LX1004型拖拉机发动机箱体铸件含硫量的控制研究

吴星　邓益民

摘 要：铁液中的含硫量过高会严重影响铸铁件的力学性能，以东方红LX1004农用拖拉机发动机缸体铸铁件为研究对象，从焦炭的质量、石灰石用量、金属炉料等影响铁液含硫量的主要因素入手，进行了相关性试验，分析了各个因素对铸铁件含硫量的影响，最终提出了一系列相应的含硫量控制措施。通过生产验证，表明这些含硫量控制措施起到了明显的效果，具有一定的应用价值。

关键词：东方红LX1004；发动机缸体；含硫量；影响因素；实验

中图分类号：TG251+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2017）02-0041-04

在铸铁成型过程中，硫元素往往是以FeS或其它硫化夹杂物的形式置留于铁液中，而且由于FeS的熔点较低，质软且脆，在铸造中若残硫量过高将会恶化铸造性能[1]，降低铸铁件的强度及石墨形态，并引起铸铁过硬或出现裂纹，会影响铸铁件的力学性，因此在熔炼中采取经济适用的办法对铸铁液的含硫量进行控制将会具有非常重要的意义。研究表明，金属炉料和燃料是灰铸铁中硫的主要来源，且在正常情况下冲天炉熔化的铁液中硫的含量应在0.06%～0.15%之间。[2-3]但是，发动机缸体等复杂铸铁件在生产中其铁液含硫量不易控制，这会对正常生产及产品质量造成十分不利的影响。[4-5]为此，本文以东方红-LX1004型农用拖拉机发动机缸体为研究对象，从焦炭的质量、石灰石用量、金属炉料等影响铁液含硫量的主要因素入手，通过实验与研究，分析铸件中含硫量的变化情况，并提出一些控制措施，从而提高发动机缸体铸件的生产质量。

1 含硫量计算方法与实验条件

1.1 计算方法

一般用于近似计算冲天炉铁液中的含硫量百分数的公式为[6]：

[S=0.75S金属炉料+0.3B焦炭消耗S焦炭含硫]。 （1）

由（1）式可知，金属炉料中的平均硫含量、熔剂中的硫含量、焦炭吸收的硫含量会直接影响冲天炉铁液中含硫量，因此，本次結合生产提供的部分数据，主要针对了不同焦炭的质量、石灰石用量、金属炉料等因素对铁液含量的变化情况进行实验。

1.2 实验条件

本次实验是在外水冷直筒型、冷风、无前炉冲天炉的环境下进行，炉膛直径600mm，开渣口操作，风口排数为3排，每排风口6个，风口比为3.6%，炉缸深度0.2m，炉缸厚度0.2m，送风管直径0.2m，风量24m3/min，风压12kpa。工艺参数如表1。

2 试验结果及影响分析

2.1 焦炭质量及用量对铁液含硫量的影响

试验中冲天炉熔炼使用了3种不同标号的土焦炭，其成分如表2。从表中可知，标号不同的土焦炭其成分波动范围较大，主要是受到焦炭质量下滑的影响。但是，由于铁液中含硫量与焦炭中的含硫量具有密切关系，因此，我们比较了2014年与2015年不同焦炭的平均含硫量与铁液平均含硫量的变化，可以看出当焦炭的平均含硫量上升0.1%时，铁液平均含硫量上升约30%，说明焦炭含硫量是对铁液中的含硫量起主要贡献作用，当焦炭中含硫量升高时，铁液中的含硫量也会升高。同理，当焦炭的用量增多时，炉内硫含量就会增高，因此，铁液中的含硫量也会升高。

2.2 石灰石用量对铁液含硫量的影响

研究表明，炉渣碱度的高低与石灰石用量具有密切联系，当石灰石用量多时，炉渣的碱度较高，从而有利于脱硫，降低铁液中的含硫量。表3为石灰石用量的试验数据及结果，从表中可知，当二班的渣碱度升高0.23时，铁液中的含硫量相应的下降了0.019%；当石灰石用量增加了8kg，石灰石占焦炭的比例升高了7.3%，铁液中的含硫量相应的下降了0.019%；但当炉渣的碱度升高了0.23，铁液中的含硫量则出现明显降低。而且，从炉渣碱度对铁液含硫量的影响可以看出（图1），炉渣的碱度越高，铁液中硫的分配比越高，即其脱硫效果越好。

2.3 金属炉料对铁液含硫量的影响

由（1）可知金属炉料带入的硫是铁液含硫量的主要来源之一，因此生产中若集中使用配料会导致含硫量急剧升高。此外，废钢质量好坏对铁液中的含硫量也有较大影响。研究表明，当废钢材的块度较大、厚度较厚、表面积较大，则其与炉中气体接触机率增大，表面被氧化的部分较多，导致铁液中含硫量升高，反之，当废钢材的块度较小、厚度较薄、且表面积较小时，其表面被被氧化的部分较少，则铁液中的含硫量就会降低。图2为废钢质量好坏对铁液平均含硫量的影响，从图中可以看出，随着质量较差的废钢用料量增多，铁液平均含硫量急剧升高；随着质量较好的废钢用料量增多，铁液平均含硫量会相对降低。

2.4 送风条件对铁液含硫量的影响

冲天炉在最佳工作状态时，要求焦炭质量和送风量配比合适，因此，生产过程中不能中断送风。另外，由于是连续流水生产，造成中断送风的原因很多，如设备故障、出渣口检修等，尤其是当铁液过剩时，造成送风中断或暂停的几率比较大，因此，冲天炉中含硫量的增减与送风条件也具有很大的联系。图3为送风条件与冲天炉中含硫量变化情况，从图中可以看出，在正常送风40min时铁液平均含硫量基本维持稳定，而停风40min内铁液平均含硫量逐渐升高，分析原因是当停风时炉内氧气含量低，SO2与Fe、FeO发生化学反正生产FeS，导致铁液含硫量升高。

3 硫含量的控制措施及生产验证

通过上述的实验及影响分析，为了提高拖拉机发动机缸体铸铁件的生产质量，提出采取以下几个措施对铁液中的含硫量进行适当控制。

3.1 使用高质量的焦炭、改善废钢质量、优化送风条件

首先要使用高质量的焦炭，严格控制灰分比于焦炭含量的比例。采用废钢材块度较小、厚度较厚、表面氧化部分较少的废钢材作为金属炉料。[7]并且，生产中遵循工艺规范，组织均匀生产，减少设备故障，优化送风条件，保证不出现停风和关风，从而提高炉内温度，降低铁液含硫量。

3.2 增加石灰石用量或者加入锰合金[8-9]

由上述分析可知，石灰石用量越多，炉渣的碱度越高，脱硫的效果就越好，因此，在生产中可以适当增加石灰石用量。其次，由于锰和硫之间的亲和力较好，二者在冲天炉的高温环境下易发生化学反应生成MnS。而且，由于MnS的比重较小，熔点较高（约为1 620℃），远高于冲天炉中铁液的温度，因此，往往会以固体质点或颗粒状杂质物存在与铁液中。因此，在生产中为了减少铁液中的含硫量，往往会将适量的65MnFe随金属炉料加入。

3.3 炉内脱硫[10]

研究表明，电石（CaC2）可降低焦耗，提高铁液的温度和炉渣的碱度，从而降低铁液中的含硫量。在本次试验中，每一批金属炉料中加入2%的电石，结果显示焦耗下降30%，同时，铁液含硫量降低约25%。

生产上于2015年4月开始采用并实施以上措施后，铸铁件的含硫量有所下降，将实施前、后的连续12个月的废品率情况进行比较，结果显示，实施控制措施后拖拉机发动机缸体的废品率明显降低，并得到較好控制，说明采取的措施是有效的。

4 结论

通过对东方红LX1004农用拖拉机发动机缸体铸铁件含硫量问题的实验与分析，提出了在生产中控制含硫量的一些措施，得出了以下结论。

（1）焦炭中含硫量越高、焦炭用量增多都会导致铁液中的含硫量升高，而石灰石用量适当增多、送风不间断等则可以有效地降低铁液中的含硫量。

（2）通过实施控制措施前后发动机缸体产品废品率比较情况，证实了通过合理的控制，可以明显降低铸铁件中的含硫量，提高产品的质量。

参考文献：

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[6] 张珂， 张保安. 拖拉机发动机缸体铸铁件含硫量控制的实验研究[J]. 铸造技术， 2010， 31（2）： 132-136.

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