合金熔煉課程設計

1、鑄造合金及其熔煉課程設計報告 題目：上端蓋RuT420的配料及熔煉姓名：學號: 班級： 材料成型及控制工程1104班學院： 機械工程學院指導老師：日期：2015年1月 13日山東理工大學目錄一零件原始要求 零件名稱，結構及尺寸要求，材料，機械性能要求二選材 材料牌號成分，力學性能三選用爐料 爐料來源 爐料配比計算 4. 爐體設計 沖天爐爐徑設計 爐身高度 有效高度前爐 送風系統(tǒng) 畫圖5 確定熔煉工藝過程 確定主要工藝參數(shù) 熔煉前準備 沖天爐熔煉操作 爐況判斷及常見故障 特殊處理6 熱處理 7 參考資料 一、零件原始要求（一）零件名稱：上端蓋（二）零件特點：輪廓尺寸420*157 屬于小型端蓋圓

2、盤類 ，形狀簡單，壁厚均勻，在15.7-18之間，鑄件毛重34.3kg，精度不高，采用濕砂型鑄造。（三）要求鑄鐵牌號：RuT420.抗拉強度：b420Mpa名稱牌號質量（kg）出品率（%）總耗鐵量（kg）產量（件）上端蓋RuT42034.38042.9批量生產融化率：沖天爐融化率為2噸每小時（四）零件的結構及尺寸：二、選材（一）牌號：RuT420（二）標準：GB/T9439-2010（三）化學成分選擇：C：3.5%3.9%，Si：1.8%2.6%，Mn：0.5%0.8%，S:<0.06%,P:<0.08% Xt殘：0.02%0.05%，Mg：0.015%0.025%三、選用爐料（一

3、）爐料來源：原生鐵 回爐鐵 廢鋼 硅鐵 錳鐵1、原生鐵，又稱高爐生鐵，是含碳量大于2%的鐵碳合金，工業(yè)生鐵含碳量一般在2.11%4.3%，并含有C、Si、Mn、S、P等元素，是鐵礦石經高爐冶煉的產品。是沖天爐爐料的主要組成物。2、回爐鐵，是蠕墨鑄鐵澆注完后清理的澆冒口、廢鑄件。按配料的需要加入一定量，降低鑄件成本。3、廢鋼，包括廢鋼件、鋼料、剛屑等，加入廢鋼可以降低鐵水含碳量。4、鐵合金，包括硅鐵、錳鐵、鉻鐵等鐵中間化合物，可以調整鐵水的化學成分或配制合金鑄鐵。（二）爐料化學成分：爐料化學成分（質量分數(shù)）（%）CSiMnPS本溪原生鐵4.131.820.740.140.12回爐料3.42.40

4、.40.060.08廢鋼0.350.30.6-硅鐵-750.50.040.02錳鐵1.52.5800.20.02（三）常見元素在沖天爐熔煉過程中增減率：增減CSiMnPS爐料C<3.2%爐料C>3.6%極限范圍+ (060）-(010)+(040)-(1050）0+(25100)一般范圍+ (540)- (38)+(1015)-（1520）0+(5075)（四）沖天爐熔煉過程中各種牌號鑄鐵碳量增減率：配料C>3.6%或Si量較高HT200以下HT200以上可鍛鑄鐵-（38）+（510）+（1535）+(4050)（五）爐前添加合金元素的回收率：元素添加合金回收率Mn錳鐵859

5、5Si硅鐵8090（六）爐內熔化元素燒損率：元素CSiMnPS燒損率（質量分數(shù)）（%）+5-15-20不變+80（七）配料計算：元素CSiMnPS原鐵液含量（%）3.332.70.9<0.08<0.07蠕化劑按0.2%，孕育劑按0.2%0.8%第一步，計算爐料中個元素應有量，可用下列公式計算X爐料=X鐵液/1±式中 X爐料爐料中元素含量（%）； X鐵液鐵液中元素含量（%）； 熔煉過程中元素增減率?！?”號用于元素增加，“-”號用于元素減少。 爐料中碳元素含量：C爐料%=3.3/（1+5%）=3.14 爐料中硅元素含量：Si%爐料=2.7/（1-15%）=3.18 爐料中錳

6、元素含量：Mn爐料%=0.9/（1-20%）=1.125 爐料中磷元素含量：P爐料%=0.07 爐料中硫元素含量：S爐料%=0.06/（1+80%）=0.0333第二步，初步確定爐料配比并進行計算。確定回爐料按20%加入，設新生鐵的配比為x%，則廢鋼的配比為100%-20%-x%。設爐料所需含碳量為w%，而新生鐵、廢鋼、回爐料含碳量分別為a%，b%，c%，可按下式計算出新生鐵的配比：ax+b（100-20-x）+c20=100w由知w=3.14、由表格知a=4.13、b=0.35、c=3.4代入公式得4.13x+0.35(100-20-x)+3.4×20=3.14×100

7、x=218÷4.13-0.35)=57.7廢鋼的配比：100-57.7-20=22.3第三步，確定配比并計算鐵合金的補加量。硅鐵、錳鐵的補加量可按下式計算鐵合金配比=（爐料應有合金含量-爐料中所含合金含量）/鐵合金中合金含量×1-合金燒損率式中爐料應有合金含量=（鐵液要求合金量-爐前加入合金量）/（1-合金燒損率）爐前加入合金量=爐前加入鐵合金×鐵合金中合金含量×回收率爐料應有錳元素含量=0.9/（1-20%）=1.125爐料中所含有錳元素量=20%×0.4+0.577×0.74+0.223×0.6=0.64錳鐵配比=（1.

8、125-0.64）÷1-0.2×0.8=0.76爐前加入硅鐵量=0.8%×0.85×0.75=0.51爐料應有硅元素含量=（2.7-0.51）÷1-0.15=2.58爐料中所含硅元素量=0.2×0.24+0.577×0.018+0.223×0.003=0.016硅鐵配比=（2.57-0.016）÷0.75×0.85=4.0由此定出RuT420配料的成分單如下：爐料配比CSiMnPS含量數(shù)量含量數(shù)量含量數(shù)量含量數(shù)量含量數(shù)量本溪生鐵57.74.132.381.821.050.740.430.090.

9、0520.0320.018回爐鐵203.40.682.40.480.40.080.060.0120.080.016廢鋼22.30.350.080.30.670.60.134-要求成分3.332.70.9<0.08<0.07合計1003.142.20.6440.0640.034差額0.190.50.256合格合格錳鐵0.671.50.012.50.017800.5360.20.0010.020硅鐵4-7530.50.020.040.0010.020.001四、爐體設計（一）沖天爐的基本結構（1）爐底與爐基爐底與爐基是沖天爐的支撐部分，對整座爐子和爐料起支撐作用（2）爐體與前爐1）爐體

10、是沖天爐的基本組成部分，包括爐身和爐缸兩部分。爐身是指加料口下緣至第一排風口中心線之間的爐體。爐缸是指第一排風口中心線到爐底之間的爐體，其作用是保護爐底，匯聚鐵液和爐渣使之進入前爐，也可以儲存鐵液。2）前爐是由前爐體和可離的爐蓋構成。其作用是儲存鐵液，使鐵液成分和溫度均勻，減少鐵液在爐缸停留時間，從而降低鐵液在爐缸中增碳與增硫作用，凈化鐵液。（3）煙囪與除塵裝置煙囪在加料口上端，其作用是引導爐氣向上流動并排出爐外，除塵裝置的作用是消除或減少爐氣中的煙灰和有害氣體。（4）送風系統(tǒng)沖天爐的送風系統(tǒng)是指自鼓風機出口至風口出口為止的整個系統(tǒng)，包括進風管、風箱、風口、及鼓風機輸出管道。（5）熱風裝置熱風

11、裝置作用是加熱供底焦燃燒用的空氣，以強化沖天爐底焦的燃燒。（6）鼓風機（二）沖天爐的尺寸 所謂沖天爐的主要尺寸是指沖天爐的內徑、有效高度、送風系統(tǒng)及前爐的主要尺寸以及它們之間的比例關系。1）沖天爐內徑：沖天爐的許多基本尺寸都與爐膛直徑有關，因此應首先選擇它的大小。D =1.12Q/S米式中：D沖天爐爐膛直徑 米。 Q規(guī)定的沖天爐的生產2噸/時。 S沖天爐的單位生產率 噸/米2*時 沖天爐效率越大，與之適應的爐膛內徑也要越大這是因為從沖天爐熔煉的普遍規(guī)律來看，沖天爐的正常單位生產率一般不論爐子的大小總在7-10噸/米2時的范圍內。因此，當爐子小而生產率高并使單位生產率大于此范圍時，或爐子大、生產

12、率低、使單位生產率小于此范圍的沖天爐時，都不能獲得理想的高溫鐵水。沖天爐內徑按下表選擇：熔化率（噸/時）123571015爐膛直徑（mm）450600700900110013001550根據經驗數(shù)據，選用熔化率為2噸/時，直筒型沖天爐的內徑為600mm 2）爐殼內徑和外徑 爐殼內徑：沖天爐內徑±2（爐襯厚度+絕熱層厚度）絕熱層一般取0.015-0.03米爐層厚度：熔化率（t/h）1.53.05.07.0爐襯厚度130180230230因為所選沖天爐的熔化率為2噸/時，所以這里爐襯厚度取160mm即 爐殼內徑=（600±2×（20+160）×0.5=（30

13、0±180）mm 爐殼外徑與爐殼厚度的關系熔化率（t/h）1235爐殼外徑810103011601600爐殼厚度6668所以爐殼外徑為1030mm爐殼厚度為6mm（三）爐身高度沖天爐高度：沖天爐應具備必要的高度才能保證爐料的充分預熱和良好的工作條件。高度不夠，鐵料預熱不良，爐內鐵水溫度難以提高。高度太高，容易產生架料，壓碎焦炭，增加鼓風機功率消耗和增加廠房建筑等缺點。爐身高度=爐底厚度+爐缸深度+有效高度爐缸深度：指爐底中心到第一排風口中心線間的距離，它與爐子結構（無前爐），熔化率，鐵液含碳量有關有前爐 熔化率（t/h）2345爐缸深度200220250280選熔化率為2噸/時，所以

14、爐缸深度為200mm有效高度：指沖天爐第一排風口中心線到加料口下沿之間的距離。有效高度過高時，易產生架料，壓碎焦炭，增加進風阻力；過低，爐料預熱不好，熱效率低。有效高度一般為爐內徑的5-7倍爐子內經<700700-1000高徑比（H/D）6-75-6取有效高度3600mm爐底厚度：指爐底板上面到爐底面中心的砂床厚度，它與熔化率和工作時間有關，一般為250-350mm。過低時，易漏鐵水；過高時，打爐困難。所以爐底厚度選用300mm（四）前爐前爐內徑和高度，一般烤爐儲存0.5-1小時熔化的鐵水量。前爐內徑=（0.81.1）爐膛內徑熔化率1235前爐容量0.751.5-22-33-5前爐直徑5

15、60700800950選用前爐內徑為700mm前爐高度=（1.2-1.5）前爐內徑即 前爐高度=840mm前爐爐襯厚度沖天爐內徑500-7009001100前爐爐襯厚度180230250因為選用沖天爐內徑為700mm所以前爐爐襯厚度為180mm前爐爐底厚度：熔化率123前爐爐底厚度320370410因為所選沖天爐熔化率為2噸/時，故前爐爐底厚度為370mm出渣口與出鐵口出渣口高度=0.18q/d2+h=0.18×2（0.7×0.7）+0.05=0.78米q前爐鐵水儲存量 d前爐內徑 h從鐵水量水平線至出渣口之間的最小距離一般為0.050.1m出渣口至過橋下沿高度=1/3出渣

16、口高度=0.26米出渣口至徑一般為3060mm除鐵口直徑一般為2040mm（五）送風系統(tǒng)1、風口 風口大?。喝/F=2.5%-5% f風口總面積（平方米） F主風口處爐膛面積（平方米）風口排數(shù)：2-5排風口排距熔化率1235風口排距150-210160-180160-180200-220所以選擇風口排距為160mm每排風口數(shù)熔化率1-235每排風口數(shù)468所以每排風口數(shù)選4風口斜度，一般為020度，每排風口由于距離爐底較近，所以斜度要小一些取0-5度2、風管：風管截面積可按下列公式計算f/F=W/60V式中：f/F風管截面積與爐子截面積之比（已知） W沖天爐的送風強度m³/分。一般

17、為8090m³/分 V空氣在風管中的流速，米/秒。一般為1018米/秒。由圖可知送風強度與風量大小3、沖天爐影響鐵液溫度的影響因素1）焦炭對沖天爐鐵液溫度的影響焦炭成分：含碳量越高，發(fā)熱量就越大，越有利于鐵液溫度提高。焦炭強度與塊度：塊度大，燃燒面，溫度低。塊度小，燃燒快，高溫區(qū)段，也不利于鐵液的過熱。反應能力：焦炭反應能力大，會促進CO2+C=2CO反應發(fā)展，從而降低溫度。2）送風對鐵液溫度影響風量的影響：提高沖天爐的進風量，可以提高進風速度和沖天爐內氣體的流動速度，因而強化家灘燃燒，擴大氧化帶及高溫區(qū)高度，提高爐氣溫度，從而提高鐵液溫度，但風量提高會提高燃燒速度，加快爐料的下移速

18、度，易造成爐料預熱不足，熔化區(qū)下移，過熱高度縮短，又不利于鐵液過熱。沖天爐有一個合適的風量，成為最惠風。而最惠風的大小，主要取決于焦炭消耗率。如圖鐵液溫度與較好與風量的關系。風速影響：提高沖天爐進風速度，可消除焦炭表面阻礙燃燒反應得灰渣，強化焦炭燃燒，提高陸琪最高溫度。高速空氣一深入爐子中心，可改善爐內爐氣與溫度的分布，減少爐襯損失，有利于鐵液溫度的提高。但，風俗過高對焦炭有吹冷作用反而會惡化燃燒反應，加大元素燒損，降低鐵液溫度。風溫的影響：提高送入爐內空氣的溫度，由于增加氧化帶的熱量來源，可強化焦炭燃燒，提高燃燒速度和爐氣最高溫度。同時液縮短氧化區(qū)域加劇二氧化碳的還原反應，降低爐氣燃燒比。風

19、溫越高，爐氣最高溫度也越高。風中氧氣濃度的影響：提高送風中氧氣的濃度，可加速底焦的燃燒速度并增加二氧化碳濃度，因而是氧化帶縮短，還原帶擴大，提高鐵液溫度。3）金屬爐料對沖天爐鐵液溫度的影響金屬爐料塊度越大，所需預熱和熔化時間越長，易造成熔化區(qū)位置下降，過熱區(qū)高度縮短，因而不利于鐵液過熱。所以減少沖天爐內金屬爐料塊度，是提高鐵液溫度，爐子熱效率的有效措施。4）熔煉操作參數(shù)對鐵液溫度影響底焦高度：太高，鐵液溫度高，但熔化率低。太低鐵液溫度低，氧化嚴重，但熔化率高。焦炭的消耗量：焦炭消耗量應滿足如下關系：每批層焦量=熔化每批金屬料的底焦燒損量；相當于每批層焦量的底焦燃燒時間=每批金屬料的融化時間。5

20、）沖天爐結構參數(shù)對鐵液溫度的影響爐型的影響：與直筒型爐型相比曲線爐型的熔化區(qū)比較平直，熔化區(qū)的平均位置較高。風口布置的影響：通常，將風口布置在沖天爐爐壁的送風方向，而將風口設在爐子地步的稱為底部送風或中央送風。一般小型沖天爐常采用側向送風，結構簡單，但爐壁效應影響大。對直徑較大的爐子也可采取雙排送風。4、風箱：風箱截面積的計算方法同風管一樣，用同一公式計算。流速為2.54.0米/秒。（六）高爐內型參數(shù)序號項目數(shù)值（mm）1沖天爐內徑6002爐殼內徑3003爐殼外徑10304爐殼厚度65絕熱層26爐缸深度2007有效高度36008爐身高度41009爐底厚度30010前爐內徑70011前爐高度84

21、012前爐爐底厚度37013出渣口高度78014風口排數(shù)415風口排距160 16風口斜度10（七）沖天爐強化熔煉的主要措施1）預熱送風：熱風能夠強化底焦燃燒，提高爐溫，從而提高鐵液溫度。2）富氧送風：提高空氣中氧的濃度，能使碳的燃燒反應的更劇烈，同時加快反應速度，因此對沖天爐焦炭燃燒過程起強化作用。3）除濕送風：空氣含有水分，如果不及時除去，會吸熱降低爐溫，還會加氫惡化鐵液。（八）沖天爐結構圖五、確定熔煉工藝過程1、確定主要工藝參數(shù)1）合理的送風強度是指每分鐘內送入每一平方米爐膛截面積的風量。選擇8090m³/*分之間。2）合理熔化強度在正常情況應在710噸/平方米時范圍內。3）合

22、理的底焦高度是指爐子第一排風口中心線至底焦頂面的距離。此值的大小對沖天爐熔化有直接的影響，如果底焦太高，鐵水溫度不夠，熔化率會降低。底焦太高，金屬料下降到底焦面上時，鐵料溫度還較低而不能熔化，等過量焦炭燒掉后，鐵料繼續(xù)下降，才能熔化。還會使一氧化碳含量增加，加大熱損失。太低，過熱區(qū)域過短，因而使鐵水溫度降低。還會造成氧化嚴重。因此底焦高度應使底焦頂面較爐壁開始侵蝕的平面高出100200mm，在開爐過程中，底焦不斷燃燒消耗，為保持底焦高度基本不變，則需要加入層焦量不斷地補充。2、熔煉前準備在沖天爐的實際熔煉過程中，爐前質量的控制主要有新材料的試用，熔鐵順序安排，交界鐵水的處理，爐前化學的控制等。

23、1）新原材料的試用每當有新產地的原料，要正式投入使用前，必須進行試用。也就是在熔煉開始的一兩批中，用新產地的原材料按所需的鑄鐵級別進行配料。除鐵是，在爐前觀察鐵水槽中的火花形狀與數(shù)量，管產三角試片的白口深度，澆注試塊，以測定機械性能，并對這些資料做好記錄，然后進行分析新產地的原料所得的火花形狀，數(shù)量、白口和機械性能是否和原估計大致相同，以便確定能否使用后采用何種措施。2）熔鐵順序的安排就鐵水而言，熔煉開始時溫度鑄件上升，在融化中期溫度最高，到后期則有所下降。因此，低牌號鑄鐵因流動性好，澆注溫度允許低一些，故都安排在前期熔化。高牌號鑄鐵由于流動性差，澆注溫度要求高，因此都鐸安排在熔煉的中期或后期

24、熔化。3、沖天爐的熔煉操作沖天爐的操作主要包括修爐、點火、裝料、開爐熔煉和停風打爐幾個方面如下1）修爐沖天爐每次熔煉結束后，熔化帶以下特別是風口區(qū)受到很大侵蝕，過橋、前爐和出鐵口等處也由于受到鐵水和熔渣的侵蝕，形狀尺寸將發(fā)生改變。因此必須進行修理。修爐的材料用耐火磚，耐火泥。修爐的耐火材料一般用5060%的石英砂和4050%的耐火泥加適量水攪拌而成。用混泥機攪拌均勻，修爐時必須保證沖天爐和前爐直徑、風口大小位置，形狀和出鐵口、出渣口大小、形狀的正確性。2）點火在熔化開始前兩小時進行點火。先從加料口裝入木刨花然后加入木材和40%的底焦，再從點火洞塞入點燃的油棉紗將木柴點燃。這是把風口全部打開，自

25、然通風，讓底點著，待全部燒紅后再加入50%的底焦，之后即可鼓風10分鐘左右待全部燒紅后停風，然后從風口將底焦搗實，測量底焦高度并用余下的10%的底焦來調整底焦高度，使之達到規(guī)定要求。如果底焦高度不夠，必須補加。點火后操作者應注意不能圍在加料口處澆油，以防止發(fā)生意外。3）裝料核實好底料高度后即可進行裝料。首先在底焦面上加入不少于批料熔劑量兩倍的熔劑，以便與底焦中灰分造渣。然后繳入鐵料、焦炭和熔劑。熔劑應加在爐子的中心以減少它對爐襯的侵蝕。所加入爐中的原材料的塊度都應符合要求以避免產生故障。為了提高鐵水溫度、減少氧化和使熔化過程穩(wěn)定正常，爐料應盡量保證清潔。加料量要保證均勻。這是整個熔煉過程中極為

26、重要的，不然就不能獲得合格化學成分。批料要加到加料口下沿為止。4）鼓風熔煉爐料加滿后。經過半小時的悶爐，使爐料得到稍微預熱后即可正式鼓風進行熔煉。在送風并待鼓風機運轉正常后在關閉風口。這時前爐中的出鐵口和出渣口暫不關閉，保持開啟狀態(tài)，以便使沖天爐的部分爐氣從前爐通過，以便加熱過橋、前爐和出鐵口、出渣口，使第一次出鐵不致發(fā)生困難。在熔煉過程中要經常從窺視孔中觀察爐內情況。如果風口處發(fā)白發(fā)亮，則說明底焦燃燒較好、爐溫較高。出風口發(fā)暗紅，則說明遞交燃燒較差，溫度不高。如出風口發(fā)現(xiàn)結渣現(xiàn)象時，應及時搗通，以保證均勻地進風和爐料的順利運行。5）停風打爐鑄件全部澆注完畢即可停風打爐。在停風后先把剩余鐵水和爐渣全部放出，再檢查爐底及周圍是否干凈及時鋪上干砂，以避免鐵與水接觸引起爆