在铸造合金家族中，各类铸造合金的发展取决于其优势的发扬和劣势的抑制。铸铁与铸钢、有色合金相比，铸造性能较好，容易铸出形状复杂、壁厚不匀的铸件而较少产生铸造缺陷。因此，铁液的利用率高，产品的适用面广。此外，石墨铸铁还有一些与生俱来的，诸如减摩性、缓震性、切削性、疲劳断裂性等方面的良好特性。 在材质竞争中，提高铸铁的比强度、增加强韧性、消除内在缺陷，对于减轻铸件重量，延长服役期，节约材料是非常重要的。为了保证铸铁性能的可靠性和稳定性，首先必需有良好的铁液质量。 一铁液质量的内涵 铁液质量包括：温度、成分及成分精度，有害元素含量，非金属夹杂物数量、气体溶量和炉外可造性等。 铁液质量的控制分为熔炼，炉前处理和过滤三个环节。以下择要简述之。 二熔炼 1.冲天炉要上新台阶 获得高温铁液 尽管铸铁件浇注的工艺温度并不高，不同铸铁大多在12601400之间。但从获得优质铁液的观点看，应有较高的熔炼温度。高温熔炼保证了高的出铁温度，Fe、Si、Mn烧损少，炉况稳定，化学成分波动小。以发达国家为例，冲天炉内C的波动可控制在0.05%，Si的波动可控制在0.1%。高温熔炼，铁液中的S、O、H、N及夹杂物都会减少，炉料的不良遗传性将会减弱。 冲天炉获得高温铁液有三种方法：一是好的炉型，如两排大间距，冷风+固定碳在85%以上的优质焦炭，出铁温度可在1480以上。二是富氧送风，此法简便，调温迅速及时，但受供氧条件的制约，局限性很大。三是热送风，不同热风装置风温由150至600不等，适于开炉时间较长的工厂使用。 我国铸造厂多数生产规模较小，因此在相当时期内，“方法一”将是主要的措施。冷风作业，冲天炉的热利用率低，从可持续发展的战略考虑，热风冲天炉符合节能的国策，而且可结合着解决环境污染，满足社会生态要求。随着世界经济一体化进程的发展，铸造业必将重组、兼并，扩大规模，实行集约化生产，热风作业将逐步扩大其应用范围。采用热风与否必须考虑的两个问题是，是否有足够的连续作业时间，以及一次性投入的多少和投资的回收期。 利用炉气物理热的炉胆热风，风温在150250，稳定在300以上的尚少。这种炉子配合中等以上品质（固定碳80%）的焦炭，可得到14501500的铁液。同时利用物理热和化学热的冲天炉，风温在400600，出炉温度可超过1500。风温在350以上，冲天炉有明显的冶金效果，炉内氧化气氛大为改善，炉渣活跃，渣中FeO3%,铁液S低，炉内元素烧损减少，湿底作业时Si有所增加。从我国工厂经济实力考虑，应该着力开发高效、实用、经济型的热风冲天炉。 除了优质焦和热风外，含有CaO的铸造电石和特种碳化硅压铁加入炉内都有提温的辅助作用。铸造电石还是一种强脱硫剂；特种碳化硅压块作为炉料兼有增硅增碳和促进炉渣脱硫的功用。 稳定炉膛尺寸 低质炉衬材料会带来一系列不良的影响：炉衬侵蚀物污染铁液；侵蚀物改变炉渣的物理化学性状，从而影响炉子的顺行和去硫效果；炉膛扩大，破坏熔炼的稳定性，开炉时间一长，后期会出现铁液温度下降，烧损增多，铁液氧化的现象。 开炉在812h时，应重视炉衬材料的品质，敷捣料湿度要小，捣打密度要大。封炉连续作业时，炉体与风口应进行水冷，炉身、炉缸采用高铝砖、 ASC砖和ASC捣打料。该类炉子的连续工作时间，视系统设计、炉衬质量和管理水平的不同，变动于16周。目前国内已有生产优质炉衬材料的厂家和经销国外产品的公司。 2.使用中频感应炉 近年来，作者走访了长江三角洲、珠江三角洲和胶东地区，发现采用感应炉或与冲天炉双联的工厂不少。感应炉铁液的质量高，常是国外采购商和国内主机厂指定的供货条件。 进入二十世纪九十年代，第三代晶体管模块中频炉取第二代传统可控硅中频炉而代之。这种炉子的特点是节电、熔化速度快、升温迅速、操作简便、工作可靠、对电网无干扰、功率因素高。有的还可以实现一台熔化，另一台保温或预热的一拖二操作。 变频中频炉可满足不同熔炼阶段的不同工艺要求。当熔料时，用较高的频率实现快速熔化；当增碳时，改用较低的频率，增加铁液搅拌力，加快增碳过程，从而达到缩短时间、节省电力的目的。有的炉子还能随液面高度的不同自动调节功率。近期国外推出的宽炉体感应炉，可实现大料直接装炉。 3.不可忽视生铁中的微量元素 生铁出厂一般只规定Si、Mn、P、S，对C无限量，微量元素则随矿源而任其自然，不作检测，底码不清。我国生铁中的微量元素有Cu、Cr、 Mo、V、Ni、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Zn、As、Sb等。其中Cu、Cr、Mo、V、Ni、并无害处，Al视为中性，As、Zn、Pb有害，Ti、Sb、Bi、Sn为敏感元素，低于一定值有利，超过则有弊。 一般而言，生铁中的微量元素对普通铸铁件无关紧要，但对球铁件和重要灰铁件不可轻视。德国规定球铁用生铁微量元素总量T0.0745%，日本为T0.089%，要求Ti不大于总量的50%。国内有资料提出球铁用生铁T0.1%，其中Ti0.045%。 有的外商，对铸铁中的Ti有明文规定，铸造厂应根据炉料配比情况，反算出对生铁中Ti量的相应要求。 以前，有些工厂用某些生铁时，出现过一些金相组织和铸造缺陷的异常现象，这与生铁的遗传性不无关系。 4.感应炉增碳 感应炉若以废钢为主炉料，在炉内增碳生产合成铸铁，可得到钢一般纯净的铁液。由于没有生铁粗大石墨的遗传和受孕能力优良，铸铁组织中的石墨具有细小和分布均匀的特点，球铁的球化率高，低碳灰铁易于得到A型石墨和珠光体基体，且壁厚敏感性减小。因为磷很低，大大降低了发动机件缩松渗漏的缺陷。 增碳剂常用的有石墨质增碳剂（电极块或优质天然石墨、类石墨）和碳质增碳剂（如冶金焦）。电极质地纯，灰分0.5%，S、N含量只有 0.1%。选用天然石墨和碳质增碳剂时，应特别关注其灰分，S和N量，并防止受潮。增碳剂的吸收率，炉底加入（装料）时为6570%，镜面加入时为 7580%。在一定程度上，回收率随处理温度的提高而增加，但高于平衡温度后，因部分碳消耗于反应（SiO2）+2C=Si+2CO，反而降低回收率。 碳的熔点为3727，碳原子是通过溶解和扩散方式进入铁液的，因此增碳剂的粒度和熔池的搅拌对于增碳过程十分重要。 三炉前处理 1. 脱硫 铁液脱硫可减少球化剂用量和铸件中硫化物夹渣的数量。发达国家球铁生产几乎全部采用脱硫工艺，要求脱硫后S0.01%，我国条件下，目标位为S0.02%，锡柴和常柴可达到S0.015%。 包底Na2CO3冲入法处理，方法简便但脱硫率低，效果不稳定，处理时烟尘污染环境，对咽喉有刺激性。在规模生产的球铁车间，宜将脱硫剂置于液面，采用机械搅拌法、摇包法或气动搅拌法进行脱硫。其中气动法较为简单，动力消耗少，最为流行。气动脱硫装置可设于前炉上游，进行连续脱硫，亦可在炉前单包间断脱硫。气动源多为N2。 脱硫剂分CaC2系和CaO两大类。CaC2脱硫效果好，可将硫由0.040.06%降至0.01%以下，浮渣呈颗粒状易于去除，只是它的价格贵、熔点高，又碍于运输和保管，故限于近点供应。CaO系使用较为普遍。无论是那一系脱硫剂，都应具有抗潮、防爆的特性。活性CaO经表面成膜处理，并加添加剂制成的复合脱硫剂，不受潮，去硫效率高，气动法脱硫，脱硫率在6090%。产量不大的工厂，单包冲入法脱硫应采用低熔点复合脱硫剂，脱硫率为 3050%，此时脱硫渣呈熔融状。 气动脱硫后，铁液进入感应炉提温。 2. 除渣 除渣过程可在包中或感应炉内进行。将除渣剂（聚渣剂）撒于液面即时形成一熔融层，起覆盖和聚渣作用。除渣剂受热膨化，在熔融层中产生许多小孔，起良好的保温作用。 除渣剂分低、中、高三档。由原矿经简单破碎、过筛的产品属于低档，各省均产。现已不被铸造厂看好。中档除渣剂对原矿有所选择，增加了水洗等工序，能满足铸件的基本要求，为多数工厂接受。进口的高档除渣剂，选优质矿源，加工工序有别于一般。该产品撒于液面即迅速散布，覆盖整个液面，除渣能力超卓，用量少，不粘炉衬与浇包，用棍即可将熔融渣层整体挑起，清渣方便彻底，近三年来已开始受国内业界的重视。 3. 球化 球化处理仍以包内冲入法为主。选用球化剂需视熔炉、出铁温度，脱硫与否和球铁类型等而定。一般而言，冲天炉铁液选用Mg79%，RE37%的球化剂，感应炉铁液选用低Mg（56%），低RE（1.52.5%）球化剂，亦有的厂仍用Mg8RE3球化剂。JB/T9228-1999标准，对 Mg 和RE的成分范围偏差规定为1%，有些厂标已缩小为0.5%，对Ca、Al等亦有明确规定。球化剂质量中，应重视MgO含量、成分的偏析程度以及粒度的集中度。凡是粒度不匀，粉末多，色泽发暗的球化剂不宜选用。 原则上，只要掌握好铁液的化学成分和孕育环节，采用上述球化剂即可生产铸态球铁。但亦有工厂采用铸态球铁用球化剂。一般，在铸态铁素体球化剂中含有Ba和Bi，在铸态珠光体球化剂中含有Ba和Sb，但对于QT700-2以上的重要曲轴类铸件，不推荐使用含Sb球化剂，此时应通过调整Cu、Mo等的含量来控制基体。必须指出，不管是否采用铸态球化剂，孕育永远是不可忽视的重要环节。 重稀土含镁球化剂用于厚壁球铁件，为了防止球化衰退和石墨畸变，还应当调低Si量，采取增加石墨球数，细化石墨球径的工艺手段。 盖包处理法大大减少了处理时的烟光污染，是一种节省球化剂、保证球化质量的简便工艺，值得推广。在钢液喂丝技术的启发下，喂丝球化经过试验已成功用于新兴铸管公司等企业。喂丝球化是由喂丝机将合金包芯线连续不断地向浇包底部送进，进行球化处理的一种工艺。该工艺可精确控制残余镁量，具有一高三少即球化质量高、渣量少、温降少、污染少的特点。包芯线外皮为0.3mm厚的冷轧钢皮，芯材一般为含Mg2530%，并有Ca、Ba、（RE）等的复合成分。喂丝法成本比冲入法低2040%，对大批量生产的铸管厂、汽车铸造厂等很有吸引力。目前，国内已有多家单位能成套供应喂丝机和包芯线，包芯线分球化、蠕化、孕育、脱硫、增碳和合金化等多个品种。 型内球化是在浇道内设一反应室，铁液边流过边发生球化反应。型内球化劳动条件好，氧化损失少，Mg吸收率高达80，克服了球化衰退与孕育衰退，提高了球铁性能。型内球化对铁液硫量要求严格，铸件的工艺出品率低。七十年代国内曾有应用，现已不见于生产。 4. 孕育 孕育是提升铸铁质量的重要环节。经过十多年的努力，我国孕育剂基本实现了系列化和商品化。 时下，国内孕育剂主要是硅系和碳硅系。 硅系孕育剂熔点低，适合于碳高碳低，硫高硫低的各种铁液，应用最广。特殊硅铁的孕育作用强，用量少，引起铁液化学成分的波动小，铸铁质量稳定。覆盖面大的首推FeSi-Ba-Ca，它明显增加共晶团数，抑制灰铁中的D、E型石墨而促进A型石墨的形成，提高球化级别，Ba，尤其是Ba、Ca共存时，抗衰退性好。FeSi-Sr是薄壁发动机零件适用的孕育剂，有很优秀的防白口能力，而不明显增加共晶团数，因此可根除因缩松而招致渗漏的弊病。球铁生产中，由于Ce的存在，Sr的孕育效果受到削弱。含Zr硅铁有类似于含Ba硅铁的作用，而表现得较弱。但Zr有除气功能和微合金化作用，对铸铁的力学性能起稳定作用。含Zr硅铁的熔点高，故常Zr-Mn共存，以降低其熔点。高Ca的孕育剂，如CaSi，兼有脱硫脱氧和防白口及增加石墨核的作用，在二十世纪五、六十年代多有使用，后来由于焦碳和铁液质量的改善，CaSi已很少单独使用，偶见于与FeSi或FeSiRE复合使用。碳硅孕育剂中的碳（石墨）使这种孕育剂有十分优秀的防止白口能力。对由高温铁液生产边角多、壁厚较