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我國鑄鐵鑄造業(yè)當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r及趨勢

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

20世紀(jì)80年代初,鑄鐵材料發(fā)展進(jìn)入了頂峰期,隨后,世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減,然而鑄鐵仍是當(dāng)今金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材料,在鑄造合金材料中占有重要地位。

        由于受能源、勞動力價格和環(huán)境因素的影響,西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家的鑄件產(chǎn)量將會逐漸減少,轉(zhuǎn)而向發(fā)展中國家采購一般鑄件,但同時又會向發(fā)展中國家出口高附加值、高技術(shù)含量的優(yōu)質(zhì)鑄件。當(dāng)前,世界經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加速為我國鑄造業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇,國際和國內(nèi)市場對我國鑄件的需求呈持續(xù)增長的趨勢。與此同時,鑄鐵作為一種傳統(tǒng)的金屬材料,在其質(zhì)量、性能和價格等方面正面臨著嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。抓緊我國鑄鐵鑄造業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造;努力提高鑄件質(zhì)量檔次,提高和理環(huán)境污染的水平,實(shí)現(xiàn)鑄鐵材料的高附加值化是應(yīng)付未來更加激烈的市場競爭,滿足用戶多樣化需求的主要對策。

        一、我國鑄鐵的生產(chǎn)水平及差距

        1.鑄造工藝材料及輔料

        我國鑄造工藝材料如原砂、粘土、煤粉、粘結(jié)劑和涂料在品種、性能、質(zhì)量等方面與工業(yè)先進(jìn)國家之間的差距極大,以致我國的鑄件尺寸精度和表面粗糙度比國外差一到兩個等級,鑄件表面缺陷造成的廢品率比國外高幾倍。鑄造用工藝原料的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和商品化仍是一個亟待解決的問題。

        2.鑄造工藝過程及鑄件質(zhì)量的檢測與控制

        我國在鑄造工藝過程和鑄件質(zhì)量的檢測與控制方面與工業(yè)先進(jìn)國家還存在比較大的差距,主要反映在以下方面:

        ①鑄造工藝過程的檢測。

        ②鑄造工藝過程的優(yōu)化和控制。

        ③鑄件質(zhì)量的檢測。而上述檢測和控制手段的完善是提升我國鑄鐵鑄造生產(chǎn)水平的一個主要內(nèi)容。

        3.鑄造工藝裝備

        對于鑄造生產(chǎn),國外廣泛采用流水線大量生產(chǎn);高壓造型、射壓造型、靜壓造型和氣沖造型;造芯全部用殼芯和冷、熱芯盒工藝。國內(nèi)除汽車等行業(yè)中少數(shù)廠家采用半自動、自動化流水線大量生產(chǎn)外,多數(shù)廠家仍采用較落后的鑄造工藝裝備。

        二、鑄鐵熔煉技術(shù)

        1.沖天爐技術(shù)

        沖天爐居鑄鐵熔煉設(shè)備之首,至今仍擔(dān)負(fù)著80%以上鑄鐵件的熔煉任務(wù)。70年代以后,符合我國特點(diǎn)的爐型和熔煉技術(shù)已逐漸完善和成熟,形成了獨(dú)具特色的多排小風(fēng)口和兩排大間距沖天爐系列。在操作技術(shù)上,從一度追求低焦耗到重視鐵液質(zhì)量,進(jìn)而講求提高技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、勞動衛(wèi)個和環(huán)境保護(hù)的綜合指標(biāo),逐步開發(fā)應(yīng)用了從爐料處理、修爐、烘爐到配加料、鼓風(fēng)。爐況控制、鐵液檢驗(yàn)等全過程的操作技術(shù)。在較短的歷程中,我們在沖天爐理論研究、爐子結(jié)構(gòu)、修爐材料、送風(fēng)系統(tǒng)、熱能利用、強(qiáng)化底作燃燒、爐內(nèi)氣氛調(diào)整控制、鐵液爐前檢驗(yàn)、消煙除塵、非焦炭化鐵、配料及熔煉過程計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制等諸多方自都取得了可喜的成績。

        沖火爐的發(fā)展是圍繞著提高性能和生產(chǎn)率,降低消耗,改善操作,減少污染進(jìn)行的。沖天爐性能主要體現(xiàn)在炭的燃燒、爐料的加熱和冶金過程三方面。隨著鑄鐵生產(chǎn)批量的擴(kuò)大和對鑄造生產(chǎn)率及鑄件質(zhì)量要求的提高,沖天爐容量也不斷增大。大容量的沖天爐熔煉狀況更穩(wěn)定,無論技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上比小爐子更具優(yōu)勢。因此,在單一品種大批量生產(chǎn)中,用一臺大容量爐子取代多臺小爐子是合理的、在國際上,沖天爐的最新發(fā)展主要為等離子體沖大爐、無焦沖天爐、新型回轉(zhuǎn)熔煉爐。

        加入WTO將在我們面前展現(xiàn)一個競爭激烈的世界鑄件市場。因此;沖天爐熔煉的發(fā)展將圍繞強(qiáng)化管理、推進(jìn)技術(shù)改造、提高規(guī)模效益進(jìn)行。我國沖天爐技術(shù)的發(fā)展方向主要有以下若干方面:

       (1)走專業(yè)化生產(chǎn)道路,提高沖天爐生產(chǎn)率,向大型化、智能化。長期作業(yè)方向發(fā)展。

        (2)爐料供應(yīng)專業(yè)化、規(guī)?;?。

        (3)大力發(fā)展沖天爐配套技術(shù),同時加強(qiáng)對沖天爐的控制和檢測。

        (4)發(fā)展沖天爐一—電爐雙聯(lián)熔煉技術(shù)。

       (5)高溫優(yōu)質(zhì)鐵液是沖天爐熔煉的根本要求。

        2.電爐技術(shù)

        感應(yīng)電爐由于具有鐵液溫度高。成分穩(wěn)定、污染少、便于調(diào)整鐵液成分的優(yōu)點(diǎn),60年代初,在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始普及。近年來,中頻感應(yīng)熔煉爐的迅速發(fā)展給鑄鐵生產(chǎn)注入了新的活力。

        感應(yīng)電爐的發(fā)展和應(yīng)用,使鑄鐵生產(chǎn)進(jìn)入了一個新階段。盡管工頻感應(yīng)電爐存在某些不足,但它在金屬熔煉。鐵液成分調(diào)整。金屬液的升溫和保溫,尤其作為其他熔煉爐的雙聯(lián)用爐仍在普遍應(yīng)用。中頻感應(yīng)電爐特別適合熔煉合金鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵,它的迅速發(fā)展和所顯示的優(yōu)越性,使其在鑄鐵生產(chǎn)中呈現(xiàn)出被廣泛應(yīng)用的新趨勢。

        三、鑄鐵件的生產(chǎn)狀況和趨勢

        1.鑄鐵合金

        世界鑄鐵件的生產(chǎn)狀況和趨勢是,灰鑄鐵件的比例明顯下降,但仍占優(yōu)勢。球墨鑄鐵件的產(chǎn)量持續(xù)增長,蠕墨鑄鐵和特種鑄鐵也有了較大的發(fā)展。

        全球的灰鑄鐵產(chǎn)量逐年下降,但從鑄鐵中的高強(qiáng)度鑄鐵所占的比重越來越大,加強(qiáng)高強(qiáng)度灰鑄鐵的試驗(yàn)研究無疑是我國灰鑄鐵的發(fā)展方向。

        我國可鍛鑄鐵總產(chǎn)量在世界上名列前茅,但需求量還將有所增大。所以,今后我國可鍛鑄鐵還將有一個大的發(fā)展。目前,我國可鍛鑄鐵的生產(chǎn)與國外的主要差距是:品種少,僅有黑心可鍛鑄鐵;質(zhì)量差;鍍鋅工藝落后;缺少耗能低、保溫性好、污染小的理想退火爐。

        在鑄鐵產(chǎn)量縮減的情況下,球墨鑄鐵在鑄鐵件中所占的比率依然在增大。在西方發(fā)達(dá)國家,通常用球墨鑄鐵件取代部分灰鑄鐵件和可鍛鑄鐵件。我國球墨鑄鐵鑄件產(chǎn)量比較低,占鑄鐵件的比例遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國家。此外,我國球墨鑄鐵件在質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性方面的差距也較大。我國球墨鑄鐵生產(chǎn)較突出的問題是材質(zhì)強(qiáng)韌性上、缺陷多,其原因除爐料、球化處理方法和球化劑等因素外,主要是球化處理前對鐵液含硫量要求過松。因此,為使我國球墨鑄鐵生產(chǎn)能有大幅度的增長,必須大力實(shí)施能穩(wěn)定提供質(zhì)量可靠的優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵件的配套技術(shù)。

        國內(nèi)外有蠕化工藝和蠕化劑的研究方面都達(dá)到了很高的水平,所研制的蠕化劑種類繁多,已達(dá)近百種。目前,在生產(chǎn)中應(yīng)用的蠕化劑主要是稀土用鐵鎂合金、稀土硅鈣合金和稀土鎂鈦合金。國內(nèi)外現(xiàn)有的蠕化處理工藝主要有沖入法、隨流法、氣動法和型內(nèi)法等。蠕墨鑄鐵已用于大量生產(chǎn),建有生產(chǎn)線(用感應(yīng)電爐熔化),質(zhì)量基本穩(wěn)定。

        隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,對具有特殊性能的材料的需求量不斷增長,向我國特種鑄鐵(抗磨、耐蝕和耐熱鑄鐵)的發(fā)展速度較緩慢,技術(shù)水平和國外差距較大。為了適應(yīng)新形勢下國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,特種鑄鐵的研究今后將成為我國鑄鐵發(fā)展的一個重要方向。

        2.鑄鐵合金的發(fā)展

        (1)高強(qiáng)化、薄壁化是我國灰鑄鐵的發(fā)展方向鑄鐵薄壁化、輕量化、強(qiáng)韌化是為了滿足工程界對工程材料節(jié)能性、回用性兩方面的要求,適應(yīng)“人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”的需要。鑄件的“薄壁高強(qiáng)化”正在工程界成為一種趨勢,其技術(shù)應(yīng)用也將日益成熟并迅速拓展,在可以預(yù)見的將來,3~5mm的高強(qiáng)度薄壁球墨鑄鐵件將會大量出現(xiàn)在一般機(jī)電產(chǎn)品中。

        與鋁合金鑄件相比,低成本和良好的鑄造性能是灰鑄鐵件的一個主要優(yōu)勢。目前,制約灰鑄鐵件增長和發(fā)展的主要因素之一是輕量化,鑄鐵輕量化必將為鑄鐵工業(yè)注入新的活力。因此,高強(qiáng)度薄壁灰鑄鐵件的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)成為問題的關(guān)鍵。

        薄壁鑄件生產(chǎn)技術(shù)涉及鑄鐵性能、充型過程。精密造型、機(jī)加工、模樣、工藝設(shè)計(jì)和市場等方面。許多研究和實(shí)踐表明,開發(fā)薄壁鑄鐵件的首要任務(wù)是開發(fā)高碳當(dāng)量。高強(qiáng)度灰鑄鐵及其強(qiáng)化工藝。鑄造出高強(qiáng)度、薄壁及復(fù)雜內(nèi)腔鑄件,必須從材質(zhì)、工藝和裝備等整體上采取綜合措施加以解決。國外在柴油機(jī)、發(fā)動機(jī)缸體缸蓋的鑄造和薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵的孕育處理方面達(dá)到較高水平。

        我國高強(qiáng)度灰鑄鐵研究的重點(diǎn)是:

        ①提高鐵液溫度,改善鑄鐵冶金質(zhì)量,采用合成鑄鐵熔煉工藝。

        ②加強(qiáng)孕育處理技術(shù)。尤其是強(qiáng)化孕育鑄件的研究和推廣。

        ③研究和推廣低合金化孕育鑄鐵。

        ④調(diào)整化學(xué)成分、控制鑄鐵的Si/C比,以獲得高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵。實(shí)踐證明,合使St/C比值在0 .5~0.9,再加以適當(dāng)?shù)脑杏秃辖鸹?,可獲得綜合力學(xué)性能良好的高強(qiáng)度灰鑄鐵。另外,調(diào)整Mn、Si含量,使錳含量比硅含量高0.2%~1.3%,可以得到高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵。目前,我國的工廠大多無爐前快速測定C、Si含量的儀器,因而不能及時掌握碳、硅的波動及變化情況,致使鑄件質(zhì)量難以穩(wěn)定,這是今后應(yīng)急需解決的一個問題。

        (2)發(fā)展球墨鑄鐵新品種,采用新工藝

        ①加強(qiáng)薄壁大斷面鑄態(tài)球墨鑄鐵技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。要保證鑄件的強(qiáng)度和切削加工等性能不致因壁厚減小而降低,其基本途徑就是使球墨鑄鐵的力學(xué)性能得到改良。最重要的有兩個方面:一是白口化傾向的減低和抑制,二是石墨組織的改善。球化劑的合理選用和稀土(RE)元素的加入是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度薄壁球墨鑄鐵鑄造的關(guān)鍵。該技術(shù)的核心是在鑄造(熔煉)工藝中要保證RE/Sk=2~2.5。球化劑要選用Fe-Si-Mg-RE-Ca系材料,其中稀土元素(Ce、La、Pr)的加入并使之與硫保持一定比例是球化技術(shù)的關(guān)鍵。試驗(yàn)證實(shí),當(dāng)RE/S<2時,出現(xiàn)球化不良;RE/S>2.5、Mg/S>5時,易出現(xiàn)白口,同時嚴(yán)格控wp<0.04%、wBi=0.003%~0.007%。

        ②繼續(xù)開發(fā)和應(yīng)用奧-貝球墨鑄鐵,奧-貝球墨鑄鐵是近幾十年來鑄鐵冶金研究的重大成就之一,它是迄今為止具有最好綜合性能的一種球墨鑄鐵,尤其是高的彎曲疲勞性能和良好的耐磨性,因而獲得廣泛的注目和開發(fā)應(yīng)用。

        ③發(fā)展奧氏體球墨鑄鐵。這種球墨鑄鐵在石油、化工、海洋與船舶、儀器儀表以及核工程等許多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景,因而成為近年來球墨鑄鐵領(lǐng)域中一個新的研究重點(diǎn)。

        ④采用新的球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝。在熔煉方面,最好采用感應(yīng)電爐或沖天爐--電爐雙聯(lián)熔煉,特別是沖天爐--爐外脫硫--電爐保溫的工藝流程能提供優(yōu)質(zhì)的高溫低硫原鐵液。在球化處理方面,現(xiàn)在國內(nèi)外已有的方法達(dá)8種以上,國外廣泛采用GF轉(zhuǎn)包法和包蓋法,我國也正在推廣使用。此外,近年來發(fā)展的鐵液過濾凈化技術(shù)也已得到廣泛應(yīng)用,成為提高球墨鑄鐵質(zhì)量的一種很好的措施。

        (3)發(fā)展孕育技術(shù) 孕育技術(shù)推動了高強(qiáng)度灰鑄鐵的發(fā)展,并使球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)更趨完美。凡是經(jīng)過孕育處理的鑄鐵,都具有石墨細(xì)化、組織均勻和壁厚敏感性小的特點(diǎn)。過去;對孕育技術(shù)的發(fā)展往往寄希望于開發(fā)新的孕育劑,這無疑是必要的。但近年來,孕育方法的改進(jìn),特別是遲后孕育,受到了人們的重視。因此,今后在發(fā)展孕育劑的同時,可能對孕育技術(shù)的研究將轉(zhuǎn)向發(fā)展新的孕育方法。

        (4)發(fā)展合金鑄鐵 合金化是提高鑄鐵性能的重要手段之一,隨著技術(shù)的日益發(fā)展,鑄鐵合金或微合金化必將發(fā)揮重要的作用。必須結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源不斷開拓合金鑄鐵新品種,利用先進(jìn)手段不斷加深對現(xiàn)用合金鑄鐵的認(rèn)識。

        (5)發(fā)展鑄鐵件表面強(qiáng)化技術(shù)對于特殊應(yīng)用場合,對于希望鑄件表層具有特殊的性能。鑄鐵件表面層激光強(qiáng)化處理和鑄件表面合金化技術(shù)可以在普通鑄件表面形成冶金結(jié)合的合金層,使鑄件具有復(fù)合性能。上述技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于耐磨零件的生產(chǎn),并取得了明顯的成效。

        四、未來的發(fā)展方向

        我國加入WTO后,鑄鐵鑄造業(yè)的機(jī)遇大于挑戰(zhàn),在國內(nèi)外兩個市場都有較大的增長潛力。

        先進(jìn)技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與融合正逐漸對鑄鐵鑄造領(lǐng)域產(chǎn)生較大的影響。人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用則能夠大大改善鑄造生產(chǎn)中的控制系統(tǒng),預(yù)測以及質(zhì)量保證體系的建立,對于鑄造行業(yè)改善操作條件,降低成本將起到重要的作用。

        未來鑄鐵鑄造業(yè)在以下若干方面將得到發(fā)展:

        (1)以機(jī)床工業(yè)、能源工業(yè)、石化工業(yè)及海洋工程為主要目標(biāo),以重、高、大、難為特點(diǎn),開展重大技術(shù)裝備、鑄造技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究。發(fā)展數(shù)值模擬、物理模擬及專家系統(tǒng),使鑄鐵技術(shù)由“經(jīng)驗(yàn)”走向“定量”。

        (2)以汽車工業(yè)、航空航天及核能工業(yè)為主要目標(biāo),以強(qiáng)韌化、輕量化、精密化和高效化為特點(diǎn),開展鑄鐵新材料。新工藝的研究。

        (3)為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率,增強(qiáng)我國工業(yè)產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力,開展鑄造過程自動化、柔性生產(chǎn)單元和系統(tǒng)及集成制造技術(shù)的研究。

        (4)激勵開展有潛在應(yīng)用前景的鑄鐵技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究。

        (5)大力發(fā)展提供鑄鐵工藝材料及輔料的專業(yè)化、現(xiàn)代化的企業(yè)。

        (6)發(fā)展綠色集約化鑄造,加大治理鑄造過程對環(huán)境污染的力度,加強(qiáng)對鑄造材料的再生和回

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