鑄造生鐵

生鐵一般指含碳量在2~4.3%的鐵的合金。又稱鑄鐵。生鐵裏除含碳外，還含有硅、錳及少量的硫、磷等，它可鑄不可鍛。鑄造生鐵中的碳以片狀的石墨形態存在，它的斷口為灰色，通常又叫灰口鐵。由於石墨質軟，具有潤滑作用，因而鑄造生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能。但它的抗拉強度不夠，故不能鍛軋，只能用於製造各種鑄件，如鑄造各種機牀牀座、鐵管等。

生鐵是鑄造最基礎的原料，長期以來對於鑄造生鐵的質量控制往往還停留在化學成分的層次上。

隨着我國機械製造業的不斷進步，大規模機械化生產的大型鑄造生產企業越來越多， 對生鐵的質量要求也越來越高，我們不僅要求生鐵的化學成分要合適，而且對生鐵的外觀質量、含渣量、緻密程度等都有了高的要求。

鑄造生鐵一部分是由小型高爐生產，與此同時，因為在生產中使用的鑄鐵機，沒有統一的標準，使用過程中也沒有規範的制度， 使得影響生鐵質量的因素很多。一些鑄造生鐵的外觀質量差，含渣量大，以及一些生鐵內存在大量空洞等缺陷，這些缺陷的存在，給鑄件生產會帶來一些不利的影響，也給生鐵生產企業造成一定的經濟損失。鑄造生鐵的質量直接影響到企業的生存。為此，我們以新疆阜康金鑫鑄造有限公司的鑄造生鐵為例，探討鑄鐵生產過程中一些缺陷的產生原因 ^[1]  。

當生鐵錠渣滓含量過高時，就會出現“渣子鐵”現象。在生鐵錠表面漂浮的渣滓，不僅嚴重影響表面質量， 在熔鍊過程中帶來大量的一次性渣，而且使得澆注的鑄件中容易產生夾渣缺陷。

“渣子鐵”產生的原因是出鐵時渣鐵分離效果差，使得鐵液中帶渣過高。這主要是因為高爐爐温控制不當，出鐵時温度較低，使渣鐵物理熱較差，渣鐵難分離；再就是出鐵過程中出鐵槽斜度過大，鐵液流動紊亂，衝擊力大，破壞了渣鐵的靜置分離；澆注後期在簡易撇渣器中剩餘的鐵液和雜質無法分離；鐵液緩衝包中的焦粉被衝入流道；鐵液含碳量過高時，鐵液中析出大量石墨碳，使鐵液粘度增加，渣子不易上浮；工人在澆注過程中的人為擾動（疏導流道或流嘴）使流入模具的雜質增多等。

解決生鐵錠含渣量過高的途徑可以採取以下措施。

1 提高渣鐵分離效果

高爐熔鍊過程中產生的渣是生鐵錠含渣量的主要來源。要想減少生鐵錠中的含渣量，首先要穩定高爐的爐況，保持合適的出鐵温度，確保渣鐵分離。

與此同時，應加強在主鐵溝的渣鐵分離效果。可採用Γ型主鐵溝。其區別於傳統主鐵溝的特點是將下渣溝的排渣口加寬， 並使溢流渣壩遠離主溝中心線，排渣口底部是5°到30°的斜坡。渣流在主溝內成90°改變方向，渣中鐵粒受慣性影響，很快沉降，極有利於渣鐵分離。

確定主出鐵溝的截面尺寸，降低鐵液流速，依據相關資料，要使渣中帶鐵率小於0.1%，主鐵溝中鐵液流速應低於1.7 m/min。可利用給出的主溝截面參考公式，確定主鐵溝截面的尺寸。

在主鐵溝中段再增加一個擋渣板。主要用於減少後續渣鐵流對渣鐵靜置分離效果的影響，同時可以調整擋渣板與主溝長度方向的夾角，引導渣鐵流的流向，減少對撇渣器橫樑的衝擊。擋渣板的寬度應為主溝寬度的1/2左右，可利用材質輕的耐火材料，直接漂浮在主溝中，實現該功能。採用以上工藝措施，渣滓鐵出現量減少了80%。

2 改善鐵液的流動狀態

出鐵温度不但影響渣鐵分離效果，而且影響鐵液的流動性。當出鐵温度控制不當時，鐵液流動性極差， 爐前工人需不斷疏導鐵液， 生鐵錠表面質量極差。適當增加鐵液的過熱度， 可以改善鐵液的流動性，但過熱度過高容易發生縮孔縮松等缺陷。

要確保高爐鐵液的出爐温度，當某爐的鐵液較少時，鐵液的温度低、流動性差，生鐵表面質量相應很差。這主要是由於工人不按要求提早開包眼造成的。所以必須要求當鐵液達到指定高度時才能開包眼。

可以採用模具化流嘴設計，改善流嘴處的鐵液流動狀態。由於大多數流嘴是由爐前工人手工製作，散水面的高度、寬度，散水面側壁的斜度、搗實程度等都因人而異，普遍存在的問題是流嘴偏心。

在這種情況下，鐵液旋轉時其速度不斷變化，流動狀態不穩定。為此可採用類似於鑄件造型時的工藝，以標準的模型來製備流嘴，也可以用耐火材料預先製成標準件使用。

1 旋渦鐵特徵

生鐵表面有旋渦狀痕跡，表面極不光潔，與“渣子”鐵相似，但表面的粗糙並不是由渣子造成，而是多伴有析出性氣孔。

旋渦鐵產生的原因，主要是由於澆注時模具尚未烘乾，當鐵液澆入模具後，模具內腔上附着的水分短時間內急劇沸騰、蒸發，形成氣泡，從鐵液中向外溢出，使鐵液在模具內不斷翻滾，隨着鐵液的逐漸冷卻凝固，便會在鐵塊表面形成漩渦狀痕跡。

造成模具不幹燥的因素：

①冷卻噴淋水提前開啓或噴淋水量過大；

②噴漿量過大，模具不易乾燥。

2 解決的方法

由於在通常的小高爐生產的工藝中，生鐵錠的冷卻是依靠噴淋水，所以，當澆注後的第一塊模具到達最後一道噴淋水處時，必須要準時打開噴淋水。如果鑄鐵機操作人員提前開啓冷卻噴淋水，將使一些沒有被生鐵錠預熱的鑄鐵模內沉積冷卻水，而當沒有達到預熱温度的模具經噴漿後，水分難以乾燥，最終導致澆注後產生旋渦鐵。因此，必須要準確控制噴淋水開啓時間，保證每一塊模具都是達到預熱温度後再噴漿。

另一種方法是分段噴淋。比如分為兩段噴淋，剛開始澆注時僅用前一段（半）噴淋水進行噴淋冷卻，等第1塊模具到達最後1道噴淋水處時，再打開後一段（半）噴淋水。

噴淋水水量的調節也應分階段進行。現場觀察發現，澆注後的前一段時間（10 min左右）內，鐵液流量較大，使鑄鐵機轉速較快。這時需要把冷卻水開到最大，才能使落入鐵倉的鐵塊達到冷卻温度的要求。

但等堵上鐵口後，鐵液緩衝包內的鐵液逐漸減少，鐵液流速相應下降，此時如果保持前面的冷卻水量，就會使部分模具積水，不易乾燥。故噴淋水的調節至少應分為兩個階段，以堵鐵口時刻為粗略的分界線。鑑於本廠之前噴淋水的調節閥門調節精度不高，且調節不便，尤其是冬季，水汽嚴重，不僅阻礙工人的操作視線，同時帶來安全隱患。在技術改造過程中，將噴淋水調節閥門全部佈置到鑄鐵機控制室內，並要求調節閥門有足夠的調節精度，噴淋水水量相應變化處在一個穩定值。這樣，工人不用頻繁觀察水量大小，而是通過調節閥門角度來粗略控制水量的大小，實現噴淋水的分段控制。之後擬通過在鑄鐵機機尾部安裝攝像頭，以觀察模具乾燥程度，從而進行適當調整。

（1） 空心鐵特徵

空心鐵也是我廠經常出現的一種生鐵錠的鑄造缺陷，並常常不被鑄件生產企業所接受。空心鐵主要分兩種情況，一種表現為較大的縮孔或疏鬆，另一種表現為存在大量的皮下氣孔。

縮松縮孔產生的原因通常可以認為是生鐵錠凝固過程造成的，是因為生鐵錠在冷卻過程中，由於外層先凝固，而內部最後凝固得不到補縮而形成縮孔和縮松。但是對空心缺陷部位的化學成分分析表明，其含碳量均大於10%，而且在空心處還經常存在大量的鱗片狀石墨，由此説明，過共晶含量的生鐵，含有較高的碳量，而凝固過程中產生的石墨漂浮，也促進了生鐵錠中的縮孔和縮松。

（2） 減少生鐵錠中縮孔和縮松的產生

對於生鐵錠中縮孔和縮松可以採用降低澆注速度，控制噴淋冷卻時間，使鐵塊表面結殼推遲的方法。同時儘可能的避免生產過共晶程度較大的生鐵，將生鐵中的含碳量控制在3.8%~4.4%附近。

（3） 皮下氣孔缺陷

生鐵錠中的皮下氣孔是由於在上表皮凝固時，鐵錠中的氣體沒有被排除造成， 而氣體的來源主要有以下幾個方面，一是鐵模中的水分被鐵液分解為氫原子和氧原子並進入到鐵錠中， 在鐵錠凝固時溶解度下降而析出，但由於鐵錠表面已凝固而不能排除而造成；二是生鐵中含碳量過高，在高温下氧化形成CO，但又不能充分排除造成；第3種情況是由於生鐵在澆注時旋流嘴使鐵液加速旋轉，鐵液運動狀態不定，將空氣捲入，在鐵液凝固前氣體未能及時析出，最終以氣孔的形式存在於鐵塊表皮下。

為此，我們可以採用以下一些措施來減少以至消除這些缺陷，例如，減緩鐵液流的速度，改善鐵液流動狀態，避免空氣捲入，控制生鐵錠的凝固時間，以及控制含碳量等措施。但最重要的還是要合理控制噴漿的時間、數量，確保鐵模能夠在鐵液澆注前徹底乾燥，避免水分進入到鐵液中 ^[2]  。

在高爐生產鑄造生鐵的過程中，除了確保化學成分穩定之外，鑄造生鐵錠還存在一些常見的鑄造缺陷。其中包括渣滓鐵、旋渦鐵、空心鐵等。渣滓鐵中的渣滓主要來源於鐵液中未能分離的渣和流道中捲入的渣。故應採取穩定鐵液出爐温度、保障鐵液流動平穩、增強鐵渣分離和檔渣等措施；旋渦鐵主要是由模具內腔上附着的水分沒有乾燥，遇鐵液後急劇沸騰、使鐵液在模具內不斷翻滾，隨着鐵液的逐漸冷卻凝固而形成。所以應採用嚴格控制噴淋工藝，確保鐵模預熱温度的方法來解決；空心鐵是由於凝固時縮孔、石墨的漂浮，以及生鐵錠中析出的氣體和捲入的空氣不能充分排除而造成。應採用減緩鐵液流的速度，改善鐵液流動狀態，避免空氣捲入，控制生鐵錠的凝固時間和含碳量等措施來解決 ^[3]  。