感应炉熔炼要点

感应炉熔炼灰铁的若干问题一.关于配料二.化学成分与微量元素三.加料顺序四.熔炼工艺五.白口宽度的意义及控制六.快速熔炼的意义及方法七.节电措施八.怎样延长炉衬寿命前言感应炉熔炼灰铸铁在国内的推广应用还是在近十年之内的事情，目前国内关于感应炉熔炼的技术资料所提供的内容大都非常初级，对熔炼高级灰铸铁来说几乎没有什么参考价值，以至于国内一些小型铸造厂还停留在只以降低碳当量来提高铸铁牌号的阶段，结果造成铁水的冶金质量非常低下，收缩倾向严重，铸件成批报废的结果时有发生。我所供职的是一家日资企业，母公司在日本是日本密烘铸物协会的会员，虽然出于保密规定，我们不能得到全部密烘铸铁的技术资料，但通过对日方技术指导的领悟，也可以说我们现在已经尽得密烘铸铁的精髓，下面是我们通过实践总结出的操作要点，有不正之处还请各位有识之士提出批评指正。一．关于配料感应炉熔炼在日本是走过一段弯路的，单纯模仿冲天炉的成分并不能得到象冲天炉那样的铸铁强度，开始认为感应炉并不适合灰铸铁的熔炼，而冲天炉正适合。后来经过大量的研究解决了这一问题。密烘铸铁有一种说法就是：感应炉熔炼的配料、成分及熔炼过程要完全模仿冲天炉，这就意味着感应炉熔炼不仅要增碳，如果炉料中没有足够量的硫还要增硫。再有，无论是冲天炉还是感应炉，炉料配比都是围绕着原铁水的（三角试片）白口宽度而定的，不同材质和壁厚有各自不同的白口宽度要求，而决定原铁水白口宽度大小的除了化学成分外还有配料中化合碳（相对于自由碳）的多少，密烘铸铁各牌号对配料中的化合碳上下限都有严格要求（见附图）。生铁、废钢、回炉铁中所含化合碳的量是不一样的。二．化学成分与微量元素不同的产品类型对化学成分的要求不尽相同，下面是我公司几种典型的铸铁化学成分仅供大家参考：材质最终成分目标范围CSiMnPSHT2003.30±0.101.85±0.100.65±0.10≦0.15≦0.12HT2503.20±0.101.75±0.100.75±0.10≦0.15≦0.12HT3003.10±0.101.65±0.100.85±0.10≦0.12≦0.12HT3503.00±0.101.60±0.100.90±0.10≦0.10≦0.12除上述5大元素之外，铸铁中所含微量元素也不可轻视：1.Ti有研究表明，铸铁中Ti的含量在0.04%左右时表现出极强的石墨化倾向，既降低铸铁的强度也降低铸铁的硬度，而由于我国铁矿石的特点，用我国的铁矿石炼出的生铁含Ti量大都在0.1%左右，在冲天炉配料的情况下，炉料中的Ti含量正好在0.04%左右。此外，Ti还有促进D型石墨产生的作用，由于D型石墨极易产生铁素体，所以增加了铸铁的断面敏感性，强烈降低厚大断面铸件的强度及硬度。由于普通废钢中Ti含量很低，感应炉熔炼时可以通过增加废钢的添加比例较容易地降低Ti含量，从而避开Ti对铸铁强度影响的峰值，提高铸铁的综合性能。PbPb是强烈的反石墨化元素，它抑制铁素体增加珠光体的能力甚至比Sb还要强，但因其对石墨形态有不利影响，所以当灰铁中含铅时反而显著降低铸铁的强度（见表1），甚至有可能造成重大的铸件断裂事故。并且由于硬度的提高影响加工性能。如果铸件出现异常的缩孔、裂纹缺陷也可以追究是否是含Pb过高的原因（0.005%以上）。项目无铅污染铸铁被铅污染铸铁大型铸锭模抗拉强度（N/mm2）90-12045弹性模量E。（GN/m2）85-10555冲击值（J）5823HT220抗拉强度（N/mm2）215-24545-155有资料介绍，当灰铸铁中含Pb0.0004%以上时，就有可能形成刺状石墨（如图1），当铁水中的Pb含量进一步增加到0.002%以上时会生成魏氏Widmanstatten石墨（如图2）。图1-a本公司发现的刺状石墨图1-b资料介绍的高磷铸铁件中的刺状石墨图2资料介绍的Widmanstatten石墨Pb存在于各种原材料中，例如含Pb快削钢、锻钢边角料、镀Pb钢板、有含Pb涂料的金属料和铜合金等。必须予以仔细甄别。2.NN既是很好的珠光体化元素，又能促进形成A型石墨，同时使片状石墨的端部由尖角变成圆角，非常利于铸铁强度的提高，通过适当增加铸铁中N的含量，可以节约大量昂贵的Cu等合金，从而降低成本。铸铁中的N既可以从增碳剂中获取，也可以通过添加N合金的方式增N，但从增碳剂中获取成本更低。需要注意的是，虽然N有许多优点，但如果添加过量，铸铁中含N量超过120PPM时就有产生裂纹状气孔的危险，特别是厚大铸件更是如此。为了安全起见，一般将含N量控制在80-90PPM。3.Zn随着中国汽车业的快速发展，镀锌钢板被大量使用，同时也就产生大量的边角废料，汽车业用的镀锌板材是用优质钢材压延而成，如果可以将这些材料应用于铸铁的电炉熔炼对稳定铸铁材质质量非常有利。根据日本丰田汽车铸造厂的经验，熔炼时即使配料使用100%镀锌钢板（锌含量1%），对铸铁材质的影响也非常有限，单从这个角度上讲，镀锌钢板废料可以放心使用。但作为铸造厂还必须考虑以下几点问题：1）．Zn的沸点只有906℃并且在高温时极易氧化，产生大量的白色烟雾（ZnO）而污染环境。2）．铁水中的锌会渗透进炉衬进而渗透进线圈间的绝缘层造成匝间短路。3）．铁水中的氧化锌与炉衬反应生成低熔点的ZnSiO4加快炉衬的熔损降低炉衬寿命。4）．随着熔化时间或保温时间的延长铁水中的锌会逐渐蒸发而降低。三．加料顺序正确的加料顺序不仅能提高熔化效率，节省用电量，更是稳定铁水质量的重要因素。1．加料的顺序要始终保持一致，最初加入碳化硅（不用碳化硅时用增碳剂代替），这不仅仅是为了大家所共知的让硅在铁水中均匀分布是需要时间的，还是为了防止加入金属料时由于冲击对炉衬的损伤。2．其次，加入金属料时先加废钢到炉膛高度的1/3，然后加热到磁性转变点以上的温度（临界温度或叫居里点，在此温度或其以上的温度，磁性材料就变成了顺磁体。也就是原子的磁轴沿感应线圈产生的磁场耦合）。3．这个现象结束后，先加入适量的低熔点炉料以便尽快形成熔池使输入功率保持最大，接着添加废钢和增碳剂，再加入生铁，以后是回炉料等各种材料。4．只有在烘干（或烧结）炉子时上述的标准会改变，这时加入的材料最好100%使用回炉料。通常熔炼如果最初加入大量的回炉料或其他高CE值的料，根据经验会发生以下两种现象或其一：增碳剂被从回炉料中产生的渣子所包裹而不能被铁水吸收。或者后续加入的废钢需极端长的保温时间，否则增碳剂浮在铁水表面而不能卷入铁水中被吸收，使增碳剂的吸收率降低且成分不易稳定。四．熔炼工艺流程确认炉壁情況后，炉底部首先加入废钢，，为了能大功率送电，炉料先加到炉膛高度的1/3处，炉料温度上升到770度以上时再根据熔化速度加料。加入余下炉料,在加入上一包剩余铁水时(可视为机铁使用)要慢慢加入后续加料因不可能一次加完,所以要一边确认炉料熔化状况一边按顺序加料，配好的废钢要剩余5%左右用于成分调整确认熔清状态,温度为1250℃～1300℃扒渣、测定CE、检査三角试片、测温以及其他二次调整（最终成分的调整）铁水出炉(1480-1510℃)浇注进入下次熔化程序配料计算增碳剂在第一批废钢后加入，不可一次全部加入,要分3～4次除增碳剤之外的合金类,在最后一批料之前加入若有必要，用废钢调整成分,以及加入二次调整用硅铁等合金类加孕育剂(0.1-0.4%)注余铁水返回炉内记录时间送电开始记录时间记录时间必要时停电1350℃～1380℃记录时间及其他记录时间及其他，停电操作完成，做记录五．白口宽度的意义及控制1.白口宽度是指浇注到三角试片模中的铁水经激冷后砸断，测量断面上的白色部分与灰色部分交接处的宽度尺寸，原铁水的白口宽度由两部分形成：一是由原铁水的化学成分决定的白口，二是由原铁水固有的过冷度决定的白口。原铁水经有效的孕育后（使用少量的特效孕育剂的情况下）去除了由过冷形成的白口，只剩下由成分而形成的白口，所以经孕育后铁水白口变小，孕育前后白口变小的值就是原铁水的过冷度。孕育前的白口宽度决定了铁水的机械性能，孕育后的白口宽度决定了铸件的加工性能。2.三角试片尺寸的选用及白口宽度的测量方法：3.白口宽度的标准及控制：1）下表为我公司原铁水成分控制目标及白口宽度范围标准：材质原铁水目标成分三角试片白口宽度CSiMnPS孕育前CW孕育后PWHT2003.4±0.051.65±0.050.65±0.05≦0.150.08±0.014～62～3HT2503.3±0.051.55±0.050.75±0.05≦0.150.08±0.015～93～4HT3003.2±0.051.45±0.050.85±0.05≦0.120.08±0.017～114～5HT3503.1±0.051.35±0.050.90±0.05≦0.100.08±0.0112～205～72）白口宽度的控制：前面说过白口的大小不仅与铁水的化学成分有关，还与炉料的配比、炉料的成分、性质，熔炼工艺、过程等有关。当炉料中含有较多的化合碳时，例如白口生铁、高碳钢等相应地铁水的白口宽度就大反之白口宽度则小。随着熔炼时间或高温保温时间的延长，由于铁水中晶核的减少以至消失，白口逐渐增大甚至全白口。所以，要在一定的成分范围内增加白口宽度，就要增加炉料中化合碳的比例，例如使用适量的白口生铁或增加回炉料、废钢的添加比例。当发现成分适当而白口宽度过大时，可在铁水出炉前1分钟内向炉内添加0.05-0.1%的低熔点碳化硅，大功率送电以期达到强力搅拌的效果，使碳化硅迅速溶解在铁水中成为晶核从而减小过冷，即可达到减小白口的目的。六．快速熔炼的意义及方法实现快速熔炼不仅能够提高生产效率、节约电力、延长炉衬使用寿命，更重要的是通过缩短铁水过热时间减少晶核的消失，保证高的铁水冶金质量。除冷炉起熔时因必要的预热阶段需要控制输入功率外，正常熔炼要遵循以下原则：1.出铁后马上通电，开始下一炉熔炼。2.尽可能不要中途停电（即不要关掉开关)。3.炉盖要勤开勤关(因此，要求回炉料等不要伸出炉外，要保证炉盖能夠开闭)。4.由于废钢能夠代替炉盖，所以可以將废钢堆在炉口上方5.调整成分时要迅速、准确(若能保证这一点，就可以大大缩短熔炼时间)为此：①称量要准确(不要忘记將出铁量的误差计算在內)。建立速算表②增碳剂稍微多加一些，碳量过高时用废钢進行调整会更快一些。③准备工作要做得充分些(如各种添加剂、FeSi、FeMn、Fe-Si-Mg、孕育剂等要提前称量)6.实现用时间管理温度，避免过度升温以及高温保温。七．节电措施1.提高熔化铁水利用率。2.正确计算铁水量(毎天确认最后一炉的铁水重量，并确认一次铁水出炉后铁水在炉中的高度，以此来判定铁水重量)。3.注余块要將灰铁和球铁分开。4.出铁温度控制在允许的最低限。5.炉盖的开关在尽可能缩短时间的同时，不必要时不要打开。6.铁水要在炉内保存时尽可能低温保存，或者干脆停电。再升温时以最大输入功率升温。7.在使用除尘环除尘时要根据情况适当调整风量以至关闭风机。8.使用不含铁锈、沙子等不纯物的材料。9.避免不必要的升温，严格温度管理，抑制温度损失。10.尽可能选择能使输入功率最大化的方法，为此，要动脑筋想办法使材料的装炉方法能保证最大的输入功率，用短时间完成熔化是非常重要的。11.开始时加入的冷料，应具有电流侵入深度的6-8倍的厚度，加入时要减少间隙。还有，使用熔点低的回炉料时因为能很快熔化，所以能提高负载率。12.后续加料要逐渐向炉内插入，当材料熔化、开始下落后逐渐向炉内投入冷料，一次投入量不要超过坩埚容量的10%，以材料投入后能将炉盖关闭为准。13.切屑在最后加入。象切屑这样细小、堆比重轻的材料，由于加热效率不好，应在有一定程度的铁水后，利用铁液的搅拌作用，卷入铁液内部来熔化。由于磁力的作用切屑会贴在炉壁周围，这时有必要停一下电（或降低功率）来使切屑下落。14.用剩余铁水熔化。虽然中频炉没有必要非得在有残留铁水的条件下熔炼，但炉内如果有5-10%的剩余铁水时，不但电力量会增加，熔化能力也会增大。15.监视炉内径的变化。当炉壁上粘付炉渣或炉壁受到侵蚀炉内径发生变化时，输入功率都有下降