排污泵鑄件熔煉對保證鑄件質(zhì)量的重要性
熔煉鐵液是生產(chǎn)鑄鐵件的重要環(huán)節(jié)。鑄件質(zhì)量包括內(nèi)在質(zhì)量、外觀質(zhì)量以及是否形成缺陷等，這些都與鐵液方面因素有直接的關(guān)系。如鐵液的流動性、薄壁和結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件的成型性以及冷隔缺陷等受鐵液溫度的影響，而熔煉的鐵液化學(xué)成分是否符合要求，則對鑄件的機械性能有直接的影響。鐵液中的氣體和非金屬夾雜物含量不僅影響鑄鐵的強度和鑄件的致密度，而且還與鑄件形成氣孔、裂紋等缺陷有關(guān)。隨著機械制造科學(xué)的發(fā)展，對鑄鐵提出薄壁、高強度的要求，鑄件的最小壁厚由過去4~
排污泵鑄件對鐵液質(zhì)量的基本要求
1．出爐溫度
不同牌號灰鑄鐵件的澆注溫度范圍大致為1330
2．化學(xué)成分
熔煉得到的鐵液化學(xué)成分需要滿足鑄件的規(guī)格要求。
用沖天爐熔煉時，配料計算是保證鐵水化學(xué)成分合乎要求的首要環(huán)節(jié)。即根據(jù)鐵水化學(xué)成分的要求，考慮沖天爐在熔煉過程中元素的變化和爐料的實際情況，計算出各種金屬爐料的配合比例。
各種牌號鑄鐵要求的化學(xué)成分隨鑄件壁厚和鑄造方法而異。例如，HT20-40鑄鐵的化學(xué)成分范圍為：C3.3-3.5%、Si1.5-2.0%、Mn0.5-0.8%、S<0.12%、P<0.25%。用于配置HT20-40的金屬料平均成分如表3。
表3 配置HT20-40的金屬料平均成分
爐料名稱 |
化學(xué)成分 % |
||||
C |
Si |
Mn |
P |
S |
|
Z15生鐵 |
4.19 |
1.56 |
0.76 |
0.04 |
0.036 |
回爐料 |
3.28 |
1.88 |
0.66 |
0.07 |
0.098 |
廢鋼 |
0.15 |
0.35 |
0.50 |
0.05 |
0.05 |
所用鐵合金為含硅45%硅鐵，含錳75%的錳鐵。
排污泵鑄件熔煉過程中元素的變化為：Si –15%、Mn –20%、S +50%。
其配料計算如下：
（1）計算爐料中各元素的變化
a) 爐料含碳量: C鐵水% = 1.8% + 0.5 C爐料%
已知鐵水所需的平均含碳量為3.4%，按上式算得 C爐料%=3.2%；
b) 爐料含硅量: 已知鐵水所需的平均含硅量1.75%，硅的熔煉燒損為15%，則
Si爐料=1.75/（1-0.15）=2.06%；
c) 爐料含錳量 已知Mn鐵水=0.65%，熔煉燒損20%，故Mn爐料=0.65/（1-0.20）=0.81%；
d) 爐料含硫量 已知S鐵水=0.12%，增硫50%，則：S爐料=0.12/（1+0.5）=0.08%；
e) 爐料含磷量 磷在熔煉過程中變化不大，P爐料=P鐵水<0.25%
綜合上列計算結(jié)果，所需配置的爐料平均化學(xué)成分為：
C爐料3.2%、Si爐料2.06%、Mn爐料0.81%、S爐料<0.08%、P爐料<0.25%
（2）初步確定爐料配比
a) 回爐料的配比:主要取決于廢品率和成品率，它隨具體生產(chǎn)情況而變化。此處取20%。
b) 新生鐵和廢鋼配比:設(shè)新生鐵為χ%，則廢鋼為80%-χ%。按爐料所需含碳量為3.2%，新生鐵、廢鋼、
回爐料的含碳量各為4.19%、0.15%、3.28%，可列出下式：
4.19χ+0.15（80-χ）+3.2820=3.2100
得出χ=60.0%。故鐵料配比為：Z15生鐵60%、廢鋼20%、回爐料20%。
（3）然后按上述配比及各種爐料的成分，計算配合后的爐料成分如表4。
表4 爐料成分
爐料名稱 |
配比% |
C% |
Si% |
Mn% |
S% |
P% |
|||||
成分 |
數(shù)量 |
成分 |
數(shù)量 |
成分 |
數(shù)量 |
成分 |
數(shù)量 |
成分 |
數(shù)量 |
||
Z15生鐵 |
60 |
4.19 |
2.51 |
1.56 |
0.94 |
0.76 |
0.46 |
0.036 |
0.022 |
0.04 |
0.024 |
回爐料 |
20 |
3.28 |
0.66 |
1.88 |
0.38 |
0.66 |
0.13 |
0.098 |
0.020 |
0.07 |
0.014 |
廢鋼 |
20 |
0.15 |
0.03 |
0.35 |
0.07 |
0.50 |
0.10 |
0.050 |
0.010 |
0.05 |
0.010 |
合計 |
100 |
|
3.20 |
|
1.39 |
|
0.69 |
|
0.052 |
|
0.048 |
要求成分 |
|
|
3.20 |
|
2.06 |
|
0.81 |
|
<0.08 |
|
<0.25 |
差額 |
|
|
0.00 |
|
0.67 |
|
0.12 |
|
合格 |
|
合格 |
（4）計算鐵合金加入量
a) 硅鐵加入量 今缺硅量0.67%，亦即每100公斤爐料需加硅0.67公斤。所用硅鐵含硅量為45%，故每100公斤爐料需加硅鐵量為0.67/0.45=1.5公斤
b) 錳鐵加入量 同上法計算，每100公斤爐料需加入含錳75%的錳鐵為：0.12/0.75=0.16公斤。
（5）制定配料單
根據(jù)配比和層鐵量，確定每批爐料中各種爐料的重量，寫出配料單。設(shè)已知層鐵500公斤，可算得每批鐵料的組成為：生鐵：50060%=300公斤、廢鋼：50020%=100公斤、回爐料：50020%=100公斤、45%硅鐵：5001.5%=7.5公斤、75%錳鐵：5000.16%=0.8公斤。
3．有害成分
鑄鐵熔煉過程中，必須將有害的元素成分（磷、硫以及其它干擾鑄鐵正常結(jié)晶和組織控制的微量元素等），控制在限量以下。
1）脫硫 沖天爐熔煉中鐵液中硫的來源，一是爐料中固有的硫，二是從焦碳中吸收的硫。酸性沖天爐不具有脫硫能力，堿性沖天爐能在一定程度上起到脫硫的作用。
爐渣堿度在一定范圍內(nèi)提高時，有利于降低鐵液含硫量；溫度提高時，鐵液在熔煉過程中增硫量減少；爐氣氧化性強時，渣中FeO含量增高，不利于脫硫反應(yīng)的進行。適當(dāng)提高焦鐵比，減小送風(fēng)強度，有利于脫硫。但當(dāng)生產(chǎn)球墨鑄鐵件時，除了用熱風(fēng)沖天爐進行爐內(nèi)脫硫外，還常采用爐外脫硫的措施。爐外脫硫的基本要點是盡量擴大脫硫劑與鐵液之間的接觸面積，以加強脫硫效果。常用方法有：利用電石脫硫的搖動包脫硫法、噴射脫硫法、機械脫硫法、機械攪拌脫硫法和多空塞脫硫法等。
2）脫磷 磷對鑄鐵的機械性能，特別是對球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵的韌性有害，因此要嚴格控制鑄鐵的含磷量。沖天爐熔煉的脫磷能力很弱。因此對鐵液的含磷量只能通過配料來控制。應(yīng)采用一定比例的低磷生鐵和廢鋼進行配料。
4．鐵液純凈，含有的渣、氣體、夾雜物量少。
為了將沖天爐熔煉中形成的夾雜物從鐵液中去除，常在熔煉過程中按照爐料重量，加入一定量的石灰石CaCO3 作為溶劑。石灰石在高溫下分解，與泥沙、灰分等化合形成低熔點的復(fù)雜化合物——熔渣。熔渣易于與鐵液分離便于去除。當(dāng)熔渣粘度高時，可加入一些螢石（CaF2），以降低爐渣熔點。
9.3 鑄鐵的熔煉方法及其特點
排污泵鑄件 熔煉鑄鐵的方法依照所用的熔爐設(shè)備而分為沖天爐熔煉，感應(yīng)電爐熔煉，電孤爐熔煉，反射爐熔煉，以及由某些方法的聯(lián)合，如沖天爐一電孤爐、沖天爐一感應(yīng)電爐雙聯(lián)法等。
1．沖天爐熔煉法
（1）沖天爐構(gòu)造沖天爐的基本構(gòu)造示如圖4。爐身、風(fēng)箱及煙道等用鋼板焊成。爐身內(nèi)部通常砌以耐火磚層，以便抵御焦碳燃燒產(chǎn)生的高溫作用。為了儲存鐵液，多數(shù)沖天爐都配有前爐。
（2）沖天爐熔煉原理在熔煉過程中，爐身的下部裝滿焦碳，稱為底焦。在底焦的上面交替裝有一批批的鐵料（生鐵、廢鋼、回爐料、鐵合金等）、焦碳及熔劑（石灰石、螢石等）。通過鼓風(fēng)，使底焦強烈燃燒，產(chǎn)生的高溫爐氣沿爐身高度方向上升，使其上面一層鐵料熔化。
（3）沖天爐熔煉的優(yōu)缺點及其應(yīng)用沖天爐是最普遍應(yīng)用的鑄鐵熔煉設(shè)備。它用焦炭作燃料，焦炭燃燒產(chǎn)生的熱量直接用來熔化爐料和提高鐵液溫度，在能量消耗方面比電孤爐和其它熔爐節(jié)省。而且設(shè)備比較簡單，大小工廠皆可采用。但沖天爐也存在一定的缺點，主要是由于鐵液直接與焦炭接觸，故在熔煉過程中會發(fā)生鐵液增碳和增硫的過程。
采用了沖天爐一電孤爐雙聯(lián)熔煉法或沖天爐一感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉法，以充分利用沖天爐熔化效率較高、電孤爐和感應(yīng)電爐對鐵液過熱能力強及化學(xué)成分控制容易的優(yōu)點。
圖4 沖天爐結(jié)構(gòu)簡圖
2．感應(yīng)電爐熔煉
（1）感應(yīng)電爐構(gòu)造及工作原理感應(yīng)電爐是利用電流感應(yīng)產(chǎn)生熱量來加熱和熔化鐵料的熔爐。爐子的構(gòu)造分為有芯式（圖5）和無芯式兩種，在無芯式感應(yīng)電爐中，坩堝內(nèi)的鐵料在交變磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，并因此產(chǎn)生熱量，而將其自身熔化和使鐵液過程熱。在有芯式感應(yīng)電爐中，需要加入用其它熔爐（如沖天爐）熔化的鐵液，在環(huán)形鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的交變磁場使溝槽內(nèi)的鐵液過程，并利用溝槽中鐵液與其上面熔池中的鐵液循環(huán)作用而加熱全部鐵液。無芯式感應(yīng)電爐具有熔化固體爐料的能力，而有芯感應(yīng)電爐只能過熱已熔化的鐵液，但在過熱鐵液的電能消耗方面，則以有芯感應(yīng)電爐更為節(jié)省。
圖5 有芯感應(yīng)電爐爐體部分構(gòu)造圖（容量20t）
1—感應(yīng)線圈 2—軛鐵 3—耐火材料 4—鐵液 5—熔渣
（2）感應(yīng)電爐熔煉的優(yōu)缺點及其應(yīng)用與沖天爐熔煉相比，感應(yīng)電爐熔煉的優(yōu)點是熔煉過程中不會有增碳和增硫現(xiàn)象，而且熔煉過程可以造渣覆蓋鐵液，在一定程度上能防止鐵液中硅、錳及合金元素的氧化，并減少鐵液從爐氣中吸收氣體，從而使鐵液比較純凈。這種熔煉方法的缺點是電能耗費大。
感應(yīng)電爐適用于熔煉高質(zhì)量灰鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵等。無芯感應(yīng)電爐能夠直接熔化固體爐料，而且開爐及停爐比較方便，適合于間斷性生產(chǎn)條件。有芯感應(yīng)電爐開爐及停爐不便，適合于連續(xù)性生產(chǎn)。這種爐子熔化固體爐料的熱效率低，而對過熱鐵液的熱效率高，故適于與沖天爐配合使用。目前這兩種形式的感應(yīng)電爐在鑄鐵生產(chǎn)上都得到應(yīng)用。
3．電弧爐熔煉
（1）電弧爐構(gòu)造及工作原理電弧爐熔煉是利用石墨電極與鐵料（鐵液）之間產(chǎn)生電弧所發(fā)生的熱量來熔化鐵料和使鐵液進行過熱的。生產(chǎn)上普遍使用的是三相電弧爐，其爐體部分的構(gòu)造示于圖6。在電弧爐熔煉過程中，當(dāng)鐵料熔清后，進一步地提高溫度及調(diào)整化學(xué)成分的冶煉操作是在熔渣覆蓋鐵液的條件下進行。電弧爐依照爐渣和爐襯耐火材料的性質(zhì)而分為酸性和堿性兩種。堿性電弧爐具有脫硫和脫磷的能力。
（2）弧爐熔煉的優(yōu)缺點及其應(yīng)用電弧爐熔煉的優(yōu)點是熔化固體爐料的能力強，而且鐵液是在熔渣覆蓋條件下進行過熱和調(diào)整化學(xué)成分的，故在一定程度上能避免鐵液吸氣和元素的氧化。這為熔煉低碳鑄鐵和合金鑄鐵創(chuàng)造了良好的條件。電弧爐的缺點是耗電能多，從熔化的角度看不如沖天爐經(jīng)濟，故鑄鐵生產(chǎn)上常采用沖天一電弧爐雙聯(lián)法熔煉。由于堿性電弧爐襯耐急冷急熱性差，在間歇式熔煉條件下，爐襯壽命短，導(dǎo)致熔煉成本高，故多采用酸性電弧爐與沖天爐相配合。
