)渣孔缺陷的幾率，鐵水在電爐倒入澆包后需要撒上一層集渣劑，并在鐵水表面形成一層膜，然后通過扒渣工具將收集到的殘?jiān)颗懦?，并再次加入集渣劑?duì)其進(jìn)行澆筑工作。對(duì)于集渣劑的使用量，一般情況下控制在0．2% 左右，這樣既能夠保證鐵水的成分不受影響，同時(shí)還能夠?qū)﹁F水內(nèi)的殘?jiān)M(jìn)行有效的清除。鑄造工業(yè)早期使用的集渣劑是稻草灰和碳化稻殼，這兩種材料盡管有一定的集渣效果，但產(chǎn)生的大氣污染較為嚴(yán)重。當(dāng)前主要是以珍珠巖為材料進(jìn)行集渣劑的制作，其成分主要是二氧化硅，該材料在超過1100℃時(shí)會(huì)發(fā)生氣化現(xiàn)象，從而使集渣劑層發(fā)生膨化效果。

3 結(jié)語

對(duì)于熔煉材料的質(zhì)量以及選用工作，其根本目的是為了提升灰鑄鐵的性能，因此，在進(jìn)行材料的選擇時(shí)需要結(jié)合工藝特點(diǎn)以及生產(chǎn)基礎(chǔ)，本文采用的雙聯(lián)熔煉材料，其對(duì)各類材料的選擇原則以及熔煉工藝等進(jìn)行了研究，特別是對(duì)于各類材料使用過程中需要注意的問題，這為后期的熔煉材料選擇提供了幾點(diǎn)意見。