铸铁行业发展(铸铁的铸造性能) 中国铸铁铸造技术的回顾与展望1。铸铁冶炼技术。冲天炉技术冲天炉在铸铁熔炼设备中仍居首位，它仍承担着熔炼80%甚至更多铸铁的任务。 50年来，中国冲天炉技术发展迅速。 早期中国铸造行业使用的是前苏联的直筒形冷风冲天炉，有三排大风口。经过多年的生产实践，结合我国的具体情况，改进和创造了多种冲天炉类型，如多排小风口弧形炉、两排大排距风口倒置冲天炉、十字风口中央送风冲天炉、回转进风冲天炉、腰形冲天炉、无炉衬水冷冲天炉等。 其他特种炉、煤粉炉、天然气炉在国内也有研究和应用，但应用不广泛。 特别是20世纪70年代以后，符合中国特点的炉型和冶炼技术逐步完善和成熟，形成了独具中国特色的多排小风口、两排大间距的冲天炉系列。 在操作技术上，从曾经追求低焦耗到关注铁水质量，再到注重提高技术经济、劳动卫生、环境保护等综合指标，从炉料处理、修炉烘炉到装炉、吹炼、炉况控制、验铁全过程操作技术逐步得到正确开发和应用。 在国外铸铁件生产中，铸造焦被广泛用于冶炼。热风冲天炉和双联熔炼应用广泛。应用了冲天炉富氧送风和除湿送风，铁水温度高于1500度。 在我国铸铁件生产中，铸造焦用于冶炼的比例不到1%，热风炉和双联熔炼很少使用。富氧除湿送风已经研究过，铁水温度大多在1400度左右。 在较短的时间内，我们在冲天炉的理论研究、炉型结构、补炉材料、送风系统、热能利用、强化底焦燃烧、炉内气氛调控、炉前铁水检测、消烟除尘、非焦铁、配料和冶炼过程的计算机优化控制等方面取得了可喜的成绩。 冲天炉技术的进步是中国铸造工业现代化的一个重要方面。 50多年来，我们走出了一条独特的成功的冲天炉技术发展之路，发展了适合我国具体条件的冲天炉理论和生产实践。 冲天炉熔炼的质量和效益与生产规模和炉容量密切相关。 从产业结构方面，我国相关企业追求小而全、大而全的生产结构，导致我国冲天炉数量众多，其中3t/h以下的小型冲天炉占大多数。由此造成的资源浪费和环境污染不容忽视。 随着我国企业股份制和集团化的发展，将为专业化代工厂的发展提供必要的条件。但从中国长期多种所有制并存的经济结构来看，大中小代工厂长期共存是必然的。 在很长一段时间内，5t/h以下的中小型冲天炉将占绝大多数。 因此，开发和推广低能耗、低污染的冲天炉及其熔炼工艺是我国冲天炉发展的总趋势。 冲天炉的发展围绕着提高性能、生产率、消耗、操作和污染。 冲天炉的性能主要体现在碳燃烧、炉料加热和冶金工艺三个方面。 随着铸铁生产批量的扩大和铸造生产率及铸件质量要求的提高，冲天炉的容量也在不断增加。 大容量冲天炉更稳定，在技术和经济上比小型冲天炉更有优势。 因此，在单个品种的大批量生产中，用一个大容量炉代替几个小炉是合理的。 国际上冲天炉的最新发展主要是等离子冲天炉、无焦冲天炉和新型旋转熔炼炉。我国铸铁工业布局分散，企业规模小，生产社会化程度低，技术水平参差不齐，技术成果生产转化率低。 冲天炉作为其基本工艺设备，体现了这些特点。不言而喻，大量低水平运行的小型冲天炉会造成环境污染、资源浪费和铸件质量低下。 在操作技术方面，由于长期以来自动化程度较低，人工操作技术得到了深入发展。 熔炉的熔化状态非常依赖于操作者，这导致冲天炉的熔化水平差异很大。即使是同一个炉，也会因为操作者状态的变化和操作者的更换而出现熔化水平的波动。 只有实现冲天炉操作的智能化和自动化，才能从根本上避免操作人员的随意性不良影响，使冲天炉稳定运行在最佳状态。 我国冲天炉自动化研究虽然起步较晚，但进展很快，在配料、加料的自动优化和熔炼过程的优化控制等方面取得了一些实际成果，使我国冲天炉自动化操作水平提高了一大步，缩短了与世界先进水平的差距。 中国加入世界贸易组织将向我们展示一个竞争激烈的世界铸造市场。 我们不仅要保持铸铁件生产大国的地位，还要成为铸铁件生产强国。 因此，冲天炉熔炼的发展将着重于加强管理，促进技术改造，提高规模效益。 我国冲天炉技术的发展方向主要包括以下几个方面:走专业化生产道路，提高冲天炉作业率，向大型化、智能化、长周期运行发展；(2)专业化、规模化的炉料供给；(3)大力发展冲天炉配套技术，同时加强对冲天炉的控制和检测；(4)发展冲天炉和电炉双熔炼技术；(5)获得高温高质量的铁水是冲天炉熔炼的根本任务。 1.2电炉技术感应炉熔炼铸铁，因其具有铁水温度高、成分稳定、污染少、铁水成分易于调整等优点，自60年代初开始在一些工业发达国家推广。 近年来，中频感应熔炼炉的快速发展为铸铁生产注入了新的活力。 随着感应炉的发展和应用，铸铁生产进入了一个新的阶段。 工频感应熔炼炉虽然存在一些缺点，但仍广泛应用于金属熔炼、铁水成分调整、熔融金属的升温和保温，特别是作为其他熔炼炉的双联炉。 中频感应熔炼炉适用于熔炼铸铁，特别是合金铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。它的迅速发展和优点使其成为近年来在铸铁生产中广泛应用的新趋势。 节能降耗，生产率高，生产弹性大，对钢铁冶金企业等工业机修厂及其他单件小批量生产极为有利。自动化程度高，配有双电源和控制系统，具有熔化和保温双重功能，非常适合汽车铸造、铸铁管生产等连续作业。它不仅适用于冷料熔炼，也适用于与其他熔炼炉进行双联，具有广阔的应用前景。 【下篇】2铸铁合金2.1铸铁合金概述目前世界铸铁件的生产现状和趋势是灰铸铁件的比重明显下降，但仍占主导地位。 球墨铸铁产量不断增加，蠕墨铸铁和特种铸铁也有很大发展。 全球灰铸铁产量呈逐年下降趋势，但高强度铸铁在灰铸铁中所占的比例却在增加，被广泛用于制造汽车、拖拉机、农业机械、机床和通用机械。 灰铸铁占我国铸铁件总产量的80%以上，而高强度灰铸铁所占比例很小。 比如国产柴油机机体铸件比国外重30%以上，同等碳当量下抗拉强度比国外低1-2个等级。 碳当量相同，我国生产的灰铸铁拉伸性能比发达国家低1-2个等级。 今后，加强高强度灰铸铁的实验研究无疑应是我国灰铸铁的发展方向。 中国可锻铸铁总产量居世界前列。虽然中国的可锻铸铁产量很大，但未来需求量还会增加。 因此，可锻铸铁在中国将会有很大的发展。 目前，我国可锻铸铁的生产与国外相比有以下差距。 少数品种，只有黑心可锻铸铁 国外大量生产珠光体可锻铸铁，有白芯可锻铸铁，可焊性好。 质量差 国外大多以电炉或冲天炉*电炉双熔炼为主，炉前有先进的控制和检测技术。 而国内以小型冲天炉为主，原料检验控制不严。在冲天炉面前，用的都是经验，先进的检测设备很少。这些都是产品质量不稳定的重要原因。 镀锌工艺落后。 d缺乏低能耗、保温好、污染小的理想退火炉。 以上的差距都需要补上，才能让中国的可锻铸铁发展到更高的水平。 随着铸铁产量的减少，球墨铸铁在铸铁中的比例仍在增加。 50年代，世界球墨铸铁产量还很少，1960年只有50万吨，1970年猛增到500万吨，1980年达到760万吨。 在西方发达国家，通常用球墨铸铁件代替一些灰铸铁件和可锻球铸件。 我国球墨铸铁件产量相对较低，所占比重远低于西方发达国家。 此外，我国球墨铸铁件的质量和生产稳定性也远远落后。 目前，我国球墨铸铁生产中的突出问题是强韧性差，缺陷多。 除了炉料、球化方法、球化剂等因素外，主要原因是球化前铁水硫含量过松。 发达国家在生产球墨铸铁时，采用冲天炉或电炉、冲天炉双熔炼时，必须进行炉外脱硫，使原铁水的硫含量达到≤0.001%的水平，从而大大降低球化剂的消耗和铸铁中硫化物夹杂的含量。 为了大幅度提高我国球墨铸铁的产量，必须大力推广实施能够稳定提供质量可靠的优质球墨铸铁件的配套技术。 国内外对蠕化技术和蠕化剂的研究已达到较高水平，开发的蠕化剂种类繁多，多达近百种。 中国稀土资源丰富。 目前，生产中使用的蠕化剂主要是稀土硅铁镁合金、稀土硅钙合金和稀土镁钛合金 国内外现有的蠕变处理工艺主要有冲击法、随流法、气动法和模内法。 蠕墨铸铁已批量生产，有生产线(感应炉熔炼)，质量基本稳定。 中国在稳定生产蠕墨铸铁方面也取得了一些经验，特别是在气缸盖和排气管方面。 国内一般采用冲天炉熔炼，铁水质量较差。虽然采用了稀土镁球化剂来保证铸件质量，但材料的动态力学性能和延伸率低于国外。 目前，影响我国蠕墨铸铁发展的关键问题仍然是生产稳定性，主要表现在冶炼处理技术水平和生产管理水平有待提高。 随着现代工业的发展，对特殊性能材料的需求日益增加，而我国特种铸铁(耐磨、耐腐蚀、耐热铸铁)的发展速度缓慢，技术水平远远落后于国外。 为了适应新形势下国民经济发展的需要，特种铸铁的研究将成为今后我国铸铁发展的一个重要方向。 2.2铸铁合金的发展2.2.1高强化和细化是我国灰铸铁的发展方向。 与国外相比，我国高强度灰铸铁件的主要区别有以下几点:强度低、耐磨性差、使用寿命短、截面敏感性高、加工性差。 高强度灰铸铁的重点是提高碳当量，从而在保证良好铸造性的同时获得高强度。 但要获得强度高、性能稳定、质量均匀的铸铁件，必须严格控制碳当量，这要通过冶炼和试验来保证。 【接下来】目前国外对高强度灰铸铁的生产，除了常规检验外，还提出了十项新的检验指标，即铁水温度、铁水纯度、共晶数量、共晶度、相对硬度、相对强度、品质因数、弹性模量、过冷度和过冷比。 其中，共晶度一般在0.8-1.0左右；当相对强度为1.15-1.20时，铸铁的性能最佳。相对硬度在0.8-1.0时，切削性能好。 品质因数越高，材料越好。 过冷度一般控制在6-8度之间，此时接种效果最好；过冷比通常控制在1.5-2.5之间；弹性模量越大，铸铁的抗拉强度就越大。共晶越细，铸铁的强度越高。 严格控制上述指标，可以达到稳定的质量。 我国高强度灰铸铁的研究重点是:A、提高铁水温度，改善铸铁冶金质量，采用合成铸铁冶炼工艺；加强孕育技术，特别是孕育铸铁的研究和推广；研究和推广低合金孕育铸铁；d .调整化学成分，控制铸铁的硅碳比，以获得高强度、低应力的铸铁。 国内实践表明，Si/c比为0.5-0.9时，进行适当的孕育和合金化，可获得综合力学性能良好的高强度灰铸铁。 此外，通过调整Mn和Si的含量，Mn的含量比Si的含量高0.2%-1.3%或更多，并且可以获得另一种高强度低应力铸铁。 目前国内大部分工厂没有炉前快速测定碳、硅含量的仪器，不能及时掌握碳、硅的变化。碳、硅含量波动较大，难以稳定铸件质量。这是今后亟待解决的问题。 薄壁、轻量化、强韧化的铸铁是为了满足工程领域对节能和工程材料可重复使用的要求，也是为了满足“人类可持续发展战略”的需要 对于汽车行业来说，降低整车自重对节能减排具有关键意义。 铸件的“薄壁高强度”正在成为工程领域的一种趋势，其技术应用将日益成熟并迅速扩大。在可预见的未来，3-5mm高强度薄壁球墨铸铁件将大量出现在通用机电产品中。 所谓“薄壁高强度”是指生产中壁厚为4-6mm(国外为3.0-3.5mm)，抗拉强度大于250MPa。 目前，国内大部分工厂发动机仍采用HT200品牌材料标准。 就材质而言，主要原因是大部分工厂采用冲天炉熔炼，铁水指标达不到要求，特别是铁水温度低，化学成分波动大，导致该类产品铸件难以控制，废品率高。 其中，材料的主要问题是性能达不到高等级的要求，断面均匀性差，渗漏严重，热疲劳性能差。 我国“六五”至“八五”期间，通过科研院所、高校和生产厂家的联合攻关，在高强度薄壁铸铁件的研究方面取得了很大进展，缩短了与国外先进水平的差距。 与国外同类产品相比，铸件的使用性能和质量稳定性还有较大差距。 比如在材料耐磨性方面，国外汽车的首次大修里程一般是汽油机30万公里，柴油机50万公里以上。 在中国，分别是10-15万km和25万km。 气缸套的使用寿命国外可以达到6000-8000小时，国内只有3000-5000小时。 由于耐磨性与材料的综合性能密切相关，改善缸体的结构和性能，研究缸体的新材料和新工艺，提高缸体的耐磨性和使用寿命，已成为国内外学者和工程师的研究热点之一。 2.2.2开发球墨铸铁新品种，采用球墨铸铁生产新工艺(1)加强薄壁大断面铸态球墨铸铁技术的开发和应用。 要保证铸件的机械强度和切削性能不会因壁厚减薄而降低，根本途径是提高球墨铸铁的机械性能。 最重要的两个方面是降低和抑制白口倾向，以及改善石墨结构。 合理选择球化剂和添加稀土元素是实现高强度薄壁球铁铸造的关键。 该技术的核心是在铸造(熔炼)过程中保证RE/S=2-2.5。 球化剂应由铁-硅-镁-稀土-钙系列材料制成，其中加入稀土元素(Ce。La.Pr)和与硫保持一定比例是球化工艺的关键，同时严格控制P ≤ 0.04%-0.06%，Be = 0.003%-0.007%。 实验表明，当Mg/S≥5时，容易产生白口。但当RE/S≤2()时，球化较差；当RE/S≥2.5时，也容易出现白点。 所以一般来说，硫含量越低的铸铁越好。此时(薄壁状态)，为了达到一定的球化率，晶粒细化，减少白点，必须保持一定比例的硫含量。 这一点，以废钢(少S)为主要原料的冶炼厂要特别注意。 (2)继续开发和应用ADI。 等温淬火球铁是近几十年来铸铁冶金研究的重大成就之一。它是迄今为止综合性能最好的一种球墨铸铁，尤其是其高弯曲疲劳性能和良好的耐磨性，因此得到了广泛的关注和开发应用。 ADI的基体组织由25%-50%稳定的残余奥氏体和板状或针状铁素体的碳化物组成，有时还含有少量马氏体，一般在850-900度奥氏体化，然后在300-450度等温淬火得到。其常规化学成分与普通铁素体或珠光体球墨铸铁相同。 等温淬火用于获得奥氏体-贝氏体球墨铸铁，热处理成本高，难以推广，且由于残余奥氏体向马氏体转变的加工硬化现象，难以加工。 国外生产奥贝球铁有一些新技术，如间断热落砂法和间断正火法。这些技术成本低、能耗低、可行，具有研究和推广的现实意义。 (3)发展奥氏体球墨铸铁。 奥氏体球墨铸铁在石油、化工、海洋与航运、仪器仪表、食品、动力与制冷、核工程等领域具有广阔的应用前景，近年来已成为球墨铸铁领域新的研究热点。 虽然目前产量不大，但有些国家发展很快，尤其是德国，产量每年都在以10%的速度递增。另外，德国已经出了一种GGG-NiGrNb20-2牌号的可焊奥氏体球墨铸铁，其化学成分(%)为:C≤3.0，Si 1.5-2.6，Mn 0.5-1.5，P ≤ 0。 瑞士苏尔寿公司开发的新型镍锰奥氏体球墨铸铁在-196℃仍具有良好的冲击韧性。最近出现了经济性好的低温15% Ni-5% Mn和20% Ni-4% Mn奥氏体球墨铸铁。 GGG-NiMn137品牌也开始用于制造热核反应堆的承重结构和核潜艇的高压壳体。 中国的镍储量居世界第一，但奥氏体球墨铸铁的研究仍是一个薄弱环节，亟待开发，尤其是高Ni奥氏体球墨铸铁。 (4)采用新的球墨铸铁生产技术。 冶炼方面，最好采用感应炉或冲天炉-电炉双熔炼，特别是冲天炉-炉外脱硫-电炉保温的工艺流程，可以为制备球墨铸铁提供高温低硫的优质铁水。 目前国内外球化方法有8种以上，国外广泛采用GF分包法和覆盖法，国内也正在推广。 在孕育方面，孕育剂的选择应使球化-孕育在铸件一定的冷却速度下达到最佳匹配。 最佳接种方法是瞬时接种。近十年来，国内外开发了五六种瞬时接种新技术。 此外，近年来发展起来的铁水过滤净化技术得到了推广应用，成为提高球墨铸铁质量的好措施。 2.2.3孕育技术的发展促进了高强度灰铸铁的发展，使球墨铸铁和蠕墨铸铁的生产更加完善。 所有孕育铸铁都具有石墨细化、组织均匀、对壁厚敏感性低的特点。 随着工业的发展，必然会有大量的废钢被利用，电炉冶炼在铸铁冶炼中的地位日益突出。 在这样的冶炼和装料条件下，孕育就更加重要了。 孕育已成为生产高质量铸铁产品的重要手段。 在现代铸铁生产中，灰铸铁和球墨铸铁孕育处理的重要性越来越受到重视，而且这种情况肯定会继续下去。 在过去，孕育的发展无疑需要寄希望于新的孕育剂。 但近年来，接种方法的改进，尤其是后期接种，引起了人们的关注。 因此，今后在开发孕育剂的同时，对孕育问题的关注可能会转向开发新的孕育方法。 此外，还必须在铁水质量、铁水成分、炉料成分、孕育技术、炉前快速检测和控制等方面采取措施。，以克服铸造性能、白口倾向、机械性能与所需高碳当量之间的矛盾。 2.2.4发展合金铸铁的合金化是提高铸铁性能的重要手段之一。随着生产的日益发展，铸铁的合金化或微合金化将发挥重要作用。 要结合当地资源不断开发合金铸铁新品种，运用先进手段不断深化对现有合金铸铁的认识。 2.2.5铸铁件表面强化技术的发展对于特殊应用场合，往往希望铸件表层具有特殊性能。 传统的铸件整体强化导致工艺性能变差，生产工艺复杂，废品率增加，合金元素浪费，成本增加，从而限制了铸铁的优势。 铸铁件表层的激光强化处理和铸件表面合金化技术可以在普通铸件表面形成冶金结合的合金层，使铸件具有复合性能，适合特殊应用。 上述技术已逐步用于耐磨件的生产，并取得了显著的效果。 总之，上述铸铁技术并不是孤立的。加强铸铁复合技术的研究和应用，用系统工程的观点采取综合措施，是获得高质量、高强度铸件的根本保证。 在此基础上，还需要加强质量管理，采用先进的检测手段，提高铸件的尺寸精度和表面质量。 3未来发展方向(1)以机床工业、能源工业、核能工业、石油化工、海洋工程为主要目标，以重、高、大、难为特点，开展重大技术装备和铸造技术的基础理论研究。 发展数值模拟、物理模拟和专家系统，使铸铁技术从“经验”走向“定量” (2)以汽车工业、航空空航天和核能工业为主要对象，开展以强化、轻量化、精密化、高效化为特征的铸铁新材料和新工艺研究。 (3)为提高产品质量和生产率，增强我国工业产品在国际市场上的竞争力，应开展铸造过程自动化、柔性生产单元和系统以及集成制造技术的研究。 (4)促进具有潜在应用前景的铸铁技术应用基础理论的研究。 (5)大力发展提供铸铁工艺材料和辅助材料的专业化、现代化企业。 (6)发展绿色集约化铸造，加大对铸造过程环境污染的控制力度，加强铸造材料的再生和再利用。 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
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