灰鐵熔煉工藝灰鐵（灰口鑄鐵）因斷口呈暗灰色得名，具有良好的鑄造性能、切削加工性能、減震性及耐磨性，廣泛應(yīng)用于機(jī)床床身、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、箱體等機(jī)械零件?；诣F熔煉的核心目標(biāo)是獲得化學(xué)成分均勻、溫度達(dá)標(biāo)、雜質(zhì)含量低的優(yōu)質(zhì)鐵液，為后續(xù)鑄造工藝及鑄件質(zhì)量提供保障。本規(guī)范詳細(xì)闡述灰鐵熔煉的核心工藝要點(diǎn)、操作流程、質(zhì)量控制及安全要求，適用于中小型機(jī)械制造企業(yè)的灰鐵熔煉生產(chǎn)。一、熔煉前準(zhǔn)備熔煉前準(zhǔn)備是保障熔煉過程穩(wěn)定、鐵液質(zhì)量合格的基礎(chǔ)，主要包括原材料準(zhǔn)備、設(shè)備檢查及工藝參數(shù)確定三大核心環(huán)節(jié)。原材料準(zhǔn)備與檢驗(yàn)金屬爐料：①生鐵：選用符合標(biāo)準(zhǔn)的鑄造生鐵（如Z14、Z18、Z22等牌號），主要提供鐵液基礎(chǔ)成分，要求化學(xué)成分穩(wěn)定，硫、磷等有害雜質(zhì)含量低（硫≤0.07%，磷≤0.15%，具體按鑄件牌號要求調(diào)整）；②廢鋼：選用潔凈的低碳廢鋼（如鋼板邊角料、廢機(jī)床零件等），碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.3%，用于調(diào)整鐵液碳含量，降低雜質(zhì)含量，廢鋼需清除表面油污、鐵銹、泥沙等雜物；③回爐料：包括澆冒口、廢鑄件等，成分應(yīng)與目標(biāo)灰鐵牌號相近，占爐料總量的30%~50%，需破碎至合適尺寸（≤200mm），清除表面粘砂、氧化皮；④合金料：根據(jù)目標(biāo)牌號要求，準(zhǔn)備硅鐵（FeSi75）、錳鐵（FeMn65）、鉻鐵等合金，用于調(diào)整硅、錳等合金元素含量，合金料需干燥、無銹蝕、無油污。燃料與熔劑：①燃料：常用焦炭（固定碳≥85%，灰分≤12%，揮發(fā)分≤1.5%，硫分≤0.7%），用于沖天爐熔煉時(shí)提供熱量，要求焦炭塊度均勻（10~30mm，根據(jù)沖天爐容量調(diào)整），強(qiáng)度高、燃燒效率高；若采用電爐熔煉，需確保供電穩(wěn)定；②熔劑：選用石灰石（CaCO?）或白云石（CaCO?·MgCO?），用于沖天爐熔煉時(shí)造渣，吸收爐內(nèi)雜質(zhì)，石灰石塊度10~30mm，加入量為爐料總量的3%~5%。原材料檢驗(yàn)：所有爐料入庫前需進(jìn)行化學(xué)成分抽檢（生鐵、廢鋼、合金料）及外觀檢驗(yàn)（清除雜質(zhì)、銹蝕），確保符合工藝要求；焦炭需檢測固定碳、灰分等指標(biāo)，熔劑需確保純度達(dá)標(biāo)。熔煉設(shè)備檢查與調(diào)試沖天爐（常用熔煉設(shè)備）：①檢查爐體：爐襯（耐火材料）無破損、剝落，爐底、爐缸、風(fēng)口等部位完好；②檢查送風(fēng)系統(tǒng)：鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，風(fēng)管無泄漏，風(fēng)量、風(fēng)壓可調(diào)節(jié)；③檢查加料系統(tǒng)：加料機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，加料口密封良好；④檢查出鐵口、出渣口：堵塞嚴(yán)密，通道暢通；⑤空爐試運(yùn)轉(zhuǎn)：啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，檢查送風(fēng)均勻性，確保設(shè)備無異常噪音、振動(dòng)。電爐（中頻感應(yīng)電爐，適用于高精度鑄件）：①檢查爐體：感應(yīng)線圈絕緣良好，爐襯無裂紋、脫落；②檢查電氣系統(tǒng)：供電線路、控制柜連接牢固，保護(hù)裝置（過流、過熱保護(hù)）完好；③檢查冷卻系統(tǒng)：冷卻水循環(huán)正常，水溫、水壓符合要求（進(jìn)水溫度≤35℃，出水溫度≤55℃）；④空爐調(diào)試：啟動(dòng)設(shè)備，檢查功率輸出、溫度控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性。工藝參數(shù)確定爐料配比：根據(jù)目標(biāo)灰鐵牌號（如HT150、HT200、HT250）的化學(xué)成分要求，計(jì)算各爐料比例。例如，熔煉HT200時(shí)，典型配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：鑄造生鐵30%~40%、廢鋼10%~20%、回爐料40%~50%、硅鐵0.8%~1.2%、錳鐵0.5%~0.8%；具體配比需根據(jù)爐料實(shí)際化學(xué)成分調(diào)整。熔煉溫度：根據(jù)鑄件壁厚、復(fù)雜程度確定，一般為1400~1480℃；薄壁復(fù)雜鑄件取上限（1450~1480℃），確保鐵液流動(dòng)性；厚壁鑄件取下限（1400~1430℃），減少鐵液氧化。沖天爐送風(fēng)參數(shù)：根據(jù)爐徑大小確定風(fēng)量（一般為0.8~1.2m3/(min·t)），風(fēng)壓隨爐料高度調(diào)整（通常為8~15kPa），確保焦炭充分燃燒。二、核心熔煉工藝流程灰鐵熔煉主流采用沖天爐熔煉或中頻感應(yīng)電爐熔煉，兩種工藝流程各有側(cè)重，核心均為“爐料熔化—成分調(diào)整—鐵液凈化—溫度控制”，具體流程如下：（一）沖天爐熔煉流程裝爐點(diǎn)火：①先在爐底鋪一層厚度為200~300mm的焦炭（底焦），點(diǎn)燃底焦，待底焦燃燒穩(wěn)定（呈白色熾熱狀態(tài)）后，開始分層加入爐料；②爐料加入順序：按“熔劑—金屬爐料—焦炭”的順序分層疊加，每層金屬爐料厚度80~120mm，焦炭厚度30~50mm，熔劑均勻鋪在金屬爐料層上；③裝爐高度：爐料裝滿至加料口下方100~200mm處，確保爐料柱穩(wěn)定，透氣性良好。送風(fēng)熔化：①啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，先開小風(fēng)（風(fēng)量為額定風(fēng)量的50%~60%），待爐內(nèi)溫度升高后逐漸加大風(fēng)量至額定值；②熔化過程中，定期觀察爐口火焰顏色（正常為淡藍(lán)色或橙黃色）、出渣口渣液狀態(tài)，判斷熔煉是否正常；若火焰發(fā)紅、冒黑煙，說明送風(fēng)不足或焦炭質(zhì)量差，需及時(shí)調(diào)整。出渣出鐵：①當(dāng)爐內(nèi)鐵液積累到一定量（通常裝爐后30~40min），先打開出渣口出渣，初期渣液較粘稠（含較多雜質(zhì)），待渣液變稀薄、呈黃綠色時(shí)，說明爐內(nèi)反應(yīng)穩(wěn)定；②出渣完成后，打開出鐵口出鐵，鐵液流入鐵水包，出鐵過程中需控制出鐵速度，避免鐵液飛濺；③每爐出鐵后，及時(shí)堵塞出鐵口、出渣口，準(zhǔn)備下一輪出鐵（沖天爐為連續(xù)熔煉設(shè)備，每爐出鐵間隔15~20min）。鐵液調(diào)整與凈化：①出鐵過程中，向鐵水包內(nèi)加入預(yù)定量的硅鐵、錳鐵等合金料，利用鐵液余熱使其熔化，調(diào)整化學(xué)成分；②若鐵液含硫量過高，可加入脫硫劑（如電石、蘇打粉），加入量為鐵液質(zhì)量的0.3%~0.5%，攪拌均勻后靜置3~5min，待脫硫渣浮起后清除；③鐵液靜置：出鐵完成后，鐵水包內(nèi)鐵液靜置5~10min，使雜質(zhì)充分上浮，提高鐵液純度。（二）中頻感應(yīng)電爐熔煉流程裝料：①將破碎后的金屬爐料（生鐵、廢鋼、回爐料）按配比均勻裝入爐內(nèi)，裝料高度不超過爐口200mm，避免爐料卡住或超出感應(yīng)線圈范圍；②裝料時(shí)避免大塊爐料撞擊爐襯，防止?fàn)t襯破損；③若爐料潮濕，需先進(jìn)行預(yù)熱（100~200℃），去除水分，避免熔煉時(shí)產(chǎn)生蒸汽導(dǎo)致鐵液飛濺。升溫熔化：①啟動(dòng)中頻電源，逐漸調(diào)節(jié)功率（從額定功率的30%~40%開始），使?fàn)t料緩慢升溫；②爐料開始熔化后，適時(shí)用搗棒攪拌，使?fàn)t料均勻熔化，避免局部過熱或未熔料堆積；③當(dāng)爐料基本熔化后，加大功率至額定值，升溫至1400~1430℃。成分調(diào)整：①取樣檢測鐵液化學(xué)成分（碳、硅、錳、硫、磷），根據(jù)檢測結(jié)果，向爐內(nèi)加入硅鐵、錳鐵等合金料，攪拌均勻后再次取樣檢測，直至成分符合目標(biāo)要求；②若需脫硫，向鐵液中加入脫硫劑，攪拌后靜置，清除浮渣。升溫保溫與出鐵：①成分合格后，將鐵液溫度升至目標(biāo)溫度（1450~1480℃），保溫5~10min，確保鐵液溫度均勻；②出鐵前檢查鐵水包是否干燥、清潔，然后傾斜電爐，將鐵液緩慢注入鐵水包；出鐵過程中避免鐵液沖刷爐襯，防止雜質(zhì)混入。三、關(guān)鍵工藝控制要點(diǎn)化學(xué)成分控制：①碳含量：灰鐵碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為2.7%~3.6%，HT150取2.9%~3.6%，HT200取2.8%~3.4%，HT250取2.7%~3.2%；碳含量過高易導(dǎo)致鑄件石墨粗大、強(qiáng)度降低，過低則鑄造性能變差；②硅含量：硅是強(qiáng)烈的石墨化元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為1.0%~2.2%，隨鑄件強(qiáng)度等級升高而降低；③錳含量：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~1.2%，可細(xì)化石墨、提高鑄件強(qiáng)度，過量易導(dǎo)致鑄件硬度過高、切削性能變差；④硫、磷控制：硫是有害元素，需控制在0.06%~0.12%（優(yōu)質(zhì)鑄件≤0.06%）；磷可提高鐵液流動(dòng)性，但過量易導(dǎo)致鑄件脆化，需控制在0.1%~0.3%（重要鑄件≤0.1%）。熔煉溫度控制：①溫度過低：鐵液流動(dòng)性差，易導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷；②溫度過高：鐵液氧化、吸氣嚴(yán)重，易產(chǎn)生氣孔、夾渣、縮孔等缺陷，還會(huì)導(dǎo)致石墨細(xì)化過度，鑄件強(qiáng)度降低；③控制措施：采用熱電偶溫度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測鐵液溫度，沖天爐需穩(wěn)定送風(fēng)參數(shù)，電爐需精準(zhǔn)調(diào)節(jié)輸出功率。鐵液凈化控制：①減少氧化：沖天爐需保證送風(fēng)充足，避免爐內(nèi)出現(xiàn)還原不足的情況；電爐熔煉時(shí)盡量縮短高溫保溫時(shí)間，減少鐵液與空氣接觸；②除渣脫硫：及時(shí)清除爐渣、鐵水包內(nèi)浮渣，必要時(shí)進(jìn)行二次脫硫；③鐵液靜置：出鐵后靜置時(shí)間不少于5min，確保雜質(zhì)充分上浮。爐襯保護(hù)：①?zèng)_天爐爐襯需定期檢查，發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)修補(bǔ)，避免鐵液穿透爐襯；②電爐爐襯需避免大塊爐料撞擊，熔煉過程中若發(fā)現(xiàn)爐襯有裂紋，需立即停爐修補(bǔ)；③定期清理爐襯表面的積渣、積鐵，延長爐襯使用壽命。四、常見問題及處理措施鐵液成分不合格：①原因：爐料配比計(jì)算錯(cuò)誤、合金料加入量不足或過量、爐料成分波動(dòng)；②處理措施：重新取樣檢測化學(xué)成分，根據(jù)偏差量補(bǔ)加或調(diào)整合金料，攪拌均勻后再次檢測；若偏差過大，可加入適量廢鋼、生鐵調(diào)整碳含量。鐵液溫度不足：①原因：沖天爐送風(fēng)不足、焦炭質(zhì)量差或加入量不足；電爐輸出功率不夠、爐料過多；②處理措施：沖天爐加大送風(fēng)量、補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)焦炭；電爐提高輸出功率，若爐料過多可先出部分鐵液，減少爐內(nèi)負(fù)荷。鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷：①原因：鐵液溫度過高、吸氣嚴(yán)重；爐料潮濕、含油污；鑄型透氣性差；②處理措施：控制熔煉溫度，縮短高溫保溫時(shí)間；確保爐料干燥、無油污；鐵液靜置時(shí)加蓋保溫罩，減少吸氣；優(yōu)化鑄型透氣性。鑄件產(chǎn)生夾渣缺陷：①原因：爐渣未清除干凈、鐵液凈化不徹底；出鐵過程中渣液混入鐵液；②處理措施：加強(qiáng)出渣操作，確保爐渣充分排出；鐵水包內(nèi)加入除渣劑，清除浮渣；出鐵時(shí)控制鐵液流速，避免渣液隨鐵液流入鑄型。沖天爐爐況不穩(wěn)定（火焰異常、出鐵量減少）：①原因：送風(fēng)不均勻、爐料透氣性差、焦炭塊度不均；②處理措施：調(diào)整送風(fēng)參數(shù)，確保風(fēng)量穩(wěn)定；清理爐內(nèi)結(jié)塊爐料，保證爐料柱透氣性；更換塊度均勻的優(yōu)質(zhì)焦炭。五、安全與環(huán)保要求安全操作：①操作人員需佩戴耐高溫防護(hù)用品（防護(hù)面罩、防火手套、防護(hù)鞋），嚴(yán)禁赤手接觸高溫設(shè)備或鐵液；②熔煉過程中，爐口、出鐵口、出渣口周圍禁止站人，防止鐵液、渣