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1、中频炉增碳工艺研究1. 前言前言中频感应电炉与工频感应电炉相比，具有功率密度大、占地小、生产灵活、造价低、而且生产铸铁牌号变更灵活方便的优点，随着市场发展的需求，在铸造生产过程中，不同品种产品的切换也越来越灵活，造型生产节拍也越来越快，这就要求实际生产中熔化的速率也要越来越快，此外中频感应电炉的能耗要远远低于工频感应电炉，大大的降低了铸造能耗，拉低了生产成本，在铸造生产中已得到了广泛应用，并逐步取代工频感应电炉。八十年代开始，某公司就开始研究采用合成铸铁的工艺方法生产汽车铸件，由于废钢、碳化硅、增碳剂等资源保证问题，一直没有大规模使用。近年来，考虑到生铁价格持续走高，面对铸造原材料和人工成本的
2、不断上升，选择大比例废钢增碳工艺来生产合成铸铁已成为当前大多铸造行业的趋势，它不仅可以有效地利用废钢边角料来节约生产成本，也响应了绿色铸造的理念，在采用大比例废钢增碳工艺生产制动盘的过程中，由于中频炉电磁搅拌相对较弱，熔化速度快，升温快，搅拌能力低，加入大量增碳剂（约 4%）在熔化到1400下不能完全溶解，原有工频炉铁液增碳工艺应用于中频炉 C 不能完全吸收，造成出炉时 C 未完全溶解，频繁出现取样 C 成分与实际铸件不吻合，实际铸件 C 偏高，硬度偏下限的现象，本文将结合工厂实际生产经验着重从中频炉大比例废钢增碳的增碳剂选用、炉料加入方法、取样温度、时机几个方面分析如何制定较为合理的增碳工艺
3、。2、试验方法和内容、试验方法和内容本次试验中，主要采用大比例废钢增碳剂的炉料配比方式生产制动盘，试验的关键为增碳剂的选择，实际生产中，用于铸铁件增碳的增碳剂种类繁多，我厂当前正在使用的增碳剂参数如表一，试验中将三种增碳剂逐一用于生产制动盘的配料中，研究分析出吸收率较高，性价比较好的增碳剂是本次试验的关键。表一 使用增碳剂技术指标名称粒度/mm固定碳%硫份%水份%灰份%挥发份%A14980.10.51.01.0 B14980.50.51.01.0 C0.5-3900.50.55.02.0在生产制动盘的过程中，采用 6t 中频炉进行化料，炉料配比工艺为：回炉料：废钢=（20%-50%）：（50%
4、-80%） ，本次试验中按照 20%回炉料：80%废钢的配料方式，再根据工艺条件加入适当比例的增碳剂。配料方案分为铁液增碳和配料增碳两种，将 A、B 和 C三中增碳剂分别用于两种配料过程中，分析研究增碳剂的吸收率和增碳效果。铁液增碳时炉底留有 1t 左右起熔铁水，将废钢分三次加入，待废钢完全熔化之后加入增碳剂进行增碳，实际炉料配比如下表二：表二 中频炉熔炼制动盘液态增碳炉料配比配料（%） 剩余铁水 （T）废钢 （T）增碳剂 （KG）加料顺序10.74.7140剩余铁水 0.7T废钢 1.5T废钢 1.7T废钢1.5T铁水化清后增碳剂 140KG20.94.3130剩余铁水 0.7T废钢 1.5
5、T废钢 1.5T废钢1.3T铁水化清后增碳剂 130KG30.95160剩余铁水 0.9 T废钢 1.5T 废钢 2T废钢1.5T铁水化清后增碳剂 160KG配料增碳采用炉底留有 1t 左右起熔铁水，将废钢和增碳剂一起分三次同时加入，实际炉料配比如表三：表三 中频炉熔炼制动盘配料增碳炉料配比配料（%） 剩余铁水 （T）废钢 （T）增碳剂 （KG）加料顺序10.74.5130剩余铁水 0.7T废钢 1.5T、增碳剂 60KG废钢 1.5T、增碳剂 40KG废钢 1.5T、增碳剂 30KG20.94.7160剩余铁水 0.9T废钢 1.7T、增碳剂 60KG废钢 1.5T、增碳剂 60KG废钢 1
6、.5T、增碳剂 40KG32.53100剩余铁水 2.5T废钢 1T、增碳剂 40KG废钢 1T、增碳剂 40KG废钢 1T、增碳剂 20KG40.94120剩余铁水 0.9T废钢 1.5T、增碳剂 60KG废钢 1.5T、增碳剂 40KG废钢 1T、增碳剂 20KG50.94150剩余铁水 0.9T废钢 1.5T、增碳剂 60KG废钢 1.5T、增碳剂 60KG废钢 1T、增碳剂 30KG60.95150剩余铁水 0.9T废钢 2T、增碳剂 60KG废钢 2T、增碳剂 60KG废钢 1T、增碳剂 30KG3、实验结果分析、实验结果分析3.1 增碳剂的选择和加入方式3.1.1 增碳剂的选择本次
7、试验中将 A、B、C 三种增碳剂分别加入以上两种方案中，通过试验发现 C 结构致密，密度硬度都相对较大，使用过程中不易与铁水相溶，吸收缓慢且烧损严重。A 粒度较小，结构疏松，铁水能迅速的进入空隙与其相溶，吸收率相对最高，但成本较高，制动盘生产中无特殊要求，也不予考虑。而 B 结构松散，存在许多孔隙，有利于铁液进入间隙较快的吸附 C 原子，相对吸收率较高，成本低，实际生产中采用吸收率相对较高的 B 做为增碳剂。3.1.2 增碳剂的吸收率在采用配料增碳过程中，配料时增碳剂与废钢一起加入炉内，采用液态增碳时增碳剂主要作用为调整成分时铁水增碳，增碳剂的吸收率在合理的过热范围内，温度越高增碳剂的吸收越快
8、，当温度过高尤其是高于 1500时，部分增碳剂难以熔化而漂浮在铁液表面，造成增碳剂吸收率过低，当温度再持续上升的过程中又会引起增碳剂烧损加剧，也严重影响其吸收率，因此增碳剂加入后合理的过热温度是影响增碳剂吸收率的关键，下表四为本次试验中使用的 B 在某零件上炉料增碳和液态增碳两种方案下得吸收率，由表中可以看出此增碳剂在液态增碳时的吸收率为 76%，配料增碳时的吸收率为 79%-85%，配料增碳的增碳剂吸收率高于液态增碳时的吸收率。表四 增碳剂在液态增碳和炉料增碳的吸收率增碳方式增碳剂种类原铁水量kg原铁水C 含量原铁水S加废钢 kg增 C 加入量 kg增碳后铁水 C 含量增碳后铁水 S吸收C(
9、kg)收得率液态增碳9000 3.45%0.020%050 3.87%0.023%37.876%7600 3.35%0.018%2200 162 3.91%0.025%128.679%炉料增碳B7600 3.30%0.018%2200 162 3.96%0.030%137.385%3.1.3 增碳剂加入方式由于增碳剂越致密、粒度越大越不容易吸收，相对于工频炉来说，中频炉升温过快，增碳剂在中频炉中的吸收率要低一些，为了使增碳剂达到较高的吸收率，避免增碳剂长期高温被氧化，在熔化过程中前期功率应足够小延长增碳剂加热时间提高吸收率，除此之外由于中频炉的搅拌能力差还应辅助适当人工搅拌如采用中转包倒铁水促
10、进增碳剂的溶解和扩散提高吸收率，增碳剂的比重小，人工搅拌可以减少增碳剂因浮在表面而被烧损，搅拌还可以减少增碳保温时间，缩短生成周期。但搅拌时间过长会造成增碳剂烧损严重，因此适宜的加料过程和熔化功率也对增碳剂的吸收起着较为重要的作用。为了避免熔炼和升温时间缓慢，配料过程中，采用废钢、增碳剂分批次加入，每批炉料熔化时间大约为 15 分钟，在化料前期采用较低功率避免过高温度造成增碳剂烧损，后期待铁水糊状后迅速升温。如总共需加入 130KG 的增碳剂，采用 60KG+40KG+30KG 的方式加入，避免了一次大批量加入增碳剂全部悬浮在铁液表面，不能与铁液有效的结合而温度又过高造成烧损严重，同样最后一次
11、加入的量应相对较少，避免大批量地往铁液里加入增碳剂，造成增碳剂在铁液中吸收不完全和生产延误的现象，因为后期加入增碳剂过多会造成增碳剂吸收时间变长，为了不影响生产效率出现增碳剂未完全吸收就出炉的抢铁水的现象，同时有可能出现取样时碳片的碳含量低于铸件实际碳含量，造成铸件 C“漂” ，引起铸件硬度偏下限的后果，这也是我厂某生产线投入中频炉大比例废钢增碳以来遇到的主要中频炉使用技术难题。综上所述炉料加入的方式最好为配料增碳，且增碳剂和废钢同时分批次加入，最后一次加入增碳剂的量应尽量小。3.2 配料增碳不同温度和时间碳片的 C 含量变化 3.2.1 配料增碳中 C 的吸收试验中采用液态增碳由于中频炉搅拌
12、能力差，增碳剂加入后悬浮在铁水表面，不易与铁液完全混合吸收缓慢，延误生产，此外液态增碳时铁水温度较高碳的烧损也较为严重，因此在采用大比例废钢增碳生产制动盘时尽量避免液态增碳，最好能保证铁水一次合格率，如若保证不了也尽可能采用降碳工艺，即采用配料增碳且增碳剂加入量按工艺上线加入。下面将针对配料增碳过程中适宜的取样温度和时机加以分析。在采用大比例废钢配料增碳生产制动盘时，将铁水完全化清，在 1400-1500之间 4个不同温度和时间制取碳片验证 C 的溶解吸收情况，首次取样为铁水完全化清，扒尽浮渣，温度升到 140030制取碳片，第二次为铁水升温到 145030制取碳片取样，第三次为铁水在 145
13、030并保温 10 分钟之后取样，第四次为铁水升温到 150030取样，通过不同温度和时间所取碳片的碳的变化来探索与铸件实际碳最接近的碳片的取样温度和时机，具体方案如表五。 表五 配料增碳不同温度、时间碳片取样514243.41114573.4315073.41 614373.751214503.78415273.763.2.2 配料增碳中 C 含量随温度和时间的变化根据 6 组试验方案，待铁水化清之后，在 4 个不同温度和时间制取碳片，C 的变化如表六，从表六数据分析中可以看出，方案 1-3 中 C1 为铁水完全化清后扒尽浮渣在140030取样，C2 为铁水升温到 145030取样，C1 平
14、均值为 0.03，说明在140030时，增碳剂还未完全吸收，取样温度偏低，取样时间过早，因此在后续试验中，直接在 145030取样，C3 为铁水在 145030并保温 10 分钟之后取样，C2 为0.04，说明在 145030时，增碳剂还在继续吸收，也不适宜取样，第四次为铁水升温到150030取样，C3 的平均值为 0.001，基本上无变化，个别取样 C 已呈现一种烧损状态，这说明在 145030并保温 10 分钟取样，铁水中的增碳剂已经基本吸收，温度越高，时间越长增碳剂的吸收越好，但时间太长不仅会使碳烧损影响增碳剂的吸收率而且还影响生产效率，由以上分析得出在使用中频炉和大比例废钢增碳工艺生产
15、制动盘时，在 14501500，保温 15-20 分钟取样为较为合理的取样时机。表六 配料增碳不同温度和时间 C 的变化方案C1C2C1%C3C2%C4C3%Cmax%13.043.060.023.140.083.160.020.08 23.453.470.023.450.023.4500.02 33.753.80.053.870.073.88-0.010.07 43.083.110.033.1-0.010.03 53.43.403.410.010.01 63.753.780.033.76-0.020.03 Average 0.030.040.0014、小结小结 1、在使用中频炉大比例废钢增碳工艺生产制动盘时，配料增碳相较于液态增碳，增碳剂吸收较快、吸收率较高，化料时优选选择配料增碳，配料工艺为增碳剂、废钢分批次加入。2、增碳剂应选择成本较低、吸收率相对较高的结构疏松，有间隙的易吸收的，同时采用中转包倒铁水的人工搅拌法加快增碳剂的吸收，缩短增碳剂的吸收时间，提高生产率。3、为使制取碳片的成分较接近于铸件，最适宜的取样时间在 14501500，保温15-20 分钟取样。
