LX1004型拖拉機發動機箱體鑄件含硫量的控制研究

吳星　鄧益民

摘 要：鐵液中的含硫量過高會嚴重影響鑄鐵件的力學性能，以東方紅LX1004農用拖拉機發動機缸體鑄鐵件為研究對象，從焦炭的質量、石灰石用量、金屬爐料等影響鐵液含硫量的主要因素入手，進行了相關性試驗，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的含硫量控制措施。通過生產驗證，表明這些含硫量控制措施起到了明顯的效果，具有一定的應用價值。

關鍵詞：東方紅LX1004；發動機缸體；含硫量；影響因素；實驗

中圖分類號：TG251+.1 文獻標識碼：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，并引起鑄鐵過硬或出現裂紋，會影響鑄鐵件的力學性，因此在熔煉中采取經濟適用的辦法對鑄鐵液的含硫量進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在0.06%～0.15%之間。[2-3]但是，發動機缸體等復雜鑄鐵件在生產中其鐵液含硫量不易控制，這會對正常生產及產品質量造成十分不利的影響。[4-5]為此，本文以東方紅-LX1004型農用拖拉機發動機缸體為研究對象，從焦炭的質量、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，從而提高發動機缸體鑄件的生產質量。

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數的公式為[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，本次結合生產提供的部分數據，主要針對了不同焦炭的質量、石灰石用量、金屬爐料等因素對鐵液含量的變化情況進行實驗。

1.2 實驗條件

本次實驗是在外水冷直筒型、冷風、無前爐沖天爐的環境下進行，爐膛直徑600mm，開渣口操作，風口排數為3排，每排風口6個，風口比為3.6%，爐缸深度0.2m，爐缸厚度0.2m，送風管直徑0.2m，風量24m3/min，風壓12kpa。工藝參數如表1。

2 試驗結果及影響分析

2.1 焦炭質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種不同標號的土焦炭，其成分如表2。從表中可知，標號不同的土焦炭其成分波動范圍較大，主要是受到焦炭質量下滑的影響。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作用，當焦炭中含硫量升高時，鐵液中的含硫量也會升高。同理，當焦炭的用量增多時，爐內硫含量就會增高，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系，當石灰石用量多時，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據及結果，從表中可知，當二班的渣堿度升高0.23時，鐵液中的含硫量相應的下降了0.019%；當石灰石用量增加了8kg，石灰石占焦炭的比例升高了7.3%，鐵液中的含硫量相應的下降了0.019%；但當爐渣的堿度升高了0.23，鐵液中的含硫量則出現明顯降低。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，因此生產中若集中使用配料會導致含硫量急劇升高。此外，廢鋼質量好壞對鐵液中的含硫量也有較大影響。研究表明，當廢鋼材的塊度較大、厚度較厚、表面積較大，則其與爐中氣體接觸機率增大，表面被氧化的部分較多，導致鐵液中含硫量升高，反之，當廢鋼材的塊度較小、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為廢鋼質量好壞對鐵液平均含硫量的影響，從圖中可以看出，隨著質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 送風條件對鐵液含硫量的影響

沖天爐在最佳工作狀態時，要求焦炭質量和送風量配比合適，因此，生產過程中不能中斷送風。另外，由于是連續流水生產，造成中斷送風的原因很多，如設備故障、出渣口檢修等，尤其是當鐵液過剩時，造成送風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條件也具有很大的聯系。圖3為送風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40min時鐵液平均含硫量基本維持穩定，而停風40min內鐵液平均含硫量逐漸升高，分析原因是當停風時爐內氧氣含量低，SO2與Fe、FeO發生化學反正生產FeS，導致鐵液含硫量升高。

3 硫含量的控制措施及生產驗證

通過上述的實驗及影響分析，為了提高拖拉機發動機缸體鑄鐵件的生產質量，提出采取以下幾個措施對鐵液中的含硫量進行適當控制。

3.1 使用高質量的焦炭、改善廢鋼質量、優化送風條件

首先要使用高質量的焦炭，嚴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，生產中遵循工藝規范，組織均勻生產，減少設備故障，優化送風條件，保證不出現停風和關風，從而提高爐內溫度，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，在生產中可以適當增加石灰石用量。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境下易發生化學反應生成MnS。而且，由于MnS的比重較小，熔點較高（約為1 620℃），遠高于沖天爐中鐵液的溫度，因此，往往會以固體質點或顆粒狀雜質物存在與鐵液中。因此，在生產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，結果顯示焦耗下降30%，同時，鐵液含硫量降低約25%。

生產上于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12個月的廢品率情況進行比較，結果顯示，實施控制措施后拖拉機發動機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 結論

通過對東方紅LX1004農用拖拉機發動機缸體鑄鐵件含硫量問題的實驗與分析，提出了在生產中控制含硫量的一些措施，得出了以下結論。

（1）焦炭中含硫量越高、焦炭用量增多都會導致鐵液中的含硫量升高，而石灰石用量適當增多、送風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動機缸體產品廢品率比較情況，證實了通過合理的控制，可以明顯降低鑄鐵件中的含硫量，提高產品的質量。

參考文獻：

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