铁屑的熔化特性1.1 铁屑的微观形态观察铸件的机加工过程，可以看出，铁屑是在剪力与压力下，从铸件本体上剥离、压碎、成卷、断裂而形成的。

在10倍放大镜下，铁屑好象一把铁刷子，而每“一根”铁刷“毛”上，又像鸡毛开花一样，伴生附着许多小片。

这些小片小毛，近根部的细而密，在端部的粗而疏，还有的像石墨片一样，游离在刷毛之间。

1.2 铁屑的表面积在10倍放大镜下，游离的碎片目测体积大约有3.5mm×3.5mm×0.5mm大小，缩小10倍，当是0.35mm×0.5mm×0.05mm。

以此为根据计算：(1) 每片表面积S=2×0.352+4×0.35×0.05=0.315(mm2)(2) 每片体积y=0.352×0.05=6.125×10-3(mm3)(3) 每片重量W=rV=7.1×6.125×10-3=0.04348(mg) 1kg铁有W的n数量：lkg=106mg n=106／W=106／0．04348=23×100个(4) 1kg铁屑的表面积：∑nS=nS=23×106×0.315=7.245×106=7.245(mm2) (5)面包铁到铁屑表面积放大倍数：面包铁y：200×100×50=l(em3)S=200×100×2+600×50=7×104(mm2)W=rV=7.1kg 7.1kg铁屑的表面积=7.1nS=51．4×106(mm2) 15．14×106 倍数K= = 735 7×104 1.3 铁屑的密度铁锭密度7．1g／cm3 铁屑的堆密度3．02g／cm3 每1m3铁屑，空气空间占(7．1-3．02)／7．1=57％。

这57％的空间，一部分是铁屑块之间的插空，从实践中我们了解，铁屑块的插空是很小的。

这些空间，实际上，大部分是放大镜观察的刷毛之间的空间，尤其是片状之间的空间。

大致可以认为，铁屑的微观空间是：每片铁屑0．35mm×0．35mm×0．05mm；两片这样的铁屑之间，其空间也是0.35mm×0.35mm×0.05mm(≤57％)。

2冲天炉中回用铁屑2.1配料单与化验单(见表1，2，3) 表1 HT200配料单编号铸铁名生铁回炉料铁屑块废铁70Si—Fe60Mn-Fe 1 无铁屑185 80 O 35 3.5 2.7 2 有铁屑185 50 35 35 4 3 表2炉子的烧损经验数与配料单计算结果元素Si Mn C 炉子烧损(％) -20 -25 +12 配料成分(％) 2.06 0.95 3.0 表3化验结果：两种编号铸铁的化学成分(％) 编号铸铁名C Si Mn S P 1 无铁屑3.62 1.67 0.71 0.08 0.09 2 有铁屑3.39 1.61 0.6 0.087 0.01 2．2铁液的氧化2．2．1加铁屑铁液氧化的宏观表现铁液发白耀眼，流动性不好，也容易粘包；渣多而又不集中漂浮；浇注后直浇道铁液不稳定，有时反而上涨；炉渣由浅变深，有时甚至发黑；开渣操作时，火星多。

2．2．2在冲天炉不同高度的氧化机理(1)预热带：只要有一定CO：浓度即发生氧化。

这种氧化正常也有发生，但由于铁屑表面积大，氧化的速度要比正常时大数百倍：Fe+CO2=FeO+CO -Q (2)到了氧化带，C02浓度提高，并有了自由02,氧化反应趋于剧烈：2Fe+02=2FeO +Q (3)到了熔化带，自由O2多，风压高，温度高，灼热的铁屑表面，短时间内五大元素同时与O2接触，引起剧烈的燃烧。

举上海某厂为例，铁屑专用炉上的元素烧损统计见表4。

表4上海某厂铁屑专用炉上的元素烧损统计元素Si Mn Fe 带锈铁屑饼(％) -37.3 -44.3 -6.3 新铁屑饼(％)-30.9 -43.2 -5．I2．2．3温度、自由能与氧化物稳定性的关系根据冶金反应原理，利用氧化反应自由能变化与温度的关系曲线(如图2)。

可以查到，在铁液温度区段(1250℃-1550℃)，氧化物稳定性的排列次序是：圈2氧化反应自由能变化与温度的关系S02<P205<FEO<C02<MNO1360℃时，铁液中的C要还原MnO等氧化物，形成较稳定的CO。

当温度降低后，有的CO能被还原成C，有的则因铸件冷却，来不及析出，以CO气泡残留在铸件中。

②铁液的含氧量还与炉渣中FeO含量有直接关系。

有资料介绍，当炉渣中FeO>8％时，铁液含氧量明显增加，这也是造成铸件气孔的途径，尤其是锈蚀的铁屑，含气量更大。

有资料介绍，仅含2.5％FeO 的铁屑比新铁屑，其铁液含气量高3倍。

夹渣形成的机理也可以借用图2氧化物的稳定顺序表来分析。

据资料介绍，在1cm3铁液中，稳定的氧化物(主要是Si02)其数量达500万个，其中70％尺寸在0.2一1μm之间，实践中，铸件上平面加工后出现云状亮斑，用手提式硬度计测量，压痕直径φ2.2mm，估计HB400以上(超出换算表范围)。

为消除铁液夹渣含气，可在炉前加入0．1％-0.3％的稀土合金。

2．3．3 白口倾向发现箱体件白口倾向为6％左右，有不同程度的表皮发硬，有3％因打刀、断钻、断丝锥而报废。

规律性的部位都在下箱与侧箱加工面，尤其在铁液流的前锋。

本体硬度，正常区HBl70-190，硬区HB220-240。

本体金相见图3所示，硬区是渗碳体、莱氏体及异形石墨。

(a)不加铁屑正常组织(b)加铁屑的白口飞边图3铸铁的显微组织2．4解决措施2．4．1缩小铁屑表面积为了缩小铁屑表面积，加入冲天炉中的铁屑要成块，成块的方法有如下两种：(1)烧结成块生产时，先在炉底铺垫少量钢屑，以免漏底；再在上面加满铁屑，在铁屑上面加引火柴，如刨花锯末等，在抽气下点燃，以后就靠铁屑自身氧化燃烧并熔化，形成烧结铁。

到第二炉时，可将发红的烧结铁代替引火柴放在上面，利用余热点燃第二炉。

如此反复。

利用该法，可组成转盘式八工位组合机。

烧结铁由于在充足的氧化气氛中燃烧熔化，终含C量只有0．9％，类似高碳钢；因为没有合适的造渣，铁中夹有大量夹渣物与气体。

(2)铁屑块铁屑块是将铁末用压力机压制成型的。

铁屑块的密度，与其受外力有关，也就是与成型设备有关(见表5)。

表5各种成型方法制成的铁屑块密度成型设备夹板锤摩擦压力机专用油压机I面包铁密度／g•cm-3 4.9～5.1 5.4～5.65.8～6.1 I7.0～7.2 对铁屑块强度的简单检验办法是：平面朝下，从lm高自由落到水泥地上。

密度<5g／cm3的会碎；密度5-5．5g／cm3的会裂；密度5．5-6．0g／cm3不变。

为了在冲天炉中不被砸碎，加料方法是：中心漏底加料时，将其加在原料铁上，铁屑块坐在铁块上下落，第二斗加焦炭石子覆盖，第三斗铁料又落到焦炭上，这样可避免自碎和被砸碎。

2．4．2加电石泥缩小其表面积，延缓氧化时间用电石泥(CaO与Ca(OH)2))拌铁屑打块，待自干自硬后再入炉，有以下好处：(1)作为一种粘结剂，增加了铁屑块的强度：加电石泥的块，密度4．8g／cm3(不加的密度5．0g／cm3)，都从1m处落下，前者无裂纹，后者有裂纹或碎开。

(2)CaO填死铁屑的自由表面：电石泥很细很薄，它能钻人两铁屑之间的缝隙，被铁屑表面所吸附。

CaO 的熔点2572℃，它很好的保护了铁屑在最活跃的气相区的氧化，一直保护到熔化带。

加电石泥的铁屑块，其炉渣明显由黑变回到灰绿色，炉前三角试样白口也正常。

(3)破坏了最主要的氧化物SiO2的稳定性：结合生成CaSi04降低了熔点，提高了流动性，并聚集上浮。

(4)另外，CaO还有形成CaS脱S以及消除焦炭表面酸性氧化物(如Si02)的能力。

2．4．3提高炉温还是从图2分析，提高铁液温度，CO 的稳定性高于SiO2、MnO等，也就是C还原了上述氧化物中的0，使其免受氧化。

过热的铁液温度动力粘度降低，渣气容易上浮，从而避免了夹渣带气，净化了铁液。

2．4．4炉前控制：正常HT200的三角试样白口宽度1-2mm，加铁屑的2．5-3mm。

生产发现由于铁液的氧化，白口与麻口之间的分隔线不直，白口宽度难定量。

在600kg铁液中加入1．Okg70SiFe再孕育，能使白口减到2mm，且有直的清晰的分界线，改善了加工性能。

3还原炉(铁屑专用炉)法切屑量大，或者为了降低成本，最好用钢、铁屑专用还原炉。

3．1还原炉的基本结构(1)炉体：本炉是直筒型，内径φ760mm，总高不到3．5m，料从侧口加入；主炉体用酸性耐火砖砌筑，炉门设在贮铁液池的正上方，此处也是单个水冷风嘴的入口；侧面设有人孔，用于架柴点火。

(2)炉缸：炉缸用中性材料打结，配料：焦炭粉80％，煤焦油13％，沥青7％。

先用大铁锅将煤焦油与沥青熬开，再加人焦炭粉炒拌均布。

在较干的状态下打结。

炉缸在小车上打结烘干后推入炉底，用千斤顶顶起，与主炉体之间的结合面，也用同一材料，在顶起压力下密封。

(3)热风管屋：炉体上口进入风管屋，该屋3．2m×l．6m×2．0m，用耐火砖砌成，屋顶起拱，加料口直接通到屋中。

风管用φ160×5不锈钢管。

直管段1m，共计28段，用180℃弯管串联连接，总长45．6m。

管子之间相隔400mm，任何一处漏风都可钻进人去焊补。

废气从屋山底部排人烟囱，烟囱由1l节大油桶串焊组成。

烟囱使风管屋形成一定的负压，烟火就不容易从加料口窜出。

用40m3 /min的鼓风机供风，冷风经加热后，由水冷热风嘴送人炉内。

废气带着灰渣，从炉口进入小屋，由于断面突然扩大，灰渣沉降屋底，屋底设有4扇放灰活门。

(4)冷却水：冷却水主管φ1．5〃，开些小孔，水从高位水箱通过主管，直喷炉皮顺淌，到一层平台水槽中，再溢流到冷却池；另一股水从水箱直通风嘴，再回到水池。

冷却水池的水，同时用于冲渣，使渣发泡。

发泡渣形同海绵，可用做保温材料。

3．2还原炉的特点(1)炉缸大而深，利于增碳炉缸直径φ920mm，底焦高度1000mm，无前炉。

铁液与焦炭有长时间接触，有利于增碳，以补偿由于切屑表面积大、氧化烧损严重而引起的脱C及由此而带来的白口倾向。

(2)热风、高温及还原性气氛，以抵制氧化炉身较短，没有很高的预热带，废气温度高，用以加热风管；加上焦铁比高，一般l：(3～3．5)(次焦)，可得到560℃的热风。

按图2自由能与温度关系曲线，温度高氧化物的稳定性差，氧化反应不利。

当炉温高于临界温度1485℃时，炉中还能增硅(Si02被C还原)。

利用图6曲线(原资料碳到16为止)，顺曲线向左延伸可以估计，在焦铁比1：5(20％)时，燃烧比ην大约只有10％，按公式：图6炭耗量与燃烧比的关系K=CO／C02=1／ην-1 可以估出，当ην=0．1时，K=9，此时CO占90％，显然炉气是强还原性的。