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铸件化学成分的控制与配料
河南省驻马店 杨群收
影响铸铁、铸钢件组织和性能的因素，有化学成分、孕育
（变质）处理、冷却速度、炉料的“遗传性”、铁水过热温度等，在这几个因素中，化学成分含量的高低对铸件物理性能的影响相对更大些,而且是第一因素。所以在生产过程中，根据铸件物理性能的要求，正确的配料或调料，严格控制材质的各化学成分含量尤为重要。
在生产实践中，作为冶炼技术人员和炉工来说，配料和调料应该是熟练掌握的一般性技术问题。但是对予刚毕业的学生和大多数炉工来说，欲能系统、灵活的掌握，也确非易事。
要想控制铸件的化学成分与配料，必须事先了解以下几下问题：
1、铸件的目标化学成分。
2、库存各种金属炉料的化学成分。
3、各种炉料在冶炼过程中化学成分的增减变化率。 4、配料方法。
作者简介：杨群收，生于1950年，68年参军，71年转业到工厂，一直从事铸造生产及技术工作。主要从事灰铁、球铁、油田钻井用高铬双金属缸套及高铬锤头等耐磨材料的技术工作。在《金属加工》、《铸造世界报》等杂志上发表文章二十多篇。现为中国铸造学会质量控制及检测技术委员会委员、河南铸锻协会专家组成员
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一、目标化学成分
现在大部分铸件，根据其牌号要求的不同，国标中已做出了相应的要求，从铸造手册中即可查到。
但是随着科技的进步，根据铸件的服役状况，市场需要更多物理性能各不相同的铸件，并对铸件的综合性能质量提出了更高的要求，科研单位也不断研究出新材质而取代旧材质，例如合肥水泥研究设计院研究的“中碳多元合金钢”，成功的代替了原需进口的球磨机衬板，代替了高锰钢，用该材质生产直径φ2.4甚至直径φ4.2的中大型球磨机衬板上，降低了生产成本，取得了良好的经济效益。
另外，如我厂生产出口国外石油钻井用的泥浆泵高铬双金属缸套及采石场600×900破碎机用的锤头，都是超高铬铸铁，其主要成分见表（一），这些材质的详细化学成分要求，在铸造手册中是查不到的。
表一：
主要化学成分（%） 材质及产品名称 C 中碳多元合金钢 泥浆泵缸套内套 高铬锤头 0.45~0.80 2.8~3.1 2.0~2.8 Si 0.5~1.0 0.5~0.8 0.3~0.8 Mn 0.4~0.8 0.5~1.0 1.0~1.2 Cr 3.5~6.5 26~28 22~26 2
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在接受生产绪如上述产品时，如果自己没有完全掌握铸件化学成分要求，以及没有详细了解铸件的服役状况时，应让用户提供尽可能详细的化学成分要求范围及热处理工艺。当然作为生产厂家来说，必须尽多详细掌握自己产品所要求的化学成分范围及物理性能。以便生产出用户满意的优质产品。总之在生产配料之前，应了解所产铸件的目标化学成分，做到心中有数。
二、原材料的化学成分
原材料的化学成分，指的是投炉所用的新生铁、废钢、回炉料的主要化学成分，以及硅铁、锰铁等铁合金的牌号或化学成分含量。
三、在冶炼过程中化学成分的增减变化
要想掌握各种炉料在冶炼过程中化学成分的变化规律，将是一个较为复杂的问题。冶炼设备的不同，如冲天炉（热、冷风）三节炉，中频感应电炉等，其化学成分的变化都各不相同。即便是同一个炉子，因修炉所用材料的不同，以及操作方法的不同，冶炼过程中化学成分的变化也不相同。以冲天炉为例，热风与冷风，风压的高低，风眼直径的大小，焦碳质量及块度的大小，修炉衬材料是酸性，中性或是碱性，对材质化学成分的变化都不尽相同。
1、碳量的变化
碳量的变化大体上可分为四种：（1）炉料中含碳量高低
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的不同，碳量的增减率不同。（2）炉料中硅、锰含量高低对碳量的影响。（3）炉温高低和炉气氧化性强弱对碳量的影响。（4）其它因素。
（1）炉料的平均含碳愈低，碳向金属中的溶解度愈大，铁水就会发生增碳，废钢用量越大，这种现象越明显。炉料中平均含碳量愈高（例如在3.6%以上），铁水从焦炭中吸收碳量愈少，而碳的氧化烧损增加，铁水含碳量不仅不增加反而减少。如果炉料中的含碳量高达3.6~3.8%时，冶炼中铁水的含碳量就基本不再变化了。
（2）铁水中含硅量越高，增碳量越少，这是因为硅可以溶解于铁内，降低了碳在铁中的溶解度。锰则相反，含锰量增加时，铁水增碳量也有所增加。
（3）加大焦炭用量，或者使用的焦炭块度小，都会使增碳量加大，这是由于增加了铁水与焦炭的接触时间和接触面积。铁料熔化成铁水滴下落，当流经赤热的底焦时，焦炭中的碳会慢慢溶到铁水滴中去，使铁水含碳量增加，这叫作增碳作用。这种作用主要发生在过热区和炉缸区。铁水与焦炭接触的时间越长，接触面积越大，温度越高，铁水增碳就越多。冲天炉设有前炉，因为铁水能及时从炉缸中流入前炉，所以增碳较少。搀炉无前炉缸，铁水只能存在炉锅内而与焦炭接触的机率多，所以增碳量就越较大。
炉内温度升高会促使碳更快更多地溶解在铁水中，使增
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碳显著。因此，如果其它条件不变而采用热风冲天炉，就会因为提高了炉内温度，使增碳量加大。
在炉内还存在着使碳减少的因素，如铁水滴接近风口，或者风量很大，风压很高时，炉气中的氧会氧化铁水而使含碳量减少（或称脱碳）。增加风量，提高铁水温度，也会促使增碳。但是增加风量后，由于加强了铁水氧化，又有促使脱碳的作用，不过，在这种状态下，脱碳作用大于增碳作用。
（4）除以上因素之外，还有其它具体因素也影响着碳量。
提高底焦高度，铁水的过热路程延长，铁水温度提高的同时，也促使了碳向铁水中的溶解。因此，底焦高度过高时，铸铁的增碳量也大。
如果炉底高度垫的高，铁水下落流经的路程短，铁水及时流入前炉缸，减少了与焦炭的接触时间，增碳率就小。反之增碳量就大。
炉料过碎小而且配用量大时，易出现熔化速度快、铁水下落快、增碳量很小的现象。伴随着这种现象的同时，铸铁件也易出现白口缺陷。
在用冲天炉冶炼时，增碳和减碳这两个矛盾着过程，是同时进行的，影响含碳量的因素太多，很难精密的确定。
用中频感应电炉冶炼时，无论是酸性、中性、或者是碱性炉，对碳量均有烧损。如果操作不当，碳量的烧损更大，
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