86现代制造技术与裝备2017第1期总第242期铸造用铁锭的质量缺陷及控制措施 崔士选
(济南庚辰铸造材料有限公司，济南250109)
摘要：介绍了铸造用铁锭的生产工艺、交货现状，以及铁锭质量缺陷对铸造产品和用户的不利影响。对炼 铁高炉生产铸造用铁锭中存在的各类质量缺陷进行了总结，分析了常见的渣子铁、气孔铁、蛋黄铁、白口铁、皱 皮铁等产生的原因，提出了改进和避免措施，可为同行业借鉴。 引言 1.2铁锭质量及缺陷对用户的不利影响
我国铸造用生铁一般由中小型髙炉直接冶炼而成，或 通过高炉炉外合成工艺调制出不同牌号的铁水，然后通过 链带式铸铁机浇注成2〜7k g条形面包状铁锭，行业俗称“面 包铁”或“元宝铁”。作为铸造产品的原材料，长期以来，铸造厂家在采购铸造用生铁时往往只以牌号和成分等级作 为交货依据。国家相关标准没有对铁锭生产设备和工艺作 规范性规定，因此各厂家生产的铁锭规格、形状、内外质 量千差万别。随着装备制造业对髙品质铸件的需求和精密 铸造的快速发展，铁锭的外观质量、含渣量、原始结晶组织、块度等对铸件质量和成本的影响日益显现，同时也成为供 需双方交货的重要验收指标。减少铁锭缺陷、 提高内在及 表面质量，成为当前铸造生铁生产企业急需解决的问题。
济南庚辰铸造材料有限公司专业生产铸造用生铁40余 年，遇到和解决的各类铁锭缺陷在行业中具有代表性。本 文将对铁锭的各类缺陷进行分析并提出改进措施，以期为 同行业提供借鉴。车载制氧机
1铁锭生产工艺和质量缺陷的影响
1.1主要生产设备
济南庚辰铸造材有限公司主要生产设备有318m3高炉、60m链带式铸铁机、75t铁水罐、K R法铁水预处理装置；铁 锭品种有Q10、Q12、Z14、Z18；另外还有本公司针对特殊 用户开发的高纯球铁Q05G、Q08G。产品执行标准《铸造用 生铁标准GB/T718-2005》和《铸造用髙纯生铁JB/T11994- 2014》。生产工艺流程如图1所示，铸铁机浇注铁锭及除 渣工艺如图2所示。
图1铁锭生产工艺流程
(1)电炉或冲天炉化铁时，铁锭中的渣及夹杂物、表 面附着的脱模灰膏会延长熔化时间，产生较多的一次渣，
增加能耗并损坏炉衬，同时增加铸件产生夹渣缺陷的几率。
(2)冲天炉化铁时，铁锭表面的铁锈及其他氧化物会 加大铁水增硫倾向。为控制硫含量，需增加脱硫炉料，导
致能耗和渣量增多。
(3)感应电炉化铁时，铁锭块度太大或太小都会降低 电炉的电效率；块度越大，熔化速度越慢，且铁液成分的
均匀性和稳性越差。
(4)感应电炉化铁生产髙牌号灰铁和精密球铁铸件时，铁锭的组织缺陷更易产生组织遗传，造成废品D]。
2铁锭常见缺陷及分析
2.1渣子铁
电子胶带渣子铁表面呈刺猬状，有些存在大量内部气孔和表面
气孔，夹杂大量铁渣、石墨碳、脱落的耐火材料等，如图3
所示。
图3渣子铁
形成原因：（1)高炉出铁过程中，渣铁分离不彻底，
铁水含渣量高；铁水在罐内预处理后，扒渣不干净，给后
期浇注铁锭时产生渣子铁创造了条件。（2)铁水含碳量较
髙时，容易析出大量石墨碳，导致铁水粘度大、渣铁不易
分离。（3)浇注前铁锭时，先头到达铸铁模的铁水往往夹
带少量浮渣和铁沟内残存的部分渣滓，由此形成渣子铁。（4)
浇注结束时，铁沟流嘴处残存的铁水与此处积聚的渣子往
往不易分离，浇注工将渣铁一并扒入铸铁模内形成渣子铁。
控制措施：（1)注重髙炉出铁时主铁沟的渣铁分离。
生产铸造用铁的髙炉主沟坡度以（8± 1.5) %为宜，主沟长
度12〜18m，铁水流速控制在1.5〜
1.7m/s，可保证渣中
工艺与装备87
带铁率不超过0.1%，渣铁较好地分离。（2)稳定髙炉操作，保证合理的炉渣碱度，铁水要有充沛的物理热，便于渣铁 有效分离。（3)铸铁机前的铁沟采用优质抗冲刷耐火材料，浇注前保持铁沟和撇渣器完好、干净，浇注过程中随时扒 除堆积的渣子和石墨碳。（4)因工艺原因，浇注结束时的 渣铁混和物应清理到铁沟旁的渣盒内，不应混入成品铁锭 中$(5)改进铸铁流嘴和铸铁模结构，在铁水预处理和扒 渣良好的条件下，采用漏斗式流嘴，可铸出纯净、光洁的 铁锭，同时铁损少、操作工劳动强度低。
2.2皱皮铁嘴处铁水紊流，卷入较多空气。上述气体析出的过程伴随 着铁水凝固的全过程，形成铁锭的内部、皮下和表面气孔。
吸音墙(2)缩松和缩孔是由于铁锭外层先凝固、结壳，内部最后 凝固区得不到补缩而形成的。
控制措施：（1)铸铁模喷浆均匀，灰浆粘度适中，并 保持铸铁模处于热态。生产实践表明，铸铁模温度保持在80°C以上，能够保证喷浆后的铁模整体处于干燥状态；停机检修后或长时间不用的铸铁机首次铸铁时，必须对 铁模充分预热。（2)控制机上各段冷却水的喷淋量，以保证铁锭到机头脱模时不发红为宜，以避免铸铁模温度
铁锭表面有局部油皮状褶皱，如图4所示。皱皮成分 是渣铁混合物，有时夹杂铁水表层漂浮的氧化物。
图4皱皮铁
形成原因。（1)浇注过程中，铁沟内撇渣不干净，铁 液表面的粘稠熔渣和金属氧化物呈块状，落入铁模的铁液 表面凝固后形成皱皮。（2)浇注临近结束时，铁沟内铁水 较少、温度较低，铁水粘稠并夹杂熔渣，浇入铁模后冷却 时形成皱皮。
控制措施（1)加强浇注前及浇注过程中各环节的撇渣，尽可能保持铁液纯净；及时挡住并扒除铁液表面漂浮的熔 渣或氧化皮。（2)缩短从高炉放铁到铸铁之间的周转时间，减少铁水温降，防止出现浇注后期铁水粘稠现象。
2.3气孔铁钕铁硼磁性材料
气孔铁是铁锭生产中较为常见的一种质量缺陷。气孔 按形成原因可分为侵入气孔、卷入气孔、反应气孔、析出 气孔。气孔在铁锭内部或表面孤立存在或成分布，严重 影响表面质量。如图5所示。过低而附着较多水分。（3)髙炉冶炼中，宜控制铁水温 度在1450〜1480°C之间。尽量减少铁水过热度，从而减 少碳素在铁水中的溶解度，实现铁水含碳量在3. 8%〜4. 5% 范围内，以利于减少铁锭生产过程中石墨碳的析出，并减 少缩松、缩孔。
2.4旋涡铁
铁锭表面有旋涡状痕迹，旋涡内有皮下气孔或表面气 孔。有时，铁锭表面旋涡与气孔同时存在。如图6所示。
图6旋涡铁
形成原因：（1)铁水浇注到铁模前，型腔内的脱模灰 膏没有完全烘干，水分急剧蒸发并在铁水内形成聚集性气 泡，以鼓泡方式从铁水中不断溢出。鼓泡过程伴随着凝固，最终留下旋涡状痕迹；气泡多发性溢出，旋涡与表面气孔 共同存在。（2)浇注开始和浇注结束时，更易产生旋涡铁。原因是，浇注开始时，铁沟温度较低，先头铁水到达铸铁 模温降较大；浇注结束时，铁沟内基本是残余铁水并夹带 稀渣，比较粘稠。这两种情况下，铁水中的气体不易迅速 排出，极易在铁水凝固过程中形成旋涡铁。
控制措施：（1)控制好铸铁机喷淋冷却水流量，以保证铁锭脱模后铁模余温能烘干后续喷上的脱模灰膏；
(2)每次铸铁完毕，清理干净铁沟内的残余渣铁，修补后 的铁沟勿必烘干并保温。
2.5蛋黄铁
铁锭表面附着着蛋黄状的铁疙瘩。铁疙瘩表面光洁，但内部存在大量气孔。铁疙瘩生成部位的铁锭大多存在孔 洞，见图7。
(a)表面气孔 （b)表面气孔与内部气孔共存形成原因.•铁水注入铸铁模后，在自然冷却凝固阶段
图5气孔铁气体没有完全排出铁液。铁水与铸铁模接触的各面己经凝
形成原因：（1)铁水凝固前，气体没有完全排出铁液，是形成气孔的主要原因。气体的来源方式主要有：铁模潮湿，浇注后水分急剧蒸发，引起铁液沸腾并在铁水内产生大量 气泡，同时部分水分在高温铁水作用下分解成氢和氧，并 生成F e O和H2；铁水含硫高时，生成H2S气体；铁水含碳 量较高时，髙温下生成C0气体[2]；铁水浇注过程中铁沟流固结壳，但是心部和上表面局部尚处于半凝固状态。此时，铁锭进入第一道强制喷水冷却段，半凝固的心部铁水急剧 冷却收缩并伴随着气体排出。铁液从表层薄弱点挤出，形 成表面光洁、内部充满气孔的蛋黄状疙瘩（如图7中的2 号铁锭所示）；当气体排出过程中冲破“蛋黄”时，便产 生表面带有气孔的疙瘩（如图7中的1号、3
号铁锭所示）。
88现代制造技术与装备2017第1期总第242期
蛋黄状疙痦背面
图7蛋黄铁
控制措施：（1)从喷浆、铸铁模烘干、脱模灰浆成分、浇注铁水等各个环节，尽可能减少气体产生和卷入。（2)
尽量延长从铁水浇注到第一道冷却水之间的时间，以使铁水在凝固过程中和表层凝固前能充分析出气体。（3)新建或改建铸铁机时，宜适当加长铸铁机的长度，合理分配自然冷却段和喷水强制冷却段的长度。
2.6白口铁
铁锭断面全部为白口或仅心部少量灰口，硬而脆。在铁锭浇注后的冷却过程中大量碎裂，铁锭存在大量内部及皮下气孔。此类缺陷一般产生在高硫低硅铁和Si <0. 4的
低硅铁之中。白口金相组织主要是过共晶状态的一次渗碳体和莱氏体，见图8。
图8白口铁锭断面及金相组织
产生原因：（1)铁水中Si <0.4时，一般列入炼钢铁范围。浇注成铁锭的冷却过程为层状凝固，结晶后的金相为一次渗碳体和莱氏体组织，硬而脆，易断裂，铁锭心部存在最后凝固形成的孔洞，孔洞表层呈灰。（2)高炉冶炼过程中，由于入炉矿、燃料质量指标波动或生产操作不当、炉况失常、炉温偏低、炉渣脱硫能力下降，导致出现高硫低硅铁。含硫较高的铁水容易在浇注过程中析出H2S 气体，不仅增加铁锭内部及皮下气孔，同时增加了热脆倾向。特别是Si <0.4%的髙硫低硅铁，冷却过程中极易碎裂，铁锭几乎全部呈白断口《
控制措施：（1)在改善入炉原料质量的基础上，优化造渣制度，活跃炉缸，稳定煤气流，以有效降低铁水含硫量。生产实践表明，炉渣二元碱度1.15%〜1.25%、氧化镁9%〜11%，有利于冶炼优质低硅低硫铁[3]»(2)无论是低硅铁水还是低硅髙硫铁水，浇注前对铁水同时进行增硅脱硫处理，将铁水中硅和硫调整到S i彡0.5%、S< 0.02%，从而得到优质铸造用生铁
2.7其他常见缺陷
由于操作或设备维护不当，也会出现如下产品缺陷：
(1)重皮铁：链式铸铁机从铁水浇注、冷却成形，直至运转到落铁平台，个别铁锭因故没有脱模，随铸铁机再
次回转到铁水浇注位，原铁锭上表面又被浇上一层铁水，
致使冷却后形成重皮铁《
(2)麻子铁：铁模内表面残留的脱模灰膏被多次循环 喷浆后，脱模灰膏厚薄不均、凸凹不平。此类铁内在质量
合格，不影响正常使用，但是观感较差。
(3)毛刺飞边铁、连块铁：主要因为铁水在铸模内浇 注过满导致。
由于生产操作及设备维护原因出现的质量缺陷，通过
加强操作责任心、加强设备维护，保持设备处于良好状态，
比较容易消除此类缺陷。
3结语
(1)铁水冶炼过程中，因物理、化学因素导致的铁锭 质量缺陷，需要通过保证原料质量、提高工艺技术水平来
减轻不利影响。
(2)铁锭铙注过程中，因操作不当、设备维护不到位 导致的质量缺陷，需要严格执行工艺规程，考核到班组及
个人，加强责任心。
(3)在没有统一的国家或行业标准的情况下，各生产 单位应根据市场要求制订自己的内部标准，完善铁锭生产
的技术和工艺规程。
参考文献
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[2] 司乃潮.球铁件皮下气孔缺陷形成的影响因素分析[J].铸造，1997, (4) ：38-40.
[3] 李子秋.3号髙炉低硅生铁冶炼实践[J].冶金丛刊，1995,（1):
1-4.
With the Quality Defects and Control Measures of Ingot Casting
GUI Shixuan
(Ji'nan Gengchen Casting Materials Go.Ltd.,Ji'nan 250109)
水泥增强剂配方Abstract:In the production process,delivery status of iron ingot casting is introduced,and the negative effects of casting ingot quality defects of products and user.The blast furnace production casting are summarized with all kinds of quality defects in ingot iron exists,analyzes the dregs of iron,iron,iron,stomata!yolk iron,iron and other produce skin wrinkle reason,put forward the improvement measures and avoid,can be the reference of the same industry.
Key words：pig iron,ingot,quality defects of cast iron,
casting
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