马敬仲 感应电炉熔炼特性及工艺要点

《马敬仲 感应电炉熔炼特性及工艺要点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《马敬仲 感应电炉熔炼特性及工艺要点（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、感应电炉熔炼特性及工艺操作要点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、 蠕量铸铁、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）熔化与熔炼：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，

2、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）形核能力强与形核能力差：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）炉渣与炉料净化：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。4)炉料的遗传性：电炉铁液的过热温度不超过1550C，低于冲 天炉过热带的1700C-1800C。故生铁中的石墨不能

3、全部溶入铁液中， 故电炉熔炼中的生铁中粗大石墨的遗传性大于冲天炉。1.2 电炉熔炼与冲天炉熔炼在结晶特性上的差异1) 电炉熔炼的铁液有“三大”：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) 电炉熔炼的铁液形核能力差：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) 电炉熔炼铁液的时间长，结晶核心少：炉料从固态到熔化， 电炉的熔化速度远高于冲天炉。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

4、晶核的减少。结论：与冲天炉熔炼相比，电炉熔炼最大的特点，也可以说最大 的问题就是铁液的形核能力差，因此操作时必须注意下面三点。(1) 无论是熔炼灰铸铁还是球墨铸铁都要注意增C,对灰铸铁 还要注意增 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15001550C，静置710min,然后尽快出炉，否则会出现3个问 题：一是成分波动，脱C增Si；二是结晶核心减少，白口倾向增大；三是炉衬侵蚀加剧。图1-1在不同的碳当量下熔炼工艺 对共晶结晶过冷度的影响图 1-2 感应电炉与冲天炉体液的 白口深度对比FJ*zi2图1-3感应电炉与冲天炉铁

5、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电炉在铁液温度与成分准确性的控制上，较小的元素烧损上，电炉熔炼皆优于冲天炉熔炼，但电炉熔炼的铁液品质上存在着3 个问题 一是气体含量问题；二是生铁的遗传性问题；三是形核能力差问题；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含量较高。再加上增C剂中也含有N,所以电炉中必 须重视N含量，其重要度大于H与0。(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(X10-)对比气

6、体0含量H含量N含量冲天炉铁液40 602440 70感应电炉铁液20280 140(3) 电炉的0含量一般在20PPM以下，只要铁液的过热温度到 达1500C以上，铁液就会产生自脱氧反应，铁液中的0会变成C0排 出，铁液就会变成高温低氧的优质铁液。铁液质量显著提高。但铁液 中氧含量过低也不好，如0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； 铁液中的0含量，一般可控制在10-20PPM范围内。(4) 电炉中由炉料带入的H很少，产生氢气孔的可能性很小。 产生氢气孔主要是来自于造型材料，未烘干的浇包，铸型等方面或孕 育剂的含A1量上。故测

7、定电炉铁液中H含量意义不大。(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130PPM。原铸件的N应小于80PPM。为了控制N含量应注意三点：1应选用含N量低的增碳剂；2禁用，含 N 量高的电弧炉钢、高锰钢及铁素体钢；3 当 N 含量超标时要加含Ti或含Zr的孕育剂降氮。表 1-2 感应电炉中废钢比例与铁液中的 N废钢比例(%)1550100铁液中N量(X10-630-5080-1201402)炉料中生铁的遗传性冲天炉内的过热带温度达17001800C时，铁液以细小滴状通 过过热带，在如此高温下，石

8、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。电炉中的熔炼温度低于冲天炉，一般不超过1550C。这使生铁 中的石墨不能全部溶入铁液。生铁一般是过共晶铸铁，石墨主要由一 次性粗大的 C 型石墨及细小的共晶石墨组成。铸铁凝固时，部分粗大 的 C 型与部分细小的晶态石墨被保留下来，前者形成粗大石墨，后者 往往成为析出石墨的托附体，也使石墨粗大生铁配比越大，石墨粗大 现象越严重。因此，感应电炉熔炼铸铁配料时，为防止产生粗大石墨出现，生铁比例应有限制，在生产HT250、HT300、HT350时生铁比例宜在10% 以下。2 电炉熔炼

9、铁液的工艺要点2.1 电炉熔炼的铁液成分控制要点2.1.1要采用废钢+增C工艺企图用提高电炉熔炼温度的方式来缓解生铁中粗大石墨遗传问 题的做法是不可取的，因为过高的熔炼温度将大幅度降低晶核的数量 导致白口倾向增大。正确的方式是，在电炉在熔制灰铸铁时，尤其是 在熔制HT250以上材质时，少用生铁（V10%）,并要采用废钢+增C的 工艺，以抵消粗大石墨的遗传，改善石墨的品质，使石墨更细化，分 布更均匀。确保铸铁的性能与质量。在增C工艺中，要重视增C剂的质量。必须选用经过高温石墨化 处理的增C剂，如优质电极碎屑或焙烧处理的石墨化油焦；其优点是 增C剂中含S量、水分、灰分、挥发物及气体杂质已被分离出去

10、，增 C 剂中 N 与 H 显著降低，可有效地防止铸件气孔产生；更重要的是， 高温使增 C 剂中的原子排列有序度增高，增加了石墨结晶核心并使铁 液增 C 加快，较大幅度地减少了白口倾向。生产中有些企业采用未经高温石墨化处理的石油焦或优质无烟 煤作增C剂，该增C剂虽能增C,但因其无序排列的石墨不能在铁液 中直接溶解，石墨化能力差，无法达到预期效果，且含N高，常形成 氮气孔缺陷。实践证明，多加废钢的增C工艺熔炼与不用增C剂而使用生铁熔 炼的工艺相比，其铁液白口小、收缩小、性能高，即使在同样共晶度 下或稍高时，多加废钢铸铁具有较高的强度（见表 2-1）。表 2-1 电炉熔炼时不同废钢配比对灰铸铁抗拉

11、强度的影响废钢配比（%）共晶度Sc铁液含C量（%）孕育剂Si量（%）抗拉强度/MPa孕育剂75FeSi加入量（%）250.8603.012.322690.3300.8552.942.522830.3350.8483.231.333070.3400.8522.972.373300.3500.8802.981.423580.32.1.2熔制灰铸铁要采用增S工艺若电炉熔炼铸铁时不增S,在高废钢配比下，铁液的含S量仅为 0.02%0.03%。这对要求低含S量铁液的球墨铸铁是有优势的；但对 于灰铸铁，低S量的铁液则使石墨化能力减小，孕育效果差，白口倾 向增大。实践证明，在一定的Mn量下，当铁液中的含S量

12、达到0.06% 以上时，才能获得良好的孕育效果。过去相当长时间内，灰铸铁的化 学成分中的S含量只有上限（SV0.12%），没有下限（S0.06%），这 是不正确的。因此，熔炼灰铸铁时，铁液 S 含量在 0.06%0.12%是 适宜的。通常用加入FeS来达到增S的目的。2.1.3 铁液熔化后再加入合金电炉熔炼时，合金元素要在铁液熔化后加入或在炉外加入，可使 合金元素烧损减少。如Si铁、Mn铁在铁液熔化后加入，可使Si、Mn 烧损量V2.0%； Sn、Sb、Cr、Cu、Ni等元素则在炉外加入，吸收率 高，见表 2-2。表 2-2 酸性感应电炉精炼期添加合金回收率儿糸SiMnCrMoPNiCuBTi

13、添加合FeSiFeMnFeCrFeMoFePNiCuFeBFeTi金种类回收率（%）998585957510010040-60（包内）60-70（包内）2.2 电炉熔炼的配料控制要点2.2.1 碳含量的预配值要高于目标值对于碳含量，在配料时应略高于目标值，因为熔化后期可用废钢 微调，不仅简便，且熔化快，成分易均匀。若碳值采用低于目标值配 料，后期用增C剂微调，则需升温方可快熔，且增C剂因比重轻而浮 于液面，需搅拌方可提高吸收率；故此法因其增加调整时间与劳动强 度而不可取。含C量目标值3.15%的配料计算程序举例如下。1）炉料配比：废钢 60%+回炉铁 30%+ 生铁 10%2）计算得出含 C

14、量：0.3%X60%+3.2%X30%+4.3X10%=1.57%3）需增 C 量：3.15%-1.57%=1.58%4）需从增C剂中吸收的C量：1.58%三99%=1.60%5）根据增碳剂吸收率（如95%）,则增C剂加入量为：1.60三95%=1.68%，取1.7%6）如炉料为1000kg，则需加入增C剂：1000X1.7%=17kg7）再根据C的烧损或增C实际效果进行调整。最佳工艺情况是：测出铁液含C量3.2%，则可在炉内加少许废钢减C至3.15%。上述配料计算与实际调整数值一定要与熔炼工艺相结合。如：在15001550C，既要静置一段时间，又不可静置太长，一般静止710min,这是为了进

15、行铁液自脱氧反应（即Si02+2C-Si+2C0）,以净2化铁液。若静置时间太长，脱C增Si反应加强，将造成C、Si成分 波动。总之,经过多次熔炼配料计算和实际调整,即可掌握规律,稳 定C的成分。2.2.2 合金元素的预配值要低于目标值原始配料成分中合金元素含量预配值要略低于目标成分，以便在 首次化验后进行合金成分的调整；这是因为合金元素补加相对简便， 若用铁料调节某一合金元素时，则会引起其他元素的连锁变化，故配 料时合金元素含量不宜超过工艺上限。2.2.3要采用废钢+增C的先进工艺再一次强调，生产高强度对灰铸铁，生铁配比量要少于10%，并 采用废钢+增 C 的合成铸铁工艺，对提高灰铸铁的力学性能、冶金质 量和改善加工性能有着重要的作用。目前，已有很多工厂采用这个工艺后，消除了粗大的石墨，改善 了石墨的品质，使石墨更加细小、均匀，还减少了生铁中微量元素的 危害。2.3 电炉