中频感应电炉熔炼铸铁的质量控制与研究-学位论文.pdf
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1、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
2、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
3、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 f
4、requency 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 mel
5、ting 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 in
6、duction 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 ser
7、ies 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 inoculat
8、ion.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 contr
9、ol 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 t
10、he 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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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、
24、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
25、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
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