如何配料及原材料的化學成分含量要求

配料前在選擇原材料時，即要照顧到鑄件的質(zhì)量要求，還要注意到各材料的價格，以及庫存量，盡可能多的利用本廠的回爐料、廢鋼、廢雜鐵，以降低庫存積壓和降低鑄件的生產(chǎn)成本。

配料方法及工式，除碳的配料計算方法是兩個以上外，其它元素的配比計算方法，均是累積法。

1、碳的計算工式一、

C=1.8%+CL 2   

式中C——鐵水的含碳量（%）

CL ——爐料中的平均含碳量（%）

1.8%——在用沖天爐冶煉時，爐料經(jīng)預熱、熔化、過熱、還原過程中，脫碳量和增碳量的（估算）中間值。

該式只適應用于沖天爐碳量的計算，不適用于電爐配料的計算，且為了計算結果符合本單位設備的冶煉情況，1.8%系數(shù)須根據(jù)多次熔煉經(jīng)驗的修正選取。

例如：HT250牌號灰鑄鐵的含碳量為3.1—3.4%，所用新生鐵的含碳量3.8%，回爐料的含碳量3.2%，廢鋼的含碳量0.4%。

估算配比，新生鐵加入量40%，回爐料加入量35%，廢鋼加入量25%。

C=1.8%+3.8×0.4+3.2×0.35+0.4×0.25                   2   ×100%

 =3.17%

2、累積計算法

就是將按比例投入的各種爐料，各自代入成分的量，相加在一起，把冶煉過程中的增減率計算在其中，再調(diào)整到目標成分的范圍，該計算方法適應于沖天爐的配料，也適應于電爐的配料。

使用原材料的化學成分含量如表二所示：

表二

用上述原材料并配用硅鐵75＃、錳鐵65＃，用沖天爐生產(chǎn)HT200牌號的灰鑄鐵，其化學成分要求如表三所示。

表三：

根據(jù)實踐經(jīng)驗應考慮到，增碳率為10%，爐料中硅的燒損為15%，硅鐵中硅的燒損為20%。爐料中錳的燒損為20%，錳鐵中錳的燒損為25%。

經(jīng)調(diào)整后材料配比如表四所示：

表四

累積代入的成分：

碳C=（3.5%×0.45+3.2%×0.4+0.4%×0.15）×1.1（增碳率）≈3.2%

硅Si=1.8%×0.45%+1.9%×0.4+-0.27%×0.15）×（1-0.15）（燒損率） ≈1.37%

錳Mn=（0.7% ×0.45+0.8%×0.4+0.5%×0.15）（燒損率）

     ≈0.568%

當然每次配料，不可能一次配料計算成功，需多次調(diào)整配料比，方能達到理想，對于初掌握者來說，尤其是這樣。

3、碳的計算方法三，列方程式

該配料方法的優(yōu)點是，在掌握了沖天爐增碳率之后，可一次配料成功，不需要試調(diào)配幾次。

原材料的化學成分含量如表二所示；

鑄件材質(zhì)HT200，各化學成分要求范圍如表三所示；

沖天爐增碳率為10%。

先確定回爐料的加入量為40%，回爐料代入碳：

3.2%×0.4=1.28%

總入爐料應代入碳（即未增碳10%以前的量）：

3.2%（要求碳量中線）                         1+10%（增碳量） ≈2.91%

生鐵和廢鋼共需代入碳：2.91%-1.28%=1.63%

列方程式：

設生鐵加入量為 x

3.5%（生鐵含碳量）×x+0.4%（廢鋼含碳量）×[(1-40%)-x]=1.63%      x=45%

廢鋼加入量：（１－40％）－45％＝１５％

以上配料，碳達到了預期目的，但硅、錳仍達不到要求，需要補加硅鐵和錳鐵，補加硅鐵、錳鐵及其它任何鐵合金，均可用下式求得。

補加量（％）＝要求%             合金含量%×收得率%×100%

目標中線硅含量是1.95％，爐料中代入硅是1.37％，還差0.58％的硅量，需要添加硅鐵來補充其差，硅鐵的需補加量即可用上式算出。

硅鐵７５＃補加量（％）＝  0.58% 75%×0.8×100%

                      ≈1%

目標中線錳含量應是0.8％，爐料代入的錳是0.56８％，還差0.232的錳量，需添加錳鐵來補充。

錳鐵６５＃補加量（％）＝0.232% 65%×0.75×100%

                   ≈0.5%

在生產(chǎn)普通鑄鐵或者普通鋼時，掌握了以上方法基本可以指導生產(chǎn)了，但是，在生產(chǎn)合金鋼，特別是高合金鋼時，還要考慮到，為保證材質(zhì)有足夠的合金成分含量，在添加鐵合金時，隨之而代入的其它成分，另外還要考慮到如何降低生產(chǎn)成本。

例如用電爐生產(chǎn)合肥水泥研究設計院研究的“中碳多元合金鋼”時。

中碳多元合金鋼的主要化學成分含量如表一所示，常用的鉻鐵化學成分如下表所示：

在配料過程中，鉻含量取中線5%，就需要加入上表兩類鉻鐵共計8%（因為低碳鉻鐵和高碳鉻鐵的含鉻量接近，所以先混在一起計算其加入量），才能接近中線要求。由于鉻鐵中含有一定量的碳和硅，加入8%鉻鐵的同時，勢必引起碳和硅的增加。另外，在保證鉻含量5%時，如果全部用高碳鉻鐵，碳量必超。如果全部用低碳鉻鐵，再用增碳劑調(diào)碳，又會因為低碳鉻鐵的價格比高碳鉻鐵的價格高的太多，而使生產(chǎn)成本上升。在保證化學成分合格又要降低生產(chǎn)成本的情況下，采用低碳鉻鐵和高碳鉻鐵的搭配使用。在實際生產(chǎn)中，當爐前化驗結果出來后（碳、硅），要想很快的正確的搭配投料比，確有一定困難，而且往往容易忙中出錯，所以要不斷總結經(jīng)驗，作到熟中生巧。為了便于配料，我們列制一個如表五的常規(guī)配料表，操作起來就方便、快捷、準確了。

表五：

使用上表有兩個問題需要說明：（1）有兩欄格內(nèi)的高低碳鉻鐵為什么是兩種配比呢？盡管都是“中碳多元合金鋼”，由于所要澆注的鑄件不同，根據(jù)其服役狀況的不同，有意識的取碳的上線或下線。本文后有所述。（2）爐工在操作中只要注意投料質(zhì)量，硅含量就不會超限。爐前化驗硅含量，加上鉻鐵代入硅量的和，與目標硅量的差，再加硅鐵補充。

在了解上述配料基本知識和注意事項之后，雖然可以指導生產(chǎn)了。但是，想要使自己的產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，使鑄件化學成分穩(wěn)定在最佳含量范圍內(nèi)，從而達到鑄件最佳物理性能的匹配，作到物盡其用，還是不足到，還要進一步了解，并懂理以下因素：

（1）即便是同一材質(zhì)要求的鑄件，由于鑄件自身幾何形狀不同，以及鑄件服役工況條件的差異，而有意把其中某個成分控制在上線，或某個成分應控制在下線。

例如球磨機的一倉襯板與二倉襯板或隔倉板。一倉襯板在服役工作時所承受的沖擊力較大，而二倉襯板所承受的沖擊力相對較小。大直徑球磨機襯板所承受的沖擊力就大，而小直徑球磨機襯板所承受的沖擊力就小。即便要求都是“中碳多元合金鋼”材質(zhì)，但是在配料作業(yè)中，前者的碳量有意識的取下線，提高其沖擊韌性，防止工件斷裂而失效。后者的碳量則應取上線，而提高其硬度，增強抗磨損能力。隔倉板由于其幾何形狀復雜，厚薄懸殊大，孔多體長，自身產(chǎn)生應力較大，雖然承受的沖擊荷較小，其含碳量也應有意識的取下線。

（2）根據(jù)鑄件的服役狀況，什么樣的鑄件應取什么樣的金相，哪個成分的高低，對材質(zhì)金相有什么樣的影響？能引起材質(zhì)綜合物理性產(chǎn)生什么樣的變化？都應作到心中有數(shù)。

例如油田鉆井用的泥槳泵高鉻雙金屬缸套的內(nèi)套和采石廠用的破碎機錘頭，它們的材質(zhì)都是高鉻鑄鐵，其主要成分見表一，由于它們的工況條件各不相同，在控制其化學成分的上下線時就存在有一定的差異。如碳和錳，在高鉻鑄鐵中，碳含量高金相組織中的碳化物量多，材質(zhì)相對硬度高耐磨性好而韌性降低。錳在高鉻鑄鐵中起到穩(wěn)定奧氏體的作用，我們知道，奧氏體是個軟相，硬度低而韌性好，只有在強沖擊磨損條件下才發(fā)生相變，才能使硬度提高耐磨損性能良好。 泥槳泵缸套的內(nèi)套，主要承受的是滑動磨損，幾乎不存在沖擊磨損，對材質(zhì)的硬度要求高而對韌性要求相對較低些，所以其含碳量應控制在中上線，而錳含量應控制在中下線。破碎機錘頭的情況就不同了，工作中承受著強沖擊磨損，對材質(zhì)的沖擊韌性及硬度要求都高，而耐磨性和沖擊韌性又是一對矛盾，有時還不得不顧此失彼，為了實現(xiàn)材質(zhì)沖擊韌性和硬度的最佳配合，需要弄清諸多因素存在間的相互關系，此處不再贅談。就僅對高鉻錘頭材質(zhì)中碳和錳量來說，碳含量應適當取中下線，而錳含量應取其中上線。   

南京麒麟科學儀器集團有限公司

檢測中心

2020.07.13