CN103160699B - 一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺 - Google Patents
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Abstract
一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，为了解决铸造缸套时所用材料铜存在生产成本高、质量风险大、环境污染大的技术问题，采用的技术方案是生产工艺包括：按如下重量比配比原料；把备好的碳钢加入中频电炉熔炼成液态；把备好的高纯石墨和废铜加入到中频电炉内继续熔炼；利用光谱仪检测中频电炉内铜铁合金液中铜的重量百分比，边检测边加入电解铜继续熔炼，使铜铁合金液中铜的含量达到60%以上；当铜铁合金液的温度达到1370~1390℃时，利用天车吊和浇注包把铜铁合金液浇入冷却水池冷却10~15min；将冷却后的铜铁合金块晾晒、包装。技术效果是使废铜得到了合理利用，降低了生产成本，提高了缸套的耐磨性，延长了缸套的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于铸造熔炼工艺技术领域，涉及到一种铜铁合金的生产工艺，特别是一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺。
背景技术
缸套是位于内燃机中的关键零部件，是影响发动机功率、寿命及环保尾气排放量的重要零件。在工作过程中，缸套内表受高温高压燃气的直接影响，并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦，使缸套不停地被磨损，外表面与冷却水接触而被腐蚀，而且内外表面较大的温差使缸套产生严重的热应力，活塞对缸套的侧推力不仅加剧其内表面摩擦，还会其产生弯曲，侧推力改变方向时，活塞还撞击缸套，为了能在这种恶劣的环境下跟好地工作，生产缸套所采用的原材料必须具备一定的机械强度、耐磨损、耐高温、耐高压、耐腐蚀的性能，其中耐磨性最为重要。
在缸套的众多种类中，低合金灰铸铁缸套应用比较广泛，其中的合金元素有硼、磷、铜、铬、钒、钛、钼、镍、锡等，铜的加入主要是提高金相组织中基体珠光体含量，细化珠光体，从而提高硬度和抗拉强度，提高缸套的耐磨性。目前在缸套的铸造过程中，铜的加入普遍采用电解铜、废铜（废铜电线、废铜件、废铜管等）、海绵铜等。电解铜是含铜大于99.9%的高纯铜，电解生产耗能高，使电解铜的价格较高，而且加入前须把铜板裁剪成块，所以铸造缸套时加入电解铜的成本太高。废铜中含有铅、锌、铝等有害元素，很难满足技术标准，所以加入废铜很容易出现质量问题。海绵铜含铜量低，而且电炉加入吸收率低，环境污染大。
发明内容
本发明的目的是为了解决铸造缸套时所用材料铜存在生产成本高、质量风险大、环境污染大的技术问题，为了解决这些问题，我们设计了一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，利用这种工艺生产的铜铁合金在满足技术标准的基础上，解决了电解铜生产成本太高、废铜容易出现质量问题、海绵铜吸收率低环境污染大的技术难题，这种工艺使废铜得到了合理利用，降低了缸套的生产成本，提高了缸套的耐磨性，延长了缸套的使用寿命。
本发明为实现发明目的所采用的技术方案是：一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，关键是：所述的生产工艺包括以下步骤：
a、按如下重量比配比原料：废铜51~55份、电解铜4~6份、碳钢37~40份、高纯石墨2~4份；
b、把备好的碳钢加入中频电炉熔炼成液态；
c、把备好的高纯石墨和废铜加入到中频电炉内继续熔炼；
d、利用光谱仪检测中频电炉内铜铁合金液中铜的重量百分比，边检测边加入电解铜继续熔炼，使铜铁合金液中铜的含量达到60%以上；
e、当铜铁合金液的温度达到1370~1390℃时，利用天车吊和浇注包把铜铁合金液浇入冷却水池冷却10~15min；
f、将冷却后的铜铁合金块晾晒、包装。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜51.2份、电解铜4份、碳钢37份、高纯石墨2份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜52份、电解铜4.8份、碳钢37.9份、高纯石墨2.5份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜52.9份、电解铜5.7份、碳钢38.5份、高纯石墨2.9份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜53.8份、电解铜5.9份、碳钢39.2份、高纯石墨3.4份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜55份、电解铜6份、碳钢40份、高纯石墨3份。
本发明的有益效果是：这种工艺以含有微量元素的碳钢和废铜为主要原料，加入少量的电解铜和高纯石墨，熔炼过程中边检测边加入电解铜，使铜铁合金液中铜的含量达到60%以上，最终得到的产品铜铁合金在满足技术标准的前提下，为铸造缸套所需的原材料铜提供了一种新的生产工艺。这种工艺减少了电解铜的使用量，降低了生产成本，同时在保证产品质量的前提下使废铜得到了充分利用，也避免了使用海绵铜所造成的环境污染。使用碳钢可以加强铜铁合金的硬度和机械强度，加入高纯石墨可以增强铜铁合金耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化的性能，从而提高缸套的整体性能，延长缸套的使用寿命。
具体实施方式
一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，关键是：所述的生产工艺包括以下步骤：
a、按如下重量比配比原料：废铜51~55份、电解铜4~6份、碳钢37~40份、高纯石墨2~4份；
b、把备好的碳钢加入中频电炉熔炼成液态；
c、把备好的高纯石墨和废铜加入到中频电炉内继续熔炼；
d、利用光谱仪检测中频电炉内铜铁合金液中铜的重量百分比，边检测边加入电解铜继续熔炼，使铜铁合金液中铜的含量达到60%以上；
e、当铜铁合金液的温度达到1370~1390℃时，利用天车吊和浇注包把铜铁合金液浇入冷却水池冷却10~15min；
f、将冷却后的铜铁合金块晾晒、包装。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜51.2份、电解铜4份、碳钢37份、高纯石墨2份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜52份、电解铜4.8份、碳钢37.9份、高纯石墨2.5份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜52.9份、电解铜5.7份、碳钢38.5份、高纯石墨2.9份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜53.8份、电解铜5.9份、碳钢39.2份、高纯石墨3.4份。
步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜55份、电解铜6份、碳钢40份、高纯石墨3份。
由于碳钢和废铜中都含有微量元素，所以在选料时，通过检验选用微量元素达标的碳钢和废铜。
实施例1、准备碳钢550kg、电解铜60kg、碳钢400kg、高纯石墨30kg进行生产，经检验所得铜铁合金中各元素的重量百分比为如表1所示：
表1
| Cu | Si | S | P | C | Pb |
| 61.00 | 1.27 | 0.06 | 0.05 | 2.78 | 0.02 |
| Sb | Zn | Sn | Al | V | Ti |
| 0.06 | 0.03 | 0.07 | 0.03 | 0.02 | 0.03 |
| Cr | Mn | As | B | Mg | Fe |
| 0.05 | 0.03 | 0.01 | 0.008 | 0.03 | 其余 |
由表1可知，铜铁合金中各元素的重量百分比符合技术标准。
实施例2、准备碳钢538kg、电解铜59kg、碳钢392kg、高纯石墨34kg进行生产，经检验所得铜铁合金中各元素的重量百分比为如表2所示：
表2
| Cu | Si | S | P | C | Pb |
| 61.50 | 1.25 | 0.07 | 0.06 | 2.65 | 0.03 |
| Sb | Zn | Sn | Al | V | Ti |
| 0.08 | 0.04 | 0.09 | 0.04 | 0.03 | 0.04 |
| Cr | Mn | As | B | Mg | Fe |
| 0.08 | 0.40 | 0.015 | 0.009 | 0.04 | 其余 |
由表2可知，铜铁合金中各元素的重量百分比符合技术标准。
实施例3、准备碳钢529kg、电解铜57kg、碳钢385kg、高纯石墨29kg进行生产，经检验所得铜铁合金中各元素的重量百分比为如表3所示：
表3
| Cu | Si | S | P | C | Pb |
| 61.30 | 1.3 | 0.09 | 0.07 | 2.9 | 0.026 |
| Sb | Zn | Sn | Al | V | Ti |
| 0.05 | 0.036 | 0.05 | 0.048 | 0.04 | 0.046 |
| Cr | Mn | As | B | Mg | Fe |
| 0.06 | 0.30 | 0.018 | 0.006 | 0.026 | 其余 |
由表3可知，铜铁合金中各元素的重量百分比符合技术标准。
实施例4、准备碳钢520kg、电解铜48kg、碳钢379kg、高纯石墨25kg进行生产，经检验所得铜铁合金中各元素的重量百分比为如表4所示：
表4
| Cu | Si | S | P | C | Pb |
| 62.50 | 1.29 | 0.06 | 0.065 | 3.1 | 0.04 |
| Sb | Zn | Sn | Al | V | Ti |
| 0.07 | 0.02 | 0.098 | 0.035 | 0.025 | 0.034 |
| Cr | Mn | As | B | Mg | Fe |
| 0.04 | 0.36 | 0.009 | 0.004 | 0.035 | 其余 |
由表4可知，铜铁合金中各元素的重量百分比符合技术标准。
实施例5、准备碳钢512kg、电解铜40kg、碳钢370kg、高纯石墨20kg进行生产，经检验所得铜铁合金中各元素的重量百分比为如表5所示：
表5
| Cu | Si | S | P | C | Pb |
| 61.20 | 1.32 | 0.08 | 0.058 | 2.2 | 0.038 |
| Sb | Zn | Sn | Al | V | Ti |
| 0.03 | 0.045 | 0.06 | 0.043 | 0.043 | 0.02 |
| Cr | Mn | As | B | Mg | Fe |
| 0.09 | 0.20 | 0.013 | 0.007 | 0.048 | 其余 |
由表5可知，铜铁合金中各元素的重量百分比符合技术标准。
综上所述，利用这种工艺生产的铜铁合金符合技术标准，同时又解决了铸造缸套时由于加铜所带来的多种问题，提供了一种新的获得铜的工艺，使废铜得到了合理利用，降低了缸套的生产成本，提高了缸套的耐磨性，延长了缸套的使用寿命。
Claims (6)
1.一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，其特征在于：所述的生产工艺包括以下步骤：
a、按如下重量比配比原料：废铜51~55份、电解铜4~6份、碳钢37~40份、高纯石墨2~4份；
b、把备好的碳钢加入中频电炉熔炼成液态；
c、把备好的高纯石墨和废铜加入到中频电炉内继续熔炼；
d、利用光谱仪检测中频电炉内铜铁合金液中铜的重量百分比，边检测边加入电解铜继续熔炼，使铜铁合金液中铜的重量百分比达到60%以上；
e、当铜铁合金液的温度达到1370~1390℃时，利用天车吊和浇注包把铜铁合金液浇入冷却水池冷却10~15min；
f、将冷却后的铜铁合金块晾晒、包装。
2.根据权利要求1所述的一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，其特征在于：步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜51.2份、电解铜4份、碳钢37份、高纯石墨2份。
3.根据权利要求1所述的一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，其特征在于：步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜52份、电解铜4.8份、碳钢37.9份、高纯石墨2.5份。
4.根据权利要求1所述的一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，其特征在于：步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜52.9份、电解铜5.7份、碳钢38.5份、高纯石墨2.9份。
5.根据权利要求1所述的一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，其特征在于：步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜53.8份、电解铜5.9份、碳钢39.2份、高纯石墨3.4份。
6.根据权利要求1所述的一种生产低合金灰铸铁缸套用的铜铁合金的工艺，其特征在于：步骤a中所述的各原料的重量比为：废铜55份、电解铜6份、碳钢40份、高纯石墨3份。
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