蠕墨铸铁熔炼配料计算实例优化

例5-4 根据铸造工厂订货合同要求生产蠕墨铸铁铁液1000kg，化学成分规定（质量分数，%）：C3.0～3.5、Si2.6～3.2、Mn0.4～0.8、P＜0.07、S＜0.05，采用中频感应炉熔炼。蠕墨铸铁化学成分见表5-20。

表5-20 蠕墨铸铁化学成分（质量分数） （%）

根据上述蠕墨铸铁配料计算化学成分控制要点，铁料熔化到蠕化处理前铁液含C的质量分数应在3.4%～3.6%，配料时配入C量应满足要求，选择炉料时含P、S量尽量低，铁料熔化时Si的质量分数应为1.5%以下，给蠕化处理和孕育处理时增Si留有余地。

（1）炉料 炉料选用本溪生铁P10，含P、S较低；采用本厂回炉料，包括废铸件碎铁有稳定的化学成分；废钢选低P、S废钢，包括轧制型钢边角料。蠕化剂选用稀土镁合金，孕育剂选用SiFe。

选用炉料组成见表5-21。

表5-21 炉料组成及化学成分（质量分数） （%）

（2）计算炉料组成中应配入的元素含量 根据铸铁配料计算公式：

（3）根据铸铁配料计算公式建立二元一次联立方程式求解 设本溪生铁配入比例为x，本厂回炉料配入比例为y，废钢比例为30%。先以炉料配入C计算，建立方程式：

整理联立方程式后

解联立方程式

x=70%-y代入方程式4.3×（70%-y）+3.6×y=278

解得 y=32.85%

x=70%-32.85%=37.15%

即本溪生铁P10配入比例为37.15%；本厂回炉料配入比例为32.85%；废钢配入比例为30%。

（4）计算各种配入炉料带入的Si和Mn含量，并计算是否补加Si和Mn

1）Si量计算：

Si_带合计=1.2%×37.15%+2.5%×32.85%+0.5%×30%=1.42%

Si_带合计=1.42%＜Si_炉料=2.16%，没有达到配入炉料Si含量，需用SiFe补加。

2）Mn量计算：

Mn_带合计=0.45%×37.15%+0.4%×32.85%+0.6%×30%=0.47%

Mn_炉料=0.47%，配入量与炉料Mn_带合计相等，不用补加Mn。

（5）计算各种配入炉料带入的P、S含量，并验算是否在控制范围之内

P_带合计=0.07%×37.15%+0.07%×32.85%+0.06%×30%=0.067%

P_炉料=0.067%，控制成分P＜0.07%，炉料带入P=0.067%，在控制范围之内。

S_带合计=0.05%×37.15%+0.03%×32.85%+0.03%×30%=0.037%

炉料带入S=0.037%，大于计算成分0.017%，超出控制含S只有0.007%，在蠕化处理时采用稀土镁合金，孕育处理采用SiFe合金都有很强脱S作用，能使含量明显下降到合格范围内。

（6）计算炉料配入质量，填写配料计算记录（表5-22）

表5-22 配料计算记录（年 月 日 天气）

例5-5 熔炼蠕墨铸铁10t浇注机车铸件，采用中频感应炉熔炼，炉料选用本溪炼钢生铁L10，用本厂回炉料和废钢配料。蠕墨铸铁化学成分见表5-23。

表5-23 蠕墨铸铁化学成分（质量分数） （%）

（1）炉料化学成分（表5-24）

表5-24 炉料化学成分（质量分数） （%）

（2）配料计算 根据生产蠕墨铸铁经验，结合使用炉料质量品级情况，确定两种和三种炉料搭配比例，再试算炉料是否搭配合理，配碳量是否足够，如不足可采用电极碎块增碳补救措施。

本例没有列二元一次联立方程式求解，采用试算法配料计算。

1）先确定配入废钢30%，本溪生铁配入40%，其余为回炉料30%，试算三种炉料中共配入的C、Si、Mn、P、S元素含量。

①先计算100kg炉料中C、Si、Mn、P、S、Cu含量。

理论炉料中含Cu量=0.3%×100kg=0.3kg

②计算40kg本溪生铁带入（配入）的C、Si、Mn、P、S量。

生铁中含C量=4.2%×40kg=1.68kg

生铁中含Si量=1.25%×40kg=0.50kg

生铁中含Mn量=0.3%×40kg=0.12kg

生铁中含P量=0.07%×40kg=0.028kg

生铁中含S量=0.05%×40kg=0.02kg

③计算30kg废钢带入的C、Si、Mn、P、S量。

废钢中含C量=0.3%×30kg=0.09kg

废钢中含Si量=0.3%×30kg=0.09kg

废钢中含Mn量=0.5%×30kg=0.15kg

废钢中含P量=0.05%×30kg=0.015kg

废钢中含S量=0.03%×30kg=0.009kg

④计算30kg回炉料带入的C、Si、Mn、P、S量(https://www.xing528.com)

回炉料中含C量=3.6%×30kg=1.08kg

回炉料中含Si量=1.7%×30kg=0.51kg

回炉料中含Mn量=0.5%×30kg=0.15kg

回炉料中含P量=0.05%×30kg=0.015kg

回炉料中含S量=0.03%×30kg=0.009kg

2）三种炉料带入（配入）元素量合计。

实际炉料中含C量=（1.68+0.09+1.08）kg=2.85kg

实际炉料中含Si量=（0.50+0.09+0.51）kg=1.10kg

实际炉料中含Mn量=（0.12+0.15+0.15）kg=0.42kg

实际炉料中含P量=（0.028+0.015+0.015）kg=0.058kg

实际炉料中含S量=（0.02+0.009+0.009）kg=0.038kg

3）计算100kg炉料中需要元素含量与三种炉料带入（配入）各元素量之差。

理论和实际炉料含C量差=3.6kg-2.85kg=0.75kg

理论和实际炉料含Si量差=1.66kg-1.10kg=0.56kg

理论和实际炉料含Mn量差=0.55kg-0.42kg=0.13kg

理论和实际炉料中含P量差=0.05kg-0.058kg=-0.008kg

理论和实际炉料中含S量差=0.03kg-0.038kg=-0.008kg

理论和实际炉料中含Cu量差=0.3kg-0=0.3kg

（3）三种炉料配入情况 C量少0.75kg、Si少0.56kg、Mn少0.13kg、P和S多0.008kg、Cu少0.3kg，在蠕化处理和孕育剂处理时都有脱P、S效果，使P、S含量合格。在蠕化处理和孕育剂处理时有增Si作用。

1）增碳计算。采用石墨电极块增碳，电极块碳的质量分数为99.8%，回收率60%：

电极块粒度为0.5～3mm。

2）补锰计算。采用MnFe补Mn，含Mn68%，回收率95%：

3）补铜计算。采用电解铜补Cu，含Cu99.9%，回收率100%：

（4）蠕化剂和孕育剂加入量计算

1）蠕化剂加入量按0.6%加入：

REMg蠕化剂量=100kg×0.6%=0.6kg

2）孕育剂加入量按0.3%加入：

SiFe量=100kg×0.3%=0.3kg

3）变质剂加入量按0.3%加入：

SiCa量=100kg×0.3%=0.3kg

4）变质剂TiFe加入量按0.2%加入：

TiFe量=100kg×0.2%=0.2kg

5）计算变质剂加入后带入Si、Ti量：

REMg带入Si量=0.6kg×40%=0.24kg

SiFe带入Si量=0.3kg×75%=0.22kg

SiCa带入Si量=0.3kg×55%=0.16kg

带入Si量合计=0.24kg+0.22kg+0.16kg=0.62kg

（5）蠕化处理和孕育处理后铁液中含Si量

1）炉料中带入（配入）Si量=1.10kg

2）变质剂带入的Si量=0.62kg

铁液含Si量=1.10kg+0.62kg=1.72kg

（6）熔炼10t炉料量（装入量）

本溪生铁L10（也可采用球墨铸铁用生铁Q10或Q12）

本溪生铁量=10000kg×40%=4000kg

回炉料量=10000kg×30%=3000kg

废钢量=10000kg×30%=3000kg

MnFe量=10000kg×0.2%=20kg

REMg量=10000kg×0.6%=60kg

SiFe量=10000kg×0.3%=30kg

SiCa量=10000kg×0.3%=30kg

TiFe量=10000kg×0.2%=20kg

电解铜量=10000kg×0.3%=30kg

质量合计=10190kg=10.19t

电极碎块量=10000kg×1.25%=125kg，不计入炉料质量内。

[1]1mmH₂O=9.80665Pa。

[2]未加说明，含量均指质量分数。

[3]这里指w（C_炉料），以便使式子简化，余同。