鑄造合金熔煉

前言

熔煉是鑄造生產(chǎn)的第一道工序，直接影響著鑄件的質(zhì)量和性能。近年來鑄造合金熔煉技術(shù)有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新型熔煉設(shè)備和熔煉工藝。為了適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)和生產(chǎn)的需要，我們編寫了這本書。     在編寫過程中，我們力求在物理化學(xué)及冶金原理等應(yīng)用科學(xué)的基礎(chǔ)上組織本書的內(nèi)容。本書闡述了合金熔煉的基礎(chǔ)理論、基本概念和基本問題，強(qiáng)調(diào)基本理論對生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)作用，盡可能反映國內(nèi)外最新研究成果和先進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，努力做到言簡意賅，便于讀者學(xué)習(xí)。本書可以作為高等工科院校材料類專業(yè)教材，也可供企業(yè)和科研單位相關(guān)的工程技術(shù)人員、管理人員等學(xué)習(xí)和參考。     全書共分三篇。第一篇為鑄鐵熔煉，重點(diǎn)是沖天爐內(nèi)焦炭燃燒的基本規(guī)律、沖天爐熔煉的基本原理，本篇還闡述了常用沖天爐的結(jié)構(gòu)、沖天爐熔煉過程的檢測與控制，介紹了沖天爐感應(yīng)爐雙聯(lián)熔煉、孕育鑄鐵和球墨鑄鐵的熔煉及爐前處理。第二篇為鑄鋼熔煉，主要內(nèi)容是電弧爐煉鋼，此外還介紹了感應(yīng)爐煉鋼和煉鋼技術(shù)的新發(fā)展。第三篇為鑄造非鐵合金熔煉，重點(diǎn)為鑄造鋁合金的變質(zhì)處理和精煉處理、鑄造銅合金的脫氧和精煉處理，同時還介紹了鑄造鎂合金、鋅合金、鈦合金的熔煉及非鐵合金的熔煉設(shè)備。     本書第1、2、3、9、13章由沈陽工業(yè)大學(xué)的李晨希、李潤霞編寫，第4、5、6章由沈陽工業(yè)大學(xué)的王峰編寫，第7、8章由中科院沈陽金屬研究所的徐娜和沈陽工業(yè)大學(xué)的王宏編寫，第10、11、12章由遼寧裝備職業(yè)技術(shù)學(xué)院的傘晶超編寫。全書由李晨希教授統(tǒng)稿。     由于編者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。 編者

內(nèi)容概要

　　《鑄造合金熔煉》全面介紹了鑄鐵、鑄鋼及鑄造非鐵合金的熔煉原理、熔煉設(shè)備和熔煉工藝。鑄鐵熔煉部分包括沖天爐的結(jié)構(gòu)和熔煉原理、沖天爐內(nèi)焦炭燃燒的基本規(guī)律以及熔煉過程的檢測與控制。鑄鋼熔煉部分包括電弧爐煉鋼、感應(yīng)電爐煉鋼和煉鋼新技術(shù)。非鐵合金熔煉部分包括非鐵合金的熔煉設(shè)備、鋁合金、銅合金、鎂合金、鋅合金和鈦合金的精煉和變質(zhì)處理、熔煉質(zhì)量檢驗(yàn)及典型合金的熔煉工藝?！　　惰T造合金熔煉》可作為高等工科院校材料類專業(yè)的教材，也可供工廠、科研單位的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一篇鑄鐵熔煉  第1章鑄鐵熔煉概述2 1 1鑄鐵熔煉的發(fā)展3 1 1 1我國鑄鐵熔煉技術(shù)的發(fā)展概況3 1 1 2國外鑄鐵熔煉技術(shù)的發(fā)展概況4 1 1 3鑄鐵熔煉的發(fā)展趨勢4 1 2鑄鐵熔煉的技術(shù)要求5 1 2 1鐵液質(zhì)量高5 1 2 2熔化速度快7 1 2 3熔煉耗費(fèi)少7 1 2 4爐襯壽命長7 1 2 5操作性好8 第2章沖天爐內(nèi)焦炭燃燒的基本規(guī)律9 2 1沖天爐的基本結(jié)構(gòu)9 2 1 1支撐部分9 2 1 2爐體10 2 1 3送風(fēng)系統(tǒng)10 2 1 4煙囪和除塵裝置11 2 1 5前爐11 2 2沖天爐操作工藝11 2 2 1修爐12 2 2 2點(diǎn)火及烘爐12 2 2 3裝料及熔化12 2 2 4停風(fēng)和打爐13 2 3焦炭的特性和發(fā)熱量計(jì)算13 2 3 1焦炭的特性13 2 3 2焦炭燃燒發(fā)熱量計(jì)算14 2 4沖天爐內(nèi)焦炭燃燒的基本規(guī)律18 2 4 1焦炭燃燒的一般過程18 2 4 2焦炭層中的氧化帶19 2 4 3焦炭層中的還原帶20 2 4 4爐氣燃燒比21 第3章沖天爐熔煉的基本原理23 3 1鐵料熔化23 3 1 1鐵料預(yù)熱、熔化和過熱所需的熱量23 3 1 2鐵料在預(yù)熱、熔化和過熱過程中的傳熱強(qiáng)度24 3 1 3沖天爐的熱效率24 3 2沖天爐內(nèi)爐氣及爐溫的分布25 3 2 1沖天爐內(nèi)爐氣分布25 3 2 2沖天爐內(nèi)溫度分布26 3 3沖天爐內(nèi)的熱交換26 3 3 1預(yù)熱區(qū)內(nèi)的熱交換26 3 3 2熔化區(qū)內(nèi)的熱交換27 3 3 3過熱區(qū)內(nèi)的熱交換28 3 3 4爐缸區(qū)內(nèi)的熱交換29 3 4影響沖天爐內(nèi)熱交換的主要因素29 3 4 1送風(fēng)的影響29 3 4 2焦炭的影響30 3 4 3金屬爐料的影響31 3 4 4熔煉操作工藝的影響31 3 4 5沖天爐結(jié)構(gòu)參數(shù)對鐵液溫度的影響32 3 5強(qiáng)化沖天爐熔煉的措施33 3 5 1預(yù)熱送風(fēng)33 3 5 2富氧送風(fēng)35 3 5 3除濕送風(fēng)36 3 6沖天爐內(nèi)的冶金反應(yīng)37 3 6 1沖天爐內(nèi)冶金反應(yīng)的基本規(guī)律37 3 6 2沖天爐內(nèi)爐渣的形成及作用37 3 6 3沖天爐熔煉過程中鐵液化學(xué)成分的變化38 第4章沖天爐熔煉過程檢測與控制47 4 1沖天爐熔煉用原材料47 4 1 1砌筑沖天爐用耐火材料47 4 1 2沖天爐熔煉用金屬材料49 4 1 3沖天爐熔煉用焦炭55 4 1 4沖天爐熔煉用熔劑57 4 2沖天爐熔煉過程的參數(shù)選擇與計(jì)算58 4 2 1沖天爐熔煉的網(wǎng)形圖58 4 2 2沖天爐熔煉風(fēng)量的計(jì)算59 4 2 3沖天爐層焦量與層鐵量的確定60 4 2 4沖天爐底焦高度的選擇61 4 2 5沖天爐熔煉熔劑用量計(jì)算61 4 3沖天爐熔煉配料計(jì)算62 4 3 1確定爐料配比62 4 3 2配料計(jì)算62 4 4沖天爐熔煉過程檢測65 4 4 1風(fēng)壓測量65 4 4 2風(fēng)量測量67 4 4 3溫度測量71 4 4 4爐氣化學(xué)成分分析75 4 4 5鑄鐵化學(xué)成分的測定77 4 5沖天爐熔煉過程控制78 4 5 1鐵水化學(xué)成分的控制78 4 5 2鐵水溫度的控制78 4 5 3沖天爐熔煉過程中的故障及其防止方法79 第5章常用沖天爐的結(jié)構(gòu)83 5 1多排小風(fēng)口沖天爐83 5 1 1多排小風(fēng)口沖天爐的結(jié)構(gòu)83 5 1 2多排小風(fēng)口熱風(fēng)沖天爐的主要特點(diǎn)85 5 2大間距雙排風(fēng)口沖天爐86 5 2 1雙層送風(fēng)沖天爐的結(jié)構(gòu)86 5 2 2雙層送風(fēng)沖天爐的主要特點(diǎn)86 5 3中央送風(fēng)沖天爐87 5 3 1中央送風(fēng)沖天爐的基本結(jié)構(gòu)88 5 3 2中央送風(fēng)沖天爐的主要特點(diǎn)88 5 4熱風(fēng)沖天爐89 5 4 1熱風(fēng)沖天爐的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)89 5 4 2選用沖天爐熱風(fēng)的原則92 5 5水冷沖天爐92 第6章雙聯(lián)熔煉及爐前處理97 6 1感應(yīng)電爐的工作原理及結(jié)構(gòu)97 6 1 1感應(yīng)電爐的工作原理97 6 1 2感應(yīng)電爐的結(jié)構(gòu)100 6 2沖天爐感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉103 6 2 1沖天爐感應(yīng)電爐雙聯(lián)作業(yè)的配置方式103 6 2 2雙聯(lián)熔煉形式的選擇104 6 3鐵液的脫硫處理105 6 3 1爐內(nèi)脫硫105 6 3 2爐外脫硫105 6 3 3爐外脫硫方法106 6 4灰鑄鐵的孕育處理108 6 4 1灰鑄鐵的化學(xué)成分108 6 4 2孕育處理110 6 5球墨鑄鐵的球化處理113 6 5 1化學(xué)成分的確定114 6 5 2球墨鑄鐵的熔煉及爐前處理116 6 5 3球墨鑄鐵的質(zhì)量控制技術(shù)122  第二篇鑄鋼熔煉  第7章電弧爐煉鋼126 7 1電弧爐煉鋼概述126 7 1 1電弧爐煉鋼發(fā)展概況126 7 1 2電弧爐煉鋼的特點(diǎn)128 7 1 3堿性電弧爐與酸性電弧爐129 7 2三相電弧爐的結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)129 7 3堿性電弧爐氧化法煉鋼133 7 3 1煉鋼工藝過程134 7 3 2爐渣的作用和性質(zhì)144 7 3 3煉鋼過程的物理化學(xué)原理147 7 3 4鑄鋼熔煉工藝151 7 3 5節(jié)約用電的途徑157 7 4堿性電弧爐吹氧返回法煉鋼159 7 4 1吹氧返回法煉鋼原理160 7 4 2熔煉不銹鋼應(yīng)注意的問題161 7 4 3堿性電弧爐吹氧返回法煉鋼舉例161 7 5堿性電弧爐不氧化法煉鋼163 7 5 1不氧化法煉鋼工藝要點(diǎn)164 7 5 2不氧化法煉鋼工藝舉例164 7 6酸性電弧爐煉鋼166 7 6 1酸性電弧爐煉鋼的特點(diǎn)166 7 6 2酸性電弧爐氧化法煉鋼的工藝要點(diǎn)167 7 6 3酸性電弧爐不氧化法煉鋼的工藝要點(diǎn)167 第8章感應(yīng)電爐煉鋼169 8 1感應(yīng)電爐煉鋼概述169 8 2酸性感應(yīng)電爐煉鋼工藝170 8 3堿性感應(yīng)電爐煉鋼工藝172 8 4真空感應(yīng)電爐煉鋼174 第9章煉鋼技術(shù)新發(fā)展177 9 1煉鋼技術(shù)的發(fā)展趨勢177 9 2吹氬精煉178 9 3氬氧脫碳法和真空氬氧脫碳法179 9 3 1氬氧脫碳法179 9 3 2真空氬氧脫碳精煉法180 9 4鋼包電弧加熱精煉181 9 5電渣爐煉鋼182 9 6等離子爐煉鋼183  第三篇非鐵合金的熔煉  第10章非鐵合金熔煉設(shè)備186 10 1概述186 10 1 1對熔煉設(shè)備的基本要求186 10 1 2熔煉設(shè)備的分類和選用186 10 2坩堝爐187 10 2 1固體燃料坩堝爐187 10 2 2液體、氣體燃料坩堝爐187 10 2 3電阻坩堝爐187 10 2 4坩堝的材質(zhì)和規(guī)格190 10 3反射爐191 10 3 1火焰反射爐191 10 3 2電阻反射爐192 10 4感應(yīng)爐193 10 5真空熔煉194 10 5 1真空感應(yīng)爐195 10 5 2真空電弧爐195 第11章鑄造鋁合金的熔煉197 11 1鑄造鋁合金的精煉原理197 11 1 1氣孔的形態(tài)及對鋁合金鑄件性能的影響197 11 1 2氧化夾雜的形態(tài)及對鑄件性能的影響198 11 1 3鋁液中氣體和氧化夾雜的來源198 11 1 4氧化鋁的形態(tài)、性能及對吸氫的影響202 11 1 5合金元素及熔煉時間對鋁液吸氫的影響203 11 1 6鋁液中析出氫的條件204 11 1 7鋁液的除氫速度206 11 1 8合金成分對氣孔形成的影響207 11 2鑄造鋁合金液精煉工藝208 11 2 1吸附精煉208 11 2 2非吸附精煉218 11 2 3凈化效果檢測方法218 11 2 4鋁液內(nèi)的氫在凝固過程中的遷移221 11 2 5鋁鑄件中一次氣孔形成機(jī)理222 11 3鋁合金的變質(zhì)處理223 11 3 1鋁合金初生相α固溶體的變質(zhì)處理223 11 3 2過共晶AlSi合金初晶硅的細(xì)化224 11 3 3AlSi合金共晶組織中的共晶硅變質(zhì)225 11 4鋁合金配料計(jì)算229 11 4 1爐料的組成229 11 4 2中間合金的制備230 11 4 3配料計(jì)算233 11 5鑄造鋁合金的典型熔煉工藝234 11 5 1ZL104合金的熔煉工藝234 11 5 2ZL201合金的熔煉工藝236 11 5 3ZL301合金的熔煉工藝237 11 5 4ZL402合金的熔煉工藝238 第12章鑄造銅合金的熔煉239 12 1概述239 12 2銅合金的氧化及脫氧240 12 2 1銅合金的氧化特性240 12 2 2銅合金的脫氧241 12 3銅合金的吸氣及除氣精煉243 12 3 1氣體在銅液中的溶解特性244 12 3 2除氣、精煉原理及方法246 12 4銅鑄件中氣孔形成機(jī)理248 12 5熔煉銅合金使用的熔劑250 12 5 1覆蓋劑250 12 5 2精煉劑251 12 6銅合金熔煉工藝252 12 6 1熔煉銅合金的一般原則252 12 6 2銅合金的爐料準(zhǔn)備及爐料計(jì)算252 12 6 3銅合金熔煉爐前質(zhì)量檢驗(yàn)254 12 6 4各類銅合金的熔煉工藝257 第13章其他非鐵合金的熔煉262 13 1鑄造鎂合金的熔煉262 13 1 1鎂合金的物理化學(xué)特性262 13 1 2鎂合金的精煉和變質(zhì)處理263 13 1 3鎂合金的典型熔煉工藝264 13 2鑄造鋅合金的熔煉269 13 2 1鋅鋁合金的熔煉269 13 2 2鋅鋁合金的變質(zhì)處理271 13 3鑄造鈦合金的熔煉272 13 3 1鈦及鈦合金的物理化學(xué)性質(zhì)272 13 3 2非自耗電極電弧爐熔煉鈦合金275 13 3 3自耗電極電弧爐熔煉鈦合金276 13 3 4真空自耗電弧凝殼爐熔煉工藝280 參考文獻(xiàn)282

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：    2.2.1 修爐 沖天爐在熔化過程中，因受到高溫爐氣的沖刷和熔渣的作用，爐襯受到侵蝕，在下次開爐前必須進(jìn)行修補(bǔ)。每次修爐主要是修理熔化帶以下區(qū)域及前爐、過橋等。除爐襯侵蝕嚴(yán)重，侵蝕深度超過50mm時，要用耐火磚重新修砌外，一般均用耐火材料修補(bǔ)。常用的耐火材料配比為：60％-70％石英砂（20-40目），30％-40％耐火泥，適量水?；旌狭嫌惨稽c(diǎn)有利于防止產(chǎn)生裂紋。 修爐時，應(yīng)先仔細(xì)地將粘在爐襯上的爐渣清除干凈，否則耐火材料補(bǔ)在渣子上，開爐后爐渣熔化，爐襯就成塊地剝落下來。侵蝕不大的表面渣釉層不必清除，因?yàn)樗梢员Ｗo(hù)磚襯。修補(bǔ)耐火材料時，先刷上泥漿，然后覆上耐火材料并搗固結(jié)實(shí)。修補(bǔ)后的爐型必須圓整、光滑、尺寸符合要求。風(fēng)口大小、位置、傾斜角度要正確。 修好爐襯后，即可合上爐底門進(jìn)行爐底修筑。沖天爐的爐底應(yīng)在開爐時保證不漏鐵水，打爐時易于松塌。通常在爐底門上先放一層廢干砂或爐渣（塊度20-40mm），再放上一層舊型砂，上面覆蓋一層焦炭末混合料，分層搗實(shí)。爐底與爐壁交接處應(yīng)修成圓角。為了不使?fàn)t底存留鐵水，爐底應(yīng)向過橋方向傾斜5°左右，并將表面修光。 前爐的修理與爐身部分大致相同，用修爐材料修補(bǔ)后，還應(yīng)在其上面再抹上一層焦炭末混合料（20-30mm），前爐壁承受爐氣的沖刷，修爐材料的強(qiáng)度要高一些，其配比為：65％-70％焦炭粉，10％-15％石英粉，20％耐火泥，適量水。前爐爐底同樣應(yīng)有一定的傾斜度。出鐵口和出渣口應(yīng)修成喇叭口形，這樣的形狀不易凍結(jié)，容易打開，見圖2.5。 2.2.2 點(diǎn)火及烘爐 修好的沖天爐需要烘烤爐襯，烘烤前最好有一段自然風(fēng)干的時間，烘爐與點(diǎn)火的操作應(yīng)結(jié)合起來進(jìn)行。根據(jù)焦炭質(zhì)量，一般點(diǎn)火是在熔化開始前1-3h進(jìn)行。先由工作門放進(jìn)一些刨花和較小的木柴，把爐底鋪滿，其余的木柴由加料口投入爐內(nèi)，接著裝人第一批底焦，裝入量約占底焦總量的2／3，用耐火材料將工作門堵住，僅留一個小孔以便點(diǎn)火。點(diǎn)火后應(yīng)把全部風(fēng)口打開，自然通風(fēng)烘烤一段時間，與此同時在前爐中點(diǎn)火烘烤，并封死點(diǎn)火孔，隨后可打開風(fēng)機(jī)吹風(fēng)，吹出炭灰，并使底焦均勻燃燒，在鼓風(fēng)時應(yīng)搗風(fēng)口，使底焦緊實(shí)。吹風(fēng)3-5min后停風(fēng)，清理前爐，蓋好前爐蓋，并將其余底焦加入爐內(nèi)，再鼓風(fēng)，待底焦上層開始燃燒時，停風(fēng)測量底焦高度，高度合適后即可裝料。底焦高度指第一排風(fēng)口中心線以上的焦炭柱高度。目前還沒有可靠的理論計(jì)算方法來確定底焦高度，一般由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。在生產(chǎn)實(shí)際中，沖天爐正式開風(fēng)熔化后，觀察主排風(fēng)El見鐵滴的時間長短，以此來確定底焦高度是否合適。 2.2.3 裝料及熔化 先在底焦上部加入底焦重量20％-30％的熔劑，如點(diǎn)火時間過長，熔劑量可適當(dāng)增加，以便開風(fēng)后清除底焦內(nèi)的雜質(zhì)。然后再加入層鐵和層焦，如此依次加入熔劑、層鐵、層焦，爐料一直加到加料口為止。

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