厚大铸件的铸造方法 【技术领域】
本发明涉及一种铸件的铸造方法，具体来说，涉及一种厚大铸件的铸造方法。
背景技术
壁厚在70mm以上的铸件，可称为厚大铸件，现有技术中，厚大铸件的铸造方法如下：以含有83％固定碳的焦碳为燃料，在冲天炉中将金属炉料熔化成铁水，金属炉料中含有无锈优质废钢、新生铁、机床类铸件旧铁，其中废钢的含量在30％左右，铁水从冲天炉的出铁口送出，进入出铁槽内，出炉的铁水在出铁槽内对冲入孕育剂后，一起进入浇包，然后注入铸型型腔内，浇铸成所需的铸件，焦碳中固定碳的含量较低，燃烧值低，而且焦碳呈块状，各块大小不等，容易燃烧不充分不均匀，因此导致出铁温度不高，在1450度左右，影响后续的浇铸温度，使得厚大铸件的中心部位以及表面部位在金相组织及机械性能上存在较大差异，金属炉料熔化形成铁水后，铁水与焦碳直接接触，则铁水中的含碳量和含硫量会得到显著增加，因此，为了保证形成的铸件中各化学成份符合要求，需要对金属炉料中各成份进行精确的配料计算，目前，原料中钢的含量较低，导致后续形成的铁水中化学成份比例失调，从而影响铸件的冷却成形，尤其是会影响厚大铸件的中心部位和表面部位的性能。孕育剂主要为75％硅铁，75％硅铁虽然可以减少白口，提高石墨化作用，使得铸铁的硬度和强度得到提高，但对减少厚大铸件的中心部位以及表面部位性能的差异的作用不显著。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种可使厚大铸件的中心部位和表面部位的性能相一致的铸造方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种厚大铸件的铸造方法，包括以下过程，以焦碳作为燃料，在冲天炉中将金属炉料熔化成铁水，铁水从冲天炉的出铁口送出，进入出铁槽内，该出铁槽中加入有孕育剂，出炉的铁水流经出铁槽后，和所述孕育剂一起冲入浇包中，然后再注入铸型型腔中，浇铸形成铸件，所述金属炉料包括无锈优质废钢、新生铁、机床类铸件旧铁，所述金属炉料中所述无锈优质废钢占45％-55％，所述新生铁占30％-40％，其余为机床类铸件旧铁，所述焦碳中固定碳含量在87％以上，含硫量在0.5％以下，所述孕育剂按出炉的铁水重量计含有0.2％-0.5％硅钡孕育剂、0.2％-0.4％75％硅铁、0.1％-10％含钼孕育剂，所述出铁槽中除加入有所述孕育剂外，还加有电解铜，该电解铜按出炉的铁水重量计为0.6％-1％。
所述焦碳呈块状，各块所述焦碳大小大致相同。
所述含钼孕育剂呈粒状或者块状或者粉末状。
由于本发明采用了以上的技术方案，其优点如下：金属炉料中选用45％-55％的优质废钢，钢中碳的含量低，钢的熔点比铁的熔点高，为了配合钢的熔化，选用优质焦碳，固定碳含量在87％以上，能保证冲天炉中铁水的出炉温度在1500度以上，同时，优质焦碳中的含硫量也低，在0.5％以下。优质废钢与新生铁与机床类铸件旧铁一起形成金属炉料，炉料配比中已充分考虑了碳、硫等各化学成份在熔炼中的变化，从而使铸件中的成份符合规定要求，可以减小厚大截面上中心部位与表面部位之间的差异。硅钡孕育剂和75％硅铁的作用在于增加铁水中石墨的结晶核心，使石墨化作用骤然提高，减少白口，铁水中石墨细小且分布均匀，则形成的铸件厚大截面的性能较为均匀，电解铜和含钼孕育剂加入铁水中，增加了珠光体基体组织的生成，并细化珠光体基体组织，珠光体基体组织分布均匀，使孕育后的铸铁的强度硬度显著提高，厚大铸件上的中心部位与表面部位的性能趋向一致。上述提到优质焦碳中固定碳含量在87％以上，能保证冲天炉中铁水的出炉温度在1500度以上，出炉的铁水温度较高，从而提高后续铸件的浇注温度，这样可以获得较洁净地铁水，同时进一步细化铁水中石墨和珠光体基体组织，获得高强度低应力的铸件，则铸件的内外性能更加相接近。
【附图说明】
附图1为本发明形成的铸件的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图来进一步阐述本发明。
一种厚大铸件的铸造方法，包括冲天炉熔炼和铁水浇铸成形，冲天炉具有圆筒形炉身，冲天炉炉身外壳用钢板制成，钢板壳内壁用耐火材料砌成炉衬。炉身下部坐在底座上，上部侧面开有加料口，炉身上开设有多个空气进口，又称为风口，多个风口沿炉身圆周方向均匀分布。风口的下部是炉缸，炉缸上开有出铁口和出渣口，在有些场合，为了储存铁水，在冲天炉的炉身外部设置积蓄铁水的前炉，前炉与冲天炉炉缸相连，可以从前炉中出铁水和排渣。在冲天炉中，以焦碳作为燃料将金属炉料熔化成铁水，具体来说，先将一定量的焦炭装入炉内作为底焦，点火后，按炉子的熔化率将配好的石灰石、金属炉料和层焦按次序分批地从加料口加入，金属炉料包括45％-55％无锈优质废钢、30％-40％新生铁，其余为机床类铸件旧铁，这里的无锈优质废钢指干净、洁净、无锈的废钢或者钢板的边角料，机床类铸件旧铁指的是机床上使用过的铸铁，或者类似与机床上的铸铁具有基本相同成份的旧铁。焦碳采用优质焦碳，优质焦碳中固定碳含量在87％以上，含硫量在0.5％以下。固定碳的含量高，则焦碳的燃烧值大，释放的热量多，能保证冲天炉中铁水的出炉温度在1500度以上。在整个开炉过程中保持炉料顶面在加料口下沿，经风口鼓入炉内的空气同底焦发生燃烧反应，生成的高温炉气向上流动，对炉料加热，并使底焦顶面上的第一批金属炉料熔化，熔化后的铁滴在下落到炉缸的过程中，被高温炉气和炽热的焦炭进一步加热，这一过程称为过热。随着底焦的烧失和金属炉料的熔化，料层逐渐下降，每批炉料熔化后，燃料由外加的层焦补充，整个熔化过程连续进行。炉料中的石灰石在高温炉气的作用下分解成石灰和二氧化碳，石灰是碱性氧化物，它能和焦炭中的灰分和炉料中的杂质、金属氧化物等酸性物质结合成熔点较低的炉渣，熔化的炉渣也下落到炉缸，并浮在铁水上。
金属在冲天炉内并非简单的熔化，实质上是一种熔炼过程。在熔炼过程中铁料与炽热的焦炭和炉气直接接触，铁料的化学成分将发生变化。具体来说，铁料中的碳，一方面可被炉气氧化熔炼损耗，使含碳量减少；另一方面，由于铁液与炽热焦炭直接接触吸收碳分，使含碳量增加。含碳量的最终变化是炉内渗碳与脱碳过程的综合结果。铁料因吸收焦炭中的硫，使铸铁中含硫量会增加。由于铁料的化学成份在熔化过程中会发生变化，为了熔化出成份合格的铁液以及减少厚大铸件中心部位和表面部位之间性能的差异，在冲天炉配料时必须考虑化学成分的变化，本发明中，选用45％-55％的优质废钢，钢中碳的含量低，钢的熔点比铁的熔点高，为了配合钢的熔化，选用优质焦碳，固定碳含量在87％以上，同时，优质焦碳中的含硫量也低，在0.5％以下，优质焦碳呈块状，每块焦碳大小大致相同，可以使焦碳燃烧充分均匀。优质废钢与新生铁与机床类铸件旧铁一起形成金属炉料，炉料配比中已充分考虑了碳、硫等成份的熔炼损耗，从而使铸件中的成份含量符合规定要求。
熔化的铁水从冲天炉的出铁口送出，进入出铁槽内，该出铁槽中加入有孕育剂和电解铜，孕育剂按出炉的铁水重量计含有0.2％-0.5％硅钡孕育剂、0.2％-0.4％75％硅铁、0.1％-10％含钼孕育剂，含钼孕育剂可以呈粒状或者块状或者粉末状，电解铜按出炉的铁水重量计为0.6％-1％，出炉的铁水流经出铁槽后，和孕育剂、电解铜一起冲入浇包中，然后再注入铸型型腔中，浇铸形成铸件。电解铜和孕育剂的主要作用都是用于提高铸件的强度和硬度，并使使得铸件的内外性能趋向一致，具体来说，硅钡孕育剂和75％硅铁的作用在于增加铁水中石墨的结晶核心，使石墨化作用骤然提高，减少白口，铁水中石墨细小且分布均匀，则形成的铸件厚大截面的性能较为均匀，电解铜和含钼孕育剂加入铁水中，增加了珠光体基体组织的生成，并细化珠光体基体组织，珠光体基体组织分布均匀，使孕育后的铸铁的强度硬度显著提高，厚大铸件上的中心部位与表面部位的性能趋向一致。上述提到优质焦碳中固定碳含量在87％以上，能保证冲天炉中铁水的出炉温度在1500度以上，出炉的铁水温度较高，从而提高后续铸件的浇注温度，这样可以获得较洁净的铁水，同时进一步细化铁水中石墨和珠光体基体组织，获得高强度低应力的铸件，则铸件的内外性能更加相接近。
在图1中，运用本发明的铸造方法浇注一件长500mm，宽120mm，厚70mm的试块1，分别从试块1中心部位(图中B处)和表面(图中C处)取样，检查抗拉强度，硬度及金相组织，δb/30：是从分浇试棒上测得的抗拉强度；δb/B：是从中心部位B处测得的抗拉强度；δb/C：是从表面C处测得的抗拉强度；HS/B是从中心部位(B处)测得的值，结果见下表：
从上表可以看出，试块1在中心部位B处和表面部位C处的抗拉强度基本一致，在中心部位B处测得的硬度已达到铸件的规格要求，试块1的金相组织显示中心部位B处和表面部位C处的性能相一致。