球铁QT500-7熔炼课程设计

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

课程设计

铸造合金及其熔炼

学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名：

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指导教师：

2013年1月

目 录

目 录........................................................... Ⅰ 第一章 引 言.................................................... 1 1.1 课题的目的和意义............................................ 1 第二章 零件的原始要求........................................... 2 2.1 零件铸造要求................................................ 2 2.2 结构........................................................ 2 2.3 技术要求.................................................... 2 2.4 铸件材料.................................................... 3 第三章 化学成分的选定........................................... 3 3.1 基本元素的选定及作用........................................ 3 3.1.1 碳作用及选定............................................. 3 3.1.2 硅作用及选定............................................. 3 3.1.3 锰作用及选定............................................. 4 3.1.4 磷作用及选定............................................. 4 3.1.5 硫作用及选定............................................. 4 3.2 炉料的选择.................................................. 4 3.2.1 各炉料的化学成分......................................... 4 3.2.2 常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率....................... 5 3.2.3 炉前添加合金元素的回收率................................. 5 3.3 配料计算.................................................... 5 3.3.1 计算炉料中各元素应有的含量............................... 5 3.3.2 初步确定炉料配比......................................... 6 3.3.3 确定配比并计算铁合金补加量............................... 6 3.3.4 核算硫、磷是否在要求范围之内............................. 7 3.3.5 根据以上计算，写出配料单，确定配料比..................... 8 第四章 选用高炉................................................ 8 4.1 冲天炉的基本结构及作用...................................... 8

4.1.1 炉底与炉基............................................... 8 4.1.2 炉体与前炉............................................... 8 4.1.3 烟囱与除尘装置........................................... 9 4.1.4 送风系统................................................. 9 4.1.5 热风装置................................................. 9 4.1.6 风机..................................................... 9 4.2 冲天炉的尺寸................................................ 9 4.2.1 冲天炉内径............................................... 9 4.2.2 冲天炉的高度............................................. 9 4.2.3 冲天炉送风系统........................................... 10 4.2.4 前炉、过桥、出铁口及出渣口............................... 11 4.2.5 冲天炉烟囱和加料口的基本尺寸............................. 12 4.2.6 火花捕集器的原理结构和基本尺寸........................... 13 4.3 冲天炉影响铁液温度的影响因素................................ 14 4.3.1 焦炭对冲天炉铁液温度的影响............................... 14 4.3.2 送风对冲天炉铁液温度的影响............................... 14 4.3.4 金属炉料对冲天炉铁液温度的影响........................... 15 4.3.5 熔炼操作参数对冲天炉铁液温度的影响....................... 15 4.3.6 冲天炉结构参数对铁液温度的影响........................... 15 4.4 冲天炉强化熔炼的主要措施.................................... 16 4.4.1 预热送风................................................. 16 4.4.2 富氧送风................................................. 16 4.4.3 除湿送风................................................. 16 第五章 确定熔炼工艺过程......................................... 16 5.1 制定主要工艺参数............................................ 16 5.1.1 合理的送风强度........................................... 16 5.1.2 合理的熔化强度 .......................................... 17 5.1.3 合理的底焦高废........................................... 17 5.2 熔炼前的准备................................................ 17

5.2.1新原材料的试用 ........................................... 17 5.2.2 熔铁顺序的安排........................................... 17 5.3 炉前质量的控制.............................................. 18 5.3.1 根据铁水火花判断铁水质量................................. 18 5.3.2 根据三角试片判断铁水质量................................. 18 5.3.3 根据炉渣的颜色判断铁水质量............................... 18 5.3.4 打炉前料住高度的判断..................................... 18 5.4 冲天炉熔炼操作.............................................. 19 5.4.1 修炉..................................................... 19 5.4.2 点火..................................................... 19 5.4.3 装料..................................................... 19 5.4.4 鼓风熔炼................................................. 19 5.4.5 停风打炉................................................. 20 5.5冲天炉判断、常见故障排除 .................................... 20 5.6 各种特殊处理................................................ 22 5.6.1球化处理 ................................................. 22 5.6.2孕育处理 ................................................. 23参考文献..................................................................................................................

24 第一章 引 言

1.1 课题的背景和意义

球墨铸铁是一种广泛应用于各工业部门的重要结构材料，它的出现使铸铁材料的性能发生了质的飞跃，因此在国内外发展都很快，许多方面已取代了锻钢、铸钢及可锻铸铁的应用，成为产量仅次于灰铸铁的铸造合金材料。以往球铁均需通过各种不同的热处理手段方能达到相应的牌号要求，从而耗费能源、污染环境、增加成本、延长生产周期、加重工人劳动强度，因此生产铸态球铁便成为近年来国内外球铁生产方面的一个重要发展方向。据数据统计，我国用于灰铸铁件热时效的能耗每吨铸件为40～100kg标准煤，而用于球墨铸铁件退火、正火的能耗每吨铸件为100～180kg标准煤。我国球墨铸铁件中高韧性铁素体球铁和高强度珠光体球铁占有很大的比重，通常是采用退火、正火处理。采用铸态球墨铸铁生产技术省去了退火、正火处理工序，节约能源，避免了因高温处理而带来的铸件变形、氧化等缺陷。所以，推广应用铸态球墨铸铁生产技术，对于铸造行业的节能降耗减少排放，以及提高经济效益都具有非常重要的意义。

第二章 零件的原始要求

2.1 零件铸造要求：

名称 滑动座 牌号 QT500-7 质量 (kg) 173 出品率 (%) 70 毛重 (kg) 247.1 产量 (件) 总耗铁量(kg) 2.2 结构如图1-1、1-2、1-3、1-4

图1-1

图1-2 图1-3

2.3 技术要求：

2.3.1 球墨铸铁符合标准GB/T1348-2009，必须保证机械性能； 2.3.2 球化等级需达4级以上；

2.3.3 凡有加工符号的表面需留有加工余量； 2.3.4 呋喃树脂砂造型；

2.3.5 铸造不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷；

2.3.6 未铸造圆角为R10-R15； 2.3.7 铸造后经退火或时效处理；

2.3.8 铸造公差等级ISO 8062 CT12级； 2.3.9 去毛刺，锐边锐角倒钝。

2.4 铸件材料：球铁

第三章 化学成分的选定

选择适当化学成分是保证铸铁得良好的组织状态和高性能的基本条件，化学成分的选择要有利于石墨的球化和获得满意的基体，以期获得所要求的性能，又能使铸件有良好的铸造性能。

3.1 基本元素的选定及作用

3.1.1 碳作用及选定

由于球状石墨对基体的削弱作用很小，故球墨铸铁中石墨数量的多少，对力学性能的影响不显著，当含碳量在3.2%~3.9%范围内变化时，对力学性能无明显的影响。所以确定碳含量时，主要从保证铸造性能考虑，为此将碳当量选择在共晶成分左右。具有共晶成分的铁液的流动性能最好，形成集中缩孔的倾向大，铸件组织的致密度高。当碳当量过低时，铸件易产生缩松和裂纹。但碳当量过高时，容易产生石墨漂浮的同时，一定程度上对球化有影响，其结果是使铸铁中夹杂物的数量增多，降低铸铁性能，而且污染工作环境。因此应控制含碳量在C3.5%~3.9%。

3.1.2 硅作用及选定

球墨铸铁中使铁素体增加的作用比灰铸铁大，所以硅含量的高低，直接影响球墨铸铁基体中的铁素体量。硅在球墨铸铁中对性能的影响很大，主要表现在硅对基体的固溶强化作用的同时，硅能细化石墨，提高石墨球的圆整度。所以球铁中的硅含量的提高，很大程度上提高强度指标，但硅又降低铸铁的韧性。球墨铸铁经过球化处理过的铁液有较大的结晶过冷和形成白口向，硅能够减少这种倾向。是硅量控制过高，大断面球铁中促使碎块状石墨的生成，降低铸件的力学性能。硅含量时，应按照高碳低硅的原则，一般当含碳量为C3.5%~3.8%时硅含量控制在Si1.5%~2.0%。

3.1.3 锰作用及选定

锰在球墨铸铁中起的作用与灰铸铁不同。灰铸铁中，锰除了强化铁素体和稳定珠光体外，还能减少硫的危害作用。球墨铸铁中，球化元素具有很强的脱硫能力，锰不再具有这种作用。由于锰具有严重的正偏析倾向，往往富集于共晶团晶界处，促使形成晶间碳化物，显著降低球墨铸铁的韧性。对含锰量的控制，依对基体的要求和铸件是否进行热处理而定。对于铸态铁素体球墨铸铁，通常控制在Mn0.3%~0.4%，对于热处状态铁素体球墨铸铁，可控制Mn<0.5%，对于珠光体球墨铸铁，可控制在Mn0.4%~0.8%。在球墨铸铁中，锰的偏析程度实际上受石墨球数量及大小的支配，如果把石墨球控制的较多，则可放宽对锰量的限制。因此锰含量可控制在Mn0.3%~0.8%。

3.1.4 磷作用及选定

磷在球墨铸铁中有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重降低球墨铸铁的韧性。磷还增大球墨铸铁的缩松倾向。当要求球墨铸铁有高的韧性时，磷的含量应严格控制，因此磷含量为P<0.08%。

3.1.5 硫作用及选定

球墨铸铁中的硫与球化元素有很强的化合能力，生成硫化物和硫氧化物，不仅消耗球化剂，造成球化不稳定，而且还使夹杂物数量增多，导致铸件缺陷，此外，还会使球化衰退速度加快，因此在球化处理之前应对原铁液的含硫量加以控制。熔炼中硫涉入从增碳剂中，过程控制尽可能降低原材料中硫含量的同时，采取炉前脱硫措施。因此控制硫含量为S<0.08%。

3.2 炉料的选择

3.2.1 各炉料的化学成分如表3-1

表3-1 各炉料成分

炉料 新生铁 回炉铁 废钢 硅铁 锰铁 化学成分（质量分数）（%） C 4.10 3.60 0.2 Si 0.80 2.22 0.36 75.00 Mn 0.60 0.62 0.64 68.20 P 0.08 0.09 0.05 S 0.03 0.03 0.03

3.2.2 常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率如表3-2

表3-2 常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率 增减情况 极限范围 一般范围 C S 炉料C<3.2% 炉料C>3.6% + (0~60) + (5~40) - (0~10) - (3~8) + - (10~50) - (0~40) (25~100) + (50~5) - (15~0) -(10~15) 0 Mn Si P 3.2.3 炉前添加合金元素的回收率如表3-3

表3-3 炉前添加合金元素的回收率

元素 Si Mn 添加合金 硅铁 锰铁 回收率 80~90 85~95 3.3 配料计算

首先考虑由于炉前球化孕育处理后，原铁液碳减少0.1%~0.2%，硅吸收0.8%，锰微增，磷微减，硫减少40%~80%，因此原铁液化学成分应控制在：C3.6%~4.1%、Si0.7%~1.3%、Mn<0.6%、P<0.08%、S<0.16%。 表3-4 铁液各元素含量如

元素 含量（%） C 3.6%~4.1% Si 0.7%~1.3% Mn <0.6% P <0.09% S <0.16% 3.3.1 计算炉料中各元素应有的含量，可用下公式计算

X炉料?X铁液1??

式中 X炉料——炉料中元素含量（%） X铁液 ——铁液中元素含量（%） ?——熔炼过程中元素增减量。

“+”号用于元素增加，“-”号用于元素减少。

经计算的炉料中各元素的含量为 ?Si炉料??Si铁液1???1.0%1?17.5%?1.21%

?Mn炉料??Mn铁液1???0.6%1?30%?0.86%

0.08.16%1?60%3.8%1?5% ?P炉料??P铁液1????0.08%

?S炉料??S铁液1????0.1%

?C炉料??C铁液1????3.62%

表3-5 要求炉料各元素含量

炉料各元素 含量（%） C 3.62% Si 1.210% Mn 0.86% P 0.08% S 0.1% 3.3.2 初步确定炉料配比并进行计算

首先确定回炉料配比。回炉料主要是指浇冒口、废铸件和冷铁液铸成的锭块等一切必须回炉重熔的铸铁。可假定球墨铸铁的回炉料为20%。

其次确定新生铁与废钢的配比。假设新生铁配比为x%,回炉料配比为y%，则废钢的配比为100-x-y。又设炉料所需含碳量为ω%，而新生铁、废钢、回炉料的含碳量分别为a%、b%、c%，由上表得知:a%=4.10%、b%=0.2%、c%=3.6%，所以：

新生铁配入的碳含量为?C新生铁?4.10%x 回炉料配入的碳含量为?C回炉料?3.6%y

（100-x?y） 废钢配入的碳含量为?C废钢?0.2%

因此，整个炉料配入碳含量为?C炉料??C新生铁??C回炉料??C废钢

即： 3.62%?100?4.1%x?0.2%(100?x?y)?3.6%y 其中y?20% 所以得x?70.3%

从而得到废钢的配比为：100?x?y?100?20?70.3?9.7%

初步确定炉料的配比如下表3-6

炉料 配比（%） 回炉料 20% 新生铁 70.3% 废钢 9.7% 3.3.3 确定配比并计算铁合金补加量

3.3.3.1核算硅量：确定硅铁加入的质量分数（D）。由新生铁、回炉铁、废钢配入的硅量为

H前?2F前（Q铁d铁?Q渣d渣）

4.2.4.1 过桥：过桥的大小应利于铁水的畅通。5~10吨／时的冲天炉的过桥直径可在60~120毫米之间。为了便于铁水的流通，过桥应向前炉方向倾斜5?~7?。过桥长度应越短越好。

4.2.4.1 出铁口：出铁口应有适当的直径。如果口径太小，会延长出铁时间而使铁水氧化、温度降低。如果口径太大，则会使堵塞出铁口发生困难。其计算公式为：

D

D口?0.92Q铁?

式中：D口——出铁口直径 毫米。

D——前炉直径(如无前炉即为冲天炉直径) 毫米。 Q铁——前炉或炉缸储铁量 吨。 ?——出铁时间 分。一般为1~3分钟。 表4-6 出铁口直径

熔化率（吨/时） 出铁口直径（毫米） <5 20~0 5 30~35 10 40~50 15 50~60 20 60 4.2.4.1 出渣口：出法口应比出铁口大些。一般为50~80毫米。出渣口至炉底的距离，决定于前炉或炉缸应储存的铁水量。在需要储存量相差很大时，可以来用上下两个出渣口。

根据熔炼效率为7.0吨/时，可算得前炉、过桥、出铁口及出渣口的基本尺寸分别为下表

表4-7 前炉、过桥、出铁口及出渣口的基本尺寸

类别 大小（mm） 前炉 高度 1780 直径Φ 1100 过桥 直径Φ 倾斜角（度） 90 5~7o 出铁口直径Φ 40 出渣口直径Φ 60 4.2.5 冲天炉烟囱和加料口的基本尺寸

4.2.5.1 烟囱：烟囱的内径应不小于炉膛内径，以利废气及灰尘顺利地排出车间外面．烟囱的外径为炉身外径的0.8~1倍，在加料口以上部分可适当缩小。 4.2.5.1 加料口基本尺寸如下表4-8

表4-8 加料口基本尺 生产率（t/h） 单轨加料 爬式加料 高 1 2 3 5 7 10 15 20 2100 2500 2600 2800 3000 宽 800 1100 1100 1300 1560 高 900 900 2000 2600 2800 3000 3000 3000 宽 580 5800 1000 1100 1300 1560 1600 1700 4.2.6 火花捕集器的原理结构和基本尺寸

4.2.6.1 原理结构：烟气在进入捕集器时，由于运动方向改变．尘粒在惯性力作用下与器壁发生碰撞或摩擦使其沉降。由于截面积突然扩张气体速度骤然降低，有些尘垃在自重作用下沉降下来，经管流下收集，达到除尘的目的。它对于50Pum以下的尘粒无捕集作用，只的捕集火花及粗颗粒烟尘，不能除去有害气体。

如图4-2。

图4-2

4.2.6.1 基本尺寸如下表4-8

表4-8 火花捕集器基本尺寸 冲天炉熔化率（t/h） 火花捕集器内径（mm） 火花捕集器高（mm） 1 2000 3000 3 2800 4200 5 3600 5400 7 4400 6600 10 4850 7800 15 5600 9000 根据熔炼效率为7.0吨/时，可选的得加料口、火花捕集器的基本尺寸如表4-9 表4-9 加料口、火花捕集器的基本尺寸 类别 大小（mm） 加料口 高 2800 宽 1300 火花捕集器 内径 高 4400 6600 4.3 冲天炉影响铁液温度的影响因素

4.3.1 焦炭对冲天炉铁液温度的影响

4.3.1.1 焦炭成分：含碳量越高，发热量就越大，越有利于铁液的温度。 4.3.1.1 焦炭强度与块度：块度大，燃烧慢，温度低。块度小，燃烧快，高温区短，也不利于铁液的过热。

4.3.1.1 反应能力：焦炭反应能力大，会促进CO?C?2CO反应发展，从而降低炉温。

4.3.2 送风对冲天炉铁液温度的影响

4.3.2.1 风量的影响：提高冲天炉的进风量，可以提高进风速度和冲天炉内气体的流动速速，因而强化焦炭燃烧，扩大氧化带及高温区高度，提高炉气温度，从而提高铁液温度，但风量提高会提高燃烧速度，加快炉料的下移速度，易造成炉料预热不足，熔化区下移，过热高度缩短，又不利于铁液过热。冲天炉有一个合适的风量，称为最惠风量。而最惠风量的大小，主要

取决于焦炭消耗率。如图4-3 图4-3 液温度与焦耗和风量的关系

4.3.2.1 风速的影响：提高冲天炉进风速度，可消除焦炭表面阻碍燃烧反应的灰渣，强化焦炭燃烧，提高炉气最高温度。高速空气易深入路子中心，可改善炉内炉气与温度的分布，减少炉衬损失，有利于铁液温度的提高。但，风速过高对焦炭有吹冷作用，反而会恶化燃烧反应，加大元素烧损，降低铁液温度如图4-4。

图4-4 风速与铁液温度的关系

4.3.2.1 风温的影响：提高送入炉内的温度，由于增加氧化带的热量来源，可

强化焦炭燃烧，提高燃烧燃烧速度和炉气最高温度。同时也缩短氧化区域加剧二氧化碳的还原反应，降低炉气燃烧比。风温越高，炉气最高温度也越高如图4-5。

图4-5 风温对底焦层中炉气温度的影响

4.3.2.1 风中氧气浓度的影响：提高送风中氧气的浓度，可加速底焦的燃烧素的并增加co2浓度，因而是氧化带缩短，还原带扩大，提高铁液温度。

4.3.4 金属炉料对冲天炉铁液温度的影响

金属炉料块度越大，所需预热和融化时间越长，易造成熔化区位置下降，过热区高度缩短，因而不利于铁液的过热。所以减少冲天炉内金属炉料的块度，是提高铁液温度与炉子热效率的有力措施。

4.3.5 熔炼操作参数对冲天炉铁液温度的影响。

4.3.5.1 底焦高度：太高，铁液温度高，但熔化率低。太低，铁液温度低，氧化严重，但融化速率高。

4.3.5.1 焦炭消耗量：焦炭消耗量应满足如下关系：每批层焦量=融化每批金属料的底焦烧损量；相当于每批层焦的底焦烧失时间=每批金属料的融化时间。 4.3.5.1 批料量：当焦炭比例不变时，较少批料量可使每批炉料的融化时间缩短，融化区域减少，熔化区平均位置提高，从而扩大过热区域，有利于提高铁液温度。但批料层过薄，易造成铁焦严重混杂和串料，使铁液温度与成分波动。

4.3.6 冲天炉结构参数对铁液温度的影响

4.3.6.1 炉型的影响：与直筒型炉型相比曲线炉型的融化区比较平直，熔化区的平均位置较高如图4-6。

图4-6 我国冲天炉的四种类型

a.多排小风口 b.两排大排距风口冲天炉 C.中央送风冲天炉 d.卡腰冲天炉

4.3.6.2 风口布置的影响：通常，将风口布置在冲天炉炉壁的送风方式称为侧向送风，而将风口设在炉子底部的称为底部送风或中央送风。一般小型冲天炉常用侧向送风，结构简单，但炉壁效应的影响大。对于直径较大的炉子也可采取双排送风口。

4.4 冲天炉强化熔炼的主要措施

4.4.1 预热送风：热风能够强化底焦燃烧，提高炉温，从而提高铁液温度。 4.4.2 富氧送风：提高空气中氧的浓度，能使碳的燃烧反应的更剧烈，同时加

快反应的速度，因此对冲天炉焦炭燃烧过程起到强化作用。

4.4.3 除湿送风：风中含有水分，如果不及时除去，会吸热降低炉温，还会加

氢恶化铁液。

第五章 确定熔炼工艺过程

5.1 制定主要工艺参数

5.1.1 合理的送风强度

所谓送风强度，系指每一分钟内送入每一平方米炉膛截面积的风量。单位是

米/米?分。

32 正常情况下，送风强度应在120~110米/米?分之间

325.1.2 合理的熔化强度

冲天炉熔炼的另一个主要工艺参数是熔化强度。在正常 情况下，熔化强度应在7~10吨/米2?时范围。

5.1.3 合理的底焦高废

所谓底然高度是指炉子第一排风口中心线至底焦顶面的距离。此值的大小对冲天炉熔化有直接的影响，如果底焦太高，铁水温度提高不多，熔化率就会降低。这是由于底焦太高，当金属料下降到底焦面上时，铁料温度还较低而不能熔化，要等过量

焦炭烧掉后，铁料继续下降，才能熔化。另外，底焦太高，还会造成炉气中一氧化碳含量的增加而加大热损失。如果底焦太低，铁料熔化后，过热路程短，因而使铁水温度降低。同时，在底焦很低的情况下，会使铁料在氧化区熔化，造成严重氧化，而发生事故。

因此底焦高度应使底焦顶面较炉壁开始侵蚀的平面高出100~200毫米，在开炉过程中，底焦在不断地燃烧消耗，为保持底焦高度基本不变，则需要加入层焦不断地补充。如果底焦消耗量与层焦的补充量大体相等时，底焦面将基本上保持不变。如果补充量不足，则随着熔化时间的延长底焦面将下降，从面造成铁水温度的降低和铁水的大量氧化。反之，如果补充量大于消耗量，则底焦面将高出熔化区顶面，这样就使铁料的熔化时断时续而降低了熔化率，同时也降低了焦铁比。适当的层焦应根据焦炭质量、铁水温度和溶化率来确定。

5.2 熔炼前的准备

在冲天炉的实际熔炼过程中，炉前质量的控制主要有新原材料的试用，熔铁顺序的安排，交界铁水的处理，炉前化学成分的控制等。

5.2.1新原材料的试用

每当有新产地的原料，要正式投入使用前，必须进行试用。也就是在熔炼开始的一两批中，用新产地的原料按所需的铸铁级别进行配料。出铁时，在炉前观 察铁水槽中的火花形状与数量，观察三角试片的白口深度，浇注试块，以测定机械性能，并对这些资料做好记录，然后进行分析新产地的原料所得到的火花形状，数员、白口深度和机械性能是否和原估计大致相同，以便确定能否使用或采取何种措施。

5.2.2 熔铁顺序的安排

就铁水温度而言，熔炼开始时温度逐渐上升，在熔化中期温度最高，而到后期

则有所下降。因此，低牌号的铸铁因流动性比较好，浇注温度允许低一些，故都安排在前期熔化。高牌号铸铁由于流动性差，饶注温度要求较高，因此大多安排在熔炼的中期或者后期熔化。

5.3 炉前质量的控制

5.3.1 根据铁水火花判断铁水质量

出铁槽中铁水的火花越多，说明铁水中碳、硅含量越。

低，锰量越高，三角试片的白口深度越大，硬度越高。具体分析有：

第一种是暗红色的流线型火花，它飞的比较高，这种火花越多、越长，飞的越高，则表示铁水中的含碳量越低。

第二种是亮白色的团絮状火花，这种火花越多、越大，飞的越高，则表示铁水中的含硅量越低。

第三种是细小的针状火花，它很亮，飞的很低，在出铁口周围，这种火花越多表示铁水中的含锰量越高。

5.3.2 根据三角试片判断铁水质量

三角试片尖端与底边的厚度不同，因而冷却速度不一样，它的断面组织也就不一样。根据断面组织情况可以迅速地判断铁水的化学成分和机械性能。如表5-1 表5-1 三角式样的尺寸 H（毫米） B（毫米） 25 12.5 50 25 70 35 100 50 5.3.3 根据炉渣的颜色判断铁水质量

用铁棒将炉渣拉成细丝，在阳光下，观察其颜色，如炉渣呈淡绿色玻璃状，且流动性很好，说明炉子熔化正常。如呈深黑色，坚实致密而且很重流动性就差，说明炉温低，风量大，有氧化情况，要及时补加焦炭，降低风量。如炉渣呈深黑色，轻而发泡，则说明炉温低，氧化严重，风量过大，熔剂太少，要立即追加焦炭，降低风量，增加石灰石用量。如炉渣呈灰白色石头状，重而粘稠，则说明石灰石用量太多，使炉壁侵蚀严重，必须减少其用量。

5.3.4 打炉前料住高度的判断

打炉前期随着熔化过程的进行，料柱降低，料口开始出观蓝色火焰，然后火焰由蓝变成暗红色。随着炉料的继续下降，暗红色的火炮焰变为红色，这时炉料大约还剩—半左右。随着时间的推移，火焰逐渐变亮而发白，并有火花出现，这时炉料约还有三分之一。随后，火花逐渐变多，火光更亮，这时炉料还剩1~2批左右。在火花大量出现之后，开始逐渐减少，最后消逝，而火光也逐渐暗淡下来，

达时炉料已全部熔化。

5.4 冲天炉熔炼操作

冲天炉的操作主要包括修炉、点火、装料、开炉熔炼和停风打炉几个方面，现分别叙述如下：

5.4.1 修炉

冲天炉在每次熔炼之后，熔化带以下特别是风口区受到很大的侵蚀，过桥、前

炉和出铁口等处也由于受到铁水和熔渣的冲刷，形状和尺小将发生改变。因此，必须进行修理。修炉的材料用耐火砖和耐火泥。修炉的耐火材料一般是用50%~60％的石英砂和40%~50%的耐火泥加适量的水搅拌而成。为了混合均匀，最好用拌泥机搅拌，并在加水前干混3~5分钟，加水后湿混6~7分钟使之充分均匀方可。修炉时必须保证冲天炉和前炉的直径、风口的大小位置、形状和出铁口、出渣口的大小、形状的正确性。

5.4.2 点火

在熔化开始前两小时进行点火。先从加料口装入木刨花然后加入木柴和40%的底焦，再从点火洞塞入点燃的油棉纱将木柴点燃。这时把风口全部打开，自然通风，让底点着，待全部烧红后再加入50%的底焦，之后即可鼓风10分钟左右待全部烧红后停风，然后从风口中将底焦捣实，测量底焦高度并用余下的10%的底然来调整底焦高度，使之达到规定要求如果底焦高度不足，必须补加。点火后操作者应注意不能为在加料口处浇油，以防发生意外。

5.4.3 装料

核实好底焦高度后即可进行装料。首先在底焦面上加入不少于批料熔剂量两倍的熔刘，以便与底焦中的灰分造渣。然所加入铁料、焦炭和熔剂。熔剂应加在炉子的中心以减少它对炉衬的侵蚀。所行加入炉中的原材料的块度都应符合要求以避免产生故障。为了提高铁水温度、减少氧化和使熔化过程稳定正常，炉料应尽量保证清洁。加料的数量要尽量保证均匀。这是整个熔炼过程中极为重要的，不然就不能获得合格的比学成分。批料要加到加料口下沿为止。

5.4.4 鼓风熔炼

炉料续满后。经过半个小时的闷炉，使炉料得到稍微预热后即可正式鼓风进行熔炼。在送风并待鼓风机运转正常后再关闭风口。这时前炉中的出铁口和出渣口暂不关闭，保持开启状态．以便使冲天炉的部分炉气从前炉通过，以便加热过桥、前炉和出铁口、出渣口，使第一次出铁不致发生团难。

在熔炼过程中要经常从窥视孔中观察炉内情况。如果风口处发白发亮，则说明底焦法燃烧较好、炉温较高。如风口发暗红．则说明底焦燃烧较差，温度不高。

如在风口处发现结渣观象时，应及时捣通，以保证均匀地进风和炉料的顺利运行。但不能同时清理两个风口，以便于保证正常的送风量。

在熔化过程中，发生事故或暂时需要将炉子的熔化率降低时，应尽量不采取中间停风的办法。因为中间停风会降低铁水温度，严重时会使炉子冻结。可以用多加焦炭降低炉子熔化率的办法来解决。实在不行要停风时，应将前炉内的铁水和熔渣全部放尽，并开放出铁口，等恢复送风后出铁口流出铁水时再堵塞。这样做可以避免出铁口堵死。同时还必须将全部风口关闭，以免白然进风造成白熔而使过桥冻结。

在熔炼过程中，炉料要始终保持规定料面的高度，做到料伙稳定，这对于熔化的正常进行是很重要的。

5.4.5 停风打炉

铸件全部浇注完毕后即可停风打炉。在停风后，先把剩余的铁水和炉渣全部放出，再检查炉底地面及周围是杏干燥．必要时铺上干砂，以免铁和水接触引起爆炸而造成事故。此外，打炉时必须注意保护炉腿以免受热变形。因此打护后应将余焦余铁迅速扒出炉底，喷水冷却使焦炭和铁块熄灭。打炉时，为了安全起见，非有关人员应远离冲天炉。

5.5冲天炉判断、常见故障排除

在冲天炉熔炼的过程中，由于各种原因，往往会发生各种故障，使得熔炼不能正常进行。这就要求我们掌握各种可能出现的故障，了解它们的特征、产生的原因及预防和消除方法，以便尽量避免和及时排除，使熔炼得以正常进行。如下表5-2

表5-2 冲天炉判断、常见故障排除 1. 随着熔化的1. 炉料块度太1. 减小炉料块1. 发现上搭棚 进行，炉料大，长度超度，不能超时，立即停 平面不见下过路径的三过炉径的三风，有时只 降， 分之一， 分之一， 要一停炉料 2. 炉内废气温2. 炉壁修理不2. 认真修理炉就会下落， 度升高， 平整，光滑壁，保证光2. 或者增加炉 3. 在炉料平面面有凹凸不滑平整， 料以炉料的上部搭棚 不变时，风平处， 3. 适当减少批冲击力和重压降低。 3. 每批料层太料厚度。 力使搭棚消厚。 除， 3. 使用铁杆，捣料，使炉料松动下落。 下部搭棚 1. 随着熔化的1. 金属炉料块进行，炉料度太大，或平面不见下夹砂锈蚀严降， 重， 2. 熔化率突然2. 焦炭中碎末降低， 较多， 3. 在装料平面3. 熔剂碎末较不变时风压多，或混有增高。 较多的脏物。 1. 金属炉料块度不能太大，并应尽量保证铁料的清洁， 2. 焦炭和熔剂不应有粉末及脏物， 3. 要尽量避免上搭棚现象。 炉衬烧蚀 出铁口不通 1. 熔化带炉衬 的砖砌得不 牢， 2. 搪炉材料修 的不紧实， 炉壳发红，并可3. 耐火砖及耐能有局部烧穿火材料的耐现象。 火度不够， 4. 熔剂用量太大，或者在炉中分布不均匀， 5. 空气在炉中分布不均匀。 1. 铁水温度较 低， 2. 堵孔不正 确，没有把 出铁口的全在出铁口内能长都用泥塞发现红热的，但住 已凝固的铁水 3. 出铁口修的不正确，出铁口太长，太细，圆角太小 1. 过桥直径修 的不符合要当把前炉出铁求， 口和出渣口打2. 焦炭块度不1. 严格按工艺要求修炉，保证质量， 2. 耐火材料的耐火度要符合要求， 3. 采用合理的熔剂用量，操作时将熔剂加在炉子中心， 4. 改变送风方式使空气分布均匀。 1. 适当增加焦炭和熔剂， 2. 清除风口处熔渣，保持风口通畅， 3. 下部搭棚是比较难处理的故障之一，如不能消除，就要打炉，以免形成凝固块。 消除方法是在炉壳上浇水，冷却，但要设法使冲天炉下部不积水，如发现有局部烧穿现象，可用泥塞头堵塞。 1. 设法提高铁1. 细心的凿穿水温度， 出铁口，但2. 前炉要充分不能凿的太烘干，预热， 大，使堵孔3. 出铁口修理工作困难， 要符合图纸2. 凿不穿时，规定的要可用氧气烧求， 穿。 4. 要严格操作做到正确堵孔。 1. 过桥按图纸将前炉出铁口要求修理，上端的孔洞打保证尺寸的开，用铁棒反复准确， 拉捅过桥清除

过桥堵塞 炉子漏铁水 开时，出来的炉合理， 气无力，火焰呈3. 风压太大，淡黄色，并无铁致使渣口打水滴下。 开时，焦炭被吹进过桥 1. 炉底用砂太 干燥，或粘 土含量太 大， 2. 炉壁与炉底 接触处圆角在冲天炉的炉修的不好，底、炉门，过桥或炉底砂中等处有铁水漏混有金属如出 铁钉等， 3. 炉门及过桥修的不紧实。 2. 焦炭块度要符合规定的要求， 3. 适当减少炉内风压。 1. 使用水分含量和粘土含量适当的砂做炉底砂， 2. 炉壁与炉底接触处一定要修好，炉底砂一定要清洁，不得混有金属物， 3. 炉门封闭要严实，过桥修理要紧实可靠 过桥中的焦炭块（尽量不要停风）。 发现炉底炉门过桥等处漏铁水后，先停风，在用泥塞头，将漏的地方堵好，有些地方还必须加火砖堵砌。等停止漏铁后再开风，可短时间打水，但随后要将积水排除。 5.6 各种特殊处理（孕育处理、球化处理）

5.6.1球化处理

5.6.1.1球化剂的选择：在冲天炉熔炼的条件下，国内普遍采用稀土含量高的球化剂，如FeSiMg8RE7。这种球化剂处理球墨铸铁时，白口倾向大，稍有不慎铸件内就会有过量碳化物的出现，不得不进行热处理；同时，由于球化剂中稀土含量高，使铸件中微观夹杂物量增多，降低材料的综合性能。试验用的原铁液含硫量低，因此选用含稀土低的FeSiMg8RE3球化剂， 其化学成分如表5-3所示。

优质球化剂不但对化学成分有严格要求， 而且对块度也有一定要求。

表5-3 FeSiMg8RE3球化剂化学成分 化学成分 含量（%） Mg 7.5~8.5 RE 2.5~3.5 Ga ≦2.5 MgO <1.0 Si 40~50 Fe 余量 5.6.1.2 球化处理方法和加入量：球化处理采用盖包法，该工艺可以减少球化处理过程的烟尘，提高镁的吸收率，降低球化剂的加入量K+L。

球化剂的加入量还与球化剂的质量、铁液质量以及铁液温度有关。所用球化剂牌号不变时，球化剂的加入量随铁液含硫量的增加而增加。由于球化处理温度合理，并且采用了包内有一定压力的盖包法球化处理工艺，减少了球化处理过程

镁的氧化烧损，因此采用一次出铁进行球化处理，球化剂的加入量为1.1%~1.2%`。

5.6.2孕育处理

为提高铸件中珠光体的含量，孕育时加入一定量的锰是必要的。为防止过量的锰在铸件中产生偏析，再加入微量的Sb提高珠光体比例，能有效降低锰铁的加入量，同时可以细化石墨，改善石墨形态。微量Ba能提高球化率，增加石墨球数，减小白口倾向，提高铸件的伸长率。试验采用多元素微量复合孕育处理：一次孕育使用粒度为3~15mm的FeSi75孕育剂，加入量为0.9%，二次孕育（倒包孕育）使用粒度为0.5~3.0mm的复合孕育剂 （ 如表5-4所示）。 表5-4 复合孕育剂含量

孕育剂 含量（%）

含Sb孕育剂 0.15~0.25 含Bb孕育剂 0.10~0.20 锰铁 适量

参考文献

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