中频感应电炉熔炼铸铁的质量控制与研究-学位论文.pdf

声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。摘要据嬲随着中频感应电炉在铸造行业的推广使用，中频电炉熔炼铸铁的质量控制问题已 经成为众多拥有中频感应电炉烙炼锌铁的生产厂家普遍关心的问题，由于中频感应电 炉熔炼质控制同原先冲天炉熔嫁的质量控制存在较大区别，在生产中仍旧存在一些 尚未解决影响铸件质置的问题.就这些问题，作者对一些使用中镇感应电炉生产体铁 件的企业生产情况进行了调查，并结合南京造币有限公司传造生产部使用中频感应电 炉焙炼锌铁几年来的生产实践，对中频感应电炉熔炼铸铁的质量控制问题作了较详细 的研究和探讨.论文从生产应用技术角度对中频感应电炉熔炼传铁原材料质量、铁水成分精准控 制、增碳剂和增碳工艺、增碳工艺、铁水的炉前温度控制、铁水化学成分选择与检测、铁水孕育处理等方面进行研究，在生产实践中做了大量的试验，收集了一些数据，在 总结前人经验的基础上提出了自己的观点和建议。成功解决了中频感应电炉熔炼铸铁 的大型灰饰铁件裂纹、灰铸铁央渣等一系列问题，实现了配料化学成分的精准控制、对增碳剂的使用及效果进行了分析，以及实现炉前铁水化学成分准确分析等.本研究 总结了中频感应电炉熔炼铁液质1控制的多种经验，探索出一条适合南京造币有限公 司印钞造币机械零件铸件生产熔编质Ji保证的新路，为企业的生产管理和质置控制提 供了可靠的保证，创造了可观的经济效益和社会效益，也可作为类似生产企业的技术 和生产指导参考.关健词，灰铸铁，球墨铸铁，增碳剂，增碳工艺，中频感应电炉熔蕉，质工控制AbstractAs the medium frequency induction furnace is widely used in Foundry,the problem of quality control caused by melting iron with medium frequency induction furnace is attentioned generally by the cast factory.The difference betwea QC caused by melting iron with medium frequency induction furnace and QC caused by melting iron with previous cupola is noticeable.There will be some problems which cant be solved in practice.Ib these problems,with investigating some cast fectories which possess the medium frequency induction furnace and combining the experiences coming fiom the practice using the medium frequency induction furnace in the foundry department of Nan Jing mint corporation,the author more deeply researches and investigates the problem of QC caused by melting iron with medium frequency induction furnace.In this text,from the standpoint of productivity applications and technique,the author does a series of examinations including the quality of raw material,accuracy control of melted irons component,recarburizer and recarburization technology;resulfurization technology,the temperature control of stockhold,selection and examination of melted irons component,the technology of melted irons inoculation.Based on a great deal of experiments in practice,datas,summarizing the experiences of the predecessor the author represents his viewpoints and advises and solves successfully a series of problems such as crack of laige-sized grey cast iron,slag inclusion of grey cast iron,achieves accuracy control of proportion of raw material and accuracy analysis of melted irons component before pouring.The study summarizes several experiences of QC caused by melting iron with medium frequency induction furnace,and discoveries a new way to guarantee quality of metallurgy of the casting which is used on the machine made for printing and minting,the effective management of the cast fectoiy and QC.It creates considerable economic benefits and social benefits.Similar cast fectory may take it as a reference in practice and technique.Key word:grey cast iron,nodular cast iron,recarburizei;recarburization technology,medium frequency induction furnace,QC目 录1.1 课题研究背景-21.1.1 中频感应电炉熔炼锌铁发展现状与趋势-21.12课题来源及研究意义_212传铁熔炼质量控制方法及国内外研究概况-4121熔炼质量控制方法-4122国内外研究概况-713本文研究的主要内容-82 炼过程原材料控制及配比研2.1 原材料的控制-102.1.1 主要原材料品质控制-102.12原 材料中的低合金控制-122.1.3 微量元素控制-132.1.4 Sb()彼合金化对灰铸铁组织和性能的影响-1422中频感应电炉熔炼铸铁材料配比研究-202.2.1 配料基本原则-20222常规元素对灰铸铁组织及性能的影响_212.2.3 多废钢熔炼对灰铸铁件材质的影响-262.3本章小结_273 工艺及增工艺研 283.1 增碳工艺介绍-283.1.1 增碳的目的-283.1.2 不同增碳剂对微观组织的影响-283.1.3 增碳剂粒度对增碳效果的影响-303.1.4 增碳剂化学成分对铁液质量的影响-323.1.5 铁液化学成分对增碳剂增碳效果的影响-323.1.6 增援时机选择与增碳方法-333.17 增碳剂的选择-343.1.8 增碳操作过程及要点-3532中频感应电炉熔炼灰锌铁件增破工艺_373.3 本章小结-39m4 容 厘f 白勺 伟!(404.1 熔炼过程取样温度控制-4042熔炼最高温度控制-414.3 孕育温度控制-424.4 灰铸铁和球铁熔炼过程实践-434.4.1 灰铸铁熔炼过程实践_434.4.2 球墨铸铁熔炼过程实践_454.4本章小结-465中频感应电炉熔炼铁液的化学成分选择与检测-475.1 铁液成分选择-4752铁水质量检测-52521检澄项目-52522检测方法-525.3 本章小结-536 铁液的孕育处理对传件质量的影响-546.1 孕育目的-5462孕育机理-5463孕育剂和孕育方法-556.4 稀土孕育剂的应用-566.5 本章小结-577 MMaMaMaa(587.1 论文工作总结-5872研究项目的展望_58致谢-59IV工程硕士学位论文中算制应电炉除蕉脩帙的质控*与研究1结论中频电炉铸铁焙炼是近年来适应环保要求和停造生产质1:提升要求，取代冲天炉 并从工频电炉熔炼的基砒上发展起来的其质量控制方式对于铸造行业来说是较新的 一门科学。中频感应电炉熔蕉生产的铸铁质量控制与研究主要是针对中频感应电炉烙 炼锌件质量控制中存在的一些问题，如一些熔炼工艺参数的确定、原材料的配比对灰 铸铁质量的影响、增碳剂的使用对灰铸铁件质量的影响、普通灰铸铁的增破等问题，通过研究，寻求中频电炉熔炼生产铸铁件质量控制的普遍规律和适应于南京造币有限 公司特定生产条件下伸件存在的质量问题的解决办法，为中频感应电炉的熔炼在印钞 造币机械零件铸铁件的生产中提供有效的、系统的质量控制方法。图1.1为中频感应 电炉熔炼铸铁的生产过程简图.图1.1中频感应电炉熔博生产过程简图情论工程硕士学位论文1.1 课题研究背景1.1.1 中频感应电炉络炼锌铁发展现状与趋势随着中频感应技术的不断完善和发展,用于金属熔炼的中频感应电炉因易于变换 熔炼品种、方便熔炼质量的控制，设备操作灵活简便和功率密度大、熔炼速度较快、热效率高、起熔方便等众多优点而受到了较多的铸造生产厂家的青睐,很多铸造生产 企业都相继购买并安装了中频感应电炉以替代传统的冲天炉或工频电炉进行传铁焙 炼.自1966年瑞士公司BBC研制成功第一台感应熔炼的晶闸管中频电源装置以来，一些工业发达国家相继推出了中频系列产品，并很快替代了传统的中频发电机旋转式 变频电源和各种陈旧的冶炼设备和加热设备，使中频电炉技术逐步变得完善起来.铸造行业所用的中频感应电炉熔炼设备，是把三相工频交流电，整流后变成直流 电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电 流，在感应圈中产生高密度的磁力线，切割感应圈里盛放的各类金属材料，在金属材 料中产生很大的涡流.这种涡流同样具有中频电流的一些性质，即，金属自身的自由 电子在有电阴的金属体里流动会产生热量.当这种电流足够大时，即可将感应线圈内 的金属加热到发红，甚至熔化，同时感应线圈本身则温度不会太高，也不会产生有毒 有害气体、强光或粉尘而造成环境污染.中频感应电炉熔炼铁液相对于冲天炉来说有一些明显的特点，即：中频电炉对环 境的污染明显减小，熔炼操作起来较为方便，化学成分、熔炼温度的控制更为精确；但也存在着一些不足，在相同条件下中频感应电炉熔炼的铁水质量明显较冲天炉熔炼 的铁水质量差，如电熔铁液晶核数量少，过冷度增加，白口倾向大；在亚共晶灰铸铁 中，A形石墨数量极易减少，D、E形石墨增加，并且使D、E形石墨伴生的铁素体 数量增加，珠光体数量减少：且有较大的收缩倾向，等件厚壁处易产生缩孔、缩松缺 陷，薄壁处易产生白口和硬边等得造缺陷，如果不很好地对熔炼质量进行控制，就会 给产品质量带来较为严重的后果.近年来，我国一些铸造厂相继采用了中频感应电炉 冶炼铁水，使我国铸造生产水平上了一个大台阶，取得了明显的经济效益和社会效益，越来越多的企业加强了对中频感应电炉熔炼的质量控制的研究.1.L2课题来源及研究京义本课题来源于企业的生产实践，真题真做，具有很强的工程背景和研究价值.(1)课题来源本课题来源于南京造币有限公司，该公司隶属中国印钞造币总公司，公司机械生 产的主导产品为各类印钞造币机械设备，公司具备有较强的研发和生产水平，公司产 2工程硕士学位论文中n感应电炉临蕉铸铁的质量控制与研究品系为保障央行货币发行、保证人民币印刷质置的关健设备，是国家重点扶持的民族 工业.南京造币有限公司于2006年在传造技改中引进二台应达公司的中频感应炉炼 电炉，用于铸造熔炼生产，由于原先是采用冲天炉进行俸铁熔煤，对中频感应电炉烙 炼特性了解不多，在技改后较长一段时间内，仍然采用了原先冲天炉熔炼所使用的质 量控制方法，在一段时间内，造成得件质K上出现了较多问题，如灰铸铁滚筒体的缩 孔缺陷、印刷机帮的裂纹导致报废、压印机机身传件裂纹导致报废、还有众多的灰锌 铁帮类零件的渣气孔缺陷等等，一些问题是在同样条件下冲天炉生产时不会产生的，这些问题的产生对机械产品质量和生产周期产生了较大的影响.在这种情况下，原有 冲天炉熔炼条件下的质量控制方法已经失去了指导意义,因而产生了本课题要研究的 问题，即通过对中频电炉熔炼锌件质量控制的研究，在特定的生产条件的原材料供应 的情况下，找到一条适应印钞造币机械零件铸件生产特点的电炉熔炼铁液的铸件质量 控制方法，保证印钞造币机械零件等件质*.本课题的主要目标就是采用现代方法理念，基于生产实践，在总结别人成功经验 的基础上，根据自身生产特点，加以试验和应用研究，通过大量生产性试验取得相应 规律，系统性地对整个中频感应熔燎生产过程进行规范，达到保证并提高铸件产品质 量的目的.(2)课题的研究意义本课题研究后，将形成规范的中频感应电炉熔炼铸铁的生产工艺，适用于印钞造 币机械零件锌件生产需要.中频电炉熔炼的质量控制，对于铸造行业来说还是个全新 的课题，缺少整体性的理论基础支持，多数传造生产企业的研究、应用都是建立在各 自企业生产特点的基础上，其经验、结论和数据统计都带有片面性，不能作为所有企 业对质量进行控制的通行依据本研究将提供一套完整的中频感应龟炉熔炼铸铁的生 产工艺，适用于印钞造币机械零件铸快件的生产.降低生产成本：降低废品率.完成本课题后，将会减少因传铁熔馀过程质控制 不好而造成的废品率，使生产成本大幅降低。提高铸造生产质量控制水平，保证产品质量的稳定性和标准性，进一步规范锌造 熔炼所用原辅材料质量控制标准.本课题研究将进一步保证产品质量的稳定性和标准 性，同时对原辅材料质置控制也形成规范并会诸实施.提高企业印钞造币机械产品质量，缩小同发达国家同类产品的质量差距，提高企 业核心竞争力.因此，本课题完成后，将产生良好的社会效益和经济效益.3籍论工程硕士学位论文L2传铁熔炼质量控制方法及国内外研究概况12.1熔煤质量控制方法粮据本人所查阅的大量资料所悉，在此以前，国内各使用中频电炉进行铸铁熔炼 的生产企业，在对于看中频感应电炉熔炼铸铁的质量控制研究上，主要是从下列几个 方面来进行的，（1）熔炼用原材料的控制对铸造企业来说，一般入厂原材料须经过取样分析，不合格原材料一般不投入使 用在生产中尽可能选用高碳、低磷、低疏、低干扰元素生铁（生铁供应商应提供做 量元素分析报告单选用纯净的中碳钢或低碳钢作为熔炼废钢，对其所含合金成分 及微量元素根据化验结果决定取舍，对能稳定珠光体的废钢成分优先选用.生铁和废 钢必须经过防除锈后使用，附着油污要经高温烘烤后才能使用.对铁合金、孕育剂力 求成分稳定，块度（粒度）合格，分类堆放，防止受潮.同时还需要注意所选原材料 应避免铸铁炉料“遗传性”带来的缺陷.（2）合理的配料在中频感电炉熔炼铸铁炉料的配料时，把理论配料（配料计算）和实践经验相结 合，掌握各种入炉金属材料的化学成分和各元素烧损与还原规律，力求做到配料化学 成分误差较小.合金元素以一次性配入为主，除Si（硅）以外其它元素在配料时取 中限。在酸性炉中为减少合金减少烧损，合金（Cr、Mo、Sn、Cu等）一般在熔清扒 渣后加入.C、Si在扒渣及孕育时可以进行补充.在对P、S含量的控制上，由于P、S主要来源于新生铁，可以通过选择炉料将P、S控制在要求范围内.对于P来说，一般要求越低越好，在质量较好的生铁中，要求其P含量小于0.06%即能达要求.对 于破来说，存在两种不同的控制方法，一部分铸造生产企业对其最低限度不作控制，只要求其越低越好;但是有的对质量要求较高的企业对破含餐的下限却有严格的控制 要求，因为恰当的含S量对于孕育效果有着较大的影响，S含过少，不利于孕育.（3）废钢加入量的控制综合各企业使用中频感应电炉后的情况，可以明确，对于灰铸铁件，在原材料配 比相同的情况下，用中频电炉熔炼出来的铁液其铸件各方面性能明显较使用冲天炉熔 炼出来的铁液催件的机械性能差这种情况有时会导致铸件大面积的缩孔缩松以及裂 纹等缺陷，严重时导致替件的报废。正因为如此，在铸造行业使用感应电炉熔炼时较 多地采用了多废钢配以增碳工艺来生产铸铁及合成铸铁,可使傅铁的韧性和强度等机 械性能均得到提升；同时采用废钢增援工艺会减轻铸件的收缩，使得件这方面的缺陷 明显减少，达到了电炉熔炼铁液的取长补短网.工程硕士学位论文中覆感应电炉燃炼修铁的质量控制与研究(4)熔炼的过程控制主要是根据中频电炉的冶金特性编制合理的熔炼工艺，从装料、温度控制及在不 同温度下加入合金、增碳剂以及出铁温度等各个操作环节严格控制，力求在最短的时 间内、以最小的合金烧损与氧化，达到控制铁水成分、稳定金相组织、提高铸件质量 的目的.对熔化过程的温度控制在熔炼过程温度控制上，从一些使用中频感应电炉熔炼铸铁企业的生产经验来 看，一般都是将熔炼过程分为三个阶段温度控制，即铁液熔尽温度控制、扒渣温度控 制和保温出铁温度制。我公司在中频感应电炉上马初期也参照了相关企业的经险进行 温度控制操作，却并没有取得较好的质Ji效果.铁液熔尽温度控制：即在取样前铁液达到全部熔化时温度，决定着合金元素的吸 收与化学成分的平衡，因此要避免高温焙化加料，避免搭棚“结壳”，否则铁液处于 沸蹄或高温状态，碳元素烧损加刷，硅元索不断在还原，铁液氧化加剧杂质增加.熔 化温度控制在13651c以下，取样温度控制在1420匕左右.取样温度低了存在铁合金 未焙化完，取的试样化学成分势必无代表性；取样温度过高，部分合金烧损或还原，还会影响到精炼期的成分调整.取样后应控制中频功率，在化学成分得出结果后恰好 进入到扒渣温度.扒渣温度控制:在何温度下扒渣是决定铁液质量的重要过程,因为它与成分稳定、孕育处理的效果有密切关系，并直接影响到保温出铁时的温度控制.如果扒渣时温度 过高会加剧铁液中石鬓晶核烧损和硅的还原，特别对酸性炉衬，理论上铁液含硅偏高 后将产生排碳作用，影响按稳定系结晶，存在着反白口的倾向1若温度过低，铁液长 时间被裸露，碳、硅烧损严重.再次调整成分时，不仅延长熔炼时间使铁液过热，而 且易使成分失控，增大铁液的过冷度，使正常结晶受到破坏，致使铁液质量下降。保温出铁温度控制：对于灰铸铁来说，为保证浇注和孕育的最佳温度，一般控制 在1520-15501C.出铁温度的高与低都会对铸铁的结晶和孕育效果带来影响，如果 温度过高，尽管炉前快速分析结果C、Si也适中，但试浇三角试块白口深度会过大或 中心出现麻口.出现此种情况即使采取措施向炉内补加碳或增大孕育量,效果也并不 理想.出铁温度控制过低，也将导致浇注时铁水温度较低，不利于铁液的脱麻、除气,而且对孕育处理的效果也会带来不利影响，而且随着温度的降低，传件冷隔缺陷、浇 不足、轮廓不清、缩孔等问题也将明显增加.增碳剂的选用及吸收情况增碳剂的选用对于增碳质量情况影响较大，一些厂家采用价格便宜的焦炭粉进行 熔炼增碳，但用量过大带来一些问题：一是烟尘大，对环境造成污染：二是铁液增破 量大，对铸件质量带来不利影响；三是增碳材料侥损大.电极碎块含碳高、破低，适 编论 工程硕士学位论文用于工领炉做增碳剂，但对于功率较大的中频感应电炉来说，由于熔炼时间较短，升 温速度快，电极碎块在短时间内很难熔解和吸收，特别是要在出铁过程中增碳时，吸 收和熔解更为困难因此大部分企业选择使用定制的增碳剂作为中频感应电炉熔炼等 铁时增碳的主要材料.在熔炼过程中，增碳剂加入铁液后需要有足够的时间进行熔解，时间长短与增碳 剂的种类、质*情况、生产工艺和铁液温度以及熔炼操作都密切相关.如果增碳剂不 能完全熔解，有可能会导致铸件石墨形态出现异常，铁水含碳量低，传件材质较差等 现象.在正常情况下，如果增碳剂加入量较大，熔炼温度要达到或超过15201C,并保 温15nin以上，基本可以保证增碳剂熔解并吸收.在熔炼过程中增碳时，很多企业在 炉料刚开始络化，看得见铁液时，分批加入增碳剂.在修化期间加入总量的90%95%的增碳剂，剩余少量在进行成分调整时加入.增碳剂的吸收情况：增碳剂的吸收率首先与增碳剂中的3(c)直接相关，3(c)量越高，灰分则越低，则吸收率越高,其次是使用方法，多数企业采用的方法 是随炉加入法，即先在炉底加入一定量的轻薄炉料，然后将增碳剂按配料需要置全部 加入.如果增碳剂先加，有时增碳剂会粘附在炉底.如果在熔炼后期加入增碳剂，有 两点不利：一是增碳剂烧损，如果炉中渣未扒净，即使是少量的炉渣也会严重影响增 碳剂的吸收，此时增碳剂将成为铁液面上的浮渣；其次是会降低生产效率，后期加入 的增碳剂吸收需要额外的时间.一些熔炼技术人员认为，选用经过高温石墨化处理过 的增碳剂并且在炉料熔炼过程中尽早加入，可使增碳剂与铁液直接接触且有充足的时 间络那孕育处理及硫化核心理论为了保证获得优质的铸件内部组织和物理性能，改善密件机械加工性能，尤其是 防止一些特殊锌件出现疏松、澹析、壁薄处出现硬区等不良现象，多数生产企业在各 自生产零件不同性能要求的基础上，使用了铁液的孕育处理工艺，孕育所使用的材料 和方式也都不尽相同.对优质的铁液配以合适的孕育剂进行孕育处理是获得高强度灰等快的有效方法.加入合适的孕育剂可细化基体组织,改善石星形态，减少白口倾向，降低断面敏感性,改善加工性能.孕育剂的孕育机理在铎造行业内目前还没有完全统一的认识.有研究 认为：孕育剂加入铁水中起脱氧作用，形成二氧化硅等大*难溶、分散度高的晶核.这些晶核的晶体结构与石星大致相同，并且晶格常数十分相近，有利于石墨的析出，易于形成灰侨铁并细化珠光体基体，提高灰铸铁的力性能；还有人认为，当孕育剂加 入铁水中，在铁水中加入了激冷质点，成分也不均匀，因此在铁水中形成强烈的浓度 起伏和温度起伏，促使形成大量石墨晶核1r.6工程硕士学位论文中镇感应电炉馀炼铸铁的质控制与研究122国内外研究概况国内外近年来对中频感应电炉熔炼的生产工艺和质量控制上先后出现一批针对 特定问题的研究，为中频电炉生产技术的发展打下较好的基础，也为各生产企业在应 用中频感应电炉生产上提供了一些较为保费的经验.秦皇岛冶金机械有限公司对中频感应电炉熔炼条件下的原材料的选择、化学成分 的确定、孕育处理工艺等进行了分析研究，确定了利用废钢生产合成得铁工艺.取得 了较好的效果，并通过炉前热分析仪快速测定碳当量CE,达到稳定生产的目的画.一些研究者提出了使用中频感应电炉熔炼灰铸铁（球铁）需要注意的事项，主要 是以感应电炉来熔炼灰脩铁（球铁），其铁液与冲天炉熔炼铁液相比过热温度高，恪 化保温时间长，极易引起脱碳同样化学成分，同样转型浇成的铸件，比冲天炉熔炼 的强度、硬度高；激冷白口倾向大】石墨长度较短，且易于产生D、E型石墨铁液的 流动性较差，收缩增大，易引起各种铸造缺陷（气孔、冷隔、缩陷、蜂窝状气孔缩松 等）.当配用废钢量大于50%时，铁液的熔化保温时间增加，上述现象更加严重日本在20世纪80年代就开始了中频感应电炉在铸铁熔炼上较大范围内的应用和 研究，而且在大量使用废钢提高铸件性能上也作出大量的试验并在取得较多的成功经 航.国外较先进的企业熔炼灰铸铁使用合金并不多，但材料强度都很好，零件的切削 加工性能也很好；而在我国，一些傍造企业在生产灰铸铁时,尽管加入了大量的合金,材料性能却和国外水平有较大的差距，其根本原因就在于我国铸造生产企业的熔炼技 术和熔炼工艺相对较为落后.国外较先进的企业无论是电炉恪炼还是冲天炉熔炼，都 大量使用废钢加增碳剂的熔炼工艺，很少使用生铁.在铁液经过增摸、增破处理，确 定了最重要的碳、硅、铉、破等成分后，材料的性能已经从根本上提高了一个档次，此时材料的收缩已经不再是主要问题，在此基础上再利用合金化提高材料的机械性能（1M2）近年来，随着对提高铁液孕育剂的效果和孕育衰退时间进行的大量研究，发现了 一些规律性的东西.并且发展了含有Sr,Ca,Ti,Zr等元素的硅基孕育剂和碳基 等较为先进的孕育剂.通过工业应用发现，在提高铸铁强度方面（CaBa-CuCr）复合孕 育剂效果好；（SlI）和（C-Si）孕育剂减少白口能力方面效果好1（Ba-I）孕育剂降 低端面敏感性最强；（Sr-I）孕育剂减少白口的同时还可减少共晶团数；N孕育剂 在冲天炉生产薄壁铸件时最有效：钢屑是用于高强度灰传铁最经济有效的孕育剂,，钢屑有强化基体和提高石墨化的双重能力.德国人GopatV.PanchathanV在1978年曾做过冲天炉，回转炉、电炉熔炼的铁 水性能对比试验,发现冲天炉熔炼的铁水传件相对强度高,使用性能好,相对便度低,7绪论工程硕七学位论文加工性能好.而电炉熔炼铁水的相对强度低.使用性能较差，相对硬度较高，加工性 能较差。回转炉居中.一些专家也认为，在生产汽车等件上，采用冲天炉熔炼铁水最 佳.这是一些生产企业在使用中频感应电炉后较为困惑的问题：配料准确了，温度控 制更精确了，为什么铁液质反而比冲天炉差了呢？一些铸造专家认为，冲天炉熔炼 过程是熔化带熔化的铁清在焦碳表面濠动中下落的，造成了铁水微观增碳的不均匀 性，故其结晶过冷度较小，结晶晶粒细化，不易产生白口，而电炉熔炼铁水是在隔绝 碳的情况下进行的，同时造成碳原子分布的均匀化，使其结晶过冷度增大，使铸件表 面白口倾向增加.据国内外统计，相对冲天炉停件其加工刀具磨损增加35%,加工工 时增加45%增加了机械加工成本题13本文研究的主要内容本文共分为七章，图1.2为本文各章的体系结构图.第一章绪论章过材制比 二炼原控配 第熔程科及章工增艺 三碳及工 第增艺破章温控 四炼的制 第熔度第五章 中频感应 电炉熔保 铁液的化 学成分选 鼻与检窝章的处铸量响 六液育对质影 第铁孕理件的第七章结论1.2论文体系结构示意图第一章宏观介绍课题来源与背景、研究内容与意义，提出本课题研究任务为研究 中频感应电炉熔炼锌铁的质控制方法，简要介绍中频电炉熔炼质量控制方法和国内 外发展现状1第二章从熔炼过程原材料控制及配比进行了研究；工程硕士学位论文中频整应电炉培嫉锌铁的庖量控制与研究第三章主要是对中频感应熔燎锌铁的增碳工艺和增琉工艺进行研究I第四章对熔蕉的温度控制进行了研究；第五章是对中频感应电炉修炼铁液的化学成分选择与检测进行了分析与讨论，第六章是分析了铁液的孕育处理对锌件质量的影响；第七章是总结与展望，对本文所做工作进行了归纳总结，提出了研究存在的不足 和下一步研究打算.9馆蕉过程原材II控制及配比研究工程硕士学位论文2络炼过程原材料控制及配比研究2.1 原材料的控制这里说的原材料指的是熔炼用新铁、旧铁、废钢及硅铁、铸铁等合金，还有增碳 剂等熔炼用非金属材料.因为这些熔馀原材料自身的质量情不一，因此，对熔炼的铁 水质!会带来一些影响过去我们一直坚持只要化学成分符合规范要求就应该能够获 得符合标准机械性能材料的观点，而实际上这种观点所看到的只是常规化学成分，而 忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用，如生铁中的Ti、废钢中的Sb、Cr 等等，对材料机械性能产生很大的影响，因此须加强原材料的控制研究.2.1.1 主要原材料品质控制经我在长时间的生产试验过程中总结，新铁、回炉铁、废钢对于熔炼质量的影响 主要反映在几个方面：其一、是新铁、回炉铁、废钢的主要化学成分对熔炼的铁水质的影响，主要是 对原铁水的化学成分有较大影响,也是直接影响到配料所设置的目标原铁水化学成分 能否精准的关键因素因此，在条件许可的情况下，尽可能使用优质新铁、化学成分 相对单一的废钢和洁净回炉铁，对新铁、回炉铁及废钢的化学成分必须要准确掌握，否则很难做到精准配料.其二、新铁的品质对熔炼质量的影响.首先是当新铁中的石墨片较粗大时，给烙 炼带来困难，会造成石墨遗传现象，将直接影响铸件的机械性能.其次，由于生铁的 品质不同，生铁中的气体、非金属夹杂物及有害微量元素不同会造成铸铁不同的遗传 性.特别是其中含有微量杂质元素对等铁的组织和性能有着本质的影响,如微量元素 铅、锯、脚、碓等能使铸铁中的石墨改变形状与分布.在正常的生产中一般很少会对 微量元素进行化学分析和控制，所以也不容易发现有害的微量元素，只有当其造成较 为严重的后果时才有可能被除注意到.表2.1是对本溪生铁和本地生铁所测的化学成分对比，从表中可以看出，本地生 铁的钳、碑、钛等其他杂质的总含量超出本溪生铁较多，而且用这种品质较低本地生 铁配制的脩铁，在碳当量相近的情况下，虽然其强度和用品质较高的本溪生铁配制的 铸铁强度相当，但铸铁的质量指标(Qi)明显低于用本溪生铁配制的锌铁.本地生铁 中磷及合金元素含置较高，由于磷在奥氏体中的溶解度很小，得铁凝固时，磷基本上 都留在液相中刖共晶凝固快结束时，共晶团之间剩余液相的成分接近三元共晶成分,工程硕士学位论文中频解应电炉爆像铸铁的质It控制与研究表2.1本澳生铁和本地生铁的化学成分对比(%)材料CSiMnPSPbAsCrVTiAL本溪生铁4.401.480.490.0630.0470.0010.00460.020.0120.04 0.005本地 生铁4.301.530.550.1510.0360.010.0560.100.050.140.010该液相约在9554c凝固，此时钛、脚、铝、钳、珞和机等元素都偏析于富磷的液相中,使磷共晶的量明显增多.璘共晶液体在凝固长大的共晶团周围呈糊状，使凝固收缩很 难得到补充，因而经常会导致铸件出现缩松的倾向加大.新铁的品质对灰瞥铁加工性能也有着较大的影响.在相同的生产工艺下，只要学 育良好，本地生铁对珠光体形成和薄位白口的产生影响不是很大，但如果生铁含磷较 高，则易形成较多的二元和三元磷共晶，磷共晶显微硬度高达800950HV.另外，本地生铁合金元素含量也偏高，会产生大高熔点、高硬度的碳化物、氧化物和鬣化 物,并存在于石墨晶核内，形成晶内硬相，对机床加工刀具的磨损产生较大影响.新铁的品质对铸件的金相组织、硬度和力学性能也有着较大的影响.在相同炉料 配方，并保证产品中碳、硅、链成分基本相同的情况下，用两种生铁生产相同的铸件,产品金相组织、硬度和力学性能结果相差也较大皿.表2.2所示为在生产中用本地生 铁和本溪生铁熔炼灰停铁的试验对比情况(试验采用40%新铁、40%新铁及20%的回炉 铁，利用5吨中频感应电炉进行熔化，熔炼最高温度15301C,经孕育处理后浇附传 试棒进行性能窝试)，从表中可以看出，用本地生铁所得灰铸铁机械加工性能明显降 低.表2.2本地生铁和本溪生铁灰钝铁试验对比表生铁种类石墨形态石星长 度珠光体(%)磷共晶(%)布氏硬度(HB)渗碳体(%)抗拉强度(MPa)本地生铁A56级95-981.0-1.5185-2010225-246本溪生铁A4级80-90 Cu、Sn、Mo等促进珠光体生成元素，这些元素含量会直接影响基体中珠光体的含量，同时由于这些合金元素的加入，在一 定程度上细化了基体内的石墨，使基体中铁索体的量减少，同时细化了珠光体，而且 其中的铁素体由于有一定置的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性 能.表2.3列出了合金元素在铸铁中的作用闻，在生产中，为保证中频感应电炉熔炼 铁液的质量，应根据铸件材质(W.QT)及性能的具体要求，有目的地加入对等件性 能有益的元素，并尽可能地减少不利元素进入铁水.表2.3低合金元素在灰得铁中的作用目的合金元素及效果提高强度便 度*),V最有效，Cr次之，均常Cu、Ni与合用，以抵消形成碳化物的倾向，效果如下：合金元素NiCuMnCrMoV最大使用量(%)3.001.50决定于s0.501.000.35加入1%强度增加 率101010204045激冷倾向弱或无弱或无弱强中强很强注：停铁成分(%)：C 3.0,Si 2.0,Mn 0.7改善韧度、S 性铜最有效，铜次之.铜铜结合或用集结合，更有效,效果如下(030ml 锌态试棒)合金元素加入量()文氏冲击吸收功(J)塑性增加(%)Mo 0.4738.823.0Cu 1.8036.917.1Mo 0.54+Cu 0.655680Mo 0.54+Ni 0.6653.369.0工程硕士学位论文中镇,应电炉燃蕉铸铁的质量控制与研究2.13微量元素控制注，铸铁成分(%)：C 3.30,Si 2.00,Mn 0.93,P 0.11.S 0.03.艾氏冲击 吸收功3L6J改善断面敏 感性、大断面 性能均匀性铝最有效，帆、福、铜、镶次之.锅、铝结合，效果最好；铝、钮、银结 合，效果亦好.如Mo 0.5%,可使。75100mm试棒断面中心和边缘的硬 度差仅为10HB左右.提高耐磨性Mn,Cr,Cu,Mo,Ni,P,V 等提高耐蚀性Cr,Cu,Ni,P,Si 等改善高 温性能高温性能抗蠕变性珠光体稔定性抗氧化性抗热疲劳 性常用 元素MoCr,V,Mo,Sn CuNi,Cr,V,Mo,Si,Al,SnMo,V,Cr灰铸铁中，除碳、硅、隹、磷、破五大常规元素及附加的合金元素外，往往从各 种渠道带进一些伴生的微量元素。有的对灰铸铁性能有极大的害处，在生产中应检查 并控制其含*。以往我们在熔炼过程中只注意常规五大元素对铸铁材质的影响，而对 其它一些微量元素的作用仅仅只是一个定性的认识,却很少对他们进行定量的分析讨一“论，近年来，由于铸造技术的进步，熔炼设备也在不断的更新，冲天炉熔炼铸铁的生 产方式已逐渐被中频感应电炉熔炼所代替.尽管电炉络煤固然有其冲天炉不可比拟的 优点，但电炉熔炼也丧失了冲天炉熔炼的一些优点，这样一些微量元素对铸铁的影响 也就反映出来.由于冲天炉内的冶金反应非常强烈，炉料是处于氧化性很强的气氛中，绝大部分微量元素都被氧化，随炉渣一起排出，只有一少部分会残留在铁水中，因此 一些对铸件有不利影响的微量元素通过冲天炉的冶金过程后，一般不会对铸铁形成不 利影响|好8.而中频感应电炉则不然，微量元素的烧损率较小，有可能会对铸件质量 产生较大的影响.由于微量元素累积到一定程度会使铸铁产生不良的石墨组织并影响基体组织，有 时候产生的影响是致命的，因此有必要了解各种微量元素在铁水中的作用和特点表 2.4是参照了相关研究总结的部分微量元素在铸铁中的作用分析表.可以看出，微量 元素的影响可分为三个方面，一是对石墨形态的影响，如钳会严重恶化石墨形态；二 是对基体组织的影响，如钮会促进产生大量的索氏体，恶化机械加工性能；三是对夹 杂物的影响，如钛可形成钛化物颗粒，形成硬质点，同样也对切削性能产生影响，有 时也会造成局部加工不动现象.因此,有必要根据微量元素在铁液中的作用加以控制.嬉嫁过程原材料控制及配比研究工程修土学位论文*2.4微量元素在铸铁中的作用分析表Sn(锡)锡含量在小于0.26%时，可提高铸铁的强度，但更急剧提高铸铁的硬 度和便化度，所以明显降低铸铁的品质系数.当锌铁中锡含量超过 0.1%,铸铁的品质系数下降到10以下.同时锡也可促进过冷石墨和 网状碳化物的析出.P