【热坛学习】关于铸铁熔炼的若干问题
长期的生产实践和试验研究证实，足够高的铁液温度是获取优质铸铁件的最基本条件。所以, 人们通常把铁液出炉温度的高低作为评价铁液质量的首要指标，这是千真万确的，但在理解和做法上经常存在片面之处。为了便于说明和讨论问题，先看一下图1。
这是一张金属炉料在从固态转变为液态及随后的过热、冶炼、处理、存留保温、浇注，甚至凝固全过程中的温度需求及变化示意图。图中: 曲线①是采用现代热风冲天炉+大容量感应电炉+在线保温气压浇注炉配置时，铁液全程的温度变化表现,通称 “高水平双联”。
曲线②是采用传统冷风冲天炉+大容量感应电炉+浇包直接 (或中转)浇注的情况，称为“低水平双联”。
曲线③是采用传统冷风冲天炉+浇包直接浇注的情况。
浇注温度
浇注温度是指针对不同铸件的结构特点和充型需要所确定的、经过前期全部处理过程之后铁液温度的底线。一般内燃机复杂件 (如缸体缸盖等壳体件)控制在1420-1380℃，仅单体铸造的活塞环要高到1450-1480℃。国内外在这方面并无太大差别，关键在对某一特定铸铁件而言，其浇注温度的稳定性（即波动范围）要求较高，即能控制得很小（如1395± 5℃ ）；国内往往由于装备配置及生产组织管理不善等原因，为了保证后期浇注温度不低于工艺下限，而很不合理地片面提高首箱开浇温度。
要知道，过低的浇注温度固然会造成多种缺陷和废品,而过高的浇注温度，不仅造成能源浪费, 还会诱发渗漏、粘砂、飞翅、脉纹及对造型、制芯、涂料工艺和材料方面的过高要求。
双联后的出铁温度 (含电炉直熔冷料时的出铁温度)
主要受工厂设计、铁液转运、保温效果、工艺处理环节的温降、浇注方式、生产运行的连续有效性 (即有效开机率)等因素制约。工业发达国家先进的铸铁厂并不追求过高的双联后出铁温度, 不论是生产灰铸铁件还是球铁件，一般均控制在1490±10℃；生产壁厚较大的灰铸铁件时还可更低，因为只要能保证所需浇注温度（含随流孕育处理温度）就够了。过高的双联后出铁温度反而造成费电、生产停顿，并诱发材料上的问题。国外采用转包纯镁球化处理生产球铁，其理由之一也是温降少、吸收率高。国内普遍将电炉出铁温度提得太高，甚至不加控制，球化处理温度高达1520-1540℃，后果严重。这点是值得思考的事情。
各种处理工艺对铁液最佳温度要求
① 球化和蠕化处理温度。球化和蠕化处理温度受制于所采用的方法、材料、控制手段及造成的温降，在保证处理质量的前提下，宁低勿高，除前述理由外，还有利于提高功能元素的吸收率。
② 炉外连续脱硫处理温度。同样受制于所采用的方法、装备和材料及其热力学、动力学条件的完满程度。在同样条件下，为了提高脱硫效率，处理温度应越高越好。这方面一汽铸造、新兴铸管、文登曲轴、上海大众等都有很好的经验和体会。而现代热风冲天炉在这方面具有得天独厚的优越条件，可以采用相对价廉的炉料和焦炭，生产出高质量的球铁、蠕铁件。
③ 其他新出现的预处理方法对铁液温度也有要求。
铁液的过热温度
在前述三方面对铁液温度的看法及设定原则上并不存在太多差别和争议，只是在实际生产执行中存在不严格、不认真和随意性大的问题。但在关于铁液过热温度这个问题上，分歧和争论就大了，其原因有两个。首先是因为它的重要性。它是关系到铁液的结构、改性、优生及后续过程的效果和目标值能否达到的大事。其次是因为复杂性。不同铸铁品种，不同铸件技术要求，不同熔炼设备特点，不同的金属炉料组成和燃料质量，理论与现实条件之间的差异等等,造成了各持己见的观点。
铁液过热温度的定义是指熔炼过程中，金属液滴和液流所曾经达到过的最高温度，而不是指铁液的出炉温度。两者有密切关系，但不能等同，它们是根据熔炼设备的特点、条件及冶金要求来分别进行控制的。
铁液应该过热到什么程度?通常都是以铁液实际温度与其成分对应的液相线温度之差来表示过热度的。也有人提出铁液的过热度应该是指铁液实际温度 (r实 )与平均温度(r平 )之差。下面公式是克尔伯 (Karber)和 欧尔森 (oclsen)根据热力学和冶金学原理试验提出的关于计算铁液中SiO2和C还原反应平衡温度的公式，而且还编制有根据铸铁的碳硅含量来选择过热温度的图表
但实践证明，依此来选定铁液的最低过热温度 (或临界温度)是远远不够的。当前遭遇到的冷风冲天炉无法大量吃废钢，感应电炉无法多量吃生铁等诸多问题与其观点的误导恐有关系。
国外现代热风冲天炉的出铁温度早已控制在1500-1550℃范围，而炉内液滴、液流所达到的短时过热温度当在1600-1700℃，而且还有进一步提高的趋势。这种趋势是由多种需要和实际效果所促成的。
冲天炉与电炉铁液的过热问题
铁液过热的任务应该由冲天炉来完成，而不应依赖双联中的电炉来完成。长久以来，大量文献资料宣传冲天炉不可能获得1520~I550℃ 的高温铁液，或者说要获得如此高温的铁液，其经济性较差。“冲天炉用于过热铁液时热效率特别低的原因是，由于过热铁液所需的热量较大，而铁液滴与焦炭及炉气进行热交换的时间极短造成的”。由此认为,“ 这就是采用双联熔炼的主要原因”。片面地把铁液从冲天炉中的熔得与对其过热机械地割裂开来，而不将其视为一个完整的冶金工艺环节，即在固体金属炉料和熔剂被燃料熔化的同时，也应该完成其所必需的过热和所要达到的冶金目的。虽然时间是短暂的，但只要营造出高温的氛围 (热风加射氧,使炉内过热带达到1800-1900℃的高温)，扩大温度梯度，冲天炉不仅传热是极其高效的，而且发生在湍流中多相界面上的一系列物、化冶金反应的条件是在感应电炉里所无法相比的，是完全可以在实现熔化、过热的同时，解决好采用大废钢量配料时的增碳及采用铸造生铁时的石墨“遗传性”问题的。同时对炉料特别是有锈蚀的废钢、废铁、渣料的适应性也较强。这里的关键是冲天炉内焦炭燃烧所产生的、比通常所说铁液过热温度要高出200-300℃的高温炉气，不借助热风和喷氧是无法实现的。也是长期以来，造成大家对冲天炉产生偏见和误解的根源所在。
从提高铁液质量、组织连续生产和全面节能的角度出发，要重新认识长期以来采用双联是鉴于“冲天炉是最理想的铸铁熔化装置，感应电炉是最理想的铁液过热装置”的狭义节能观，以拓展我们对冲天炉技术改造的思路和促进铸铁双联熔炼工艺水平的提高。
有人把“可以降低冲天炉出铁温度的要求”作为双联熔炼的优点来加以宣传和推荐，即按图1中曲线②的模式在电炉中过热铁液。这种做法的弊病是:
① 铁液的过热程度不够，达不到生产优质铸铁的要求。
② 强行过热到较高温度虽然可以做到，但不合理 (炉衬寿命将大为降低，增加筑炉成本，停炉时间增多)，不合算 (让高度过热后的铁液停置等待，再降到浇注温度，造成能源浪费)，降温引起停顿，无法组织连续流水生产。因此，应该从铸造厂的实际情况出发，特别是新设计熔化工部时，应从铸铁品种、铸件特点、技术要求、生产方式、工艺方法及流程、所用原材料状况等出发，合理设计铁液流程一温度变化曲线，并用切实的软件和硬件措施加以保证。要让现代冲天炉成为既是理想的熔化器，又是理想的过热器。决不能用低过热度的双联熔炼来弥补和掩盖传统冲天炉技术的落后与不足。
铸铁件化学成分的问题
(1) 要全面、辩证、正确地理解 “铸铁件的化学成分通常不作为验收依据”的提法或规定。由于影响铸铁性能的因素较多，各厂条件不一，在技术标准及订货协议中往往对化学成分这一项作了很宽松的界定，许多铸造厂往往误以为要求太松，并以此作为生产中的质量控制范围，结果造成各项性能指标波动，达不到要求而报废。正确的做法只能是，根据自身条件和生产规律，针对某一特 定铸件，找出其最佳成分并尽量缩小波动范围。当条件发生明显变化时，才对成分进行必要调整。这是做好灰铸铁、合金灰铸铁的基础。要记住，主要成分控制不准，乱加合金，非但费力不讨好还劳民伤财。
(2) 有人主张采用大容量电炉作为保温炉进行双联熔炼之后，可以而且已经放松对冲天炉配料、加料、称量以及成分的控制。实践已证明这样做是错误的，会造成铸件质量的严重波动。除非生产的是低档铸件,那么连双联也可以不要。
(3) 重提一个曾经得到公认和接受的观点及事实。不要不顾自身具备的冶金条件 (如过热温度、炉料组成等)，而片面追求高CE（或共晶度），好像只有高CE才是高水平，才有好的铸造、工艺性能，结果是适得其反，性能上不去，只得用合金补。应该适当调控CE，准确控制成分，既方便节省，性能也易保证，铸造性能也并不差，渗漏也反而少了。
这里要特别提出，在国外的条件下，CE不高不行，否则白口、过硬、缩坑、缩松、渗漏、加工性能差、内应力大、易变形、裂纹，无法进行生产。他们的高CE是被高的过热温度和大量使用废钢的特有条件逼上去的，因此才出现了“同样CE下，人家的铸铁抗拉强度要比我们高一个牌号”的情况。
其他问题
(1) 要珍惜获之不易的铁液温度和纯净度。铁液在浇入铸型之前的全过程中的每一个细小环节上都要十分注意，要确保所有流槽、处理包、中转包、浇包都能干透、红热、保温、覆盖，不能用铁液烫包、烤包等。要采用优质的球化剂、蠕化剂、孕育剂、增碳剂等后处理材料及优化的处理方法,尽最大努力减少温降和二次污染。
(2) 要在铸铁熔炼及浇注全过程中，推崇采用优质耐火材料和新的施工工艺技术。用优质材料和新施工方法取代传统的劣质型材砌筑方式，可以提高铁液质量，延长使用寿命，减少材料、人工及能源消耗，降低废弃物排放。
(3) 加强对企业内部能源、材料消耗的统计分析及奖惩制度，并规范化、标准化。
(4) 在铸件化学成分相对稳定的条件下，Φ 30试棒的Rm/HB判据能更方便地反映冶金条件的变异。
(5) 健全企业内部铸铁材料的理化检测数据综合、对照、规范化及可供分析、寻找规律的程度。
铸造企业一定要克服当前普遍存在的同一试棒各种数据支离破碎，检验完了就扔了的非常可惜的做法，要努力使日常花费大量人力物力所作出的努力变为指导生产和进一步改进工作的宝贵资源。
注：资料来源于网络（现代铸铁2011年陆文华教授文章），经整理后分享。仅供参考！
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