铸造合金熔炼

章节摘录

版权页：   插图：    2.2.1 修炉 冲天炉在熔化过程中，因受到高温炉气的冲刷和熔渣的作用，炉衬受到侵蚀，在下次开炉前必须进行修补。每次修炉主要是修理熔化带以下区域及前炉、过桥等。除炉衬侵蚀严重，侵蚀深度超过50mm时，要用耐火砖重新修砌外，一般均用耐火材料修补。常用的耐火材料配比为：60％-70％石英砂（20-40目），30％-40％耐火泥，适量水。混合料硬一点有利于防止产生裂纹。 修炉时，应先仔细地将粘在炉衬上的炉渣清除干净，否则耐火材料补在渣子上，开炉后炉渣熔化，炉衬就成块地剥落下来。侵蚀不大的表面渣釉层不必清除，因为它可以保护砖衬。修补耐火材料时，先刷上泥浆，然后覆上耐火材料并捣固结实。修补后的炉型必须圆整、光滑、尺寸符合要求。风口大小、位置、倾斜角度要正确。 修好炉衬后，即可合上炉底门进行炉底修筑。冲天炉的炉底应在开炉时保证不漏铁水，打炉时易于松塌。通常在炉底门上先放一层废干砂或炉渣（块度20-40mm），再放上一层旧型砂，上面覆盖一层焦炭末混合料，分层捣实。炉底与炉壁交接处应修成圆角。为了不使炉底存留铁水，炉底应向过桥方向倾斜5°左右，并将表面修光。 前炉的修理与炉身部分大致相同，用修炉材料修补后，还应在其上面再抹上一层焦炭末混合料（20-30mm），前炉壁承受炉气的冲刷，修炉材料的强度要高一些，其配比为：65％-70％焦炭粉，10％-15％石英粉，20％耐火泥，适量水。前炉炉底同样应有一定的倾斜度。出铁口和出渣口应修成喇叭口形，这样的形状不易冻结，容易打开，见图2.5。 2.2.2 点火及烘炉 修好的冲天炉需要烘烤炉衬，烘烤前最好有一段自然风干的时间，烘炉与点火的操作应结合起来进行。根据焦炭质量，一般点火是在熔化开始前1-3h进行。先由工作门放进一些刨花和较小的木柴，把炉底铺满，其余的木柴由加料口投入炉内，接着装人第一批底焦，装入量约占底焦总量的2／3，用耐火材料将工作门堵住，仅留一个小孔以便点火。点火后应把全部风口打开，自然通风烘烤一段时间，与此同时在前炉中点火烘烤，并封死点火孔，随后可打开风机吹风，吹出炭灰，并使底焦均匀燃烧，在鼓风时应捣风口，使底焦紧实。吹风3-5min后停风，清理前炉，盖好前炉盖，并将其余底焦加入炉内，再鼓风，待底焦上层开始燃烧时，停风测量底焦高度，高度合适后即可装料。底焦高度指第一排风口中心线以上的焦炭柱高度。目前还没有可靠的理论计算方法来确定底焦高度，一般由实践经验确定。在生产实际中，冲天炉正式开风熔化后，观察主排风El见铁滴的时间长短，以此来确定底焦高度是否合适。 2.2.3 装料及熔化 先在底焦上部加入底焦重量20％-30％的熔剂，如点火时间过长，熔剂量可适当增加，以便开风后清除底焦内的杂质。然后再加入层铁和层焦，如此依次加入熔剂、层铁、层焦，炉料一直加到加料口为止。

前言

熔炼是铸造生产的第一道工序，直接影响着铸件的质量和性能。近年来铸造合金熔炼技术有了很大的发展，出现了很多新型熔炼设备和熔炼工艺。为了适应当前教学和生产的需要，我们编写了这本书。     在编写过程中，我们力求在物理化学及冶金原理等应用科学的基础上组织本书的内容。本书阐述了合金熔炼的基础理论、基本概念和基本问题，强调基本理论对生产实际的指导作用，尽可能反映国内外最新研究成果和先进生产经验，努力做到言简意赅，便于读者学习。本书可以作为高等工科院校材料类专业教材，也可供企业和科研单位相关的工程技术人员、管理人员等学习和参考。     全书共分三篇。第一篇为铸铁熔炼，重点是冲天炉内焦炭燃烧的基本规律、冲天炉熔炼的基本原理，本篇还阐述了常用冲天炉的结构、冲天炉熔炼过程的检测与控制，介绍了冲天炉感应炉双联熔炼、孕育铸铁和球墨铸铁的熔炼及炉前处理。第二篇为铸钢熔炼，主要内容是电弧炉炼钢，此外还介绍了感应炉炼钢和炼钢技术的新发展。第三篇为铸造非铁合金熔炼，重点为铸造铝合金的变质处理和精炼处理、铸造铜合金的脱氧和精炼处理，同时还介绍了铸造镁合金、锌合金、钛合金的熔炼及非铁合金的熔炼设备。     本书第1、2、3、9、13章由沈阳工业大学的李晨希、李润霞编写，第4、5、6章由沈阳工业大学的王峰编写，第7、8章由中科院沈阳金属研究所的徐娜和沈阳工业大学的王宏编写，第10、11、12章由辽宁装备职业技术学院的伞晶超编写。全书由李晨希教授统稿。     由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。 编者

书籍目录

第一篇铸铁熔炼  第1章铸铁熔炼概述2 1 1铸铁熔炼的发展3 1 1 1我国铸铁熔炼技术的发展概况3 1 1 2国外铸铁熔炼技术的发展概况4 1 1 3铸铁熔炼的发展趋势4 1 2铸铁熔炼的技术要求5 1 2 1铁液质量高5 1 2 2熔化速度快7 1 2 3熔炼耗费少7 1 2 4炉衬寿命长7 1 2 5操作性好8 第2章冲天炉内焦炭燃烧的基本规律9 2 1冲天炉的基本结构9 2 1 1支撑部分9 2 1 2炉体10 2 1 3送风系统10 2 1 4烟囱和除尘装置11 2 1 5前炉11 2 2冲天炉操作工艺11 2 2 1修炉12 2 2 2点火及烘炉12 2 2 3装料及熔化12 2 2 4停风和打炉13 2 3焦炭的特性和发热量计算13 2 3 1焦炭的特性13 2 3 2焦炭燃烧发热量计算14 2 4冲天炉内焦炭燃烧的基本规律18 2 4 1焦炭燃烧的一般过程18 2 4 2焦炭层中的氧化带19 2 4 3焦炭层中的还原带20 2 4 4炉气燃烧比21 第3章冲天炉熔炼的基本原理23 3 1铁料熔化23 3 1 1铁料预热、熔化和过热所需的热量23 3 1 2铁料在预热、熔化和过热过程中的传热强度24 3 1 3冲天炉的热效率24 3 2冲天炉内炉气及炉温的分布25 3 2 1冲天炉内炉气分布25 3 2 2冲天炉内温度分布26 3 3冲天炉内的热交换26 3 3 1预热区内的热交换26 3 3 2熔化区内的热交换27 3 3 3过热区内的热交换28 3 3 4炉缸区内的热交换29 3 4影响冲天炉内热交换的主要因素29 3 4 1送风的影响29 3 4 2焦炭的影响30 3 4 3金属炉料的影响31 3 4 4熔炼操作工艺的影响31 3 4 5冲天炉结构参数对铁液温度的影响32 3 5强化冲天炉熔炼的措施33 3 5 1预热送风33 3 5 2富氧送风35 3 5 3除湿送风36 3 6冲天炉内的冶金反应37 3 6 1冲天炉内冶金反应的基本规律37 3 6 2冲天炉内炉渣的形成及作用37 3 6 3冲天炉熔炼过程中铁液化学成分的变化38 第4章冲天炉熔炼过程检测与控制47 4 1冲天炉熔炼用原材料47 4 1 1砌筑冲天炉用耐火材料47 4 1 2冲天炉熔炼用金属材料49 4 1 3冲天炉熔炼用焦炭55 4 1 4冲天炉熔炼用熔剂57 4 2冲天炉熔炼过程的参数选择与计算58 4 2 1冲天炉熔炼的网形图58 4 2 2冲天炉熔炼风量的计算59 4 2 3冲天炉层焦量与层铁量的确定60 4 2 4冲天炉底焦高度的选择61 4 2 5冲天炉熔炼熔剂用量计算61 4 3冲天炉熔炼配料计算62 4 3 1确定炉料配比62 4 3 2配料计算62 4 4冲天炉熔炼过程检测65 4 4 1风压测量65 4 4 2风量测量67 4 4 3温度测量71 4 4 4炉气化学成分分析75 4 4 5铸铁化学成分的测定77 4 5冲天炉熔炼过程控制78 4 5 1铁水化学成分的控制78 4 5 2铁水温度的控制78 4 5 3冲天炉熔炼过程中的故障及其防止方法79 第5章常用冲天炉的结构83 5 1多排小风口冲天炉83 5 1 1多排小风口冲天炉的结构83 5 1 2多排小风口热风冲天炉的主要特点85 5 2大间距双排风口冲天炉86 5 2 1双层送风冲天炉的结构86 5 2 2双层送风冲天炉的主要特点86 5 3中央送风冲天炉87 5 3 1中央送风冲天炉的基本结构88 5 3 2中央送风冲天炉的主要特点88 5 4热风冲天炉89 5 4 1热风冲天炉的结构和特点89 5 4 2选用冲天炉热风的原则92 5 5水冷冲天炉92 第6章双联熔炼及炉前处理97 6 1感应电炉的工作原理及结构97 6 1 1感应电炉的工作原理97 6 1 2感应电炉的结构100 6 2冲天炉感应电炉双联熔炼103 6 2 1冲天炉感应电炉双联作业的配置方式103 6 2 2双联熔炼形式的选择104 6 3铁液的脱硫处理105 6 3 1炉内脱硫105 6 3 2炉外脱硫105 6 3 3炉外脱硫方法106 6 4灰铸铁的孕育处理108 6 4 1灰铸铁的化学成分108 6 4 2孕育处理110 6 5球墨铸铁的球化处理113 6 5 1化学成分的确定114 6 5 2球墨铸铁的熔炼及炉前处理116 6 5 3球墨铸铁的质量控制技术122  第二篇铸钢熔炼  第7章电弧炉炼钢126 7 1电弧炉炼钢概述126 7 1 1电弧炉炼钢发展概况126 7 1 2电弧炉炼钢的特点128 7 1 3碱性电弧炉与酸性电弧炉129 7 2三相电弧炉的结构和主要技术参数129 7 3碱性电弧炉氧化法炼钢133 7 3 1炼钢工艺过程134 7 3 2炉渣的作用和性质144 7 3 3炼钢过程的物理化学原理147 7 3 4铸钢熔炼工艺151 7 3 5节约用电的途径157 7 4碱性电弧炉吹氧返回法炼钢159 7 4 1吹氧返回法炼钢原理160 7 4 2熔炼不锈钢应注意的问题161 7 4 3碱性电弧炉吹氧返回法炼钢举例161 7 5碱性电弧炉不氧化法炼钢163 7 5 1不氧化法炼钢工艺要点164 7 5 2不氧化法炼钢工艺举例164 7 6酸性电弧炉炼钢166 7 6 1酸性电弧炉炼钢的特点166 7 6 2酸性电弧炉氧化法炼钢的工艺要点167 7 6 3酸性电弧炉不氧化法炼钢的工艺要点167 第8章感应电炉炼钢169 8 1感应电炉炼钢概述169 8 2酸性感应电炉炼钢工艺170 8 3碱性感应电炉炼钢工艺172 8 4真空感应电炉炼钢174 第9章炼钢技术新发展177 9 1炼钢技术的发展趋势177 9 2吹氩精炼178 9 3氩氧脱碳法和真空氩氧脱碳法179 9 3 1氩氧脱碳法179 9 3 2真空氩氧脱碳精炼法180 9 4钢包电弧加热精炼181 9 5电渣炉炼钢182 9 6等离子炉炼钢183  第三篇非铁合金的熔炼  第10章非铁合金熔炼设备186 10 1概述186 10 1 1对熔炼设备的基本要求186 10 1 2熔炼设备的分类和选用186 10 2坩埚炉187 10 2 1固体燃料坩埚炉187 10 2 2液体、气体燃料坩埚炉187 10 2 3电阻坩埚炉187 10 2 4坩埚的材质和规格190 10 3反射炉191 10 3 1火焰反射炉191 10 3 2电阻反射炉192 10 4感应炉193 10 5真空熔炼194 10 5 1真空感应炉195 10 5 2真空电弧炉195 第11章铸造铝合金的熔炼197 11 1铸造铝合金的精炼原理197 11 1 1气孔的形态及对铝合金铸件性能的影响197 11 1 2氧化夹杂的形态及对铸件性能的影响198 11 1 3铝液中气体和氧化夹杂的来源198 11 1 4氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响202 11 1 5合金元素及熔炼时间对铝液吸氢的影响203 11 1 6铝液中析出氢的条件204 11 1 7铝液的除氢速度206 11 1 8合金成分对气孔形成的影响207 11 2铸造铝合金液精炼工艺208 11 2 1吸附精炼208 11 2 2非吸附精炼218 11 2 3净化效果检测方法218 11 2 4铝液内的氢在凝固过程中的迁移221 11 2 5铝铸件中一次气孔形成机理222 11 3铝合金的变质处理223 11 3 1铝合金初生相α固溶体的变质处理223 11 3 2过共晶AlSi合金初晶硅的细化224 11 3 3AlSi合金共晶组织中的共晶硅变质225 11 4铝合金配料计算229 11 4 1炉料的组成229 11 4 2中间合金的制备230 11 4 3配料计算233 11 5铸造铝合金的典型熔炼工艺234 11 5 1ZL104合金的熔炼工艺234 11 5 2ZL201合金的熔炼工艺236 11 5 3ZL301合金的熔炼工艺237 11 5 4ZL402合金的熔炼工艺238 第12章铸造铜合金的熔炼239 12 1概述239 12 2铜合金的氧化及脱氧240 12 2 1铜合金的氧化特性240 12 2 2铜合金的脱氧241 12 3铜合金的吸气及除气精炼243 12 3 1气体在铜液中的溶解特性244 12 3 2除气、精炼原理及方法246 12 4铜铸件中气孔形成机理248 12 5熔炼铜合金使用的熔剂250 12 5 1覆盖剂250 12 5 2精炼剂251 12 6铜合金熔炼工艺252 12 6 1熔炼铜合金的一般原则252 12 6 2铜合金的炉料准备及炉料计算252 12 6 3铜合金熔炼炉前质量检验254 12 6 4各类铜合金的熔炼工艺257 第13章其他非铁合金的熔炼262 13 1铸造镁合金的熔炼262 13 1 1镁合金的物理化学特性262 13 1 2镁合金的精炼和变质处理263 13 1 3镁合金的典型熔炼工艺264 13 2铸造锌合金的熔炼269 13 2 1锌铝合金的熔炼269 13 2 2锌铝合金的变质处理271 13 3铸造钛合金的熔炼272 13 3 1钛及钛合金的物理化学性质272 13 3 2非自耗电极电弧炉熔炼钛合金275 13 3 3自耗电极电弧炉熔炼钛合金276 13 3 4真空自耗电弧凝壳炉熔炼工艺280 参考文献282

编辑推荐

《铸造合金熔炼》可作为高等工科院校材料类专业的教材，也可供工厂、科研单位的技术人员参考。《铸造合金熔炼》共分三篇。第一篇为铸铁熔炼，重点是冲天炉内焦炭燃烧的基本规律、冲天炉熔炼的基本原理，本篇还阐述了常用冲天炉的结构、冲天炉熔炼过程的检测与控制，介绍了冲天炉感应炉双联熔炼、孕育铸铁和球墨铸铁的熔炼及炉前处理。第二篇为铸钢熔炼，主要内容是电弧炉炼钢，此外还介绍了感应炉炼钢和炼钢技术的新发展。第三篇为铸造非铁合金熔炼，重点为铸造铝合金的变质处理和精炼处理、铸造铜合金的脱氧和精炼处理，同时还介绍了铸造镁合金、锌合金、钛合金的熔炼及非铁合金的熔炼设备。

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《铸造合金熔炼》全面介绍了铸铁、铸钢及铸造非铁合金的熔炼原理、熔炼设备和熔炼工艺。铸铁熔炼部分包括冲天炉的结构和熔炼原理、冲天炉内焦炭燃烧的基本规律以及熔炼过程的检测与控制。铸钢熔炼部分包括电弧炉炼钢、感应电炉炼钢和炼钢新技术。非铁合金熔炼部分包括非铁合金的熔炼设备、铝合金、铜合金、镁合金、锌合金和钛合金的精炼和变质处理、熔炼质量检验及典型合金的熔炼工艺。

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