短流程与V法铸造结合所面临和亟待解决的问题

TOT一笑而过

随着V法铸造工艺工装及原辅材料的进步和提高，V法铸造工艺可生产的铸件种类越来越多，如制动鼓，轮毂，大型变速箱箱体等关键汽车配件，隧道弧形板，木工机械基座等复杂结构铸件。这也为短流程和V法铸造更好更广泛的结合奠定了基础。但是，我们还必须客观面对和解决如下问题。
　　1 高炉铁水须遵循短流程铸造所做铸件的成分要求
　　(1)一般要求
　　①化学成分稳定，成分波动尽可能少。为此，要确保高炉冶炼在装料制度、送风制度、造渣制度和热制度四大方面有精确的调控能力，炉前应配备直读光谱仪快速检测铁液化学成分。
　　②要限制特定微量元素的含量。
　　(2)化学成分的针对性要求举例
　　①某发动机缸体类灰铸铁件，要求高炉铁液Ti<0.05%、P<0.035%，而Si可在1.8%左右，对S量没有刻意的要求，上限可以放宽到0.09%。
　　②某机床类灰铸铁件的高炉铁液Si可在1.8%左右(厚大件还可低些)，P<0.1%，S<0.1%。
　　③大宗灰铸铁件(如配重、井盖等)则对高炉铁液没有特定的要求。
　　④一般球墨铸铁件，可根据铸件的实际需要及其生产工艺从《球墨铸铁用生铁》GB/T1412-2005中选定。但S量宜取低类。Ti量：要求高时，取1档，一般取2档。
　　⑤高端球墨铸铁件，例如风电铸件应采用低P、低Ti、低Mn、低Si的生铁或铸造用高纯铁水。
　　(3)外供铁液的化学成分保障
　　炼铁厂向几个铸造厂供给铁液，如果各厂铸件的技术要求很不同，对铁液化学成分的要求差别大，往往会产生众口难调的情况。能否做到厂厂兼顾，这是对炼铁厂技术和管理水平的考验。如果有的铸造厂生产高端铸件，则对炼铁厂的经济生产和资源合理利用又将是一项挑战。
　　2 铁水调制方案的确立和铁水特征的控制
　　铸铁铁水状态是非平衡的，除受化学成分和温度等热力学因素影响外，还受许多动力学因素的影响，如炉料种类及配比、熔炼方式、温度历程、出炉处理过程等。已有不少科研院校和生产企业以常规流程为参照对象，对短流程铸造铁水的调质过程和变化特征作了研究和分析，并得出如下结论：
　　1) 熔炼流程的改变即高炉铁水凝固和生铁重熔环节的缺失会对铁水状态产生影响，尤其反映高炉中频炉双联短流程熔炼铁水存在过冷倾向大的问题，另外，粗大石墨的遗传性直接影响了铸件的石墨形态，恶化组织和力学性能。
　　常规流程(a和b)和短流程(c)熔炼的比较

                               
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　　2) 足够的过热温度可以淡化炉料的不良遗传性影响，细化石墨。根据铸铁种类，铁液化学成分，炉料情况的不同，一般国内过热温度为1520℃~1550℃。而国外则在1550℃以上。如此高的温度，超过了普通灰铸铁的临界温度，使得铁水异质核心少，形核能力下降，很容易形成D形石墨，并增大收缩和白口倾向。加强铁水孕育是解决这一问题的有效手段。
　　3) 高炉铁水，废钢，回炉料及其他合金配料的比例显得更为关键，而且配料比例不再仅仅纯粹依照铸件所需的铁水成分，还要考虑对铁水状态特征的影响。尤其是废钢的加入，不仅可以降碳，还会淡化粗大石墨的遗传影响。如山西某机床床身生产企业甚至刻意增大废钢加入量，然后再通过添加晶型石墨增碳，同时增加了石墨核心，使结晶组织更理想。
　　3 对高炉自身条件的认知及物流方案的全盘规划显得至关重要。
　　虽然V法铸造主要针对中大型铸件，但是对铁水的需求量与高炉出水量还是有很大的悬殊。正常的高炉出水状况，每100m3容量每年就可以提供10万吨铁液，因此，根据高炉容积合理计划铸件产量就显得格外重要：
　　表2 不同生产批量的铸件企业合理配置的高炉容量

序号	铸件产量	合理配置的高炉容量	建议采用现有的高炉容量
1	10万吨/年	110～120m3	128～138m3
2	20万吨/年	220～240m3	280～320m3
3	30万吨/年	330～360m3	380～420m3

　　但是，铸件生产企业的产能，绝大部分远远低于这个水平。以V法做配重为例，国内产量最大的厂家如晋江中德顺集团，合肥铸锻厂等，年产量不到15万吨，而其他厂家则普遍在5万吨以内。对于其他V法铸铁件生产企业而言，产能通常都在1万吨以下。这就意味着纯粹的铸造铁水消耗显然不能够完全承担高炉铁水所有的用量，只能利用其中的一部分。也就是说，只有一部分铁水用于铸造，而其余的铁水，还是通过出铁机形成生铁锭。
　　然而，一般情况下，高炉是独立建设的，距离铸造车间往往几十米几百米甚至更远。铁水的分配及时、运输安全、保温到位等问题如得不到解决，或者产生大量冷铁粘包，甚至铁水长时间停留在保温炉里，在成本上是得不偿失的。这时候，我们就必须考虑铸造车间生产铁水供给的均衡性。炼铁厂分流一部分铁液供铸造车间使用时，为保证铸造车间造型线有稳定的铁液需求节奏，由运铁包送来的铁液，一般要在保温炉内储存，再根据生产需要向熔炼炉分配。也有一些企业，熔炼设备吞吐铁水能力大，可以直接将运铁包送来的铁水分配接纳。对于像炼铁厂要向一个甚至几个铸造厂供应铁液的情形，还需要关注以下问题。
　(1)交通运输有无障碍。例如有一家炼铁厂在山坡上，铁液外运道路多弯，且有坡度，错车困难，存在安全隐患，就不宜铁液外供。
　　(2)天气因素。每个地区难免遇到雨雪大风天气，铁水转运包的安全保护就是必须关注的问题。严重时甚至难以供应铁水，给铸造厂断供。铸造厂若不想停产，则应有全冷料熔炼的备用措施。
　　(3)高炉停产。高炉大修停产的机会虽然很少(若炼铁厂有几个高炉，也不会一起停产)，但是一年内因市场因素封炉停产也是常有的事。因此，铸造厂若想继续生产，则应备足生铁，以冷料熔炼为权宜之计。