铸铁的熔炼设备和技术(上)
铸造合金及其熔炼(铸铁熔炼)
第三章 铸造合金及其熔炼
二、铸铁熔炼
铸铁熔炼是铸铁件生产的首要环节，也是决定 铸铁件质量的一项重要因素。它的基本任务是 提供成分和温度符合要求，非金属夹杂物与气 体含量少的优质铁液。
对铸铁熔炼的基本要求可概括为优质、高产、 低耗、长寿与简便等五个方面，即铁液质量高、 熔化速度快、熔炼耗费少，炉衬寿命长及操作 条件好。
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铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
（5）熔化与出渣 在正常熔化过程中，
应严格控制风量、风压、不得随意停风。按 规定及时取样，测量铁液温度、风量、风压、 风温等。经常观察风口、出渣口、出铁口、 加料口，注意铁液、炉渣质量，风量、风压、 三角试块白口变化。及时发现和排除故障， 保证熔化正常。应按时打开出渣口出渣，一 般每隔30～45min出一次渣。
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第三章 铸造合金及其熔炼
图3-12 冲天炉结构简图
1—炉脚 2—炉底板 3—炉底门 4—风口窥视孔 5—风箱 6—耐火砖
7—加料口 8—烟囱 9—除尘器 10—风口 11—过桥 12—前炉盖 13—前炉窥视孔 14—出渣口及出渣槽
15—出铁口及出铁槽
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第三章 铸造合金及其熔炼
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第三章 铸造合金及其熔炼
从炉渣的颜色、状态可以判断冲天炉的 熔化质量。观察酸性冲天炉炉渣时，一般 用铁棒蘸些炉渣，抽拉成丝，在亮处观察。 炉况正常的炉渣为黄绿色玻璃状。炉渣呈 深咖啡色，说明铁液含硫偏高；炉渣上带 白道或白点，说明石灰石加入量过多；炉 渣呈黑色玻璃状，致密、密度大，说明铁 液已严重氧化。
打炉前，应在炉底铺上干砂不能有积水或潮湿。 打开炉底门，用铁棒将底焦和未熔炉料捅下， 用水浇灭。
铸铁熔炼工艺流程
铸铁熔炼工艺流程
1.铁水准备：首先需要准备好高品质的铁水，通常使用生铁和废铁进行混合，经过预处理后，铁水中的杂质和气体会被去除。
2. 加料：将铁水倒入炉中，加入石灰、矽石、生石灰等辅助材料，以调整炉内化学反应的平衡，以及提高炉渣的流动性。
3. 加热：通过燃烧高热值的燃料，如焦炭或重油，使炉内温度升高，将材料熔化。
4. 炼铁过程：在高温下，铁水中的碳和硅等元素进行化学反应，形成不同种类的铸铁，如灰铸铁、球墨铸铁等。
5. 出铁：在适当的时间，将熔化的铁水倒入铸造模具中，冷却后即可得到成品铸铁。
6. 炉渣处理：在熔炼过程中，产生的炉渣需要处理，通常采用炉渣处理设备进行处理，以去除其中的杂质和有害物质。
以上就是铸铁熔炼的基本工艺流程，不同的生产厂家和生产工艺会有所不同，但一般都会包括以上几个步骤。
- 1 -。
3.1金属熔炼设备
•
坩锅炉是最简单 的一种熔炼炉， 坩锅炉特点：获 得金属液质量较 高，但是生产率 和热效率较低
• 另外还有中频感应加热设备、超高频感 应加热设备等。应用范围十分广泛。
工作原理：当工频电流通过感应线圈 时，金属炉料在交变磁场作用下，表面 层产生感应电流（称为涡流）而发热， 使金属熔化并过热达到所需温度。
感应电炉热效率为60%左右
感应电炉的优点在于钢中元素烧损率较低， 可以制得含气少、非金属夹渣少、含碳低、合金 元素损失少的各种优质钢；其熔炼速度快，能源 损耗少，易于实现真空熔炼，适用于中、小型铸 钢件熔炼。
缺点是炉渣的温度较低，故其冶金化学反应 能力较差，使得炼钢中的一些冶金反应进行得不 充分，另外其电气设备价格较贵，对炉衬材料要 求较高
（三）有色金属熔炼 1.有色金属：除铁与铁合金以外的其它金属。常用
于铸造的金属有铜、铝、镁、锡、铅、锌等。 2.熔炼要求：金属炉料快速熔化，以免合金元素的
烧损，同时要求燃料及电能消耗尽可能少，炉龄 要长，操作力求简便。 3.常用设备：坩埚炉
（一）冲天炉的结构 冲天炉由炉身、烟囱、炉缸和前
炉组成。
加料口以下，主风口以上部分 称为炉身； 高于加料口的部分，称为烟囱； 主风口以下至炉底部分为炉缸； 前炉是储存铁水和排渣用。
冲天炉生产率是用每小时能熔化多 少吨铁水表示，通常为0.5～30吨/ 小时（t/h），最常用的为1.5～10 吨/小时（t/h），炉子内径越大， 其生产率越高。
【2012考题·多选题】衡量冲天炉的技术经济指 标有（ ）。
A.容量 B.铁水出炉温度 C.有效功率 D设备 炼钢厂：氧气顶吹转炉炼钢法和电
弧炉炼钢法。 一般工厂：为了生产铸钢件，采用
电弧炉（容量为0.5～20t）和感应电 炉做为铸钢熔炼设备。
如何用冲天炉熔炼铸铁
如何用冲天炉熔炼铸铁（一）二十世纪七十年代末至九十年代末，应该说是我国使用冲天炉熔炼铸铁的鼎盛时期。
由于国家对农业生产的大力扶持，各种农机产品和农业机械的需求逐渐大起来，如小型柴油机、手扶拖拉机、水泵等。
农机产品需求的增加，反过来促进了铸造行业的蓬勃发展。
当时铸造行业熔炼铸铁的设备大多都是冲天炉。
但是近几年，由于国家对环保要求的提高，冲天炉熔炼铸铁逐渐被中频电炉所取代。
一、炉型的选择熔炼铸铁有很多炉型可以选择，如三排风眼冲天炉、多排风眼冲天炉、倒置两排大间距冲天炉、中央送风冲天炉、卡腰冲天炉、三节炉、搀炉等。
其实三排以上风眼的冲天炉都是为加强底焦燃烧而设计的。
由于当时我国生产的冶金焦质量差，固定碳含量低，灰份和硫含量高，为了加强底焦的燃烧，设计出多排风口。
它加强了冲天炉的送风，扩大了风口区，也就是扩大了氧化带。
优点是能充分利用质量差的焦碳，熔炼出高温铁水。
缺点是熔炼过程中金属炉料氧化烧损严重。
卡腰冲天炉是为了节省焦碳，冲天炉风口区设计成卡腰型。
中央送风冲天炉只适合于大型冲天炉，为减少和消除炉壁效应。
三节炉是简易的冲天炉。
一般都是单排风眼，没有前炉，用加深的炉缸储存铁水。
这种炉型有效高度低又不是热风，所以铁水温度并不高，铁水质量也差一些。
搀炉一般只有一个风眼，铁水温度不高，质量也很差，只适合生产没有要求的一般铸件。
我认为最适合熔炼铸铁的冲天炉应该是倒置两排大间距冲天炉。
这种炉型的冲天炉炉膛呈曲线型，风口倒置又是大间距，因此过热带拉长，有利于铁水的过热和增碳。
二、原材料的准备冲天炉熔炼铸铁需要用到的几种原材料是新生铁、焦碳、废钢、硅铁、锰铁、石灰石、孕育剂，以及各种修炉修包用的耐火材料，如耐火泥、焦碳粉、耐火砖、石英砂等等。
1）新生铁最好选用Z14-Z22生铁，使用最多的是Z18生铁。
因为这种生铁含硅量在1.6-2.0之间，含碳量在4.0以上。
生铁中的石墨较粗大，数量也多，经过冲天炉重熔后浇铸出来的铸件显微组织容易得到A型石墨。
铸铁熔炼中应注意的问题
铸铁熔炼中应注意的问题
铸铁熔炼过程中，必须将有害的元素成分(磷、硫以及其它干扰铸铁正常结晶和组织控制的微量元素等)，控制在限量以下。
1)脱硫
冲天炉熔炼中铁液中硫的来源，一是炉料中固有的硫，二是从焦碳中吸收的硫。
酸性冲天炉不具有脱硫能力，碱性冲天炉能在一定程度上起到脱硫的作用。
炉渣碱度在一定范围内提高时，有利于降低铁液含硫量；温度提高时，铁液在熔炼过程中增硫量减少；炉气氧化性强时，渣中FeO含量增高，不利于脱硫反应的进行。
适当提高焦铁比，减小送风强度，有利于脱硫。
但当生产球墨铸铁件时，除了用热风冲天炉进行炉内脱硫外，还常采用炉外脱硫的措施。
炉外脱硫的基本要点是尽量扩大脱硫剂与铁液之间的接触面积，以加强脱硫效果。
常用方法有：利用电石脱硫的摇动包脱硫法、喷射脱硫法、机械脱硫法、机械搅拌脱硫法和多空塞脱硫法等。
2)脱磷
磷对铸铁的机械性能，特别是对球墨铸铁和可锻铸铁的韧性有害，因此要严格控制铸铁的含磷量。
冲天炉熔炼的脱磷能力很弱。
因此对铁液的含磷量只能通过配料来控制。
应采用一定比例的低磷生铁和废钢进行配料。
3)铁液纯净，含有的渣、气体、夹杂物量少
为了将冲天炉熔炼中形成的夹杂物从铁液中去除，常在熔炼过程中按照炉料重量，加入一定量的石灰石CaCO3作为溶剂。
石灰石在高温下分解，与泥沙、灰分等化合形成低熔点的复杂化合物——熔渣。
熔渣易于与铁液分离便于去除。
当熔渣粘度高时，可加入一些萤石(CaF2)，以降低炉渣熔点。
铸铁熔炼
三、金属炉料对冲天炉铁液温度的影响
金属炉料块度
大：预热、熔化时间长，熔化区下移，过热区缩短。
卡料，炉料不能均匀下移，恶化热交换条件。 小：阻塞气流通道，造成严重氧化。 一般最大料块尺寸应小于1/3炉内径 炉料的纯洁度 表面的泥沙和铁锈，阻碍料块受热，熔融成渣消耗 热量
四、熔炼操作参数对冲天炉铁液温度的影响
送风位置 侧部送风 侧部插入式 中央送风
中央送风冲天炉
整体结构
直筒型，整块式炉底门 盅罩保护
中央风嘴
钢管，耐火泥和石英砂
主要特点
1 供风均匀，炉衬侵蚀小
削弱炉壁效应，减少炉壁冲刷，降低鼓风消耗，充分利用小 块焦炭
2 结构简单，炉况较稳定
炉体结构和送风系统简单而严密，漏风少，风口尺寸稳定， 炉衬侵蚀小，炉膛尺寸稳定，炉况稳定
程度增大，CO比CO2具有更大
的稳定性
炉气燃烧比
概念 意义：
v
CO2 100 % CO2 CO
10200 23800 v 100 % 34000
燃料利用率： A
炉气性质：判断氧化性或还原性 燃烧温度：ηv增加，温度上升 燃烧产物量：燃烧产物脱离焦炭层时的气相成分
四 冲天炉内焦炭燃烧
扩大过热区，铁液温度提高
批料层过薄：铁焦混杂串料 成分与温度波动大
五、冲天炉结构参数对铁液温度的影响
1、炉型的影响（气温分布）
缩小送风区直径：
送风强度提高、有利穿透 炉气均匀、强化燃烧。 扩大溶化区直径： 溶化强度提高、溶化区域 小,提高平均熔化区高度。 缩小加料口直径： 下料均匀、减少炉壁效应
2、风口布置的影响
二、送风对冲天炉铁液温度的影响
1、风量的影响
铸铁的熔炼
1 灰铸铁灰铸铁通常是指具有片状石墨的灰口铸铁，这中铸铁具有一定的机械性能、良好的铸造性能以及其它多方面的优良性能，因而在机械制造中业获得最广泛的应用。
表1为灰铸铁的新的国家标准。
该标准是以灰铸铁的抗拉强度作为分级依据的。
由于灰铸铁对冷却速率的敏感性（壁厚效应），同一种牌号铸铁在不同铸件壁厚条件下的实际强度有很大的差别（薄壁与厚壁之间在强度上的差别达50-80MPa）。
5 铸铁的熔炼9.1 熔炼对保证铸件质量的重要性熔炼铁液是生产铸铁件的重要环节。
铸件质量包括内在质量、外观质量以及是否形成缺陷等，这些都与铁液方面因素有直接的关系。
如铁液的流动性、薄壁和结构复杂铸件的成型性以及冷隔缺陷等受铁液温度的影响，而熔炼的铁液化学成分是否符合要求，则对铸件的机械性能有直接的影响。
铁液中的气体和非金属夹杂物含量不仅影响铸铁的强度和铸件的致密度，而且还与铸件形成气孔、裂纹等缺陷有关。
随着机械制造科学的发展，对铸铁提出薄壁、高强度的要求，铸件的最小壁厚由过去4~6mm减小至2~3mm，这要求相应提高铁液浇注温度。
铁液温度还对铸铁件的内在质量有重要的影响，如灰铸铁件的质量指标（GZ），即与铁液温度有显明的关系。
在球墨铸铁生产方面，熔炼出铁液的温度及原始含硫量成为球化及孕育处理有否成功的先决条件。
9.2 对铁液质量的基本要求1．出炉温度不同牌号灰铸铁件的浇注温度范围大致为1330-1410C。
在一般情况下，铁液的出炉温度至少比浇注温度提高50C，故根据铸铁牌号（自HT100至HT350）和铸件结构条件的具体情况，铁液出炉温度应不低于1380-1460C。
当需要浇注特薄（2-4mm）铸件时，出炉温度还应提高20-30C。
为了满足浇注铸件的需要，不同牌号可锻铸铁的出炉温度应不低于1460-1480C。
对球墨铸铁及其它变质处理的铸铁，在其球化一孕育处理过程中铁液的温度会有显著的下降，为了补偿铁液的温度损失，需相应提高铁液的出炉温度。
铸铁的熔炼设备和技术
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［ 国 铸 造 协 会 ＣＨＩ Ａ ＯＵＮＤＲ １ 】 Ｎ Ｆ Ｙ ＡＳＳ ＯＣＩＴ ＯＮ Ａ Ｉ
一
．
冲 天 炉 与 电 炉 的 比较
我 国各 行 各业 均 在 发 展 ， 电力 ？ ｘ 短 缺 ，目前 铸 铁 的熔 炼 设 备 主 要是 冲 天 炉 ， 且 以小 型 ｌ， ｌ／ 而Βιβλιοθήκη １ ．冲 天 炉 、
冲天 炉 的优 点 很 多 ， 备 费 用 低 、占地 面 积小 、可 连 续供 应 铁 水 等 ，是 大 家所 熟 知 的 ，不 设 需 加 以解 释 。此处 简 要说 说 通 常 未被 充 分注 意 的两 点 。 冲天 炉 内只 在 风 Ｆ 附近有 限 的 区域 内存 在 着 自由氧 。 着炉 气 的上 升 及 其 与 焦炭 的反 应 ， Ｉ 随
１ ５ ～１ ９ 年 ，德 国铸 铁 件 生产 厂 采 用 熔炼 设 备 的情 况见 图 ｌ ９０ ９５ 。
用 不 同
熔 炉 生 产 的 铸 件
，
年 份
图１
德 国铸铁 件 生 产 采用 熔 炉 的 情 况
除冲 天炉 和 电炉 外 ，也还 有 其 他熔 炼 设 备 问世 。可 以说 ，在铸 铁 熔 炼 设 备 方 面 ，目前 是 以 冲 天炉 和 电炉 为 主 的 多元 化 态 势 。 按 １９ ９ ８的资 料 ，美 国生产 的铸铁 件 中 ，冲 天 炉熔 铁 的 占 ５ ％ 多一 点 ， 电炉 熔炼 的 占 ３ ％ ０ ０ 多 一 点 ，用 其 他 熔炼 设 备 熔铁 的不 到 ２ ％。 ０
性 优于 电炉铁 水 。
其 次 ， 年 来 ， 车零 件 及 其 他钢 铁 制 品 经表 面 防锈 处 理 者 （ 其 是镀 锌 ）日益 增 多 ， 近 汽 尤 作
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４．结 论
进行 调整 ，这 是保 证提 高高 铬铸铁 冲击 耐磨性 能 的
（ ）高 铬铸铁 的硬度 主要 取决 于基 体组 织 和碳 前 提 条件 。对 冲击 韧度 要求 高 的铸件刑 下 限控 制碳 １
化物 的相 对 数量及 其 显微 硬度 ，而 韧性则 取 决 于基 含量 ，对 于耐 磨性 要求 高 的则 上限控 制碳 含量 。 体组织 的 类 别 和 碳 化物 的 形 态 、 数 量 及 其 分 布 状 况 。均匀 分 布在基 体 组织 中 的碳化 物是控 制 磨损 速
是 排 放 大量废气 和 灰尘 。如无 适 当 的处理措
电炉作 为铸铁 的熔 炼 设 备 的 铸 造厂 有 明显 的增 加 ， 施 ，则会 造 成 环境污 染 。 目前 ，我 国对 废气 的排放 已有 明确 的规定 ，其 中 可吸人 颗粒 物含量 不得 多 于 实 际上 ， 冲天 炉 和 电 炉 都 各 自有 其 优 点 和 局 ２ ０ ／ 。按 此要 求 ，现 有 的 冲 天 炉绝 大部 分 都 ０ ｍｇｍ３
普遍 ，以至于 曾有人 以为 冲天炉将 逐渐 被 淘汰 而被 世 。可 以说 ，在 铸铁熔 炼设 备方 面 ， 目前 是 以 冲天
９ ０年 代 以来 ，各 工 业 国家 的环 境保 护法 规 对 炉熔铁 的 占 ５ ％多 一 点 ，电炉 熔炼 的 占 ３ Ｏ ０％多一 ０ 废气 、废 渣 的排 放要 求很 严 ，铸造 行业 中很 多 人都 点 ，用其 他熔 炼设 备熔 铁 的不 到 ２ ％。 认 为 ，这 将 使 电炉 比冲天 炉 占有更 大 的优 势 ，因为
５ 试 用 效 果 ．
根据 抛 丸机抛 丸室 钢 丸 （ ． ～ 如 ．ｍｍ，硬 如 ４ ６
度 的重要 因素 ，如 果 基体 组织 韧性 较差 ，碳 化 物将 度为 ４ ５～５ Ｈ ） 冲 击 护 板 冲 击 力 较 小 的 工 况 ， Ｏ Ｒｃ 失去 支撑 并 在切应 力 作用 下产 生断 裂 ，同 时磨损 也 选用牌 号 为 Ｋ Ｂ ｒ５ ２ Ｄ 的 高 铬铸 铁 制 作 ＭＴ Ｃ ｌ Ｍｏ － Ｔ 随之发 生—— 高 铬 铸铁 件 失 效 的 主要 原 因。 因 此 ， 护板 ，其碳 含量 控 制 上 限 。碳 和铬 含 量 按 照 Ｃ ／ ｒＣ 要求 高铬 铸 铁必 须通 过适 当的热 处理 使 铸态 组 织中 ≥ ６进 行 调 整 ， ｃ ． ％ ～２ ８ ， ｃ： １ ％ ～ ＝２ ５ ．％ ５ 的大 量残 余 奥 氏体量 进一 步 降低 ，从而 使 其基体 组 １ ％时 ，经 ９ ０ ×０ ５ ８ ５℃ ．ｈ风 冷 后 ，硬 度 为 ５ ９～ 织既 有 高 的硬度 ，又有一 定 的韧性 。
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铸铁 的熔 炼设 备和 技术 （ ） 上
中国铸造协会 （ 北京 １０８ ） 李传 拭 ００９ 当前 ，面 临环 境 、能源 、资源等 方 面 日益严格 善 ，从废弃 物 处理 的角度 看 来 ，冲天 炉反 而 比电炉 的要求 ，铸造 这一 传统技 术 也相 应地走 向 了进一步 更 为优越 。 现代化 的进程 。 １５ －１９ ９ ０ ９ ５年 ，德 国 铸铁 件 生 产 厂 采 用 熔 炼 传 统 的 冲天炉 是造价 低 廉 的熔铁设 备 ，对小型 设 备 的情况 如 图 １ 示 。 所 铸 造 厂和 大型 铸造 厂都非 常适用 。用 冲天 炉 可以熔 制 品质 相 当 高 的 灰 铸 铁 和 球 墨 铸 铁 。 因此 ，在 ２ ０ 世纪 ５ Ｏ年 代 以前 ，在 铸 铁行 业 中 ，传 统 的冷 风 冲 天 炉一 直 占有绝 对 的优势 。 ６ ０年代起 ，铸 铁 行 业 中使 用 感 应 电炉 的工 厂
６ＨＲ ２ Ｃ，淬 火 态 使 用 ，其 耐 磨 性 和 冲击 韧 度 皆能
（０ ２ １４ ２０ ０ ０ ） 机械Ｉ＾ｔ 热抽Ｉ ２ ０ ０２年 摹 ４精
（ ）牌 号 为 Ｋ ２ ＭＴ ｌ Ｍ０ 一ＤＴ 的高 铬 铸 铁 满 足使 用要求 。抛 丸机 连续 工 作 时 间 可达 ｌ Ｂ ５ ２ ０天 以 件在碳 、铬 量 控 制 上 ，应 按 照 Ｃ ／ ｒＣ≥６对 碳 和 铬 上 。
业 发达 国家中铸 铁 厂用 电炉作 熔炼 设备 的情 况 相 当 电炉取代 。 与此 同时 ， 冲天炉 也有 了很 多重大 的改进和发展 。
圉 １ 德 国铸 铁件生产采用熔炉 的情况
除冲天 炉 和 电炉 外 ，也还 有 其 他 熔 炼 设 备 问 炉 和电 炉为 主 的多元化 态 势 。 按 １９ ９ ８的资 料 ，美 国生 产 的铸 铁 件 中 ，冲天
譬 雹 ｛ Ｌ
刊
增多 ，尤 其 是 ７ Ｏ年 代 后 无 心 感 应 电 炉 电源 方 面不
断 有重 大 的改 进 ，铸 铁厂 采用 电炉者迅 速 增加 。 由
缝
叵 雎
于采用 电炉时工 作 环境较 好 、铁 液成分 易 于准 确控 制 ，加 以电炉设 备及 所用 的耐火 材料都 有 改善 ，工
一
电炉 熔炼 比较洁 净 。但是 ，实 际情 况并 不一 定是 这 样 。近几 年 来 ，自冲天炉 风 口将 冲天炉 灰尘 、废 砂
、
冲 天 炉 与 电 炉 的 比 较
我 国各行 各业 均 在发展 ，电力相 对 短缺 ．铸铁
而 乃至 粉 状 垃 圾 吹 人 炉 内再 循 环 的技 术 逐 渐 趋 于 完 的熔 炼 设 备 主要 是 冲 天 炉 ， 且 以小 型 冲天 炉 为
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４６ ・
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多 ，用 电炉 者 甚少 ，在 今后 相 当长 的一段 时期 ，也
目前 ，冲天炉仍 存 在的 问题 主要有 三方 面 ：
一
仍将 保 持这 种情 况 。但应 该看 双联者 为 多。