排污泵鑄件熔煉對(duì)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(dòng)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(duì)鑄件的機(jī)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(qiáng)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(jī)械制造科學(xué)的發(fā)展，對(duì)鑄鐵提出薄壁、高強(qiáng)度的要求，鑄件的最小壁厚由過(guò)去4~
排污泵鑄件對(duì)鐵液質(zhì)量的基本要求
1．出爐溫度
不同牌號(hào)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(shí)，配料計(jì)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(guò)程中元素的變化和爐料的實(shí)際情況，計(jì)算出各種金屬爐料的配合比例。
各種牌號(hào)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(guò)程中元素的變化為：Si –15%、Mn –20%、S +50%。
其配料計(jì)算如下：
（1）計(jì)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(guò)程中變化不大，P爐料=P鐵水<0.25%
綜合上列計(jì)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(jì)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(jì) |
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(jì)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(jì)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(guò)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(lái)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(shí)，有利于降低鐵液含硫量；溫度提高時(shí)，鐵液在熔煉過(guò)程中增硫量減少；爐氣氧化性強(qiáng)時(shí)，渣中FeO含量增高，不利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。適當(dāng)提高焦鐵比，減小送風(fēng)強(qiáng)度，有利于脫硫。但當(dāng)生產(chǎn)球墨鑄鐵件時(shí)，除了用熱風(fēng)沖天爐進(jìn)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(diǎn)是盡量擴(kuò)大脫硫劑與鐵液之間的接觸面積，以加強(qiáng)脫硫效果。常用方法有：利用電石脫硫的搖動(dòng)包脫硫法、噴射脫硫法、機(jī)械脫硫法、機(jī)械攪拌脫硫法和多空塞脫硫法等。
2）脫磷 磷對(duì)鑄鐵的機(jī)械性能，特別是對(duì)球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵的韌性有害，因此要嚴(yán)格控制鑄鐵的含磷量。沖天爐熔煉的脫磷能力很弱。因此對(duì)鐵液的含磷量只能通過(guò)配料來(lái)控制。應(yīng)采用一定比例的低磷生鐵和廢鋼進(jìn)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(guò)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(diǎn)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(shí)，可加入一些螢石（CaF2），以降低爐渣熔點(diǎn)。
9.3 鑄鐵的熔煉方法及其特點(diǎn)
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(chǔ)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(guò)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(guò)鼓風(fēng)，使底焦強(qiáng)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(diǎn)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(lái)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(jiǎn)單，大小工廠皆可采用。但沖天爐也存在一定的缺點(diǎn)，主要是由于鐵液直接與焦炭接觸，故在熔煉過(guò)程中會(huì)發(fā)生鐵液增碳和增硫的過(guò)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(duì)鐵液過(guò)熱能力強(qiáng)及化學(xué)成分控制容易的優(yōu)點(diǎn)。
圖4 沖天爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)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(wú)芯式兩種，在無(wú)芯式感應(yīng)電爐中，坩堝內(nèi)的鐵料在交變磁場(chǎng)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(guò)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(chǎng)使溝槽內(nèi)的鐵液過(guò)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(wú)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(guò)熱已熔化的鐵液，但在過(guò)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(diǎn)及其應(yīng)用與沖天爐熔煉相比，感應(yīng)電爐熔煉的優(yōu)點(diǎn)是熔煉過(guò)程中不會(huì)有增碳和增硫現(xiàn)象，而且熔煉過(guò)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(diǎn)是電能耗費(fèi)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(wú)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(duì)過(guò)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(lái)熔化鐵料和使鐵液進(jìn)行過(guò)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(guò)程中，當(dāng)鐵料熔清后，進(jìn)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(jìn)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(diǎn)及其應(yīng)用電弧爐熔煉的優(yōu)點(diǎn)是熔化固體爐料的能力強(qiáng)，而且鐵液是在熔渣覆蓋條件下進(jìn)行過(guò)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(diǎn)是耗電能多，從熔化的角度看不如沖天爐經(jīng)濟(jì)，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。
