熔炼与铸造除气和脱氧方面的知识汇总.docx

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1、电炉铸铁炉料配比及合成铸铁在铸造行业，人们常说，铸造材料的成分决定组织，组织左右性能；这句话其实并不 全面。我们在生产实践中发现许多铸铁，在相同成分时,机械性能却有较大差异。铁 水的质量除与其成分有关联外，还与炉料配比（生铁用量、废钢用量、返回料用量、 合金加入量），熔化与出炉温度，孕育工艺等有密切关系。所谓合成铸铁，就是指配料 中使用50%以上的废钢，通过增碳合成的方法制取的铸铁材料，因为需要较高的熔化 温度，只宜在电炉中熔炼。目前合成铸铁主要有合成灰铁和球铁。通过大量实践，对于HT250、HT300等高强度灰铸铁来说，废钢左右强度、生铁影 响组织.1、配料禁忌1 ）、高比例废钢（尤其是船板

2、）与高比例回炉料（浇冒口、废铸件、铁屑）搭配，合 成灰铁的废钢加入量不宜超过50% ;2 ）、高比例废钢（尤其是船板）与含硫磷高的生铁搭配；3 ）、回炉料超过40% （浇冒口、废铸件、铁屑）o2、配料优化组合（）组成生铁废钢回炉料酉己比A403030 酉己比B304030 酉己比C204040 酉己比D2050303、镒硫含量需要提高硬度时镒的含量可达1.0 - 1.2% ,但不要求相应提高硫的含量（关于灰铁中 的硫含量，另行分析）o某公司为了节约成本，多用废钢，在两个月内试制合成高牌号灰铸铁，废钢用量一度 达60% ,有一段时间除加入废钢外另加回炉料和少量铁屑，最初质量不错，但一段时 间后发

3、现铸件批量缩孔、缩松和有白色硬斑，并且持续不断越来越严重。此缺陷成因：初步判断是铁水中MnS的含量过高而引起的铸件显微缩孔、缩松,MnS 富集形成白色硬斑。这是由于高牌号灰铁HT300成分要求Mn含量较高（1 %左右）， 加之废钢自身镒也高（船板中的16镒钢含Mrl在1.6% ）,而废钢中的S以及回炉铁（包括铁屑）中的S和镒反应产生的MnS在炉料中的积累达到一定程度,就会产生 过量，从而产生上述缺陷。为了减少铁水中的MnS含量，一般用加入一定量的优质新生铁（低S低MrI）来调 整，另外提高孕育效果，可使MnS细化，减弱其不良影响。废钢加入量过大时，由于废钢熔点在1530度左右，而生铁和回炉料的

4、熔点只是1230 度左右，多用废钢增加了电耗，加大了铁水的过冷倾向,还吸附大量的氮气，一般来 说合成铸铁工艺并不适用于灰铸铁,而比较适用于球铁关于电炉灰铸铁增硫问题前面已经说过，中频感应电炉熔炼铸铁工艺对比冲天炉熔炼，除了具有熔化温度高的 优势外，却有不少缺点，主要有三个方面的问题：一是铁水过冷倾向较大，极易产生 影响材料机械性能的D、E型石墨；二是铁水纯净，异质结晶核心较少，导致孕育效 果差，在同等成分条件下，铸件强度偏低铁质偏硬；三是收缩倾向较大，在高牌号灰 铸铁中镒含量较高时，容易产生显微缩孔、缩松。针对上述问题，应对的措施是：1、在熔化后期增加一个高温保持时间，尽可能使各 种炉料熔化的

5、铁水晶粒均匀，尤其是细化石墨；2、适量增加外来异质核心（如硫化 物），强化孕育效果，促进A型石墨的形成；3、控制高牌号灰铸铁的硫、镒含量及其比例，控制回炉料比例,达到合适成分。这 些措施，对不同结构的铸件产品是有差别的，需在实践中掌握。某公司某日，用电炉熔炼6炉灰铁HT300铁水，浇铸液压阀GO3、G02等产品，经 解剖内部组织发现大面积显微缩孔、缩松、缩裂，共830只全部报废（见附图）。检 测布氏硬度 HBS241 ,化学成分 C3.27 , Si1.78 , Mn0.83 , S0.087 , P0.04o 珠光体 98% , E形石墨达80% （A型20% ）,石墨长度5级。据有关人员研

6、究分析,应是铁 水材质出了问题。化学成分分析的结果，对一般的薄壁HT300铸件来说似乎是正常的,然而对于液压 阀铸件（壁较厚）却出了问题。此缺陷成因：初步判断是铁水中MnS的含量过高而 引起的铸件显微缩孔、缩松、缩裂，也就是说铁水中的S、Mn含量超出铸件所适应 的范围（对不同铸件其成分量有差别）由于在熔炼中加入了一定量的增S齐IL铁水中的S、Mn含量积累达到一定程度,就 会导致铁水含S量超出铸件自身正常凝固结晶的要求,从而产生此类缺陷。对策：停 止加入增S剂，调整Mn的含量，保证HT300灰铁的五元素的正常含量，调整后, 缺陷全部消除。 在电炉灰铁铁水中通过加入增S剂形成一定量的MnS ,作为

7、异质核心，提高孕育效 果，这从理论来说是正确的，但是近年来大多数文献资料所说，电炉高牌号灰铁的含 S量需控制在0.05-0.10%比较合适，然而许多工厂的实践证明，当含Mn量在1 %左 右时，若铸件成分分析含S量超过0.05% ,铸件就开始产生缩孔缺陷，当含S量超过 0.07%时就会发生批量缩孔，这种现象如何解释呢？灰铸铁中的S有两种存在形式，一种是单质，另一种是化合状态的MnS ,灰铁中起 结晶核心作用的硫，主要是化合状态的MnS ,我们现在的化验手段（无论是化学分析 还是光谱分析），都只能分析出铸件和铁水中单质状态的S ,而以化合状态（MnS）存 在的S是化验不出来的。当单质S含量超过0.

8、05%时，化合态的S含量就比较高了 , 此时的铁水中：MnO+FeS = MnS + FeO , FeO + C=Fe+COlg 2FeO+C = 2Fe+CO2这时铁水在凝固过程中就在析出CO或C02的同时产生部分棕色的MnS粉沫，形成 铁渣反应气缩孔。只要具备一定的条件，这种气缩孔，不仅在电炉铁水也在冲天炉铁 水中发生。其实我们在电炉熔化过程中，已经增加了一部分硫，这些硫来自于：1、由回炉的浇注系统带来，浇注系统中的硫磷含量远高于铸件中的含量；2、生铁中的硫，一般生铁中的硫含量是不高的，而我们购买的普通生铁上面都携 带不同程度的炉渣（拉圾），我们是不会化验的，但这些拉圾却含有较高的硫磷，会

9、带 入炉内；3、废钢和生铁等炉料的铁锈，氧化铁含量较高，进入铁水中会增加硫的吸收率。 在这样的情况下，如果我们再补加硫化铁来增S,就过分了。实际生产高牌号灰铸铁件 时，铁水中的单质S控制在0.03-0.05%之间为妥。电炉高牌号灰铁的孕育和变质处理关于高牌号灰铁（以HT300为例）的孕育工艺，传统的孕育量是处理铁水量的0.3- 0.4% （以冲天炉生产为主），近年来随着电炉的普及，孕育量逐渐增加，最新资料推 荐0.5-0.6% ,本人通过长期实践，选择孕育量在0.8%左右，取得强度硬度和切削加 工性能的全面提高，铸件加工后的内部缺陷大幅度减少。某公司生产高牌号的电磁阀，技术要求铸件硬度大于HB

10、200 ,强度大于300Nmm2, 该产品主要壁厚超过50mm ,通过多次试验，在加大一次孕育量的同时，采取二次随 流孕育，消除了厚壁带来组织粗大的缺陷，提高了铸件致密度，保证了产品质量。关于铁水二次随流孕育,在浇注前加入粒度0.2-0.7mm的均匀的孕育剂，比较适用 于厚件，而用于小件时反而增大了铁水的收缩性能。有一个时期，某公司部分产品加工后表面呈现白色亮斑硬度很高刀具打滑，经分析， 原来是孕育剂的块度过大，与铁水包容量不相适合，致使孕育剂在铁水浇注时未能完 全熔解,铸件局部硅量富集形成硬化相；当在铁水温度偏低进行二次随流孕育时，也会 产生同样的缺陷。有一家专业生产HT300灰铁液压件的工

11、厂，浇注一种KP泵体,铸件壁厚30mm左 右，按照HT300的经验成分配料，铁水成分:C3.0-3.1% , Si1.7-1.8% , Mn0.95- 1.05% , P0.05% , S0.04% ,铸件本体解剖抗拉达300Nmm2 ,但是连续多批产品在 内浇口附近发生缩陷和缩裂，无论对浇注系统如何调整，就是不见效果，没有办法， 只能提高碳当量降低强度，调整到C3.2-3.3% , Si1.8-2.0%时，缺陷消失，但产品经加工后试压，大部分产生膨胀渗漏，本体测试抗拉也不合格，造成主机厂批量退货。联想到以往有一批同类泵体，由于听了别人的建议，用硫铁增S ,铁水含S在0.07% 以上时，铸件大面积缩孔，积存大量废品，为了处理这批废品，根据稀土脱硫的原理， 当加入此类废品时，在孕育过程中补加少量稀土镁硅铁（约02% ）,有效地降低了硫 含量，解决了缩孔问题。针对当时KP泵存在的缩陷和缩裂，虽然原铁水含硫并不高，在孕育时同样试加了少 量稀土镁硅铁（约0.2% ）,也取得了理想的结果，缩孔问题完全解决。分析其机理, 铸铁产生缩陷，主要还是铁水中的气体（包括氧、氮、氢等）作怪，这些气体在凝固 后期析出时，铁水无法补充，产生了缺陷，而稀土镁硅铁作为一种灰铁变质剂（也是 一种孕育剂），却好是脱除气体的能手，铁水含气量大幅度减少，缺陷也就消除了。