一、前期准备：原材料选型与配比

1. 主要原料：
   • 金属料：
     • 生铁：提供基础碳、硅成分，选用普通铸造生铁（含碳 3.5%-4.0%，含硅 1.0%-2.0%），对硫、磷控制较宽（S≤0.15%，P≤0.3%）。
     • 废钢：调节碳含量（降低铁水碳浓度，避免石墨过多），选用低碳废钢（含碳≤0.3%），占比通常 10%-20%。
     • 回炉料：本厂废铸铁件（如浇冒口、废品），占比可达 30%-50%，降低成本并稳定成分。
   • 辅助料：
     • 燃料：冲天炉用焦炭（固定碳≥85%），中频炉用电力。
     • 熔剂：石灰石（CaCO?）、萤石（CaF?），用于熔炼时造渣（去除硫、磷等杂质）。
     • 孕育剂（可选）：硅铁（含硅 75%），仅在要求较高的灰铸铁中添加，细化石墨片，改善力学性能。
2. 预处理：
   • 金属料破碎至≤200mm，去除表面油污、铁锈；回炉料清理表面粘砂；焦炭破碎至 50-100mm 备用。

二、核心环节一：铁水熔炼（控制温度与基础成分）

1. 熔炼设备：
   • 冲天炉（主流，适合大批量生产）：
     • 结构：竖式炉体，自上而下分为预热区、熔化区、过热区、炉缸。
     • 优势：燃料成本低（焦炭）、生产效率高（每小时可熔炼数吨至数十吨）、操作简单。
   • 中频感应炉（适合中小批量、高质量需求）：
     • 优势：温度控制精准（±10℃）、金属烧损少、成分调整灵活，但电力成本较高。
2. 熔炼工艺（以冲天炉为例）：
   • 装料顺序：采用 “分层装料”—— 先铺焦炭（底焦，厚度 300-500mm），再交替装入金属料（生铁 + 废钢 + 回炉料）、焦炭、熔剂（石灰石占金属料的 2%-3%）。
   • 温度控制：
     • 熔化温度：1350-1450℃（温度过低会导致铁水流动性差，铸件易出现冷隔；过高则增加能耗和烧损）。
     • 出铁温度：1380-1420℃，确保铁水浇注时仍有足够流动性。
   • 成分调整：
     • 熔炼过程中，焦炭中的碳会少量渗入铁水（增碳），废钢则降低碳含量，通过调整二者比例控制最终碳含量在 2.7%-4.0%、硅含量 1.0%-3.0%。
     • 熔剂与硫、磷反应生成 CaS、Ca?(PO?)?等炉渣，通过出铁时的 “挡渣” 操作去除（炉渣密度小，浮于铁水表面）。

三、核心环节二：铁水处理（简化处理，以自然析出石墨为主）

1. 常规处理（无孕育）：
   • 熔炼合格的铁水直接倒入铁水包，静置 5-10 分钟（去除气泡、均匀成分），即可进行浇注。此时石墨在凝固过程中自然以片状析出，满足普通灰铸铁的性能需求（抗拉强度 100-250MPa）。
2. 孕育处理（高性能灰铸铁需求）：
   • 针对机床床身、缸体等对强度、减震性有要求的零件，需加入孕育剂细化石墨片：
     • 孕育剂：硅铁（粒度 3-8mm），加入量为铁水重量的 0.2%-0.5%。
     • 处理方式：将硅铁直接投入铁水包，搅拌均匀，静置 3-5 分钟。
     • 效果：石墨片从 “粗大片状” 变为 “细小片状”，抗拉强度可提升至 250-350MPa，减震性更优。

四、核心环节三：浇注成型（适配复杂形状，工艺灵活）

1. 模具准备：
   • 砂型铸造（90% 以上场景采用）：
     • 砂型材料：以石英砂为骨料，搭配粘结剂（水玻璃、树脂或粘土）制作砂型、砂芯。
     • 工艺特点：成本低、适应性强，可制造从几公斤到数十吨的复杂零件（如箱体、床身）。
     • 表面处理：砂型内表面刷耐火涂料（防止粘砂），大型砂型需烘干（去除水分，避免铸件产生气孔）。
   • 金属型铸造（少量简单零件）：
     • 模具：铸铁或钢质模具，适用于批量生产的简单零件（如暖气片、管件）。
     • 优势：铸件表面光洁度高、尺寸精度好，但模具成本高，不适用于复杂形状。
2. 浇注工艺：
   • 浇注温度：控制在 1300-1380℃（低于球墨铸铁，因灰铸铁流动性更好）。
   • 浇注速度：匀速浇注，避免冲砂（砂型被铁水冲刷导致铸件夹砂），复杂零件采用 “多浇口分注”，确保充型完整。
   • 浇注系统：由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成，引导铁水平稳进入砂型，同时起到挡渣、排气作用。

五、核心环节四：落砂与清理（去除附着物，露出铸件本体）

1. 落砂：
   • 自然冷却：砂型铸造的铸件需在砂型中冷却至 200℃以下（避免高温开箱导致铸件开裂），然后通过人工或振动落砂机震碎砂型，分离铸件与型砂（型砂可回收再生）。
   • 强制冷却：金属型铸造可在铸件凝固后（约 10-30 分钟）直接开模取出，通过风冷加速冷却。
2. 清理：
   • 去除浇冒口：用大锤敲断（小型铸件）或气割（大型铸件）切除浇注系统的浇口、冒口（冒口用于补缩铸件凝固收缩）。
   • 表面清理：
     • 用钢丝刷、角磨机去除铸件表面的粘砂、氧化皮；
     • 用抛丸机（钢丸高速冲击）处理大型铸件，提高表面光洁度。
   • 内部清理：对有内腔的零件（如箱体），用压缩空气吹扫或高压水枪冲洗，去除残留砂芯。

六、后期处理（按需进行，简化为主）

1. 热处理（可选）：
   • 去应力退火：对大型复杂铸件（如机床床身），加热至 550-600℃，保温 2-4 小时，随炉冷却，消除铸造内应力，避免使用中变形开裂。
   • 时效处理：自然时效（露天放置 3-6 个月）或人工时效，进一步稳定尺寸。
2. 质量检测（简化）：
   • 普通灰铸铁以 “外观检测” 为主，目视检查表面有无裂纹、气孔、砂眼等缺陷；
   • 高性能灰铸铁需截取试块做拉伸试验（测抗拉强度）和金相分析（检查石墨片形态）。
3. 防锈与入库：
   • 对需储存的铸件，表面涂刷防锈漆（如醇酸漆）；
   • 按型号、批次分类存放，做好标识。

总结：灰铸铁生产工艺的核心特点

• 低成本：原材料要求宽松（可大量使用回炉料）、无需球化剂等昂贵添加剂、熔炼设备成本低；
• 低复杂度：无球化处理环节，工艺步骤少，操作门槛低；
• 低控制精度：成分、温度控制范围宽，对生产环境要求不高；
• 高适应性：流动性好，可铸造复杂形状零件，适配多种场景。

这种工艺特性完美匹配了灰铸铁 “低成本、基础性能” 的定位，使其成为民用、低负荷机械领域的 “基础材料”。

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