吳星　鄧益民

摘 要：鐵液中的含硫量過高會嚴(yán)重影響鑄鐵件的力學(xué)性能，以東方紅LX1004農(nóng)用拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)缸體鑄鐵件為研究對象，從焦炭的質(zhì)量、石灰石用量、金屬爐料等影響鐵液含硫量的主要因素入手，進(jìn)行了相關(guān)性試驗，分析了各個因素對鑄鐵件含硫量的影響，最終提出了一系列相應(yīng)的含硫量控制措施。通過生產(chǎn)驗證，表明這些含硫量控制措施起到了明顯的效果，具有一定的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：東方紅LX1004；發(fā)動機(jī)缸體；含硫量；影響因素；實驗

中圖分類號：TG251+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-7394（2017）02-0041-04

在鑄鐵成型過程中，硫元素往往是以FeS或其它硫化夾雜物的形式置留于鐵液中，而且由于FeS的熔點較低，質(zhì)軟且脆，在鑄造中若殘硫量過高將會惡化鑄造性能[1]，降低鑄鐵件的強度及石墨形態(tài)，并引起鑄鐵過硬或出現(xiàn)裂紋，會影響鑄鐵件的力學(xué)性，因此在熔煉中采取經(jīng)濟(jì)適用的辦法對鑄鐵液的含硫量進(jìn)行控制將會具有非常重要的意義。研究表明，金屬爐料和燃料是灰鑄鐵中硫的主要來源，且在正常情況下沖天爐熔化的鐵液中硫的含量應(yīng)在0.06%～0.15%之間。[2-3]但是，發(fā)動機(jī)缸體等復(fù)雜鑄鐵件在生產(chǎn)中其鐵液含硫量不易控制，這會對正常生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量造成十分不利的影響。[4-5]為此，本文以東方紅-LX1004型農(nóng)用拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)缸體為研究對象，從焦炭的質(zhì)量、石灰石用量、金屬爐料等影響鐵液含硫量的主要因素入手，通過實驗與研究，分析鑄件中含硫量的變化情況，并提出一些控制措施，從而提高發(fā)動機(jī)缸體鑄件的生產(chǎn)質(zhì)量。

1 含硫量計算方法與實驗條件

1.1 計算方法

一般用于近似計算沖天爐鐵液中的含硫量百分?jǐn)?shù)的公式為[6]：

[S=0.75S金屬爐料+0.3B焦炭消耗S焦炭含硫]。 （1）

由（1）式可知，金屬爐料中的平均硫含量、熔劑中的硫含量、焦炭吸收的硫含量會直接影響沖天爐鐵液中含硫量，因此，本次結(jié)合生產(chǎn)提供的部分?jǐn)?shù)據(jù)，主要針對了不同焦炭的質(zhì)量、石灰石用量、金屬爐料等因素對鐵液含量的變化情況進(jìn)行實驗。

1.2 實驗條件

本次實驗是在外水冷直筒型、冷風(fēng)、無前爐沖天爐的環(huán)境下進(jìn)行，爐膛直徑600mm，開渣口操作，風(fēng)口排數(shù)為3排，每排風(fēng)口6個，風(fēng)口比為3.6%，爐缸深度0.2m，爐缸厚度0.2m，送風(fēng)管直徑0.2m，風(fēng)量24m3/min，風(fēng)壓12kpa。工藝參數(shù)如表1。

2 試驗結(jié)果及影響分析

2.1 焦炭質(zhì)量及用量對鐵液含硫量的影響

試驗中沖天爐熔煉使用了3種不同標(biāo)號的土焦炭，其成分如表2。從表中可知，標(biāo)號不同的土焦炭其成分波動范圍較大，主要是受到焦炭質(zhì)量下滑的影響。但是，由于鐵液中含硫量與焦炭中的含硫量具有密切關(guān)系，因此，我們比較了2014年與2015年不同焦炭的平均含硫量與鐵液平均含硫量的變化，可以看出當(dāng)焦炭的平均含硫量上升0.1%時，鐵液平均含硫量上升約30%，說明焦炭含硫量是對鐵液中的含硫量起主要貢獻(xiàn)作用，當(dāng)焦炭中含硫量升高時，鐵液中的含硫量也會升高。同理，當(dāng)焦炭的用量增多時，爐內(nèi)硫含量就會增高，因此，鐵液中的含硫量也會升高。

2.2 石灰石用量對鐵液含硫量的影響

研究表明，爐渣堿度的高低與石灰石用量具有密切聯(lián)系，當(dāng)石灰石用量多時，爐渣的堿度較高，從而有利于脫硫，降低鐵液中的含硫量。表3為石灰石用量的試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果，從表中可知，當(dāng)二班的渣堿度升高0.23時，鐵液中的含硫量相應(yīng)的下降了0.019%；當(dāng)石灰石用量增加了8kg，石灰石占焦炭的比例升高了7.3%，鐵液中的含硫量相應(yīng)的下降了0.019%；但當(dāng)爐渣的堿度升高了0.23，鐵液中的含硫量則出現(xiàn)明顯降低。而且，從爐渣堿度對鐵液含硫量的影響可以看出（圖1），爐渣的堿度越高，鐵液中硫的分配比越高，即其脫硫效果越好。

2.3 金屬爐料對鐵液含硫量的影響

由（1）可知金屬爐料帶入的硫是鐵液含硫量的主要來源之一，因此生產(chǎn)中若集中使用配料會導(dǎo)致含硫量急劇升高。此外，廢鋼質(zhì)量好壞對鐵液中的含硫量也有較大影響。研究表明，當(dāng)廢鋼材的塊度較大、厚度較厚、表面積較大，則其與爐中氣體接觸機(jī)率增大，表面被氧化的部分較多，導(dǎo)致鐵液中含硫量升高，反之，當(dāng)廢鋼材的塊度較小、厚度較薄、且表面積較小時，其表面被被氧化的部分較少，則鐵液中的含硫量就會降低。圖2為廢鋼質(zhì)量好壞對鐵液平均含硫量的影響，從圖中可以看出，隨著質(zhì)量較差的廢鋼用料量增多，鐵液平均含硫量急劇升高；隨著質(zhì)量較好的廢鋼用料量增多，鐵液平均含硫量會相對降低。

2.4 送風(fēng)條件對鐵液含硫量的影響

沖天爐在最佳工作狀態(tài)時，要求焦炭質(zhì)量和送風(fēng)量配比合適，因此，生產(chǎn)過程中不能中斷送風(fēng)。另外，由于是連續(xù)流水生產(chǎn)，造成中斷送風(fēng)的原因很多，如設(shè)備故障、出渣口檢修等，尤其是當(dāng)鐵液過剩時，造成送風(fēng)中斷或暫停的幾率比較大，因此，沖天爐中含硫量的增減與送風(fēng)條件也具有很大的聯(lián)系。圖3為送風(fēng)條件與沖天爐中含硫量變化情況，從圖中可以看出，在正常送風(fēng)40min時鐵液平均含硫量基本維持穩(wěn)定，而停風(fēng)40min內(nèi)鐵液平均含硫量逐漸升高，分析原因是當(dāng)停風(fēng)時爐內(nèi)氧氣含量低，SO2與Fe、FeO發(fā)生化學(xué)反正生產(chǎn)FeS，導(dǎo)致鐵液含硫量升高。

3 硫含量的控制措施及生產(chǎn)驗證

通過上述的實驗及影響分析，為了提高拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)缸體鑄鐵件的生產(chǎn)質(zhì)量，提出采取以下幾個措施對鐵液中的含硫量進(jìn)行適當(dāng)控制。

3.1 使用高質(zhì)量的焦炭、改善廢鋼質(zhì)量、優(yōu)化送風(fēng)條件

首先要使用高質(zhì)量的焦炭，嚴(yán)格控制灰分比于焦炭含量的比例。采用廢鋼材塊度較小、厚度較厚、表面氧化部分較少的廢鋼材作為金屬爐料。[7]并且，生產(chǎn)中遵循工藝規(guī)范，組織均勻生產(chǎn)，減少設(shè)備故障，優(yōu)化送風(fēng)條件，保證不出現(xiàn)停風(fēng)和關(guān)風(fēng)，從而提高爐內(nèi)溫度，降低鐵液含硫量。

3.2 增加石灰石用量或者加入錳合金[8-9]

由上述分析可知，石灰石用量越多，爐渣的堿度越高，脫硫的效果就越好，因此，在生產(chǎn)中可以適當(dāng)增加石灰石用量。其次，由于錳和硫之間的親和力較好，二者在沖天爐的高溫環(huán)境下易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成MnS。而且，由于MnS的比重較小，熔點較高（約為1 620℃），遠(yuǎn)高于沖天爐中鐵液的溫度，因此，往往會以固體質(zhì)點或顆粒狀雜質(zhì)物存在與鐵液中。因此，在生產(chǎn)中為了減少鐵液中的含硫量，往往會將適量的65MnFe隨金屬爐料加入。

3.3 爐內(nèi)脫硫[10]

研究表明，電石（CaC2）可降低焦耗，提高鐵液的溫度和爐渣的堿度，從而降低鐵液中的含硫量。在本次試驗中，每一批金屬爐料中加入2%的電石，結(jié)果顯示焦耗下降30%，同時，鐵液含硫量降低約25%。

生產(chǎn)上于2015年4月開始采用并實施以上措施后，鑄鐵件的含硫量有所下降，將實施前、后的連續(xù)12個月的廢品率情況進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，實施控制措施后拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)缸體的廢品率明顯降低，并得到較好控制，說明采取的措施是有效的。

4 結(jié)論

通過對東方紅LX1004農(nóng)用拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)缸體鑄鐵件含硫量問題的實驗與分析，提出了在生產(chǎn)中控制含硫量的一些措施，得出了以下結(jié)論。

（1）焦炭中含硫量越高、焦炭用量增多都會導(dǎo)致鐵液中的含硫量升高，而石灰石用量適當(dāng)增多、送風(fēng)不間斷等則可以有效地降低鐵液中的含硫量。

（2）通過實施控制措施前后發(fā)動機(jī)缸體產(chǎn)品廢品率比較情況，證實了通過合理的控制，可以明顯降低鑄鐵件中的含硫量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程和法，胡志君，解明國，等. 硫?qū)οｈT造灰鑄鐵組織和性能的影響[J]. 鑄造，2011，60（1）：62-65.

[2] 黃勝操. 發(fā)動機(jī)缸體用灰鑄鐵材料加工性鑄鐵材能研究[D].洛陽：河南科技大學(xué)， 2013.

[3] 周慧琳，于匯泳，孫雅心，等.球化劑對球墨鑄鐵化學(xué)成分的影響[J]. 鑄造技術(shù)，2013（5）：584-586.

[4] 張賢忠， 周桂峰， 陳慶豐， 等.一種新型含硫易切削鋼的顯微組織和力學(xué)性能[J]. 機(jī)械工程材料，2010（6）：61-63.

[5] 許建華. 球墨鑄鐵件用阻硫涂料的研究及應(yīng)用[D].武漢：華中科技大學(xué)， 2012.

[6] 張珂， 張保安. 拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)缸體鑄鐵件含硫量控制的實驗研究[J]. 鑄造技術(shù)， 2010， 31（2）： 132-136.

[7] 樊金環(huán). 高硫含量硅錳合金脫硫基礎(chǔ)研究[D].重慶：重慶大學(xué)， 2014.

[8] 陳玉平. 基于沖天爐熔煉條件脫硫工藝的研究[J]. 熱加工工藝，2010（9）：54-57.

[9] 何宏舟， 鄒崢， 俞金樹， 等.循環(huán)流化床鍋爐燃燒福建無煙煤爐內(nèi)脫硫的工業(yè)試驗研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2010（35）：7-12.

[10] 陳杰. 低合金鑄鐵缸體的組織與性能研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.