球铁QT500-7熔炼课程设计

1、SHANDONG 课 程 设 计铸造合金及其熔炼学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013 年 1 月目 录目 录 . 第一章第一章 引引 言言 .1 1.1 课题的目的和意义 .1第二章 零件的原始要求 . 2 2.1 零件铸造要求 . 2 2.2 结构 . 2 2.3 技术要求 . 2 2.4 铸件材料 . 3第三章 化学成分的选定 . 3 3.1 基本元素的选定及作用 . 3 3.1.1 碳作用及选定 . 3 3.1.2 硅作用及选定 . 3 3.1.3 锰作用及选定 . 4 3.1.4 磷作用及选定 . 4 3.1.5 硫作用及选定

2、 . 4 3.2 炉料的选择 . 4 3.2.1 各炉料的化学成分 . 4 3.2.2 常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率 . 5 3.2.3 炉前添加合金元素的回收率 . 5 3.3 配料计算 . 5 3.3.1 计算炉料中各元素应有的含量 . 5 3.3.2 初步确定炉料配比 . 6 3.3.3 确定配比并计算铁合金补加量 . 6 3.3.4 核算硫、磷是否在要求范围之内 . 7 3.3.5 根据以上计算，写出配料单，确定配料比 . 8 第四章 选用高炉 . 8 4.1 冲天炉的基本结构及作用 . 8 4.1.1 炉底与炉基 . 8 4.1.2 炉体与前炉 . 8 4.1.3 烟囱与除尘装

3、置 . 9 4.1.4 送风系统 . 9 4.1.5 热风装置 . 9 4.1.6 风机 . 9 4.2 冲天炉的尺寸 . 9 4.2.1 冲天炉内径 . 9 4.2.2 冲天炉的高度 . 9 4.2.3 冲天炉送风系统 . 10 4.2.4 前炉、过桥、出铁口及出渣口 . 11 4.2.5 冲天炉烟囱和加料口的基本尺寸 . 12 4.2.6 火花捕集器的原理结构和基本尺寸 . 13 4.3 冲天炉影响铁液温度的影响因素 . 14 4.3.1 焦炭对冲天炉铁液温度的影响 . 14 4.3.2 送风对冲天炉铁液温度的影响 . 14 4.3.4 金属炉料对冲天炉铁液温度的影响 . 15 4.3.5

4、 熔炼操作参数对冲天炉铁液温度的影响 . 15 4.3.6 冲天炉结构参数对铁液温度的影响 . 15 4.4 冲天炉强化熔炼的主要措施 . 16 4.4.1 预热送风 . 16 4.4.2 富氧送风 . 16 4.4.3 除湿送风 . 16第五章 确定熔炼工艺过程 . 16 5.1 制定主要工艺参数 . 16 5.1.1 合理的送风强度 . 16 5.1.2 合理的熔化强度 . 17 5.1.3 合理的底焦高废 . 17 5.2 熔炼前的准备 . 17 5.2.1 新原材料的试用 . 17 5.2.2 熔铁顺序的安排 . 17 5.3 炉前质量的控制 . 18 5.3.1 根据铁水火花判断铁水

5、质量 . 18 5.3.2 根据三角试片判断铁水质量 . 18 5.3.3 根据炉渣的颜色判断铁水质量 . 18 5.3.4 打炉前料住高度的判断 . 18 5.4 冲天炉熔炼操作 . 19 5.4.1 修炉 . 19 5.4.2 点火 . 19 5.4.3 装料 . 19 5.4.4 鼓风熔炼 . 19 5.4.5 停风打炉 . 20 5.5 冲天炉判断、常见故障排除 . 20 5.6 各种特殊处理 . 22 5.6.1 球化处理 . 22 5.6.2 孕育处理 . 23参考文献. 24 第一章第一章 引引 言言1.1 课题的背景和意义 球墨铸铁是一种广泛应用于各工业部门的重要结构材料，它的

6、出现使铸铁材料的性能发生了质的飞跃，因此在国内外发展都很快，许多方面已取代了锻钢、铸钢及可锻铸铁的应用，成为产量仅次于灰铸铁的铸造合金材料。以往球铁均需通过各种不同的热处理手段方能达到相应的牌号要求，从而耗费能源、污染环境、增加成本、延长生产周期、加重工人劳动强度，因此生产铸态球铁便成为近年来国内外球铁生产方面的一个重要发展方向。据数据统计，我国用于灰铸铁件热时效的能耗每吨铸件为 40100kg 标准煤，而用于球墨铸铁件退火、正火的能耗每吨铸件为 100180kg 标准煤。我国球墨铸铁件中高韧性铁素体球铁和高强度珠光体球铁占有很大的比重，通常是采用退火、正火处理。采用铸态球墨铸铁生产技术省去了

7、退火、正火处理工序，节约能源，避免了因高温处理而带来的铸件变形、氧化等缺陷。所以，推广应用铸态球墨铸铁生产技术，对于铸造行业的节能降耗减少排放，以及提高经济效益都具有非常重要的意义。第二章第二章 零件的原始要求零件的原始要求 2.1 零件铸造要求： 2.2 结构如图 1-1、1-2、1-3、1-4 图 1-1 图 1-2 图 1-32.3 技术要求：2.3.1 球墨铸铁符合标准 GB/T1348-2009，必须保证机械性能；2.3.2 球化等级需达 4 级以上；2.3.3 凡有加工符号的表面需留有加工余量；名称牌号质量(kg)出品率(%)毛重(kg)产量(件)总耗铁量(kg)滑动座QT500-

8、717370247.12.3.4 呋喃树脂砂造型；2.3.5 铸造不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷；2.3.6 未铸造圆角为 R10-R15；2.3.7 铸造后经退火或时效处理；2.3.8 铸造公差等级 ISO 8062 CT12 级；2.3.9 去毛刺，锐边锐角倒钝。2.4 铸件材料：球铁第三章第三章 化学成分的选定化学成分的选定 选择适当化学成分是保证铸铁得良好的组织状态和高性能的基本条件，化学成分的选择要有利于石墨的球化和获得满意的基体，以期获得所要求的性能，又能使铸件有良好的铸造性能。3.1 基本元素的选定及作用3.1.1 碳作用及选定 由于球状石墨对基体的削弱作用很小，故球墨铸铁中石墨数

9、量的多少，对力学性能的影响不显著，当含碳量在 3.2%3.9%范围内变化时，对力学性能无明显的影响。所以确定碳含量时，主要从保证铸造性能考虑，为此将碳当量选择在共晶成分左右。具有共晶成分的铁液的流动性能最好，形成集中缩孔的倾向大，铸件组织的致密度高。当碳当量过低时，铸件易产生缩松和裂纹。但碳当量过高时，容易产生石墨漂浮的同时，一定程度上对球化有影响，其结果是使铸铁中夹杂物的数量增多，降低铸铁性能，而且污染工作环境。因此应控制含碳量在 C3.5%3.9%。3.1.2 硅作用及选定 球墨铸铁中使铁素体增加的作用比灰铸铁大，所以硅含量的高低，直接影响球墨铸铁基体中的铁素体量。硅在球墨铸铁中对性能的影

10、响很大，主要表现在硅对基体的固溶强化作用的同时，硅能细化石墨，提高石墨球的圆整度。所以球铁中的硅含量的提高，很大程度上提高强度指标，但硅又降低铸铁的韧性。球墨铸铁经过球化处理过的铁液有较大的结晶过冷和形成白口向，硅能够减少这种倾向。是硅量控制过高，大断面球铁中促使碎块状石墨的生成，降低铸件的力学性能。硅含量时，应按照高碳低硅的原则，一般当含碳量为 C3.5%3.8%时硅含量控制在 Si1.5%2.0%。3.1.3 锰作用及选定 锰在球墨铸铁中起的作用与灰铸铁不同。灰铸铁中，锰除了强化铁素体和稳定珠光体外，还能减少硫的危害作用。球墨铸铁中，球化元素具有很强的脱硫能力，锰不再具有这种作用。由于锰具

11、有严重的正偏析倾向，往往富集于共晶团晶界处，促使形成晶间碳化物，显著降低球墨铸铁的韧性。对含锰量的控制，依对基体的要求和铸件是否进行热处理而定。对于铸态铁素体球墨铸铁，通常控制在 Mn0.3%0.4%，对于热处状态铁素体球墨铸铁，可控制 Mn0.5%，对于珠光体球墨铸铁，可控制在 Mn0.4%0.8%。在球墨铸铁中，锰的偏析程度实际上受石墨球数量及大小的支配，如果把石墨球控制的较多，则可放宽对锰量的限制。因此锰含量可控制在 Mn0.3%0.8%。3.1.4 磷作用及选定 磷在球墨铸铁中有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重降低球墨铸铁的韧性。磷还增大球墨铸铁的缩松倾向。当要求球墨铸铁有高

12、的韧性时，磷的含量应严格控制，因此磷含量为 P0.08%。3.1.5 硫作用及选定 球墨铸铁中的硫与球化元素有很强的化合能力，生成硫化物和硫氧化物，不仅消耗球化剂，造成球化不稳定，而且还使夹杂物数量增多，导致铸件缺陷，此外，还会使球化衰退速度加快，因此在球化处理之前应对原铁液的含硫量加以控制。熔炼中硫涉入从增碳剂中，过程控制尽可能降低原材料中硫含量的同时，采取炉前脱硫措施。因此控制硫含量为 S0.08%。3.2 炉料的选择3.2.1 各炉料的化学成分如表 3-1 表表 3-13-1 各炉料成分各炉料成分化学成分（质量分数）（%）炉料CSiMnPS新生铁4.100.800.600.080.03回

13、炉铁3.602.220.620.090.03废钢0.20.360.640.050.03硅铁75.00锰铁68.203.2.2 常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率如表 3-2 表表 3-23-2 常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率常见元素在冲天炉熔炼过程中的增减率 3.2.3 炉前添加合金元素的回收率如表 3-3 表表 3-33-3 炉前添加合金元素的回收率炉前添加合金元素的回收率3.3 配料计算 首先考虑由于炉前球化孕育处理后，原铁液碳减少 0.1%0.2%，硅吸收 0.8%，锰微增，磷微减，硫减少 40%80%，因此原铁液化学成分应控制在：C3.6%4.1%、Si0.7%1.3%、Mn0.6

14、%、P0.08%、S0.16%。 表表 3-43-4 铁液各元素含量如铁液各元素含量如3.3.1 计算炉料中各元素应有的含量，可用下公式计算 1铁液炉料XX式中 炉料中元素含量（%）炉料X 铁液中元素含量（%）铁液X 熔炼过程中元素增减量。“+”号用于元素增加，“-”号用于元素减少。 经计算的炉料中各元素的含量为 %21. 1%5 .171%0 . 11铁液炉料SiSiC增减情况炉料C3.6%SMnSiP极限范围+ (060)- (010)+ (25100)- (1050)- (040)0一般范围+ (540)- (38)+ (505)- (150)-(1015)元素添加合金回收率Si硅铁80

15、90Mn锰铁8595元素CSiMnPS含量（%）3.6%4.1%0.7%1.3%0.6%0.09%0.16%86. 0%301%6 . 01铁液炉料MnMn %08. 01%08. 01铁液炉料PP %1 . 0%601%16. 01铁液炉料SS %62. 3%51%8 . 31铁液炉料CC 表表 3-53-5 要求炉料各元素含量要求炉料各元素含量3.3.2 初步确定炉料配比并进行计算 首先确定回炉料配比。回炉料主要是指浇冒口、废铸件和冷铁液铸成的锭块等一切必须回炉重熔的铸铁。可假定球墨铸铁的回炉料为 20%。 其次确定新生铁与废钢的配比。假设新生铁配比为 x%,回炉料配比为 y%，则废钢的配

16、比为 100-x-y。又设炉料所需含碳量为 %，而新生铁、废钢、回炉料的含碳量分别为、，由上表得知:%a%b%c=4.10%、=0.2%、=3.6%，所以：%a%b%c 新生铁配入的碳含量为xC%10. 4新生铁 回炉料配入的碳含量为yC%6 . 3回炉料 废钢配入的碳含量为）（废钢yxC-100%2 . 0 因此，整个炉料配入碳含量为废钢回炉料新生铁炉料CCCC 即： 其中yyxx%6 . 3)100%(2 . 0%1 . 4100%62. 3%20y 所以得%3 .70 x从而得到废钢的配比为：%7 . 93 .7020100100yx 初步确定炉料的配比如下表初步确定炉料的配比如下表 3

17、-63-63.3.3 确定配比并计算铁合金补加量 3.3.3.13.3.3.1 核算硅量：核算硅量：确定硅铁加入的质量分数（D）。由新生铁、回炉铁、废钢配入的硅量为炉料各元素CSiMnPS含量（%）3.62%1.210%0.86%0.08%0.1%炉料回炉料新生铁废钢配比（%）20%70.3%9.7% 废钢回炉料新生铁炉料SiSSiSii %36. 0%7 . 9%22. 2%20%80. 0%3 .70炉料Si 得：%035. 1炉料Si 要求炉料应配入的硅量为,尚缺硅量，可加入硅铁补充，即加入%21. 1炉料Si硅铁质量分数（D） %233. 0%75%035. 1%21. 1-硅铁炉料炉

18、料SiSiSiD 3.3.3.23.3.3.2 核算锰量：核算锰量：确定锰铁加入的质量分数（E）。由新生铁、回炉铁、废钢配入的锰量为 废钢回炉料新生铁炉料MnMnMnMn %64. 0%7 . 9%62. 0%20%60. 0%3 .70炉料Si 得： %604. 0炉料Mn 要求炉料应配入的锰量为,尚缺锰量，可加入锰铁补充，即加%86. 0炉料Mn入锰铁质量分数（E） %38. 0%2 .68%604. 0%86. 0-锰铁炉料炉料MnMnMnE3.3.4 核算硫、磷是否在要求范围之内 3.3.4.13.3.4.1 硫量核算：硫量核算：要求炉料的含硫量。炉料中新生铁、回炉%10. 0炉料S铁

19、、废钢的含硫量为 废钢回炉料新生铁炉料SSSS %03. 0%7 . 9%03. 0%20%03. 0%3 .70炉料S 得：%10. 0%03. 0炉料炉料SS 可见炉料中硫的配入量在控制的要求范围之内。 3.3.4.23.3.4.2 磷量核算：磷量核算：要求炉料的含磷量。炉料中新生铁、回炉%08. 0炉料P铁、废钢的含磷量为 废钢回炉料新生铁炉料PPPP %05. 0%7 . 9%09. 0%20%08. 0%3 .70炉料P 得：%08. 0%079. 0炉料炉料PP 可见炉料中磷的配入量在控制的要求范围之内。3.3.5 根据以上计算，写出配料单，确定配料比 3.3.5.13.3.5.1

20、 配料单配料单 如表如表 3-63-6 表表 3-63-6 配料单配料单 CSiMnPS炉料名称配比成分数量成分数量成分数量成分数量成分数量生铁70.34.102.880.800.560.600.4220.080.0560.030.022回炉料203.600.722.220.440.620.1240.090.0180.030.06废钢9.70.20.020.360.0350.640.060.050.0050.030.003合计1003.621.0350.6040.0790.085要求成分3.621.210.860.080.1差额0.000.1750.156合格合格 3.3.5.23.3.5.2

21、 配料比配料比 通过以上计算得，各炉料的加入质量百分比分别为：新生铁、回炉铁%3 .70、废钢、硅铁、锰铁。%20%7 . 9%233. 0%38. 0第第 4 4 章章 选用高炉选用高炉4.1 冲天炉的基本结构（如图 4-1）及作用4.1.1 炉底与炉基 炉底与炉基是冲天炉的支撑部分，对整座炉子和炉料起支撑作用4.1.2 炉体与前炉 4.1.2.14.1.2.1 炉体：炉体：炉体是冲天炉的基本组成部分，包括炉身和炉缸两部分。炉身是指加料口下缘至第一排风口中心线之间的炉体。炉缸是指第一排风口中心线至炉底之间的炉体，其作用是保护炉底，汇聚铁液和炉渣使之进入前炉，也可以储存铁液。 4.1.2.14

22、.1.2.1 前炉：前炉：前炉可由前炉体和可离的炉盖构成。其作用是储存铁液，使铁液成分和温度均匀，减少铁液在炉缸停留时间，从而降低铁液在炉缸中的增碳与增硫作用，净化铁液。4.1.3 烟囱与除尘装置 烟囱在加料口上端，其作用是引导炉气向上流动并排除炉外，除尘装置的作用是消除或减少炉气中的烟灰及有害气体。4.1.4 送风系统 冲天炉的送风系统是指自鼓风机出口至风口出口处为止的整个系统，包括进风管、风箱、风口及鼓风机输出管道。4.1.5 热风装置 热风装置的作用是加热供底焦燃烧用的空气，以强化冲天炉底焦的燃烧。4.1.6 风机。4.2 冲天炉的尺寸 所谓冲天炉的主要尺寸是指冲天炉的内径、有效高度、送

23、风系统及前炉的主要尺寸以及它们之间的比例关系。4.2.1 冲天炉内径：冲天炉的许多基本尺寸都与炉膛直径有关，因此应首选择它的大小。 米SQD12. 1式中： D冲天炉炉膛直径 米。 Q规定的冲天炉的生产率 时吨/ S冲天炉的单位生产率 时2/米吨 冲天炉的生产率越大，与之相适应的炉膛内径也要越入这是因为从冲天炉熔炼的普遍规律来看，冲天炉的正常单位生产率一般不论炉子的大小总在 710时的范围内。因此，当炉了小而生产率高并使单位生产率大于此范围2/米吨时或炉子大、生产率低、使单位生产率小于此范围的冲天炉时都不能获得理想的高温铁水。 表表 4-14-1 冲天炉内径冲天炉内径4.2.2 冲天炉的高度：

24、冲天炉应具有必要的高度才能保证炉料的充分预热和良好的工作条件。高度不足，铁料预热不良，炉内铁水温度难以提高。但高度太高，容易产生搭棚、压碎焦炭，增加鼓风机功率消耗和增加厂房建筑等缺点，这也是不必要的。合理的炉子高度可按下式决定：熔化率（吨/时）123571015炉膛直径（mm）450600700900110013001550 hHHHH0 式中：冲天炉从地面至加料口的高度 米H 最底一排风口至加料口的高度(有效高度） 米0H 最底一排风口至炉底的高度(炉缸高度) 米H hH炉底至地面的高度 米炉底到地面的高度 hH一般在 1.52.0 米之间。冲天炉的有效高度可按表 4-2 比例选择：0H (

25、大炉子取小值，小炉子取大值）)74(0DH 表表 4-14-1 冲天炉有效高度冲天炉有效高度 由于该铸件是球墨铸铁件，铁水出炉的温度需高达，因此可CC14601400选熔炼效率为 7.0 吨/时的冲天炉熔炼，所以冲天炉炉体基本尺寸为表 4-3 表表 4-34-3 冲天炉炉体基本尺寸冲天炉炉体基本尺寸表中：D 冲天炉炉膛内径 冲天炉从地面至加料口的高度 H 最底一排风口至加料口的高度(有效高度） 0H 最底一排风口至炉底的高度(炉缸高度) H hH炉底至地面的高度 4.2.3 冲天炉送风系统 4.2.3.14.2.3.1 风管截面积可按下列公式计算风管截面积可按下列公式计算 VWFf60 式中：

26、 风管截面积与炉子截面积之比(应已知)Ff 冲天炉的送风强度 。其数值一般为 100160W分米米23/分米米23/ 空气在风管中的流速， 米秒。一般为 1018 米/秒。V 4.2.3.14.2.3.1 风箱风箱 炉膛直径/mm450600700110013001550有效高度/m3.54.04.55.05.56.06.06.56.57.0炉体名称D0HH hHH高度（mm）11005800280170010300 风箱截面积的计算方法同风管一样，用同一公式计算。其中空气在风箱中的流速为 2.54.0 米/秒。 表表 4-44-4 风箱的尺寸风箱的尺寸 4.2.3.14.2.3.1 风口风口

27、 风口总截面积一般为炉膛面积的 35。 根据熔炼效率为 7.0 吨/时，选双排大间距鼓风系统，送风系统各尺寸为下表4-5。 表表 4-54-5 送风系统各尺寸送风系统各尺寸4.2.4 前炉、过桥、出铁口及出渣口 4.2.4.14.2.4.1 前炉前炉：前炉的有效高度即从前炉底至过桥的距离，可按下式决定 ）（渣渣铁铁前前dQdQFH1 式中： 前炉的有效高度 米。前H 已知的前炉截面积。在大多数情况下，前炉的直径为冲天前F2米炉直径的 0.81.2 倍 和铁水和熔渣的储存量/吨。前炉储铁量应为 0.51 小时的铁Q渣Q熔化量或将本厂最大铸件吨位作为前炉储铁量。 和铁水和熔渣的比重。分别为 7.2

28、和 2.0铁d渣d2/米吨2/米吨。2/米吨 根据同一原理，也可算出无前炉冲天妒的炉缸高度。所不同的是焦炭与焦炭各送风系统风管风箱风口各项目个数直径（）高度宽度风经个数直径（）大小（mm）41009503302240854之间的空隙为总容积的 50。即为： ）（渣渣铁铁前前dQdQFH2 4.2.4.14.2.4.1 过桥：过桥：过桥的大小应利于铁水的畅通。510 吨时的冲天炉的过桥直径可在 60120 毫米之间。为了便于铁水的流通，过桥应向前炉方向倾斜。过桥长度应越短越好。75 4.2.4.14.2.4.1 出铁口：出铁口：出铁口应有适当的直径。如果口径太小，会延长出铁时间而使铁水氧化、温度

29、降低。如果口径太大，则会使堵塞出铁口发生困难。其计算公式为： DQD铁口92. 0 式中：出铁口直径 毫米。口D 前炉直径(如无前炉即为冲天炉直径) 毫米。D 前炉或炉缸储铁量 吨。铁Q 出铁时间 分。一般为 13 分钟。 表表 4-64-6 出铁口直径出铁口直径 4.2.4.14.2.4.1 出渣口：出渣口：出法口应比出铁口大些。一般为 5080 毫米。出渣口至炉底的距离，决定于前炉或炉缸应储存的铁水量。在需要储存量相差很大时，可以来用上下两个出渣口。 根据熔炼效率为 7.0 吨/时，可算得前炉、过桥、出铁口及出渣口的基本尺寸分别为下表 表表 4-74-7 前炉、过桥、出铁口及出渣口的基本尺

30、寸前炉、过桥、出铁口及出渣口的基本尺寸4.2.5 冲天炉烟囱和加料口的基本尺寸 4.2.5.14.2.5.1 烟囱：烟囱：烟囱的内径应不小于炉膛内径，以利废气及灰尘顺利地排出车间外面烟囱的外径为炉身外径的 0.81 倍，在加料口以上部分可适当缩小。 4.2.5.14.2.5.1 加料口基本尺寸如下表加料口基本尺寸如下表 4-84-8熔化率（吨/时）55101520出铁口直径（毫米）20030354050506060前炉过桥类别高度直径 直径 倾斜角（度）出铁口直径 出渣口直径 大小（mm）1780110090574060 表表 4-84-8 加料口基本尺加料口基本尺4.2.6 火花捕集器的原理

31、结构和基本尺寸 4.2.6.14.2.6.1 原理结构：原理结构：烟气在进入捕集器时，由于运动方向改变尘粒在惯性力作用下与器壁发生碰撞或摩擦使其沉降。由于截面积突然扩张气体速度骤然降低，有些尘垃在自重作用下沉降下来，经管流下收集，达到除尘的目的。它对于 50Pum 以下的尘粒无捕集作用，只的捕集火花及粗颗粒烟尘，不能除去有害气体。如图 4-2。 图图 4-24-2 4.2.6.14.2.6.1 基本尺寸如下表基本尺寸如下表 4-84-8 表表 4-84-8 火花捕集器基本尺寸火花捕集器基本尺寸 冲天炉熔化率（t/h）13571015火花捕集器内径（mm）20002800360044004850

32、5600火花捕集器高（mm）300042005400660078009000 根据熔炼效率为 7.0 吨/时，可选的得加料口、火花捕集器的基本尺寸如表 4-9 表表 4-94-9 加料口、火花捕集器的基本尺寸加料口、火花捕集器的基本尺寸 加料口火花捕集器类别高宽内径高大小（mm）28001300440066004.3 冲天炉影响铁液温度的影响因素4.3.1 焦炭对冲天炉铁液温度的影响单轨加料爬式加料生产率（t/h）高宽高宽190058022100800900580032500110020001000526001100260011007280013002800130010300015603000

33、156015300016002030001700 4.3.1.14.3.1.1 焦炭成分：焦炭成分：含碳量越高，发热量就越大，越有利于铁液的温度。 4.3.1.14.3.1.1 焦炭强度与块度：焦炭强度与块度：块度大，燃烧慢，温度低。块度小，燃烧快，高温区短，也不利于铁液的过热。 4.3.1.14.3.1.1 反应能力：反应能力：焦炭反应能力大，会促进反应发展，从而COCCO2降低炉温。4.3.2 送风对冲天炉铁液温度的影响 4.3.2.14.3.2.1 风量的影响：风量的影响：提高冲天炉的进风量，可以提高进风速度和冲天炉内气体的流动速速，因而强化焦炭燃烧，扩大氧化带及高温区高度，提高炉气温度

34、，从而提高铁液温度，但风量提高会提高燃烧速度，加快炉料的下移速度，易造成炉料预热不足，熔化区下移，过热高度缩短，又不利于铁液过热。冲天炉有一个合适的风量，称为最惠风量。而最惠风量的大小，主要取决于焦炭消耗率。如图 4-3 图图 4-34-3 液温度与液温度与焦耗和风量的关系焦耗和风量的关系 4.3.2.14.3.2.1 风速的影响：风速的影响：提高冲天炉进风速度，可消除焦炭表面阻碍燃烧反应的灰渣，强化焦炭燃烧，提高炉气最高温度。高速空气易深入路子中心，可改善炉内炉气与温度的分布，减少炉衬损失，有利于铁液温度的提高。但，风速过高对焦炭有吹冷作用，反而会恶化燃烧反应，加大元素烧损，降低铁液温度如图

35、 4-4。 图图 4-44-4 风速与铁液温度的关系风速与铁液温度的关系 4.3.2.14.3.2.1 风温的影响：提高送入炉内的温度，由于增加氧化带的热量来源，可强化焦炭燃烧，提高燃烧燃烧速度和炉气最高温度。同时也缩短氧化区域加剧二氧化碳的还原反应，降低炉气燃烧比。风温越高，炉气最高温度也越高如图4-5。 图图 4-54-5 风温对底焦层中炉气温度的影响风温对底焦层中炉气温度的影响 4.3.2.14.3.2.1 风中氧气浓度的影响：风中氧气浓度的影响：提高送风中氧气的浓度，可加速底焦的燃烧素的并增加浓度，因而是氧化带缩短，还原带扩大，提高铁液温度。2co4.3.4 金属炉料对冲天炉铁液温度的

36、影响 金属炉料块度越大，所需预热和融化时间越长，易造成熔化区位置下降，过热区高度缩短，因而不利于铁液的过热。所以减少冲天炉内金属炉料的块度，是提高铁液温度与炉子热效率的有力措施。4.3.5 熔炼操作参数对冲天炉铁液温度的影响。 4.3.5.14.3.5.1 底焦高度：底焦高度：太高，铁液温度高，但熔化率低。太低，铁液温度低，氧化严重，但融化速率高。 4.3.5.14.3.5.1 焦炭消耗量：焦炭消耗量：焦炭消耗量应满足如下关系：每批层焦量=融化每批金属料的底焦烧损量；相当于每批层焦的底焦烧失时间=每批金属料的融化时间。 4.3.5.14.3.5.1 批料量：批料量：当焦炭比例不变时，较少批料量

37、可使每批炉料的融化时间缩短，融化区域减少，熔化区平均位置提高，从而扩大过热区域，有利于提高铁液温度。但批料层过薄，易造成铁焦严重混杂和串料，使铁液温度与成分波动。4.3.6 冲天炉结构参数对铁液温度的影响 4.3.6.14.3.6.1 炉型的影响：炉型的影响：与直筒型炉型相比曲线炉型的融化区比较平直，熔化区的平均位置较高如图 4-6。 图图 4-64-6 我国冲天炉的四种类型我国冲天炉的四种类型 a.a.多排小风口多排小风口 b.b.两排大排距风口冲天炉两排大排距风口冲天炉 C.C.中央送风冲天炉中央送风冲天炉 d.d.卡腰冲天炉卡腰冲天炉 4.3.6.24.3.6.2 风口布置的影响：风口布

38、置的影响：通常，将风口布置在冲天炉炉壁的送风方式称为侧向送风，而将风口设在炉子底部的称为底部送风或中央送风。一般小型冲天炉常用侧向送风，结构简单，但炉壁效应的影响大。对于直径较大的炉子也可采取双排送风口。4.4 冲天炉强化熔炼的主要措施4.4.1 预热送风：热风能够强化底焦燃烧，提高炉温，从而提高铁液温度。4.4.2 富氧送风：提高空气中氧的浓度，能使碳的燃烧反应的更剧烈，同时加快反应的速度，因此对冲天炉焦炭燃烧过程起到强化作用。4.4.3 除湿送风：风中含有水分，如果不及时除去，会吸热降低炉温，还会加氢恶化铁液。第五章 确定熔炼工艺过程5.1 制定主要工艺参数5.1.1 合理的送风强度 所谓

39、送风强度，系指每一分钟内送入每一平方米炉膛截面积的风量。单位是。分米米23/ 正常情况下，送风强度应在 120110之间分米米23/5.1.2 合理的熔化强度 冲天炉熔炼的另一个主要工艺参数是熔化强度。在正常情况下，熔化强度应在 710范围。时米吨2/5.1.3 合理的底焦高废 所谓底然高度是指炉子第一排风口中心线至底焦顶面的距离。此值的大小对冲天炉熔化有直接的影响，如果底焦太高，铁水温度提高不多，熔化率就会降低。这是由于底焦太高，当金属料下降到底焦面上时，铁料温度还较低而不能熔化，要等过量焦炭烧掉后，铁料继续下降，才能熔化。另外，底焦太高，还会造成炉气中一氧化碳含量的增加而加大热损失。如果底

40、焦太低，铁料熔化后，过热路程短，因而使铁水温度降低。同时，在底焦很低的情况下，会使铁料在氧化区熔化，造成严重氧化，而发生事故。 因此底焦高度应使底焦顶面较炉壁开始侵蚀的平面高出 100200 毫米，在开炉过程中，底焦在不断地燃烧消耗，为保持底焦高度基本不变，则需要加入层焦不断地补充。如果底焦消耗量与层焦的补充量大体相等时，底焦面将基本上保持不变。如果补充量不足，则随着熔化时间的延长底焦面将下降，从面造成铁水温度的降低和铁水的大量氧化。反之，如果补充量大于消耗量，则底焦面将高出熔化区顶面，这样就使铁料的熔化时断时续而降低了熔化率，同时也降低了焦铁比。适当的层焦应根据焦炭质量、铁水温度和溶化率来确

41、定。5.2 熔炼前的准备 在冲天炉的实际熔炼过程中，炉前质量的控制主要有新原材料的试用，熔铁顺序的安排，交界铁水的处理，炉前化学成分的控制等。5.2.1 新原材料的试用 每当有新产地的原料，要正式投入使用前，必须进行试用。也就是在熔炼开始的一两批中，用新产地的原料按所需的铸铁级别进行配料。出铁时，在炉前观察铁水槽中的火花形状与数量，观察三角试片的白口深度，浇注试块，以测定机械性能，并对这些资料做好记录，然后进行分析新产地的原料所得到的火花形状，数员、白口深度和机械性能是否和原估计大致相同，以便确定能否使用或采取何种措施。5.2.2 熔铁顺序的安排 就铁水温度而言，熔炼开始时温度逐渐上升，在熔化

42、中期温度最高，而到后期则有所下降。因此，低牌号的铸铁因流动性比较好，浇注温度允许低一些，故都安排在前期熔化。高牌号铸铁由于流动性差，饶注温度要求较高，因此大多安排在熔炼的中期或者后期熔化。5.3 炉前质量的控制5.3.1 根据铁水火花判断铁水质量 出铁槽中铁水的火花越多，说明铁水中碳、硅含量越。低，锰量越高，三角试片的白口深度越大，硬度越高。具体分析有：第一种是暗红色的流线型火花，它飞的比较高，这种火花越多、越长，飞的越高，则表示铁水中的含碳量越低。第二种是亮白色的团絮状火花，这种火花越多、越大，飞的越高，则表示铁水中的含硅量越低。第三种是细小的针状火花，它很亮，飞的很低，在出铁口周围，这种火

43、花越多表示铁水中的含锰量越高。5.3.2 根据三角试片判断铁水质量 三角试片尖端与底边的厚度不同，因而冷却速度不一样，它的断面组织也就不一样。根据断面组织情况可以迅速地判断铁水的化学成分和机械性能。如表5-1 表表 5-1 三角式样的尺寸三角式样的尺寸H（毫米）255070100B（毫米）12.52535505.3.3 根据炉渣的颜色判断铁水质量 用铁棒将炉渣拉成细丝，在阳光下，观察其颜色，如炉渣呈淡绿色玻璃状，且流动性很好，说明炉子熔化正常。如呈深黑色，坚实致密而且很重流动性就差，说明炉温低，风量大，有氧化情况，要及时补加焦炭，降低风量。如炉渣呈深黑色，轻而发泡，则说明炉温低，氧化严重，风量

44、过大，熔剂太少，要立即追加焦炭，降低风量，增加石灰石用量。如炉渣呈灰白色石头状，重而粘稠，则说明石灰石用量太多，使炉壁侵蚀严重，必须减少其用量。5.3.4 打炉前料住高度的判断 打炉前期随着熔化过程的进行，料柱降低，料口开始出观蓝色火焰，然后火焰由蓝变成暗红色。随着炉料的继续下降，暗红色的火炮焰变为红色，这时炉料大约还剩半左右。随着时间的推移，火焰逐渐变亮而发白，并有火花出现，这时炉料约还有三分之一。随后，火花逐渐变多，火光更亮，这时炉料还剩12 批左右。在火花大量出现之后，开始逐渐减少，最后消逝，而火光也逐渐暗淡下来，达时炉料已全部熔化。5.4 冲天炉熔炼操作 冲天炉的操作主要包括修炉、点火

45、、装料、开炉熔炼和停风打炉几个方面，现分别叙述如下：5.4.1 修炉 冲天炉在每次熔炼之后，熔化带以下特别是风口区受到很大的侵蚀，过桥、前炉和出铁口等处也由于受到铁水和熔渣的冲刷，形状和尺小将发生改变。因此，必须进行修理。修炉的材料用耐火砖和耐火泥。修炉的耐火材料一般是用50%60的石英砂和 40%50%的耐火泥加适量的水搅拌而成。为了混合均匀，最好用拌泥机搅拌，并在加水前干混 35 分钟，加水后湿混 67 分钟使之充分均匀方可。修炉时必须保证冲天炉和前炉的直径、风口的大小位置、形状和出铁口、出渣口的大小、形状的正确性。5.4.2 点火 在熔化开始前两小时进行点火。先从加料口装入木刨花然后加入

46、木柴和 40%的底焦，再从点火洞塞入点燃的油棉纱将木柴点燃。这时把风口全部打开，自然通风，让底点着，待全部烧红后再加入 50%的底焦，之后即可鼓风 10 分钟左右待全部烧红后停风，然后从风口中将底焦捣实，测量底焦高度并用余下的 10%的底然来调整底焦高度，使之达到规定要求如果底焦高度不足，必须补加。点火后操作者应注意不能为在加料口处浇油，以防发生意外。5.4.3 装料 核实好底焦高度后即可进行装料。首先在底焦面上加入不少于批料熔剂量两倍的熔刘，以便与底焦中的灰分造渣。然所加入铁料、焦炭和熔剂。熔剂应加在炉子的中心以减少它对炉衬的侵蚀。所行加入炉中的原材料的块度都应符合要求以避免产生故障。为了提

47、高铁水温度、减少氧化和使熔化过程稳定正常，炉料应尽量保证清洁。加料的数量要尽量保证均匀。这是整个熔炼过程中极为重要的，不然就不能获得合格的比学成分。批料要加到加料口下沿为止。5.4.4 鼓风熔炼 炉料续满后。经过半个小时的闷炉，使炉料得到稍微预热后即可正式鼓风进行熔炼。在送风并待鼓风机运转正常后再关闭风口。这时前炉中的出铁口和出渣口暂不关闭，保持开启状态以便使冲天炉的部分炉气从前炉通过，以便加热过桥、前炉和出铁口、出渣口，使第一次出铁不致发生团难。 在熔炼过程中要经常从窥视孔中观察炉内情况。如果风口处发白发亮，则说明底焦法燃烧较好、炉温较高。如风口发暗红则说明底焦燃烧较差，温度不高。如在风口处

48、发现结渣观象时，应及时捣通，以保证均匀地进风和炉料的顺利运行。但不能同时清理两个风口，以便于保证正常的送风量。 在熔化过程中，发生事故或暂时需要将炉子的熔化率降低时，应尽量不采取中间停风的办法。因为中间停风会降低铁水温度，严重时会使炉子冻结。可以用多加焦炭降低炉子熔化率的办法来解决。实在不行要停风时，应将前炉内的铁水和熔渣全部放尽，并开放出铁口，等恢复送风后出铁口流出铁水时再堵塞。这样做可以避免出铁口堵死。同时还必须将全部风口关闭，以免白然进风造成白熔而使过桥冻结。 在熔炼过程中，炉料要始终保持规定料面的高度，做到料伙稳定，这对于熔化的正常进行是很重要的。5.4.5 停风打炉 铸件全部浇注完毕

49、后即可停风打炉。在停风后，先把剩余的铁水和炉渣全部放出，再检查炉底地面及周围是杏干燥必要时铺上干砂，以免铁和水接触引起爆炸而造成事故。此外，打炉时必须注意保护炉腿以免受热变形。因此打护后应将余焦余铁迅速扒出炉底，喷水冷却使焦炭和铁块熄灭。打炉时，为了安全起见，非有关人员应远离冲天炉。5.5 冲天炉判断、常见故障排除 在冲天炉熔炼的过程中，由于各种原因，往往会发生各种故障，使得熔炼不能正常进行。这就要求我们掌握各种可能出现的故障，了解它们的特征、产生的原因及预防和消除方法，以便尽量避免和及时排除，使熔炼得以正常进行。如下表 5-2 表表 5-25-2 冲天炉判断、常见故障排除冲天炉判断、常见故障

50、排除 上部搭棚1.随着熔化的进行，炉料平面不见下降，2.炉内废气温度升高，3.在炉料平面不变时，风压降低。1.炉料块度太大，长度超过路径的三分之一，2.炉壁修理不平整，光滑面有凹凸不平处，3.每批料层太厚。1.减小炉料块度，不能超过炉径的三分之一，2.认真修理炉壁，保证光滑平整，3.适当减少批料厚度。1.发现上搭棚时，立即停风，有时只要一停炉料就会下落，2.或者增加炉料以炉料的冲击力和重力使搭棚消除，3.使用铁杆，捣料，使炉料松动下落。下部搭棚1.随着熔化的进行，炉料平面不见下降，2.熔化率突然降低，3.在装料平面不变时风压增高。1.金属炉料块度太大，或夹砂锈蚀严重，2.焦炭中碎末较多，3.熔剂碎末较多，或混有较多的脏物。1.金属炉料块度不能太大，并应尽量保证铁料的清洁，2.焦炭和熔剂不应有粉末及脏物，3.要尽量避免上搭棚现象。1.适当增加焦炭和熔剂，2.清除风口处熔渣，保持风口通畅，3.下部搭棚是比较难处理的故障之一，如不能消除，就要打炉，以免形成凝固块。炉衬烧蚀炉壳发红，并可能有局部烧穿现象。1.熔化带炉衬的砖砌得不牢，2.搪炉材料修的不紧实，3.耐火砖及耐火材料的耐火度不够，4.熔剂用量太大，或者在1.严格按工艺要求修炉，保证质量，2.耐火材料的耐火度要符合要求，3.