在鑄造合金家族中，三維柔性焊接平臺鑄造合金的發(fā)展取決于其優(yōu)勢的發(fā)揚(yáng)和劣勢的抑制。鑄鐵與鑄鋼、有色合金相比，鑄造性能較好，容易鑄出形狀復(fù)雜、壁厚均勻的平臺鑄件而較少產(chǎn)生鑄造缺陷。因此，鐵液的利用率高，產(chǎn)品的適用面廣。此外，石墨鑄鐵還有一些與生俱生的，諸如減摩性、緩震性、切削性、疲勞斷裂性等方面的良好特性。
在材質(zhì)競爭中，提高鑄鐵的比強(qiáng)度、增加強(qiáng)韌性、消除內(nèi)在缺陷，對于減輕鑄件重量，延長服役期，節(jié)約材料是非常重要的。為了保證三維柔性焊接平臺鑄鐵性能的可靠性和穩(wěn)定性，首先必需有良好的鐵液質(zhì)量。
一、三維柔性焊接平臺（鑄鐵平臺）鐵液質(zhì)量的內(nèi)涵
鐵液質(zhì)量包括：溫度、成分及成分精度，有害元素含量，非金屬夾雜物數(shù)量、氣體溶量和爐外可造性等。
鐵液質(zhì)量的控制分為熔煉，爐前處理和過濾三個(gè)環(huán)節(jié)。以下泊頭正創(chuàng)（李經(jīng)理）簡述
二、三維柔性焊接平臺熔煉
1、沖天爐要上新臺階
獲得高溫鐵液
盡管鑄鐵件澆注的工藝溫度并不高，不同鑄鐵大多在1260℃~1400℃之間。但從獲得優(yōu)質(zhì)鐵液的觀點(diǎn)看，應(yīng)有較高的熔煉溫度。高溫熔煉保證了高的出鐵溫度，F(xiàn)e、Si、Mn燒損少，爐況穩(wěn)定，化學(xué)成分波動(dòng)小。以發(fā)達(dá)國家為例，沖天爐內(nèi)C的波動(dòng)可控制在±0.05%，Si的波動(dòng)可控制在±0.1%。高溫熔煉，鐵液中的S、O、H、N及夾雜物都會(huì)減少，爐料的不良遺傳性將會(huì)減弱。
沖天爐獲得三維柔性焊接平臺高溫鐵液有三種方法：一是好的爐型，如兩排大間距，冷風(fēng)+固定碳在85%以上的優(yōu)質(zhì)焦炭，出鐵溫度可在1480℃以上。二是富氧送風(fēng)，此法簡便，調(diào)溫迅速及時(shí)，但受供氧條件的制約，局限性很大。三是熱送風(fēng)，不同熱風(fēng)裝置風(fēng)溫由150℃至600℃不等，適于開爐時(shí)間較長的工廠使用。
我國鑄造廠多數(shù)生產(chǎn)規(guī)模較小，因此在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)，“方法一”將是主要的措施。冷風(fēng)作業(yè)，沖天爐的熱利用率低，從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略考慮，熱風(fēng)沖天爐符合節(jié)能的國策，而且可結(jié)合著解決環(huán)境污染，滿足社會(huì)生態(tài)要求。隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的發(fā)展，鑄造業(yè)必將重組、兼并，擴(kuò)大規(guī)模，實(shí)行集約化生產(chǎn)，熱風(fēng)作業(yè)將逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。采用熱風(fēng)與否必須考慮的兩個(gè)問題是，是否有足夠的連續(xù)作業(yè)時(shí)間，以及一次性投入的多少和投資的回收期。
② 穩(wěn)定爐膛尺寸
低質(zhì)爐襯材料會(huì)帶來一系列不良的影響：爐襯侵蝕物污染鐵液；侵蝕物改變爐渣的物理化學(xué)性狀，從而影響爐子的順行和去硫效果；爐膛擴(kuò)大，破壞熔煉的穩(wěn)定性，開爐時(shí)間一長，后期會(huì)出現(xiàn)鐵液溫度下降，燒損增多，鐵液氧化的現(xiàn)象。
2．使用中頻感應(yīng)爐
近年來，正創(chuàng)李經(jīng)理走訪了長江三角洲、珠江三角洲和膠東地區(qū)，發(fā)現(xiàn)采用感應(yīng)爐或與沖天爐雙聯(lián)的工廠不少。感應(yīng)爐鐵液的質(zhì)量高，常是國外采購商和國內(nèi)主機(jī)廠指定的供貨條件。
進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，第三代晶體管模塊中頻爐取第二代傳統(tǒng)可控硅中頻爐而代之。這種爐子的特點(diǎn)是節(jié)電、熔化速度快、升溫迅速、操作簡便、工作可靠、對電網(wǎng)無干擾、功率因素高。
變頻中頻爐可滿足不同熔煉階段的不同工藝要求。當(dāng)熔料時(shí)，用較高的頻率實(shí)現(xiàn)快速熔化；當(dāng)增碳時(shí)，改用較低的頻率，增加鐵液攪拌力，加快增碳過程，從而達(dá)到縮短時(shí)間、節(jié)省電力的目的。有的爐子還能隨液面高度的不同自動(dòng)調(diào)節(jié)功率。近期國外推出的寬爐體感應(yīng)爐，可實(shí)現(xiàn)大料直接裝爐。
3．不可忽視三維柔性焊接平臺生鐵中的微量元素
生鐵出廠一般只規(guī)定Si、Mn、P、S，對C無限量，微量元素則隨礦源而任其自然，不作檢測，底碼不清。我國生鐵中的微量元素有Cu、Cr、Mo、V、Ni、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Zn、As、Sb等。其中Cu、Cr、Mo、V、Ni、并無害處，Al視為中性，As、Zn、Pb有害，Ti、Sb、Bi、Sn為敏感元素，低于一定值有利，超過則有弊。
4．感應(yīng)爐增碳
感應(yīng)爐若以廢鋼為主爐料，在爐內(nèi)增碳生產(chǎn)合成鑄鐵，可得到鋼一般純凈的鐵液。由于沒有生鐵粗大石墨的遺傳和受孕能力優(yōu)良，鑄鐵組織中的石墨具有細(xì)小和分布均勻的特點(diǎn)，球鐵的球化率高，低碳灰鐵易于得到A型石墨和珠光體基體，且壁厚敏感性減小。因?yàn)榱缀艿停蟠蠼档土税l(fā)動(dòng)機(jī)件縮松滲漏的缺陷。
增碳劑常用的有石墨質(zhì)增碳劑（電極塊或優(yōu)質(zhì)天然石墨、類石墨）和碳質(zhì)增碳劑（如冶金焦）。電極質(zhì)地純，灰分<0.5%，S、N含量只有0.1%。選用天然石墨和碳質(zhì)增碳劑時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注其灰分，S和N量，并防止受潮。增碳劑的吸收率，爐底加入（裝料）時(shí)為65~70%，鏡面加入時(shí)為75~80%。在一定程度上，回收率隨處理溫度的提高而增加，但高于平衡溫度后，因部分碳消耗于反應(yīng)（SiO2）+2C=[Si]+2CO，反而降低回收率。 碳的熔點(diǎn)為3727℃，碳原子是通過溶解和擴(kuò)散方式進(jìn)入鐵液的，因此增碳劑的粒度和熔池的攪拌對于增碳過程十分重要。
三 爐前處理
1． 脫硫
鐵液脫硫可減少球化劑用量和鑄件中硫化物夾渣的數(shù)量。發(fā)達(dá)國家球鐵生產(chǎn)幾乎全部采用脫硫工藝，要求脫硫后S≤0.01%，我國條件下，目標(biāo)位為S≤0.02%，錫柴和常柴可達(dá)到S≤0.015%。
包底Na2CO3沖入法處理，方法簡便但脫硫率低，效果不穩(wěn)定，處理時(shí)煙塵污染環(huán)境，對咽喉有刺激性。在規(guī)模生產(chǎn)的球鐵車間，宜將脫硫劑置于液面，采用機(jī)械攪拌法、搖包法或氣動(dòng)攪拌法進(jìn)行脫硫。其中氣動(dòng)法較為簡單，動(dòng)力消耗少，最為流行。氣動(dòng)脫硫裝置可設(shè)于前爐上游，進(jìn)行連續(xù)脫硫，亦可在爐前單包間斷脫硫。
2． 除渣
除渣過程可在包中或感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行。將除渣劑（聚渣劑）撒于液面即時(shí)形成一熔融層，起覆蓋和聚渣作用。除渣劑受熱膨化，在熔融層中產(chǎn)生許多小孔，起良好的保溫作用。
除渣劑分低、中、高三檔。由原礦經(jīng)簡單破碎、過篩的產(chǎn)品屬于低檔，各省均產(chǎn)。現(xiàn)已不被鑄造廠看好。中檔除渣劑對原礦有所選擇，增加了水洗等工序，能滿足鑄件的基本要求，為多數(shù)工廠接受。進(jìn)口的高檔除渣劑，選優(yōu)質(zhì)礦源，加工工序有別于一般。該產(chǎn)品撒于液面即迅速散布，覆蓋整個(gè)液面，除渣能力超卓，用量少，不粘爐襯與澆包，用棍即可將熔融渣層整體挑起，清渣方便徹底，近三年來已開始受國內(nèi)業(yè)界的重視。
3． 球化
球化處理仍以包內(nèi)沖入法為主。選用球化劑需視熔爐、出鐵溫度，脫硫與否和球鐵類型等而定。一般而言，沖天爐鐵液選用Mg7~9%，RE3~7%的球化劑，感應(yīng)爐鐵液選用低Mg（5~6%），低RE（1.5~2.5%）球化劑，亦有的廠仍用Mg8RE3球化劑。JB/T9228-1999標(biāo)準(zhǔn)，對Mg 和RE的成分范圍偏差規(guī)定為±1%，有些廠標(biāo)已縮小為±0.5%，對Ca、Al等亦有明確規(guī)定。球化劑質(zhì)量中，應(yīng)重視MgO含量、成分的偏析程度以及粒度的集中度。凡是粒度不勻，粉末多，色澤發(fā)暗的球化劑不宜選用。
原則上，只要掌握好鐵液的化學(xué)成分和孕育環(huán)節(jié)，采用上述球化劑即可生產(chǎn)鑄態(tài)球鐵。但亦有工廠采用鑄態(tài)球鐵用球化劑。一般，在鑄態(tài)鐵素體球化劑中含有Ba和Bi，在鑄態(tài)珠光體球化劑中含有Ba和Sb，但對于QT700-2以上的重要曲軸類鑄件，不推薦使用含Sb球化劑，此時(shí)應(yīng)通過調(diào)整Cu、Mo等的含量來控制基體。必須指出，不管是否采用鑄態(tài)球化劑，孕育永遠(yuǎn)是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
4． 孕育
孕育是提升鑄鐵質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過十多年的努力，我國孕育劑基本實(shí)現(xiàn)了系列化和商品化。
5．合金化
鑄鐵常用的合金元素有Si、Mn、Cu、Cr、Mo、Ni、Sn、Sb、V、Ti、P等。其中Si、Mn、Cr、Mo、P以鐵合金形式加入，Cu、Ni、Sb、Sn以金屬形式加入，V、Ti以鐵合金或VTi生鐵形式加入。加入時(shí)機(jī)在爐后（沖天爐）、爐內(nèi)（感應(yīng)爐）還是爐前，需視它們的熔點(diǎn)、氧化性和密度等而定。為了便于高熔點(diǎn)鐵合金的熔吸，除控制粒度外，采用發(fā)熱合金劑或喂絲加入法是比較理想的措施。
四 過濾
金屬過濾技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較為普遍。實(shí)踐證明，關(guān)鍵機(jī)件的失效不完全在于試棒力學(xué)性能的高低，而是三維柔性焊接平臺鑄件內(nèi)部的健全程度。因此，單純追求金相組織的完美是不全面的。走訪過的工廠，其品牌產(chǎn)品無不重視過濾的最后一關(guān)。一般小件采用纖維過濾網(wǎng)，過流量大或重要件采用蜂窩陶瓷過濾片或泡沫陶瓷過濾片。
在材質(zhì)競爭中，提高鑄鐵的比強(qiáng)度、增加強(qiáng)韌性、消除內(nèi)在缺陷，對于減輕鑄件重量，延長服役期，節(jié)約材料是非常重要的。為了保證三維柔性焊接平臺鑄鐵性能的可靠性和穩(wěn)定性，首先必需有良好的鐵液質(zhì)量。
一、三維柔性焊接平臺（鑄鐵平臺）鐵液質(zhì)量的內(nèi)涵
鐵液質(zhì)量包括：溫度、成分及成分精度，有害元素含量，非金屬夾雜物數(shù)量、氣體溶量和爐外可造性等。
鐵液質(zhì)量的控制分為熔煉，爐前處理和過濾三個(gè)環(huán)節(jié)。以下泊頭正創(chuàng)（李經(jīng)理）簡述
二、三維柔性焊接平臺熔煉
1、沖天爐要上新臺階
獲得高溫鐵液
盡管鑄鐵件澆注的工藝溫度并不高，不同鑄鐵大多在1260℃~1400℃之間。但從獲得優(yōu)質(zhì)鐵液的觀點(diǎn)看，應(yīng)有較高的熔煉溫度。高溫熔煉保證了高的出鐵溫度，F(xiàn)e、Si、Mn燒損少，爐況穩(wěn)定，化學(xué)成分波動(dòng)小。以發(fā)達(dá)國家為例，沖天爐內(nèi)C的波動(dòng)可控制在±0.05%，Si的波動(dòng)可控制在±0.1%。高溫熔煉，鐵液中的S、O、H、N及夾雜物都會(huì)減少，爐料的不良遺傳性將會(huì)減弱。
沖天爐獲得三維柔性焊接平臺高溫鐵液有三種方法：一是好的爐型，如兩排大間距，冷風(fēng)+固定碳在85%以上的優(yōu)質(zhì)焦炭，出鐵溫度可在1480℃以上。二是富氧送風(fēng)，此法簡便，調(diào)溫迅速及時(shí)，但受供氧條件的制約，局限性很大。三是熱送風(fēng)，不同熱風(fēng)裝置風(fēng)溫由150℃至600℃不等，適于開爐時(shí)間較長的工廠使用。
我國鑄造廠多數(shù)生產(chǎn)規(guī)模較小，因此在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)，“方法一”將是主要的措施。冷風(fēng)作業(yè)，沖天爐的熱利用率低，從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略考慮，熱風(fēng)沖天爐符合節(jié)能的國策，而且可結(jié)合著解決環(huán)境污染，滿足社會(huì)生態(tài)要求。隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的發(fā)展，鑄造業(yè)必將重組、兼并，擴(kuò)大規(guī)模，實(shí)行集約化生產(chǎn)，熱風(fēng)作業(yè)將逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。采用熱風(fēng)與否必須考慮的兩個(gè)問題是，是否有足夠的連續(xù)作業(yè)時(shí)間，以及一次性投入的多少和投資的回收期。
② 穩(wěn)定爐膛尺寸
低質(zhì)爐襯材料會(huì)帶來一系列不良的影響：爐襯侵蝕物污染鐵液；侵蝕物改變爐渣的物理化學(xué)性狀，從而影響爐子的順行和去硫效果；爐膛擴(kuò)大，破壞熔煉的穩(wěn)定性，開爐時(shí)間一長，后期會(huì)出現(xiàn)鐵液溫度下降，燒損增多，鐵液氧化的現(xiàn)象。
2．使用中頻感應(yīng)爐
近年來，正創(chuàng)李經(jīng)理走訪了長江三角洲、珠江三角洲和膠東地區(qū)，發(fā)現(xiàn)采用感應(yīng)爐或與沖天爐雙聯(lián)的工廠不少。感應(yīng)爐鐵液的質(zhì)量高，常是國外采購商和國內(nèi)主機(jī)廠指定的供貨條件。
進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，第三代晶體管模塊中頻爐取第二代傳統(tǒng)可控硅中頻爐而代之。這種爐子的特點(diǎn)是節(jié)電、熔化速度快、升溫迅速、操作簡便、工作可靠、對電網(wǎng)無干擾、功率因素高。
變頻中頻爐可滿足不同熔煉階段的不同工藝要求。當(dāng)熔料時(shí)，用較高的頻率實(shí)現(xiàn)快速熔化；當(dāng)增碳時(shí)，改用較低的頻率，增加鐵液攪拌力，加快增碳過程，從而達(dá)到縮短時(shí)間、節(jié)省電力的目的。有的爐子還能隨液面高度的不同自動(dòng)調(diào)節(jié)功率。近期國外推出的寬爐體感應(yīng)爐，可實(shí)現(xiàn)大料直接裝爐。
3．不可忽視三維柔性焊接平臺生鐵中的微量元素
生鐵出廠一般只規(guī)定Si、Mn、P、S，對C無限量，微量元素則隨礦源而任其自然，不作檢測，底碼不清。我國生鐵中的微量元素有Cu、Cr、Mo、V、Ni、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Zn、As、Sb等。其中Cu、Cr、Mo、V、Ni、并無害處，Al視為中性，As、Zn、Pb有害，Ti、Sb、Bi、Sn為敏感元素，低于一定值有利，超過則有弊。
4．感應(yīng)爐增碳
感應(yīng)爐若以廢鋼為主爐料，在爐內(nèi)增碳生產(chǎn)合成鑄鐵，可得到鋼一般純凈的鐵液。由于沒有生鐵粗大石墨的遺傳和受孕能力優(yōu)良，鑄鐵組織中的石墨具有細(xì)小和分布均勻的特點(diǎn)，球鐵的球化率高，低碳灰鐵易于得到A型石墨和珠光體基體，且壁厚敏感性減小。因?yàn)榱缀艿停蟠蠼档土税l(fā)動(dòng)機(jī)件縮松滲漏的缺陷。
增碳劑常用的有石墨質(zhì)增碳劑（電極塊或優(yōu)質(zhì)天然石墨、類石墨）和碳質(zhì)增碳劑（如冶金焦）。電極質(zhì)地純，灰分<0.5%，S、N含量只有0.1%。選用天然石墨和碳質(zhì)增碳劑時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注其灰分，S和N量，并防止受潮。增碳劑的吸收率，爐底加入（裝料）時(shí)為65~70%，鏡面加入時(shí)為75~80%。在一定程度上，回收率隨處理溫度的提高而增加，但高于平衡溫度后，因部分碳消耗于反應(yīng)（SiO2）+2C=[Si]+2CO，反而降低回收率。 碳的熔點(diǎn)為3727℃，碳原子是通過溶解和擴(kuò)散方式進(jìn)入鐵液的，因此增碳劑的粒度和熔池的攪拌對于增碳過程十分重要。
三 爐前處理
1． 脫硫
鐵液脫硫可減少球化劑用量和鑄件中硫化物夾渣的數(shù)量。發(fā)達(dá)國家球鐵生產(chǎn)幾乎全部采用脫硫工藝，要求脫硫后S≤0.01%，我國條件下，目標(biāo)位為S≤0.02%，錫柴和常柴可達(dá)到S≤0.015%。
包底Na2CO3沖入法處理，方法簡便但脫硫率低，效果不穩(wěn)定，處理時(shí)煙塵污染環(huán)境，對咽喉有刺激性。在規(guī)模生產(chǎn)的球鐵車間，宜將脫硫劑置于液面，采用機(jī)械攪拌法、搖包法或氣動(dòng)攪拌法進(jìn)行脫硫。其中氣動(dòng)法較為簡單，動(dòng)力消耗少，最為流行。氣動(dòng)脫硫裝置可設(shè)于前爐上游，進(jìn)行連續(xù)脫硫，亦可在爐前單包間斷脫硫。
2． 除渣
除渣過程可在包中或感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行。將除渣劑（聚渣劑）撒于液面即時(shí)形成一熔融層，起覆蓋和聚渣作用。除渣劑受熱膨化，在熔融層中產(chǎn)生許多小孔，起良好的保溫作用。
除渣劑分低、中、高三檔。由原礦經(jīng)簡單破碎、過篩的產(chǎn)品屬于低檔，各省均產(chǎn)。現(xiàn)已不被鑄造廠看好。中檔除渣劑對原礦有所選擇，增加了水洗等工序，能滿足鑄件的基本要求，為多數(shù)工廠接受。進(jìn)口的高檔除渣劑，選優(yōu)質(zhì)礦源，加工工序有別于一般。該產(chǎn)品撒于液面即迅速散布，覆蓋整個(gè)液面，除渣能力超卓，用量少，不粘爐襯與澆包，用棍即可將熔融渣層整體挑起，清渣方便徹底，近三年來已開始受國內(nèi)業(yè)界的重視。
3． 球化
球化處理仍以包內(nèi)沖入法為主。選用球化劑需視熔爐、出鐵溫度，脫硫與否和球鐵類型等而定。一般而言，沖天爐鐵液選用Mg7~9%，RE3~7%的球化劑，感應(yīng)爐鐵液選用低Mg（5~6%），低RE（1.5~2.5%）球化劑，亦有的廠仍用Mg8RE3球化劑。JB/T9228-1999標(biāo)準(zhǔn)，對Mg 和RE的成分范圍偏差規(guī)定為±1%，有些廠標(biāo)已縮小為±0.5%，對Ca、Al等亦有明確規(guī)定。球化劑質(zhì)量中，應(yīng)重視MgO含量、成分的偏析程度以及粒度的集中度。凡是粒度不勻，粉末多，色澤發(fā)暗的球化劑不宜選用。
原則上，只要掌握好鐵液的化學(xué)成分和孕育環(huán)節(jié)，采用上述球化劑即可生產(chǎn)鑄態(tài)球鐵。但亦有工廠采用鑄態(tài)球鐵用球化劑。一般，在鑄態(tài)鐵素體球化劑中含有Ba和Bi，在鑄態(tài)珠光體球化劑中含有Ba和Sb，但對于QT700-2以上的重要曲軸類鑄件，不推薦使用含Sb球化劑，此時(shí)應(yīng)通過調(diào)整Cu、Mo等的含量來控制基體。必須指出，不管是否采用鑄態(tài)球化劑，孕育永遠(yuǎn)是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
4． 孕育
孕育是提升鑄鐵質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過十多年的努力，我國孕育劑基本實(shí)現(xiàn)了系列化和商品化。
5．合金化
鑄鐵常用的合金元素有Si、Mn、Cu、Cr、Mo、Ni、Sn、Sb、V、Ti、P等。其中Si、Mn、Cr、Mo、P以鐵合金形式加入，Cu、Ni、Sb、Sn以金屬形式加入，V、Ti以鐵合金或VTi生鐵形式加入。加入時(shí)機(jī)在爐后（沖天爐）、爐內(nèi)（感應(yīng)爐）還是爐前，需視它們的熔點(diǎn)、氧化性和密度等而定。為了便于高熔點(diǎn)鐵合金的熔吸，除控制粒度外，采用發(fā)熱合金劑或喂絲加入法是比較理想的措施。
四 過濾
金屬過濾技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較為普遍。實(shí)踐證明，關(guān)鍵機(jī)件的失效不完全在于試棒力學(xué)性能的高低，而是三維柔性焊接平臺鑄件內(nèi)部的健全程度。因此，單純追求金相組織的完美是不全面的。走訪過的工廠，其品牌產(chǎn)品無不重視過濾的最后一關(guān)。一般小件采用纖維過濾網(wǎng)，過流量大或重要件采用蜂窩陶瓷過濾片或泡沫陶瓷過濾片。
