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我國鑄鐵鑄造業當前發展狀況及趨勢

我國鑄鐵鑄造業當前發展狀況及趨勢

據悉,20世紀80年代初,鑄鐵材料發展進入了頂峰期,隨后,世界的鑄鐵產量便出現急劇遞減,然而鑄鐵仍是當今金屬材料中應用最為廣泛的基礎材料,在鑄造合金材料中占有重要地位。

  由于受能源、勞動力價格和環境因素的影響,西方工業發達國家的鑄件產量將會逐漸減少,轉而向發展中國家采購一般鑄件,但同時又會向發展中國家出口高附加值、高技術含量的優質鑄件。當前,世界經濟全球化進程的加速為我國鑄造業的發展提供了機遇,國際和國內市場對我國鑄件的需求呈持續增長的趨勢。與此同時,鑄鐵作為一種傳統的金屬材料,在其質量、性能和價格等方面正面臨著嚴酷的挑戰。抓緊我國鑄鐵鑄造業的結構調整和技術改造;努力提高鑄件質量檔次,提高和理環境污染的水平,實現鑄鐵材料的高附加值化是應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、粘結劑和涂料在品種、性能、質量等方面與工業先進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準化、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量的檢測與控制

我國在鑄造工藝過程和鑄件質量的檢測與控制方面與工業先進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鑄造工藝過程的優化和控制。

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

3.鑄造工藝裝備

  對于鑄造生產,國外廣泛采用流水線大量生產;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。國內除汽車等行業中少數廠家采用半自動、自動化流水線大量生產外,多數廠家仍采用較落后的鑄造工藝裝備。

二、鑄鐵熔煉技術

1.沖天爐技術

  沖天爐居鑄鐵熔煉設備之首,至今仍擔負著80%以上鑄鐵件的熔煉任務。70年代以后,符合我國特點的爐型和熔煉技術已逐漸完善和成熟,形成了獨具特色的多排小風口和兩排大間距沖天爐系列。在操作技術上,從一度追求低焦耗到重視鐵液質量,進而講求提高技術、經濟、勞動衛個和環境保護的綜合指標,逐步開發應用了從爐料處理、修爐、烘爐到配加料、鼓風。爐況控制、鐵液檢驗等全過程的操作技術。在較短的歷程中,我們在沖天爐理論研究、爐子結構、修爐材料、送風系統、熱能利用、強化底作燃燒、爐內氣氛調整控制、鐵液爐前檢驗、消煙除塵、非焦炭化鐵、配料及熔煉過程計算機優化控制等諸多方自都取得了可喜的成績。

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

  加入WTO將在我們面前展現一個競爭激烈的世界鑄件市場。因此;沖天爐熔煉的發展將圍繞強化管理、推進技術改造、提高規模效益進行。我國沖天爐技術的發展方向主要有以下若干方面:

(1)走專業化生產道路,提高沖天爐生產率,向大型化、智能化。長期作業方向發展。

(2)爐料供應專業化、規?;?。

(3)大力發展沖天爐配套技術,同時加強對沖天爐的控制和檢測。

(4)發展沖天爐一—電爐雙聯熔煉技術。

(5)高溫優質鐵液是沖天爐熔煉的根本要求。

2.電爐技術

  感應電爐由于具有鐵液溫度高。成分穩定、污染少、便于調整鐵液成分的優點,60年代初,在一些工業發達國家開始普及。近年來,中頻感應熔煉爐的迅速發展給鑄鐵生產注入了新的活力。

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

三、鑄鐵件的生產狀況和趨勢

1.鑄鐵合金

  世界鑄鐵件的生產狀況和趨勢是,灰鑄鐵件的比例明顯下降,但仍占優勢。球墨鑄鐵件的產量持續增長,蠕墨鑄鐵和特種鑄鐵也有了較大的發展。

  全球的灰鑄鐵產量逐年下降,但從鑄鐵中的高強度鑄鐵所占的比重越來越大,加強高強度灰鑄鐵的試驗研究無疑是我國灰鑄鐵的發展方向。

  我國可鍛鑄鐵總產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展。目前,我國可鍛鑄鐵的生產與國外的主要差距是:品種少,僅有黑心可鍛鑄鐵;質量差;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。在西方發達國家,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量比較低,占鑄鐵件的比例遠小于發達國家。此外,我國球墨鑄鐵件在質量和生產穩定性方面的差距也較大。我國球墨鑄鐵生產較突出的問題是材質強韌性上、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能有大幅度的增長,必須大力實施能穩定提供質量可靠的優質球墨鑄件的配套技術。

  國內外有蠕化工藝和蠕化劑的研究方面都達到了很高的水平,所研制的蠕化劑種類繁多,已達近百種。目前,在生產中應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。國內外現有的蠕化處理工藝主要有沖入法、隨流法、氣動法和型內法等。蠕墨鑄鐵已用于大量生產,建有生產線(用感應電爐熔化),質量基本穩定。

  隨著現代化工業的發展,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)的發展速度較緩慢,技術水平和國外差距較大。為了適應新形勢下國民經濟發展的需要,特種鑄鐵的研究今后將成為我國鑄鐵發展的一個重要方向。

2.鑄鐵合金的發展

(1)高強化、薄壁化是我國灰鑄鐵的發展方向鑄鐵薄壁化、輕量化、強韌化是為了滿足工程界對工程材料節能性、回用性兩方面的要求,適應“人類可持續發展戰略”的需要。鑄件的“薄壁高強化”正在工程界成為一種趨勢,其技術應用也將日益成熟并迅速拓展,在可以預見的將來,3~5mm的高強度薄壁球墨鑄鐵件將會大量出現在一般機電產品中。

  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勢。目前,制約灰鑄鐵件增長和發展的主要因素之一是輕量化,鑄鐵輕量化必將為鑄鐵工業注入新的活力。因此,高強度薄壁灰鑄鐵件的生產技術開發成為問題的關鍵。

  薄壁鑄件生產技術涉及鑄鐵性能、充型過程。精密造型、機加工、模樣、工藝設計和市場等方面。許多研究和實踐表明,開發薄壁鑄鐵件的首要任務是開發高碳當量。高強度灰鑄鐵及其強化工藝。鑄造出高強度、薄壁及復雜內腔鑄件,必須從材質、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、發動機缸體缸蓋的鑄造和薄壁高強度灰鑄鐵的孕育處理方面達到較高水平。

  我國高強度灰鑄鐵研究的重點是:

①提高鐵液溫度,改善鑄鐵冶金質量,采用合成鑄鐵熔煉工藝。

②加強孕育處理技術。尤其是強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調整化學成分、控制鑄鐵的Si/C比,以獲得高強度低應力鑄鐵。實踐證明,合使St/C比值在0 .5~0.9,再加以適當的孕育和合金化,可獲得綜合力學性能良好的高強度灰鑄鐵。另外,調整Mn、Si含量,使錳含量比硅含量高0.2%~1.3%,可以得到高強度低應力鑄鐵。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,致使鑄件質量難以穩定,這是今后應急需解決的一個問題。

(2)發展球墨鑄鐵新品種,采用新工藝

①加強薄壁大斷面鑄態球墨鑄鐵技術的開發和應用。要保證鑄件的強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)元素的加入是實現高強度薄壁球墨鑄鐵鑄造的關鍵。該技術的核心是在鑄造(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的關鍵。試驗證實,當RE/S<2時,出現球化不良;RE/S>2.5、Mg/S>5時,易出現白口,同時嚴格控wp<0.04%、wBi=0.003%~0.007%。

②繼續開發和應用奧-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應用。

③發展奧氏體球墨鑄鐵。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域都具有廣闊的應用前景,因而成為近年來球墨鑄鐵領域中一個新的研究重點。

④采用新的球墨鑄鐵生產工藝。在熔煉方面,最好采用感應電爐或沖天爐--電爐雙聯熔煉,特別是沖天爐--爐外脫硫- ?。姞t保溫的工藝流程能提供優質的高溫低硫原鐵液。在球化處理方面,現在國內外已有的方法達8種以上,國外廣泛采用GF轉包法和包蓋法,我國也正在推廣使用。此外,近年來發展的鐵液過濾凈化技術也已得到廣泛應用,成為提高球墨鑄鐵質量的一種很好的措施。

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

(4)發展合金鑄鐵 合金化是提高鑄鐵性能的重要手段之一,隨著技術的日益發展,鑄鐵合金或微合金化必將發揮重要的作用。必須結合當地資源不斷開拓合金鑄鐵新品種,利用先進手段不斷加深對現用合金鑄鐵的認識。

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

四、未來的發展方向

  我國加入WTO后,鑄鐵鑄造業的機遇大于挑戰,在國內外兩個市場都有較大的增長潛力。

  先進技術對傳統產業的滲透與融合正逐漸對鑄鐵鑄造領域產生較大的影響。人工智能和神經網絡技術的應用則能夠大大改善鑄造生產中的控制系統,預測以及質量保證體系的建立,對于鑄造行業改善操作條件,降低成本將起到重要的作用。

  未來鑄鐵鑄造業在以下若干方面將得到發展:

 ?。?)以機床工業、能源工業、石化工業及海洋工程為主要目標,以重、高、大、難為特點,開展重大技術裝備、鑄造技術的基礎理論研究。發展數值模擬、物理模擬及專家系統,使鑄鐵技術由“經驗”走向“定量”。

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

 ?。?)為提高產品質量和生產率,增強我國工業產品在國際市場上的競爭能力,開展鑄造過程自動化、柔性生產單元和系統及集成制造技術的研究。

 ?。?)激勵開展有潛在應用前景的鑄鐵技術應用基礎理論的研究。

 ?。?)大力發展提供鑄鐵工藝材料及輔料的專業化、現代化的企業。

 ?。?)發展綠色集約化鑄造,加大治理鑄造過程對環境污染的力度,加強對鑄造材料的再生和回用。


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