铸造及其熔炼
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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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。
铸造合金及其熔炼
答：蠕墨铸铁中硅量通常是用来调整机体组织的，随着硅含量的增加基体中珠光体量减少，而铁素体含量增加，而硅含量过低会产生白口。锰在常规含量范围内对石墨的蠕化无影响。锰在铸铁中其稳定珠光体的作用。
17铸铁中加入合金元素，进行合金化的目的。
答：1.细化石墨和共晶团2. 增加基体中珠光体的含量，并使珠光体的片间距细化；3.生成碳化物或含有合金元素的复合磷共晶等硬化相；4.提高渗碳体的热稳定性，防止珠光体在高温下发生分解，提高铸铁的耐热性。
29.分析冲天炉风口以上的炉气成分及含量分布。
30.说明对铸造用铁液铁液质量的基本要求。
答：1.出炉温度：满足下列要求
8.说明S\P含量对铸铁石墨化合机械性能的影响
答：S：阻碍石墨化，易形成P（珠），结晶前沿形成低熔点偏析层，使Fe、C结合力上升。
P:影响不大，C‘左移，Tc’下降
9.灰铸铁件进行低温退火和高温退火的目的是什么？
答：低温退火：消除内应力的热处理，亦称热时效。高温退火：改善加工性能的降低硬度（去除铸件内残留的少量自由碳化物）的热处理。
D.焦炭块度小，表面积增大，与铁水接触多，增碳；
E.铁液在炉缸中停留时间长，接触时间长，增碳；
F.送风强度小，熔化率下降，铁液在过热区停留时间长，增碳；
G.无前炉，铁水在炉缸内停留时间长，增碳；
H.炉渣，有利于增碳，提高碱度。
27.指出冲天炉熔化铁水时，影响增硫和脱硫的因素，并介绍一种炉外脱硫的方法。
18.试论述加速黑心可锻铸铁退火过程的途径和措施
答：在第二阶段石墨化过程中，可以采用从780°左右开始逐步缓缓冷却，通过共析区域的方法进行，一般以3~5℃ /h的速度通过共析转变温度区，奥氏体直接转化为铁素体加石墨。这一方法石墨化速度可较快些，但控制冷速是很重要的。
有色金属熔炼与铸锭
有色金属熔炼与铸锭有色金属是指除了铁之外的金属，包括铜、铝、镁、锌、铅等。
这些金属在工业和日常生活中都有广泛的应用，因此其熔炼和铸造技术也非常重要。
本文将介绍有色金属熔炼和铸锭的基本原理和流程。
一、有色金属熔炼有色金属熔炼是将固态金属加热至液态并进行加工的过程。
有色金属熔炼通常采用电炉、燃气炉或高频感应炉等加热设备。
在熔炼过程中，有色金属会发生氧化、蒸发和挥发等反应，因此需要加入熔剂和保护气体来控制反应的发生。
1. 熔剂熔剂是一种能够与金属氧化物反应生成氧化还原剂的物质。
在熔炼过程中，熔剂可以吸收金属表面的氧化物，并将其还原为金属。
熔剂的选择要根据金属的特性和熔剂的成分来确定。
以铝为例，铝的氧化物（Al2O3）在高温下很难还原为金属铝。
因此，需要加入熔剂（如纯碳或氟化铝钠等）来将氧化物还原为铝。
另外，熔剂还可以调节熔炼温度、改善金属的流动性和减少金属表面的氧化。
2. 保护气体保护气体是一种用于保护金属表面不受氧化的气体。
在熔炼过程中，金属表面会受到空气中的氧化物的影响，导致氧化和污染。
因此，需要加入保护气体，如氮气、氩气、氢气等，来隔绝金属和空气的接触。
以铜为例，铜熔点较低，容易氧化，因此需要使用保护气体来防止氧化。
常用的保护气体是氢气，因为氢气可以还原铜表面的氧化物，并且不会对铜产生污染。
二、有色金属铸造有色金属铸造是将熔化的金属倒入模具中，使其冷却固化成型的过程。
有色金属铸造通常采用砂型铸造、永久模铸造、压铸和注射成型等方法。
1. 砂型铸造砂型铸造是将熔化的金属倒入沙子制成的模具中，使其冷却固化成型的方法。
砂型铸造可以制造大型和复杂的零件，但是生产周期较长，成本较高。
2. 永久模铸造永久模铸造是将熔化的金属倒入金属模具中，使其冷却固化成型的方法。
永久模铸造可以制造高精度、高表面质量和高产量的零件，但是模具成本较高。
3. 压铸压铸是将熔化的金属注入压铸机中，经过高压快速冷却成型的方法。
压铸可以制造高精度、高表面质量和高产量的零件，但是一般只适用于小型和中型零件。
铸造合金及其熔炼
铸造合金及其熔炼1. 合金流动性及其影响因素？改善流动性措施？液态合金的流动能力，影响流动性的主要因素：――合金成分及结晶特点：层状凝固好、糊状凝固差，中间凝固介于二者之间。
结晶温度范围宽，流动性差。
纯金属/共晶合金/金属间化合物流动性好，随成分偏离这几点，流动性变差，但有例外。
——合金液的物理性质粘度越小流动性越好；表面张力越小流动性越好；结晶潜热越大，流动性越好。
――合金液纯净度（气体、夹杂物含量）气体、夹杂物越多，流动性越差，需精炼处理改善措施：正确选择合金成分：结晶温度范围小，如接近共晶成分合理的熔炼工艺：减少杂质含量一一原材料预处理、高温熔炼、净化/精炼处理变质/孕育细化组织：减小枝晶尺寸、提高临界固相量2. 铸件常见缺陷机理及预防措施：1、缩孔、缩松原因：糊状凝固特性、凝固温度范围宽、较大的共晶膨胀使型腔尺寸增大。
防止措施：一一加大铸型刚度。
发挥石墨化膨胀自补缩作用，无帽口铸造。
――增加石墨化膨胀体积。
提高CE，尤其C,强化孕育，防Fe3C形成。
——减少液态收缩。
适当降低浇注温度。
――优化工艺设计，顺序凝固/同时凝固2、夹渣一次渣：熔炼、球化处理（浇注前）形成的非金属夹杂物进入型腔所致——清渣/过滤、适当提高浇注温度、二次渣：浇注过程及尚未凝固前形成的非金属夹杂物一一浇注系统设计，平稳充型，控制Mg残留量3、石墨漂浮（与可锻铸铁的灰点缺陷区分，看看灰点缺陷，课本94页）原因：初生石墨上浮至铸件上表面/冒口防止措施：控制CE<4.6，厚壁铸件适当降低CE。
低硅原铁水+强化孕育4、皮下气孔：原因：铁水中的Mg/MgS与铸型/涂料中水反应生成措施：适当降低残余Mg及铸型水分，型砂添加煤粉5、球化衰退：原因：球化元素随球化处理后时间延长而损耗一一挥发、氧化、回硫；孕育衰退、石墨核心数量减少、石墨球粗大、畸变措施：保持足够球化元素残留量；清渣防回硫；覆盖防氧化减挥发；厚大件用抗衰退能力强的球化剂（铱基重稀土球化剂）；抗衰退孕育剂、加Bi等微量元素3. 常用铸铁的成份、组织、性能特点及应用？1 ）灰铁：以C、Si、Mn、P、S五元素为主，高牌号时还含有少量Cr、Mo、Cu、Ni、Sn等合金元素；碳主要以片状石墨形式存在，基体为P+F,常以P为主；断口呈暗灰色；铸造性能好、强度较低（<400MPa）、冲击韧性及伸长率很低，导热性、减振性较好。
铸造合金及其熔炼(铸铁熔炼)
第三章 铸造合金及其熔炼
以上均为氧化放热反应，根据上述反应及 图3-13可见，在氧化带内：
①焦炭燃烧生成的炉气，既有二氧化碳，也有一 氧化碳，但主要是二氧化碳。
②从主排风口开始，随着炉气的上升，反应不断 进行，炉气中的氧逐渐减少，二氧化碳不断增 加。当上升到氧化带顶面时，炉气的氧基本耗 尽，氧化反应终止，二氧化碳达到最高值。
图3-13 冲天炉熔炼过程原理图
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第三章 铸造合金及其熔炼
1）预热区 从加料口下沿料面到铁料开始熔化这 段高度为预热区。预热区的炉料在下降过程中， 与上升的炉气之间的热交换方式以对流为主，金 属料逐渐被加热至熔化温度。
预热区高度受有效高度、底焦高度、炉内料面的 实际位置、炉料块度、炉料下落速度、炉气分布、 铁焦比等许多因素的影响，波动很大。其中金属 料的块度特别重要。金属料的块度愈大，预热所 需的时间愈长，预热区高度愈大，严重时金属料 块可能进入风口区，造成“落生”现象，妨碍冲 天炉的正常操作。因此应限制金属料的块度。但 金属料的块度也不能过小，以免造成严重氧化。
铸铁熔炼可以用冲天炉、非焦化铁炉、电炉、 反射炉、坩锅或冲天炉与电炉双联等方法，其 中以冲天炉熔炼的应用最为广泛。
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第三章 铸造合金及其熔炼
1. 冲天炉的结构（图3-12）
冲天炉的类型很多，但基本结构大体相 同。常用的冲天炉由四部分组成：炉底部 分、炉身部分（包括送风系统）、前炉部 分、炉顶部分（烟囱及除尘系统）。
修炉完毕，用木柴或烘干器慢火充分烘干前、后 炉。前炉必须烘透，以保证铁液温度。
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第三章 铸造合金及其熔炼
（3）点火与加底焦 烘炉后，加入木柴，引
熔炼与铸造
新材料应用
研发和应用新型的耐高温、高强度、轻质的材料，替代传统的金属 材料，降低生产成本，提高产品性能。
未来趋势
绿色化发展
随着环保意识的增强，未来的熔 炼与铸造行业将更加注重环保和 可持续发展，推动整个行业的绿
熔炼材料
熔炼材料是指用于熔炼金属或合金的原料，根据不同的熔炼 工艺和产品要求，可以选择不同的熔炼材料。
常见的熔炼材料包括纯金属、合金、废金属等。在熔炼过程 中，还需要加入适量的溶剂和添加剂，以调整熔体的成分和 性能，获得所需的金属或合金。
02
铸造工艺
铸造原理
01
02
பைடு நூலகம்
03
液态金属成型
铸造是将熔融态的金属倒 入模具中，冷却凝固后形 成所需形状的工艺。
技术落后
一些企业仍在使用老旧的 熔炼和铸造设备，这不仅 影响了产品的质量，也限 制了生产效率的提升。
高成本
高品质的原材料、复杂的 生产工艺以及人工成本的 上升，都增加了熔炼与铸 造的生产成本。
技术发展
节能减排技术
通过引入先进的节能设备和技术，降低熔炼与铸造过程中的能耗 和污染物排放。
自动化与智能化技术
等领域的零件制造。
艺术品制作
铸造工艺也被用于制作艺术品， 如铸铜雕塑、铸铁栏杆等。
建筑装饰
铸造工艺在建筑领域也广泛应用 ，如铸铁门、铸铜装饰等。
熔炼与铸造的结合应用
01
精密铸造
精密铸造是一种结合熔炼和铸造工艺的制造方法，通过精密铸造可以生
产出高精度、高质量的零件。
02 03
连续铸造
连续铸造是将熔融金属通过连铸机连续浇注到结晶器中，冷却凝固后形 成连续的金属材料的工艺。连续铸造广泛应用于钢铁、有色金属等行业 的生产。
铝合金熔炼与铸造
铝合金熔炼与铸造铝合金是一种常见且广泛使用的金属材料，具有较低的密度、良好的导热性和耐腐蚀性，因此在许多行业中得到了广泛的应用。
铝合金的熔炼和铸造是制造铝合金制品的关键步骤。
本文将介绍铝合金熔炼和铸造的基本原理、工艺和注意事项。
一、铝合金熔炼1.1 熔炼原理铝合金熔炼的主要原理是将铝及其他合金元素加热至其熔点，使其融化成液态，以便进行后续的铸造工艺。
铝的熔点较低，约为660°C，因此相对较容易熔化。
而其他合金元素的加入可以改变铝合金的性质，例如提高其强度、耐腐蚀性或者改善加工性能。
1.2 熔炼工艺铝合金熔炼工艺一般分为两种：批量熔炼和连续熔炼。
批量熔炼是将一定量的铝和其他合金元素加入炉内，通过加热熔化成液态，并进行充分混合。
这种方法适用于小规模生产，常用的炉型有电阻炉和燃气炉。
而连续熔炼是将铝合金材料加入熔炉的顶部，通过炉内的加热和熔化过程，使得底部的液态铝合金不断流出。
这种方法适用于大规模生产，常用的炉型有回转炉和隧道炉。
1.3 熔炼注意事项在铝合金的熔炼过程中，需要注意以下几个方面。
首先，炉内的温度需要控制在适当的范围内，以避免过度燃烧或者过度冷却。
其次，需要保持良好的熔炼环境，防止氧气、水分或杂质等对炉内材料的影响。
最后，在加入其他合金元素时，需要根据配比和工艺要求进行准确的添加，以保证最终铝合金的性能。
二、铝合金铸造2.1 铸型设计铝合金铸造的第一步是进行铸型设计。
铸型设计的目的是根据最终产品的形状和要求，确定合适的铸造方法和材料，以及适当的铸型结构。
常见的铸型结构有砂型、金属型和陶瓷型等。
其中砂型是最常用的铸造方法，可以应用于各种形状和尺寸的产品。
2.2 铸造工艺铝合金的铸造工艺可以分为传统铸造和压铸两种。
传统铸造是将熔融的铝合金液体倒入铸型中，并通过自然冷却形成最终产品。
这种方法适用于小批量生产，但精度和表面光滑度相对较低。
压铸是将高压液压机将铝合金液体注入铸型中，通过压力传递和快速冷却，实现快速成型。
第3章熔炼和铸造
第3章熔炼和铸造在工业生产的众多环节中，熔炼和铸造是至关重要的两个步骤。
它们不仅是将原材料转化为有用产品的关键过程，更承载着对质量、性能和精度的严格要求。
熔炼，简单来说，就是将各种原材料通过加热等方式融合在一起，形成具有特定成分和性能的液态金属。
这个过程就像是一场精心编排的“化学舞蹈”。
首先，要对原材料进行严格的筛选和检验。
无论是矿石、废旧金属还是其他金属材料，都必须保证其质量和纯度符合生产要求。
否则，就如同在美味的汤中混入了杂质，会影响最终的“口感”——也就是金属的性能。
在熔炼过程中，温度的控制是重中之重。
过高的温度可能导致金属的过度氧化，增加杂质含量，同时也会消耗过多的能源；而过低的温度则无法使原材料充分熔化和融合，导致成分不均匀。
这就需要熔炼工人如同经验丰富的大厨，精准地掌握火候。
除了温度，熔炼时所使用的熔炉类型也有多种选择。
常见的有电弧炉、感应炉等。
电弧炉依靠强大的电弧放电产生高温，适用于大规模的熔炼作业；感应炉则通过电磁感应原理加热金属，具有加热速度快、效率高的优点。
而铸造，则是将熔炼得到的液态金属注入到特定的模具中，使其冷却凝固，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的铸件。
这就像是给液态金属“塑形”，让它们变成我们所需要的各种零部件。
模具的设计和制造是铸造环节的关键之一。
模具不仅要能够准确地塑造出所需的形状，还要考虑到金属液的流动、冷却收缩等因素，以避免出现缺陷。
比如说，如果模具的排气不畅，就可能在铸件中形成气孔，影响其质量和强度。
铸造的方法也是多种多样的。
砂型铸造是最为常见和传统的一种，它成本相对较低，适用于生产形状较为复杂的铸件。
而压力铸造则是在高压下将金属液注入模具，能够生产出精度高、表面质量好的铸件，但设备成本较高。
在实际的生产中，熔炼和铸造往往是紧密相连的。
只有熔炼过程中控制好成分和温度，才能为铸造提供优质的液态金属；而只有铸造环节中设计好模具、选择合适的工艺，才能将液态金属完美地转化为符合要求的铸件。
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铸造合金及其熔炼论文正文
这本书主要向我们介绍了有关铸造方面的绝大多数内容，用三篇共十七章的篇幅来具体的为我们所了解，主要包括：铸铁及其熔炼，铸铸钢及其熔炼，铸造非铁合金及其熔炼。
第一篇主要内容有：铸铁的结晶及组织的形成、灰铸铁、强韧铸铁、特种性铸铁以及铸铁的熔炼；接着第二篇又介绍了铸造碳钢、铸造低碳合金钢铸造高合金钢、电弧炉炼钢、感应电炉炼钢和钢的卢外精炼；最后第三篇章讲了铝合金的铸造、铸造铝合金的熔炼、铸造铜合金铸造铜合金的熔炼以及铸造锌合金以及熔炼。
1按铸铁的断口特征分类
灰口铸铁：断口呈灰色或暗灰色；
白口铸铁：断口呈银白色；
麻口铸铁：断口呈灰色与银白色交错。
2按铸铁中石墨的存在形式或形态分类
灰铸铁：铸铁中的石墨呈片状；灰铸铁按其生产过程中是否进行孕育处理又可分为：普通灰铸铁（未进行孕育处理）和孕育铸铁（进行孕育处理）
蠕墨铸铁：铸铁中的石墨呈蠕虫状；
球墨铸铁：铸铁中的石墨呈球状；
可锻铸铁：经石墨化退火后铸铁中的石墨呈团絮状。
最主要的是掌握铸铁和铸钢的组织、分类、热处理、性能、铸造方式以及如何保护的措施等等。
铸造行业及铸造技术的现状
中国已是制造大国，铸件年产量已达到1987万t，是世界铸件生产第一大国。
2002年中国二重集团公司成功地浇注了特大型轧钢机机架铸件，总共冶炼、浇注钢液730t。
中国的铸造行业与国外工业发达国家相比，仍有差距。
例如，重大工程的关键铸件如长江三峡水轮机的第一个铸造拼焊结构的叶轮重426t仍从加拿大进口，价值为960万美元；航空发动机及其它重要的动力机械的关键铸件如燃汽轮机高温合金单晶体叶片的铸造技术尚有待突破，中国铸件仍然是以普通灰铸铁为主，铝和镁合金及球墨铸铁的占有比例远不及美国。
铸铁的发展前景
（1）加强高强度薄壁灰铸铁生产技术的开发
低成本和良好的铸造性能是灰铸铁的主要优势，所以灰铸铁已广泛应用于汽车、内燃机、农机、压缩机和市政建设等领域。
今后制约灰铸铁件增长和发展的主要因素之一是轻量化，铸铁轻量化将为铸铁工业注入新的活力，今后应加强高强度薄壁灰铸铁的生产技术的开发。
（2）进一步推广使用球墨铸铁
随着我国汽车工业和铸管工业的发展，以及随着我国球墨铸铁生产水平的提高，应用领域的拓宽，预计进入21世纪，我国球铁件产量必将有大幅度的增长，应进一步扩大等温淬火球墨铸铁在承受强载荷工况机械零件和耐磨件上的应用。
推广铸态球墨铸铁，节约能源，降低生产成本。
（3）扩大蠕墨铸铁的应用
蠕墨铸铁是一种新型材料,它的强度、塑韧性高于灰铸铁,铸造性能优于球墨铸铁,具有优良的耐热疲劳性能和导热性能,可在柴油机缸盖和排气管、液压阀、机床床身、钢锭模、玻璃模具等铸件上推广应用。
（4）抓好铸铁熔炼环节,提供优质铁水
当前, 随着市场竞争的加剧, 铸铁作为一种传统的金属材料正面临着材料的质量、性能和价格的严重挑战。
众所周知, 铸铁是一种具有极大开发潜力的复杂、多元、多相结构材料, 其组织和性能可随其凝固方式的不同而产生很大的变化。
所以有关铸铁及其控制, 多年来一直受到世界各国企业界和学术界的极大关注。
纵观近几年各国铸造杂志上和历次铸造年会上发表的论文,有关铸铁的内容都占有相当多的份额, 而且其内容涉及到铸铁的方方面面, 如热处理、疲劳强度、特殊性能∋耐蚀、耐热、耐氧化性、耐磨性、减震性(、组织控制和凝固、表面改性和复合化技术等方面。
由于受能源劳动力价格和环境因素的影响, 今后工业发达伺家的铸件将会逐渐减少,转而向发展中国家采购一般铸件, 但同时又会向发展中国家出高附加值、高技术含量的优质铸件。
可以说, 铸铁材料的高附加价值化是应对未来更加激烈的铸件市场竞争、满足用户多样化需求的主要对策。
早在60年代初期，即开始了对铝基复合材料的研究。
初期研究主要是针对铝合金基体和增强颗粒、增强纤维的复合，研究复合材料各方面的性能。
复合材料的性能较原基体铝合金在强度、刚性、耐热、耐腐性等方面均有大幅度的提高。
例如，以铸造A356合金为基的SiC(15%)颗粒增强复合材料，强度由255 MPa提高到317 MPa,弹性模量由75.2 GPa提高到95.8 GPa，但伸长率有所下降。
在204 ℃时，A356与A356/SiC/20的σb和σ0.2分别为103MPa,83 MPa与214 MPa,234 MPa。
A356与A356/SiC/20、铸铁的耐磨性比较，在相同的条件下体积磨损量之比为1∶0.28∶0.36。
铝基复合材料具有高的比强度、比刚度和优良的高温力学性能以及低的膨胀系数和优良的耐磨性，在航空、航天、汽车、电子、光学等工业领域具有十分广泛的应用前景，是当前金属基复合材料研究的热点，也是铸造铝合金发
展的新方向。
总结
在铸造的过程中仍有很多缺点与弊端，它的工序依旧比较复杂，有待我们改进，工作环境可以通过技术来改善。
相信未来的铸铁行业将会越来越完善，更加便捷，能够克服现在很多技术上面的难题，相信随着铸造的发展我过一定会赶超美国成为真正的世界第一！。