如何得到******鑄件內(nèi)在質(zhì)量（一）
費(fèi)明昌 戴征飛 郭崗
一．概述
（一）解析鑄造生產(chǎn)全過程，其核心環(huán)節(jié)是熔煉合格的鐵水，注到合格的鑄型中成形，合格的鑄型主要保證鑄件的形狀和尺寸精度。合格的鐵水內(nèi)在質(zhì)量，是保證鑄件的使用性能，保證使用壽命，使用的可靠性。故鐵水的熔煉質(zhì)量是鑄造生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
（二）鑄造行業(yè)，是一個(gè)跨冶金和機(jī)械，涉及專業(yè)面非常廣泛的行業(yè)，影響因素非常多，生產(chǎn)過程控制難度非常大。穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量，除嚴(yán)格控制進(jìn)料外，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，******限度排除人為因素的干擾，用設(shè)備系統(tǒng)保證工藝過程的質(zhì)量和穩(wěn)定性，已是我國當(dāng)前提高生產(chǎn)質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低成本的有效措施。
（三）隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人們環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)環(huán)保的要求也愈來愈高，應(yīng)有相應(yīng)的環(huán)保措施。以達(dá)到相應(yīng)的環(huán)保要求。
（四）在生產(chǎn)過程中，如何充分利用能源，節(jié)約能源。也是當(dāng)前我們的重要任務(wù)之一。
二．鑄件內(nèi)在質(zhì)量的控制技術(shù)參數(shù)分析
鑄造生產(chǎn)是一個(gè)古老而新興的行業(yè)，也是機(jī)械行業(yè)重要基礎(chǔ)件行業(yè)。決定著機(jī)械設(shè)備的使用壽命和使用可靠性。通過數(shù)千年的生產(chǎn)實(shí)踐積累，科學(xué)研究，從宏觀認(rèn)識(shí)深入到微觀理論，有了巨大的發(fā)展，不斷揭示鑄件生產(chǎn)過程中、穩(wěn)定完成技術(shù)參數(shù)的控制，就可保證鑄件的使用性能，從而保證機(jī)械設(shè)備的使用壽命、使用的可靠性。
要生產(chǎn)高質(zhì)量的鑄件，首先就需要研究影響鑄鐵性能的因素，也就是如何提高熔煉鐵水的純凈度：如何獲得好的石墨形態(tài)；化學(xué)成分波動(dòng)范圍的控制等，研究解決上述問題的技術(shù)控制參數(shù)；并研究采用什么熔煉方法達(dá)到目的?，F(xiàn)以表示之。
鐵水熔煉質(zhì)量控制
鐵水純凈度的控制：
1．元素氧化燒損產(chǎn)生的氧化物夾雜物；
2．熔解氧產(chǎn)生的熔煉性氣孔；
3．硫含量的控制，防止硫共晶的產(chǎn)生；
4．磷含量的控制，防止磷共晶的產(chǎn)生；
5．限制微量元素含量在干擾量以下。
鐵水熔煉過程控制：
1．鐵水氧化的控制；
2．消除石墨遺傳性，獲得良好的石墨形態(tài)；
3．控制化學(xué)成分的波動(dòng)范圍，獲得準(zhǔn)確的化學(xué)成分；
4．鐵水熔煉溫度的控制；
5．******熔煉方法的選擇和相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)。
（一）
1．元素?zé)龘p及氧化物夾雜
鐵水中的硅、錳元素的氧化燒損，是通過爐氣中的氧和二氧化碳吸附于鐵滴表面后熔入鐵水中。此時(shí)熔解氧為原子態(tài)。首先與鐵原子反應(yīng)生成氧化亞鐵，由于硅、錳與氧的親和力大于鐵原子，硅、錳原子將生鐵原子從氧化七亞鐵中還原出來，自身被氧化形成硅、錳氧化物夾雜。
眾所周知：鐵水的氧化只要產(chǎn)生在熔化帶。由于空氣中的氧在氧化帶已基本燃燒光。形成二氧化碳；故鐵水在熔化帶被氧化的氧原子主要由二氧化碳提供，減少熔化帶的二氧化碳量就能控制鐵水在熔化帶被氧化，由于二氧化碳遇紅熱焦炭被還原，是吸熱反應(yīng)，故提高還原帶的爐氣溫度可減少爐氣中二氧化碳的含量，減少硅、錳燒損。故熱風(fēng)沖天爐能有效控制元素氧化燒損。
2．鐵水氧化行氣孔的產(chǎn)生與控制
沖天爐鐵水中的熔解氧，一部分如上所述，與鐵水中硅、錳反應(yīng)生成氧化物夾雜。
a．一部分溶解氧在石墨表面吸附，氧化石墨生成一氧化碳?xì)狻?/span>
即：（C）石墨+[O]＝{CO}↑
b．當(dāng)生成的氧化亞鐵于鐵水中的碳接觸時(shí)，碳還原氧化亞鐵，也是生成一氧化碳?xì)饪住?/span>
（FeO）+（C）＝{CO}↑+（Fe）
高溫鐵水有利于氣泡上浮去除。這種熔煉過程中鐵水氧化生成的氣孔叫熔煉性氣孔，其特點(diǎn)時(shí)呈細(xì)小均勻的分布于鑄件斷面。
3．鐵水含硫含量的控制
在沖天爐熔煉過程中，焦炭中的硫?qū)⒂?0％進(jìn)入鐵水中。如何控制硫進(jìn)入鐵水，是沖天爐熔煉質(zhì)量控制的重要任務(wù)之一。首先了解硫進(jìn)入鐵水的過程，才能找到控制鐵水增硫的途徑。
焦炭在風(fēng)口區(qū)燃燒達(dá)到高溫時(shí)，焦炭中的硫呈氣體狀態(tài)逸出，在風(fēng)口區(qū)與氧反應(yīng)生成二氧化硫（SO2）氣體。隨著爐氣上升，與鐵料產(chǎn)生增硫途徑有二：
a．當(dāng)二氧化硫與尚沒氧化的潔凈金屬爐料表面或鐵滴表面吸附對(duì)，產(chǎn)生增硫反應(yīng)：
3[Fe+SO2]=(FeS)+2(FeO)+△F2……（1）
b．對(duì)于已氧化的金屬爐料表面，有如下反應(yīng)：
10（FeO）+SO2=(FeS)+3Fe3O4+△F……（2）
式中的氧化亞鐵包括上式反應(yīng)生成的和爐渣中的。
以上兩個(gè)放熱反應(yīng)在沖天爐條件下都可以進(jìn)行，但反應(yīng)式（2）順向性比（1）大，故在金屬表面氧化嚴(yán)重時(shí)，增硫劇烈。試驗(yàn)表明，金屬爐料的滲硫深度可達(dá)1～3mm。當(dāng)鐵料原始含硫量為0.082％時(shí)，增層內(nèi)硫量可達(dá)0.45％之多。由此可知，清除金屬爐料的鐵銹，可減少增硫。
在沖天爐熔煉過程中能否創(chuàng)造條件脫硫呢？據(jù)脫硫的三大條件，即高溫、高堿度、低氧化性。這在一般沖天爐中時(shí)無法滿足的，只有在先進(jìn)的熱風(fēng)水冷沖天爐熔煉條件下，才能滿足上述條件。在熱風(fēng)水冷沖天爐熔煉過程中，由于高溫、鐵水氧化性低，無爐襯，可造堿性渣，當(dāng)鐵水在1500～1550oC，平均1530 oC，爐渣堿度控制在1.7～2.3時(shí)，可穩(wěn)定地將鐵水含硫量降到0.04％，在包中輔以脫硫措施或采用爐前連續(xù)脫硫，就可將硫控制在0.02～0.03％，充分滿足球鐵生產(chǎn)和轉(zhuǎn)爐煉高級(jí)鋼的需要。
4．鐵水中磷的控制
一般在沖天爐熔煉過程中磷基本上無大變化。磷量的控制主要是從金屬爐料控制。
5．微量干擾元素，微量干擾元素應(yīng)控制其含量在作用量以下。在熔煉過程中，高溫有利于低熔點(diǎn)干擾元素的氧化、燒損。其含量相應(yīng)的減少。但控制主要從金屬爐料的選擇解決之一。在沖天爐熔煉過程中。
（二）鐵水熔煉過程因素的控制
鑄鐵與鋼之所以不同，是因?yàn)橛辛耸拇嬖?，?duì)石墨形態(tài)的控制，就是鑄鐵熔煉過程控制關(guān)鍵之一；同時(shí)在熔煉過程中必須保證獲得各種基體組織的成分要求，也就是化學(xué)成分的波動(dòng)范圍的控制；也需要保證在滿足機(jī)械性能的前提下，獲得良好的加工性能等等。
1．石墨形態(tài)的控制
不同的石墨形態(tài)，可以得到不同性能的鑄鐵，各種不同自的鑄鐵均有一個(gè)共同的要求，即石墨應(yīng)是細(xì)小的、均勻的，對(duì)孕育鑄鐵的石墨則應(yīng)是短而鈍頭的，對(duì)球墨鑄鐵來說，石墨應(yīng)該是園整的，我國鑄鐵生產(chǎn)的原材料有新生鐵（鑄造生鐵）、回爐料、廢鋼等，新生鐵有大量的粗大過晶石墨干和共晶石墨，回爐料以共晶石墨為主，也存在少量的過共晶石墨。因此，在熔煉過程中，要保證得到上述要求的：石墨形態(tài)，首先就必須將粗大的過共晶石墨和共晶溶解到結(jié)晶臨界半徑以下，在重新結(jié)晶的條件下，才能得到上述要求的石墨形態(tài)。這就是消除石墨遺傳性。只要存在原始石墨，在隨后的重新結(jié)晶時(shí)，碳原子就會(huì)在原始石墨上生長造成石墨的大小不均勻及尖頭石墨。石墨尖頭會(huì)造成尖端虛力集中，在應(yīng)力作用下尖端裂口延伸以致斷裂，降低另件使用的可靠性和安全性。
根據(jù)我們以及世界各國的研究，粗大的過共晶石墨在鐵水溫度達(dá)到1500 oC，并保持6～9妙鐘可以溶化到結(jié)晶臨界半徑以下，只有在這樣的熔煉條件下，生產(chǎn)的高牌號(hào)孕育鑄鐵或球墨鑄鐵的質(zhì)量是可靠的。故生產(chǎn)孕育鑄鐵、球墨鑄鐵對(duì)鐵水的熔煉溫度是有要求的，其鐵水熔煉溫度應(yīng)控制在1500 oC以上，最高不超過1550 oC，以1530 oC為******。
未完待續(xù)
——摘自《鑄造縱橫》2005年第5期
