南京麒麟科學儀器集團有限公司和大家一起來分享楊群收的“控制鑄件在冶煉過程中化學成分的增減變化”。生產過程中，根據鑄件物理性能的要求，正確的配料或調料，嚴格控制材質的各化學成分含量尤為重要。
在生產實踐中，作為冶煉技術人員和爐工來說，配料和調料應該是熟練掌握的一般性技術問題。但是對予剛畢業(yè)的學生和大多數爐工來說，欲能系統(tǒng)、靈活的掌握，也確非易事。
目標化學成分
現在大部分鑄件，根據其牌號要求的不同，國標中已做出了相應的要求，從鑄造手冊中即可查到。
但是隨著科技的進步，根據鑄件的服役狀況，市場需要更多物理性能各不相同的鑄件，并對鑄件的綜合性能質量提出了更高的要求，科研單位也不斷研究出新材質而取代舊材質，例如合肥水泥研究設計院研究的“中碳多元合金鋼”，成功的代替了原需進口的球磨機襯板，代替了高錳鋼，用該材質生產直徑φ2.4甚至直徑φ4.2的中大型球磨機襯板上，降低了生產成本，取得了良好的經濟效益。
另外，如我廠生產出口國外石油鉆井用的泥漿泵高鉻雙金屬缸套及采石場600×900破碎機用的錘頭，都是超高鉻鑄鐵，其主要成分見表（一），這些材質的詳細化學成分要求，在鑄造手冊中是查不到的。
在接受生產緒如上述產品時，如果自己沒有完全掌握鑄件化學成分要求，以及沒有詳細了解鑄件的服役狀況時，應讓用戶提供盡可能詳細的化學成分要求范圍及熱處理工藝。當然作為生產廠家來說，必須盡多詳細掌握自己產品所要求的化學成分范圍及物理性能。以便生產出用戶滿意的優(yōu)質產品。
總之在生產配料之前，應了解所產鑄件的目標化學成分，做到心中有數。原材料的化學成分，指的是投爐所用的新生鐵、廢鋼、回爐料的主要化學成分，以及硅鐵、錳鐵等鐵合金的牌號或化學成分含量。
在冶煉過程中化學成分的增減變化
要想掌握各種爐料在冶煉過程中化學成分的變化規(guī)律，將是一個復雜的問題。冶煉設備的不同，如沖天爐（熱、冷風）三節(jié)爐，中頻感應電爐等，其化學成分的變化都各不相同。即便是同一個爐子，因修爐所用材料的不同，以及操作方法的不同，冶煉過程中化學成分的變化也不相同。以沖天爐為例，熱風與冷風，風壓的高低，風眼直徑的大小，焦碳質量及塊度的大小，修爐襯材料是酸性，中性或是堿性，對材質化學成分的變化都不盡相同。
1、碳量的變化
碳量的變化大體上可分為四種：（1）爐料中含碳量高低的不同，碳量的增減率不同。（2）爐料中硅、錳含量高低對碳量的影響。（3）爐溫高低和爐氣氧化性強弱對碳量的影響。（4）其它因素。
（1）爐料的平均含碳愈低，碳向金屬中的溶解度愈大，鐵水就會發(fā)生增碳，廢鋼用量越大，這種現象越明顯。爐料中平均含碳量愈高（例如在3.6%以上），鐵水從焦炭中吸收碳量愈少，而碳的氧化燒損增加，鐵水含碳量不僅不增加反而減少。如果爐料中的含碳量高達3.6~3.8%時，冶煉中鐵水的含碳量就基本不再變化了。
（2）鐵水中含硅量越高，增碳量越少，這是因為硅可以溶解于鐵內，降低了碳在鐵中的溶解度。錳則相反，含錳量增加時，鐵水增碳量也有所增加。
（3）加大焦炭用量，或者使用的焦炭塊度小，都會使增碳量加大，這是由于增加了鐵水與焦炭的接觸時間和接觸面積。鐵料熔化成鐵水滴下落，當流經赤熱的底焦時，焦炭中的碳會慢慢溶到鐵水滴中去，使鐵水含碳量增加，這叫作增碳作用。這種作用主要發(fā)生在過熱區(qū)和爐缸區(qū)。鐵水與焦炭接觸的時間越長，接觸面積越大，溫度越高，鐵水增碳就越多。沖天爐設有前爐，因為鐵水能及時從爐缸中流入前爐，所以增碳少。攙爐無前爐缸，鐵水只能存在爐鍋內而與焦炭接觸的機率多，所以增碳量就越大。
爐內溫度升高會促使碳更快更多地溶解在鐵水中，使增碳顯著。因此，如果其它條件不變而采用熱風沖天爐，就會因為提高了爐內溫度，使增碳量加大。
在爐內還存在著使碳減少的因素，如鐵水滴接近風口，或者風量很大，風壓很高時，爐氣中的氧會氧化鐵水而使含碳量減少（或稱脫碳）。增加風量，提高鐵水溫度，也會促使增碳。但是增加風量后，由于加強了鐵水氧化，又有促使脫碳的作用，不過，在這種狀態(tài)下，脫碳作用大于增碳作用。
（4）除以上因素之外，還有其它具體因素也影響著碳量。
提高底焦高度，鐵水的過熱路程延長，鐵水溫度提高的同時，也促使了碳向鐵水中的溶解。因此，底焦高度過高時，鑄鐵的增碳量也大。
如果爐底高度墊的高，鐵水下落流經的路程短，鐵水及時流入前爐缸，減少了與焦炭的接觸時間，增碳率就小。反之增碳量就大。
爐料過碎小而且配用量大時，易出現熔化速度快、鐵水下落快、增碳量很小的現象。伴隨著這種現象的同時，鑄鐵件也易出現白口缺陷。
在用沖天爐冶煉時，增碳和減碳這兩個矛盾著過程，是同時進行的，影響含碳量的因素太多，很難精密的確定。
用中頻感應電爐冶煉時，無論是酸性、中性、或者是堿性爐，對碳量均有燒損。如果操作不當，碳量的燒損更大，當爐溫達到澆注溫度時，應及時降低功率，保溫澆注。金屬液在爐內隨著高溫時間的延長，碳的燒損量增大，自發(fā)晶核減少，應添加增碳劑并加入接力脫氧劑。
2、硅量的變化
硅量的變化，主要取決于兩個因素，（1）爐襯的屬性（酸性、中性或堿性）。（2）爐溫的高低以及在爐內的停留時間。
用石英砂（SiO2）作修爐料，即用酸性爐冶煉鋼鐵時。硅量的燒損不明顯，如果顆粒細小的石英砂或石英粉用量大時，硅量不但不減少，反而會增加。
用鎂砂（堿性）或鋁釩土（中性）修爐襯時，硅的燒損量就大，其燒損率一般可按10—15%計算，硅鐵合金中硅的燒損率還要更高一些。
3、錳量的燒損
無論在任何爐中冶煉，錳量均有燒損，爐溫越高，金屬液在爐中的停留時間越長，鐵水含硫量越高，錳的燒損率就越高，其燒損率一般按15—25%計算，錳鐵合金中錳的燒損率還要更高一些。
在冶煉過程中，除銅、鉬等元素燒損量很少，在配料時可以不考慮其燒損率，其它元素都有不同程度的燒損。
南京麒麟科學儀器集團有限公司
檢測中心
2019.09.16
