第一節(jié) 礦熱爐銅件產(chǎn)品基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程 

礦熱爐銅件主要包括銅瓦等，銅瓦是礦熱爐(鐵合金爐、電石爐、黃磷爐等)短網(wǎng)的終端部分，其作用不僅是向電極傳遞電流，而且還用于夾緊電極；在使用自焙電極操作時(shí)，銅瓦還用于調(diào)節(jié)燒結(jié)區(qū)的高度；為限制熱量往電極把持器上部擴(kuò)散，銅瓦也起著冷卻器的作用。因此，設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽銅瓦對(duì)提高礦熱爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很重要的意義。

鑄件生產(chǎn)工藝流程

第二節(jié) 礦熱爐銅件產(chǎn)品新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況

我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始使用銅瓦至今，制作銅瓦的材料主要有下表中所列幾種。從表中所得結(jié)論可以看出，使用無(wú)氧銅制作的銅瓦表面溫度昂低，應(yīng)力也較?。杭冦~T2制作的銅瓦表面最大應(yīng)力最小，表面溫度也較低：黃銅和青銅制作的銅瓦表面溫度較高，應(yīng)力也較大。這是因?yàn)辄S銅和青銅中含有其他金屬(Zn、Cr、Mn等)，這些金屬的存在提高了臺(tái)金的強(qiáng)度，改善了臺(tái)金的鑄造性能，但同時(shí)也降低了其熱導(dǎo)率，住相同條件下，傳熱情況不如T2和無(wú)氧銅，而使用無(wú)氧銅的成本較高，因此，在工程應(yīng)用當(dāng)中越來(lái)越多的使用T2來(lái)制作銅瓦。

不同材料的銅瓦表面最高溫度和最大應(yīng)力

我國(guó)近年開(kāi)發(fā)推廣了一些先進(jìn)熔煉設(shè)備，提高了金屬液溫度和綜合質(zhì)量，如外熱式熱風(fēng)沖天爐開(kāi)始應(yīng)用，但為數(shù)少，使用鑄造焦的僅占1%。一些鑄造非鐵合金廠仍使用燃油、焦炭坩堝爐等落后熔煉技術(shù)。沖天爐-電爐雙聯(lián)工藝僅在少數(shù)批量生產(chǎn)的流水線上得以應(yīng)用。少數(shù)大、中型電弧爐采用超高功率（600-700kVA/t）技術(shù)。

開(kāi)始引進(jìn)AOD、VOD等精煉設(shè)備和技術(shù)，提高了高級(jí)合金鑄鋼的內(nèi)在質(zhì)量。重要工程用的超低碳高強(qiáng)韌馬氏體不銹鋼，采用精煉技術(shù)提高鋼液純凈度，性能改善。0Cr16Ni5Mo、Cr13Ni5Mo鑄造馬氏體不銹鋼在保持原有韌性基礎(chǔ)上，屈強(qiáng)比由0.70-0.75提高到0.85-0.90，強(qiáng)度提高 30%-60%，硬度提高20%-50%。 

廣泛應(yīng)用國(guó)內(nèi)富有稀土資源，如稀土鎂處理的球墨鑄鐵在汽車、柴油機(jī)等產(chǎn)品上應(yīng)用；稀土中碳低合金鑄鋼、稀土耐熱鋼在機(jī)械和冶金設(shè)備中得到應(yīng)用；初步形成國(guó)產(chǎn)系列孕育劑、球化劑和蠕化劑，推動(dòng)了鑄鐵件質(zhì)量提高。

高強(qiáng)度、高彈性模量灰鑄鐵用于機(jī)床鑄件，高強(qiáng)度薄壁灰鑄鐵件鑄造技術(shù)的應(yīng)用，使最薄壁厚達(dá)4-6mm的缸體、缸蓋鑄件本體斷面硬度差小于HB30,組織均勻致密?；诣T鐵表面激光強(qiáng)化技術(shù)用于生產(chǎn)。人工智能技術(shù)在灰鑄鐵性能預(yù)測(cè)中應(yīng)用。蠕墨鑄鐵已在汽車排氣管和大馬力柴油機(jī)缸蓋上應(yīng)用，汽車排氣管使用壽命提高4~5倍。釩鈦耐磨鑄鐵在機(jī)床導(dǎo)軌、缸套和活塞環(huán)上應(yīng)用，壽命提高1-2倍。高、中、低鉻耐磨鑄鐵在磨球、襯板、雜質(zhì)泵、雙金屬?gòu)?fù)合軋輥上使用，壽命提高。應(yīng)用過(guò)濾技術(shù)于缸體、缸蓋等高強(qiáng)度薄壁鑄件流水線生產(chǎn)中，減少了夾渣、氣孔缺陷，改善了鑄件內(nèi)在質(zhì)量。

國(guó)產(chǎn)水平連鑄生產(chǎn)線投入市場(chǎng)，可生產(chǎn)Φ30-250mm圓形及相應(yīng)尺寸的方形、矩形或異形截面的灰鑄鐵及球墨鑄鐵型材。與砂型比，性能提高1-2個(gè)牌號(hào)，鐵液利用率提高到95%以上，節(jié)能30%，節(jié)材30-50%，毛坯加工合格率達(dá)95%以上。

鑄鐵管 行業(yè) 引進(jìn)23套Φ1000mm以下的中型球墨鑄鐵管離心鑄造成套設(shè)備，其中20套目前正在正常生產(chǎn)。此外，用我國(guó)自行研制的球墨鑄鐵管離心鑄造設(shè)備生產(chǎn)了Φ2600mm鑄管，其中正常批量生產(chǎn)的鑄管管徑達(dá)到2200mm，而且我國(guó)自行研制的鑄管離心鑄造設(shè)備管徑已可達(dá)到3000mm。

金屬基復(fù)合材料 研究 有進(jìn)步，短纖維、外加顆粒增強(qiáng)、原位顆粒增強(qiáng) 研究 都有成果，但較少實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

某些重點(diǎn) 行業(yè) 的骨干鑄造廠采用了直讀光譜儀和熱 分析 儀，爐前有效控制了金屬液成分，采用超聲波等檢測(cè)方法控制鑄件質(zhì)量。

環(huán)保執(zhí)法力度日漸加強(qiáng)，迫使鑄造業(yè)開(kāi)始重視環(huán)保技術(shù)。沈陽(yáng)鑄造 研究 所等開(kāi)發(fā)了大排距雙層送風(fēng)沖天爐和沖天爐除濕送風(fēng)技術(shù)；我國(guó)初建鑄造焦生產(chǎn)基地，形成批量規(guī)模。鑄造塵毒治理、污水凈化、廢渣利用等取得系列成果，并開(kāi)發(fā)出多種鑄造環(huán)保設(shè)備（如震動(dòng)落砂機(jī)除塵罩、移動(dòng)式吸塵器、煙塵凈化裝置、污水凈化循環(huán)回用系統(tǒng)，鑄造舊砂干濕法再生技術(shù)及設(shè)備、鑄造廢砂爐渣廢塑料制作復(fù)合材料技術(shù)和設(shè)備等）。

商品化CAE軟件已上市。一些大中型鑄造企業(yè)開(kāi)始在熔煉方面用計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制金屬液成分、溫度及生產(chǎn)率等。成都科技大學(xué)研制成砂處理在線控制系統(tǒng)，清華大學(xué)等開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助砂型控制系統(tǒng)軟件，華中科技大學(xué)成功開(kāi)發(fā)商品化鑄造CAE軟件。

鑄造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展快速，部分鑄造企業(yè)網(wǎng)上電子商務(wù)活動(dòng)活躍，如一些鑄造模具廠實(shí)現(xiàn)了異地設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程制造。

鑄造專家系統(tǒng) 研究 雖然起步晚，但進(jìn)步快。先后推出了型砂質(zhì)量管理專家系統(tǒng)、鑄造缺陷 分析 專家系統(tǒng)、自硬砂質(zhì)量 分析 專家系統(tǒng)、壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及缺陷診斷專家系統(tǒng)等。機(jī)械手、機(jī)器人在落砂、鑄件清理、壓鑄及熔模鑄造生產(chǎn)中開(kāi)始應(yīng)用。

第三節(jié) 礦熱爐銅件產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)、難點(diǎn) 分析

鑄造技術(shù)的發(fā)展必然要為社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大局所左右，“綠色鑄造”的概念體現(xiàn)了高速發(fā)展著的文明進(jìn)程的人性化特征和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的總體要求。隨著公眾環(huán)境意識(shí)的不斷提高及國(guó)家環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)的進(jìn)一步完善，“綠色鑄造”的呼聲正在迅速成為鑄造技術(shù)發(fā)展的指揮棒，特別是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的有關(guān)環(huán)境管理體系的IS014000系列標(biāo)準(zhǔn)，也在推動(dòng)著“綠色鑄造”的強(qiáng)勢(shì)發(fā)展，目標(biāo)都是使鑄件從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)“產(chǎn)品生命”周期中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，資源效率最高。從而使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益達(dá)到最優(yōu)化。“綠色鑄造”是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的一個(gè)體現(xiàn)，是一種可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)組織、管理和運(yùn)行的新模式。和傳統(tǒng)鑄造生產(chǎn)模式相比，“綠色鑄造”模式對(duì)企業(yè)信息化運(yùn)作水平提出了相當(dāng)高的要求，“綠色鑄造”模式下鑄件生產(chǎn)面臨的關(guān)鍵是即時(shí)采用先進(jìn)適用的鑄造新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)鑄件“綠色生命周期”的全過(guò)程。

第四節(jié) 礦熱爐銅件產(chǎn)品未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

埋弧爐亦稱礦熱爐，它屬于結(jié)構(gòu)繁雜、品種繁多的一類冶金設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上鐵合金品種已達(dá)200余種。隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，世界各國(guó)的鐵合金產(chǎn)量總合估計(jì)可達(dá)4 000萬(wàn)t，中國(guó)鐵合金年產(chǎn)量估計(jì)在300萬(wàn)t以上。目前國(guó)內(nèi)外新建的埋弧爐均向高效率、大型化發(fā)展，大型化電爐具有熱效率高、單位產(chǎn)品投資低、產(chǎn)品質(zhì)量高、勞動(dòng)力省、合金元素?fù)]發(fā)損失少、操作穩(wěn)定、電耗低、運(yùn)行成本低，以及有利于煙塵凈化和余熱利用。我國(guó)生產(chǎn)的埋弧爐單臺(tái)容量已達(dá)25 MVA以上，而世界上單臺(tái)最大容量已達(dá)100 MVA。

1、德國(guó)曼內(nèi)斯曼-德馬格公司生產(chǎn)的埋弧爐最新技術(shù)

曼內(nèi)斯曼-德馬格公司生產(chǎn)的埋弧爐包括：鐵合金爐、生鐵爐、有色金屬爐、碳化鈣爐(電石爐)、煉渣爐，以及為特殊工藝服務(wù)的爐子。近年來(lái)，開(kāi)發(fā)了：

(1)三電極和六電極埋弧爐；(2)圓形和矩形爐體；(3)旋轉(zhuǎn)爐體和傾動(dòng)爐體；(4)敞開(kāi)式和封閉式；(5)冷裝料和熱裝料；(6)空心電極加料操作；(7)高渣操作工藝；(8)帶有能源回收系統(tǒng)。

曼內(nèi)斯曼-德馬格公司在最近20年內(nèi)，共生產(chǎn)出300多臺(tái)埋弧爐，已經(jīng)供給30多個(gè)國(guó)家，其中包括世界上最大的埋弧爐。

2、俄國(guó)礦熱爐的最新進(jìn)展

1）礦熱爐向大型化發(fā)展

俄國(guó)已運(yùn)行的黃磷爐由48MVA發(fā)展到80MVA；并研制成功世界上最大的(63MVA)密閉式矩形高錳合金爐；并試制成功變壓器容量超過(guò)100MVA的巨型礦熱爐，以及開(kāi)發(fā)出熔煉硅錳合金的2MVA等離子豎式爐。在大型爐子的設(shè)計(jì)中，全部利用計(jì)算機(jī)的最佳數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算確定大型礦熱爐的最佳參數(shù)和最佳工作狀態(tài)。

2）先進(jìn)的電極升降自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

工作原理：礦熱爐的電極自動(dòng)調(diào)節(jié)遵守下述最佳工藝條件：

式中：G=I/U是熔體(爐料)電導(dǎo)率；，I是電極電流；U是電極到爐底之間的電壓降；△μ是電極位移增量；等是電導(dǎo)率對(duì)于電極位移之間的梯度。

在規(guī)定任務(wù)條件下，最佳系統(tǒng)是保證熔煉的最佳電力規(guī)范，即在規(guī)定的金屬消耗和低電能消耗的條件下，要保證爐子的電導(dǎo)率恒定(設(shè)定值)，穩(wěn)定電功率，控制熔池面高度，自動(dòng)升降電極。



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