铁水的控制

）铁水的控制

1. 元素烧损及氧化物夹杂

铁水中的硅、锰元素的氧化烧损，是通过炉气中的氧和二氧化碳吸附于铁滴表面后熔入铁水中。此时熔解氧为原子态。首先与铁原子反应生成氧化亚铁，由于硅、锰与氧的亲和力大于铁原子，硅、锰原子将生铁原子从氧化七亚铁中还原出来，自身被氧化形成硅、锰氧化物夹杂。 众所周知：铁水的氧化只要产生在熔化带。由于空气中的氧在氧化带已基本燃烧光。形成二氧化碳；故铁水在熔化带被氧化的氧原子主要由二氧化碳提供，减少熔化带的二氧化碳量就能控制铁水在熔化带被氧化，由于二氧化碳遇红热焦炭被还原，是吸热反应，故提高还原带的炉气温度可减少炉气中二氧化碳的含量，减少硅、锰烧损。故热风冲天炉能有效控制元素氧化烧损。

2. 铁水氧化行气孔的产生与控制

冲天炉铁水中的熔解氧，一部分如上所述，与铁水中硅、锰反应生成氧化物夹杂。

a. 一部分溶解氧在石墨表面吸附，氧化石墨生成一氧化碳气。 即：（C ）石墨+[O]＝{CO}↑

b. 当生成的氧化亚铁于铁水中的碳接触时，碳还原氧化亚铁，也是生成一氧化碳气孔。 （FeO ）+（C ）＝{CO}↑+（Fe ） 高温铁水有利于气泡上浮去除。这种熔炼过程中铁水氧化生成的气孔叫熔炼性气孔，其特点时呈细小均匀的分布于铸件断面。

3. 铁水含硫含量的控制

在冲天炉熔炼过程中，焦炭中的硫将有60％进入铁水中。如何控制硫进入铁水，是冲天炉熔炼质量控制的重要任务之一。首先了解硫进入铁水的过程，才能找到控制铁水增硫的途径。 焦炭在风口区燃烧达到高温时，焦炭中的硫呈气体状态逸出，在风口区与氧反应生成二氧化硫（SO2）气体。随着炉气上升，与铁料产生增硫途径有二：

a. 当二氧化硫与尚没氧化的洁净金属炉料表面或铁滴表面吸附对，产生增硫反应： 3[Fe+SO2]=（FeS ）+2（FeO ）+△F2……（1）

b. 对于已氧化的金属炉料表面，有如下反应： 10（FeO ）+SO2=（FeS ）+3Fe3O4+△F……（2） 式中的氧化亚铁包括上式反应生成的和炉渣中的。

以上两个放热反应在冲天炉条件下都可以进行，但反应式（2）顺向性比（1）大，故在金属表面氧化严重时，增硫剧烈。试验表明，金属炉料的渗硫深度可达1～3mm. 当铁料原始含硫量为0.082％时，增层内硫量可达0.45％之多。由此可知，清除金属炉料的铁锈，可减少增硫。 在冲天炉熔炼过程中能否创造条件脱硫呢？据脱硫的三大条件，即高温、高碱度、低氧化性。这在一般冲天炉中时无法满足的，只有在先进的热风水冷冲天炉熔炼条件下，才能满足上述条件。在热风水冷冲天炉熔炼过程中，由于高温、铁水氧化性低，无炉衬，可造碱性渣，当铁水在1500～1550oC ，平均1530 oC ，炉渣碱度控制在1.7～2.3时，可稳

定地将铁水含硫量降到0.04％，在包中辅以脱硫措施或采用炉前连续脱硫，就可将硫控制在0.02～0.03％，充分满足球铁生产和转炉炼高级钢的需要。

4. 铁水中磷的控制

一般在冲天炉熔炼过程中磷基本上无大变化。磷量的控制主要是从金属炉料控制。

5. 微量干扰元素

在熔炼过程中，高温有利于低熔点干扰元素的氧化、烧损。其含量相应的减少。但控制主要从金属炉料的选择解决之一。在冲天炉熔炼过程中。

（二）铁水熔炼过程因素的控制

铸铁与钢之所以不同，是因为有了石墨的存在，对石墨形态的控制，就是铸铁熔炼过程控制关键之一；同时在熔炼过程中必须保证获得各种基体组织的成分要求，也就是化学成分的波动范围的控制；也需要保证在满足机械性能的前提下，获得良好的加工性能等等。

1. 石墨形态的控制

不同的石墨形态，可以得到不同性能的铸铁，各种不同自的铸铁均有一个共同的要求，即石墨应是细小的、均匀的，对孕育铸铁的石墨则应是短而钝头的，对球墨铸铁来说，石墨应该是园整的，我国铸铁生产的原材料有新生铁（铸造生铁）、回炉料、废钢等，新生铁有大量的粗大过晶石墨干和共晶石墨，回炉料以共晶石墨为主，也存在少量的过共晶石墨。因此，在熔炼过程中，要保证得到上述要求的：

石墨形态，首先就必须将粗大的过共晶石墨和共晶溶解到结晶临界半径以下，在重新结晶的条件下，才能得到上述要求的石墨形态。这就是消除石墨遗传性。只要存在原始石墨，在随后的重新结晶时，碳原子就会在原始石墨上生长造成石墨的大小不均匀及尖头石墨。石墨尖头会造成尖端虚力集中，在应力作用下尖端裂口延伸以致断裂，降低另件使用的可靠性和安全性。 根据我们以及世界各国的研究，粗大的过共晶石墨在铁水温度达到1500 oC，并保持6～9妙钟可以溶化到结晶临界半径以下，只有在这样的熔炼条件下，生产的高牌号孕育铸铁或球墨铸铁的质量是可靠的。故生产孕育铸铁、球墨铸铁对铁水的熔炼温度是有要求的，其铁水熔炼温度应控制在1500 oC以上，最高不超过1550 oC，以1530 oC为最佳。

2. 铸铁熔炼方法的选择

不同的铸铁熔炼方法，具有不同的熔炼条件。其熔炼的铁水浇出的铸件性能也差异。德国人Gopat V.Panchathan V 在1978年曾经做过冲天炉、回转炉、电炉熔炼的铁水性能对比试验，发现冲天炉熔炼的铁水铸件相对强度高，使用性能好，相对硬度低，加工性能好。而电炉熔炼铁水的相对强度低，使用性能较差，相对硬度较高，加工性能较差。回转炉居中。二汽陈勉已总工在九华山铸造学会年会上介绍：要得到好的汽车铸件，采用冲天炉熔炼铁水最佳。大家都知道，二汽是采用电炉熔炼的。 为什么冲天炉铁水优于电炉呢？冲天炉熔炼过程是熔化带熔化的铁滴在焦炭表面滚动中下落的，造成了铁水微观增碳的不均匀性，故其

结晶过冷度较小，结晶晶粒细化，不易产生白口，而电炉熔炼铁水是在隔绝碳的情况下进行的，同时造成碳原子分布的均匀化，使其结晶过冷度增大，使铸件表面白口倾向增加。据国外统计，相对冲天炉铸件其加工刀具磨损率增加35％，加工时增加45％。增加了机械成本。

3. 化学成分波动范围的控制

在一般有炉衬冷风冲天炉中，随着熔炼时间的延长，炉衬的烧损，炉径将不断地扩大，如补焦不及时，量不准确，将造成低焦顶面波动增大，不仅温度降低，铁水氧化烧损增加，同时增大了化学成分的波动范围，要控制碳的波动在±0.10％是困难的。如采用热风水冷无炉衬冲天炉，熔化过程中炉衬稳定不变，消除了上述问题，化学成分波动范围能得到稳定的控制。从而保证各种铸件铁牌号的准确稳定生产。

4. 铁水的最佳熔炼温度控制

综上所述，保证铁水的内在质量熔炼温度应在1500C ，在该温度铁水氧化物夹杂、气孔最低抑止增硫，消除石墨遗传性，稳定化学成分波动范围均能得到保证。如果超过15500C ，将增加铁水的结晶过冷度，对使用性能不利。 故从铁水嫩内在的质量分析，铁水的熔炼温度范围应是1500～1550C ，最佳温度1530C.