马敬仲 感应电炉熔炼特性及工艺要点 for 百铸网.docxVIP

百铸网 感应电炉熔炼特性及工艺要点 1 电炉熔炼与冲天炉熔炼的差异分析 随着我国铸造工业的发展，尤其是高强度灰铸铁、高端球墨铸铁、蠕墨铸铁、特种铸铁生产技术的发展，采用电炉熔炼铸铁的趋势甚为迅速。由于从冲天炉熔炼铸铁转变为电炉熔炼铸铁，两者在冶金与结晶特性方面有较大的差异，在铁液质量控制方面也需要采用相应不同的措施。上世纪80年代，日本大量使用电炉熔炼的初期，在铸铁质量控制方面就曾出现不少问题，我国现在也遇到了同样的困扰。 1.1 电炉熔炼与冲天炉熔炼在冶金原理上的差异 1）感应电炉与冲天炉熔炼最大的不同点是：感应电炉是炉料“熔化”，没有铁液与焦炭、炉气、炉渣之间的冶金反应，冲天炉是又“熔”又“炼”。前者元素烧损少、成分易控制，后者有氧化与还原的冶金过程，成分波动大、不易控制。 2）冲天炉熔炼有增C、增S的过程，对铁液的形核有利，因而十分有利于灰铸铁的生产；而电炉熔炼如不加增C剂，则铁液形核能力不足，白口与收缩倾向大，对力学性能与加工性能皆有负面的影响。因此电熔炼要采用废钢+增C的工艺。 3）因炉渣不能被感应加热，故炉渣温度低，且电炉有搅拌作用，炉渣不易上升，因此电炉熔炼对炉料净化要求要高于冲天炉。 1.2 电炉熔炼与冲天炉熔炼在结晶特性上的差异 1）电炉熔炼与冲天炉熔炼相比，在结晶特性上有“三大”特征，即：过冷度大、白口深度大、收缩倾向大。见图1-1、图1-2和图1-3。 2）电炉熔炼铁液的形核能力差。电炉铁液中无增S、增C过程，S含量一般为0.02%～0.04%，与 Mn生成的MnS数量少，而MnS是铁液中重要的结晶核心。 3）电炉熔炼时间长。从预热至过热约1h，而冲天炉熔炼则为40min。电炉因熔炼时间长导致结晶核心减少，如操作不当（如高温保温时间长），则会更加剧晶核的减少。 4）根据电炉熔炼时铁液形核能力差的问题，特别要关注下列事项： （1）无论是熔炼灰铸铁还是球墨铸铁都要注意增C、增S。 （2）不要长时间高温保温，如需保温，应低温保温。 （3）操作时必须尽量做到快熔快出。铁液成分调整后，升至1500～1550℃，静置7～10min，然后尽快出炉，否则会出现二个问题：一是成分波动，脱C增Si；二是炉衬侵蚀加剧。 图1-1 在不同的碳当量下熔炼工艺 图1-2 感应电炉与冲天炉体液的 对共晶结晶过冷度的影响 白口深度对比 图1-3 感应电炉与冲天炉铁液用圆筒形金属 型试验时缩孔深度的比较 1.3 电炉熔炼与冲天炉熔炼在铁液品质上的差异 在铁液温度与成分的准确均匀性、元素烧损等方面，电炉熔炼皆优于冲天炉熔炼，需要着重提出的：一是气体含量问题；二是生铁的遗传性问题。 1）铁液中的气体含量 （1）感应电炉熔炼时，金属炉料与气体接触的时间短，铁液与气体接触的界面小，故铁液中H、O低于冲天炉铁液，但感应电炉中废钢加入量大，N量较高。 （2）铁液中的气体含量见表1-1。 表1-1 感应电炉与冲天炉铁液中的气体含量（×10-6）对比 气体 O含量 H含量 N含量 冲天炉铁液 40～60 2～4 40～70 感应电炉铁液 20 2 80～140 （3）随着铁液温度到达1500℃以上，铁液中的溶氧量降低，铁液质量显著提高。但要注意到，铁液中氧含量过低也不好，如O含量降至10PPM以下，则使孕育时的晶核数下降，即使孕育剂量增多，孕育效果也差，导致过冷石墨的产生；故铁液中的O含量不得过低，如确认过低时，则可在孕育时加含有氧、硫元素的孕育剂。 （4）感应电炉铁液中H较低，故产生氢气孔的可能性很小。 （5）感应电炉铁液中的N与废钢加入量有关，见表1-2。含N高的铸铁件会产生裂隙状皮下气孔、裂纹或缩松，故对于灰铸铁，薄壁铸件N含量应小于80PPM。 为了控制N含量，应选用含N量低的增碳剂，禁用含N量高的电弧炉钢、高锰钢及铁素体钢；或者采用加含Ti的孕育剂等措施。 表1-2 感应电炉中废钢比例与铁液中的N 废钢比例（％） 15 50 100 铁液中N量（×10-6） 30～50 80～120 140 2）炉料中生铁的遗传性 冲天炉内的过热带温度达1700～1800℃时，铁液以细小滴状通过过热带，在如此高温下，石墨易溶入铁液，只要铁液温度足够高且铸铁成分是亚共晶的，那么金相组织中的石墨皆呈细小片状，不会产生粗大的C型石墨。 感应电炉中熔炼温度低于冲天炉，一般不超过1600℃，生铁中的石墨，尤其是粗大的C型石墨难以全部溶入铁液，生铁比例越大，溶入难度越大，致使一些细小的晶态石墨保留在铁液中。共晶凝固时，即使是亚共晶铸铁，也会有粗大的石墨产生