感應電爐熔煉三大特異性 六項技術措施
發(fā)布時間：2017-07-22 16:55 來源：tommy 閱讀：
由于電力供應狀況的改善以及機械制造裝備業(yè)對鑄件品質要求的提高，近幾年以來，在鑄造生產中越來越多地采用感應電爐進行熔煉，尤其是中頻感應電爐已經成為新建鑄造車間和熔煉工部技術改造中優(yōu)先考慮選用的設備。
目前，我國中頻感應電爐電源裝置已發(fā)展到比較高的水平，控制系統(tǒng)的保護更趨完善合理；計算機在感應電爐上的應用，使得爐況監(jiān)控、故障診斷乃至熔煉過程冶金質量監(jiān)控具有國際現(xiàn)代化的水準。感應電爐正日益得到廣泛應用，對現(xiàn)代化機械制造和冶金工業(yè)的飛速發(fā)展，對穩(wěn)定地提高鑄件質量，減少廢品及降低鑄造車間能耗，改善車間作業(yè)環(huán)境，一定會起到至關重要的作用。為把先進的熔煉設備使用好、利用好，我們從事鑄造行業(yè)的工程技術人員有必要研究和探討感應電爐的特性，根據具體應用情況尋找適用的技術對策。
1.感應電爐熔煉鑄鐵的特異性
感應電爐熔煉鑄鐵時工藝相對穩(wěn)定，調整成分方便，溫度易于控制，熔煉過程的燒損少，尤其生產球墨鑄鐵與沖天爐相比，有利于獲得低硫鐵液等，并可減少環(huán)境污染，改善勞動條件，鑄件質量較為穩(wěn)定，還可以利用廉價原材料。但任何事物總是具有兩重性，使用感應電爐熔煉鑄鐵的生產實踐中，同樣也會出現(xiàn)和存在一些鑄造性能缺陷，這就是感應電爐最常見、最易產生的特異性。
?。?）白口傾向增大，過冷度增加，感應電爐鐵液與沖天爐鐵液相比晶核數量較少。結論是：隨著保溫時間延長和熔煉（過熱）溫度的提高，鑄鐵的基本組織變異，共晶團數降低，白口深度漸增。
?。?）D、E型石墨組織出現(xiàn)，當鐵液過熱到較高溫度并長時間保溫時，在獲取亞共晶灰鑄鐵中，A型石墨數量極易減少，得到的鑄鐵組織中，D、E型石墨比例增加，過冷度增大。這種過冷石墨影響到機械加工的切削性能。當鑄鐵的基本組織中折出鐵素體數量增加，在出現(xiàn)D、E型石墨時，隨保溫時間延長，會影響鑄鐵的強度和硬度。
?。?）鑄鐵件的縮孔及外縮陷。隨著鐵液長時間保溫，還會出現(xiàn)鑄鐵鑄造缺陷，除了上述的白口傾向增大和基體組織異化外，還會引起凝固時的縮孔和外縮陷缺陷，薄壁鑄件（單體鑄造活塞環(huán)）易產生邊角硬度超標或白口缺陷；澆注的壁厚差較大的機械配件厚壁處容易產生疏松、縮松或縮孔等鑄造缺陷。究其產生原因，除鐵液長時間保溫的影響外，當然還與加入生銹的嚴重氧化的金屬爐料有關?！捐T造生態(tài)圈，內容不錯，值得關注】
2.消除感應電爐鑄造中特異性的技術措施
?。?）不過分提高出爐溫度，不要高溫儲存或保溫鐵液，堅持"速熔快出"，避免高溫保溫和長時間"過熱"，從冶金學角度上說要盡可能"一次過熱"而不是多次過熱，這樣可以防止晶核生成物消耗過多，也可以避免過分劇烈的脫氧反應。
就鑄造車間生產現(xiàn)場管理而言，應避免感應電爐熔煉鐵液等待造型的現(xiàn)象，盡可能地使造型速度與電爐的熔化率相匹配，將鐵液保溫時間盡量縮短，升溫后盡快出爐，避免鐵液過熱導致形核能力差帶來的不良影響。
（2）強化孕育處理措施。出鐵前對鐵液進行孕育處理，可以預防和抑制白口傾向。孕育效果以"后孕育"效果最佳，即在澆注時在澆包流鐵嘴進行孕育的方法（要求均勻撒在鐵液上經澆口杯進入鑄型，孕育劑顆粒不能大），這樣可以促使石墨朝著A型方向變化，可以有效抑制或消除過冷石墨（D型和E型）的生成。選擇長效孕育劑（如硅鋇孕育劑FeSi70B5類），可以顯著防止E型石墨形成。
?。?）選擇和使用含氮量低的增碳劑。使用含氮量較高的瀝青焦炭等制作的增碳劑，會使厚壁鑄件產生針狀氣孔及縮孔缺陷。因此，應盡量采用含氮量低的廢電極石墨等制作的增碳劑，可以有效減少此類鑄造缺陷。生產球墨鑄鐵鑄件還必須選用低硫的石墨型增碳劑，因為硫含量高不僅障礙石墨化，而且障礙增碳劑的吸收，從而影響石墨球的數量，降低球墨鑄鐵鑄件等級。
?。?）出鐵水前，給爐內加入經過預熱干凈無銹的新生鐵塊，是消除薄壁鑄件產生過冷石墨和邊角白口的有效措施（如單體鑄造活塞環(huán)）。在熔煉的后期，加入一定比例新生鐵（俗稱面包鐵塊），由于新生鐵中所含的初生石墨能起晶核作用。因而，出鐵前（在1420℃左右）取樣后，加入少量（即配料中新生鐵總量的5%～10%）新生鐵，可以有效防止薄壁鑄鑄件產生過冷石墨及尖角白口現(xiàn)象。其依據是"未溶石墨質點理論"，有效避免薄壁鑄件產生白口缺陷，有效改善薄壁鑄件切削性能。站在安全生產角度要求：所加入新生鐵塊必須烘烤，預熱是必不可少的，防止飛濺，以免燒傷熔煉操作工。
（5）電爐熔煉鐵液時原則上CE量應略高于沖天爐。使用感應電爐也必須控制好鐵液的化學成分。雖然化學成分不作為鑄件驗收的重要依據，但是化學成分的穩(wěn)定是生產牌號鑄鐵的基礎。有的單位及熔煉工人不重視對鐵液化學成分的控制，加上有的熔煉操作工的偏面認識，只知道硫是有害元素，認為硫含量越低，生產的鑄件質量就越高。孰不知，用感應電爐熔煉孕育鑄鐵時，為保證孕育的效果良好，應使鐵液中的wS=0.045%～0.065%，以不超過wS=0.08%為好。實踐證明，此時鑄件金相組織幾乎全部為A型石墨，且長度在2～3級，經孕育后即可達到4～5級。珠光體含量≥90%。由于成分比較穩(wěn)定，基體組織和石墨形態(tài)得以改善，力學性能也相應得到提高，減少了縮松、縮孔和微裂紋等鑄造缺陷。
較準確地控制Si含量。以生產牌號為QT450-12球墨鑄鐵件空壓機曲軸箱、變速箱殼體為例，由于其壁厚差較大，經常在厚壁處出現(xiàn)難加工和微裂紋缺陷。經顯微檢測后該處金相組織為針狀滲碳體。用感應電爐熔煉球墨鑄鐵時出爐溫度一般都在1520℃以上，目的是為消除各種雜質和化合物，提高球化率。由于球墨鑄鐵的凝固為粥狀凝固，上述兩種產品壁厚處消失模鑄造時在負壓狀態(tài)下表面先凝固，內部后凝固，易出現(xiàn)Si偏析。我們在缺陷處取樣后經化學分析，外表面與內部Si的含量相差甚大，才判斷因為嚴重Si偏析導致加工困難。由于影響形核能力是由Si含量的多少來決定，所以應該控制原鐵液的Si含量。通常＝1.2%～1.4%,球化處理時兩次孕育,澆注時在流鐵嘴進行后孕育處理之后,終wSi應控制在2.65%以內。Si含量越高，越容易形成偏析，只要出現(xiàn)Si偏析，石墨球就不圓整，畸形，因此控制Si含量就尤顯重要。再則，對澆注系統(tǒng)重新審視設計，盡可能使溫度場均勻，縮小型腔內的鐵液溫度差，抑制Si偏析的形成。采取以上對策后，再熔煉的球墨鑄鐵，伸長率提高，韌性改善，加工中曾經出現(xiàn)的硬邊、鑄件窗口處開裂等鑄造缺陷明顯減少。
?。?）加強爐料管理，強化"精料出精品"觀念。注重爐料清理，凡入爐的原輔材料應干凈、無銹蝕，回爐料必須經過滾筒清理，廢鋼經過切割成大小適中塊度（以電爐爐襯內徑的2/3為宜），并經清理無銹蝕，經細挑精選無雜質（比如鋁，產生皮下氣孔）；鐵屑應挑練干凈，去除雜質，然后壓成餅再加入。
3.感應電爐熔煉鑄鐵的增碳技術
增碳劑在鑄造時使用，可大幅度增加廢鋼用量，減少生鐵用量或不用生鐵。目前絕大多數增碳劑都適用于電爐熔煉，通常我們是通過添加增碳劑或加入廢鋼來完成碳的增減調整。
?。?）影響增碳的因素鐵液增碳時關注的一是增碳速度；二是增碳時碳的吸收率。影響增碳主要有如下4個因素影響：①鐵液的組成。高錳鐵液有助于吸碳，高硅、高磷鐵液阻礙碳的吸收。鐵液內碳飽和度越低，則吸碳速度越快；在高硅鉄液內，碳元素的燒損高達18%；而在高錳鐵液內，碳的燒損幾乎為0，這就證明了上面的論點：錳有助于吸碳，而硅阻滯碳吸收。②增碳時的鐵液溫度。③增碳劑的種類和品質。④鐵液攪動的程度。鐵液的攪動可以促進增碳，因此，攪拌力弱的中頻感應電爐與攪拌力強烈的工頻感應電爐相比，中頻電爐碳吸收相對要困難得多。過分延長攪動時間反而會加劇碳燒損，降低碳元素的吸收率。
（2）感應電爐增碳方法電爐熔煉時增碳劑投入方式，應將增碳劑隨廢鋼等爐料一起往里投放，小劑量的添加可以選擇加在鐵液表面。但是要避免大批量往鐵液里投料，以防止氧化過多而出現(xiàn)增碳效果不明顯和鑄件碳含量不夠的情況。增碳劑的加入量，根據其他原材料的配比和含碳量來定。
不同種類的鑄鐵，根據需要選擇不同型號的增碳劑。具體增碳的方法如下：
第一，經過配料計算加入爐料時，按需要分批加入增碳劑。爐料未完全熔化時，把增碳劑包裹好壓入未熔融鐵液中即可，這樣可以避免紛揚；當達到所需溫度時增碳過程也就結束。
第二，對于中頻感應電爐而言，增碳劑的加入，最好在金屬爐料加入時逐步加入。過早加入，很容易粘附在爐底及爐壁下部；加入過遲，不僅導致成分調整延遲，很有可能造成過度升溫的失誤，在中頻電爐熔煉中使用增碳劑，可按配比或碳當量要求隨料加入電爐中下部位，增碳劑的吸收率可達95%以上。
第三，鐵液熔清后，如果碳量不足調整碳含量時，鐵液升溫等到爐料完全熔化后，先打凈鐵液表面渣滓和爐中熔渣，加上碎玻璃渣覆蓋鉄液鏡面，再撥開后加入增碳劑，壓入鐵液中不讓其露在鐵液的表面，經電磁攪拌或人工攪拌使碳溶解吸收，使其卷入鐵液內，約15min完成增碳作業(yè)，碳元素吸收率可在90%左右。
第四，需要同時增碳和增硅時，必須遵循"先增碳后增硅"這個大原則。在完成增碳以后方可添加硅鐵進行增硅作業(yè)，否則就會影響鐵液吸收碳的速度。
（3）降碳或脫碳的方法一是在鐵液熔化的不是很滿的情況下，一般采取加入經過預熱的廢鋼降碳；二是利用鐵液攪拌運動將氧化鐵（鍛工車間的錘渣）卷入鐵液內，可以進行脫碳和其他元素的氧化脫除。經過實踐，干擾太大、互相影響。資料顯示：在鐵液1420℃時加入10%左右的錘渣，除了硫元素外，鑄鐵常規(guī)5大元素的其他4個元素均有減少。
?。?）感應電爐酸性爐襯的配料原則熔化鑄鐵時在不同溫度條件下，鐵液中含量最多的碳和硅會與爐襯發(fā)生反應，使爐襯的厚度和鐵液成分發(fā)生變化。尤其是溫度高時，石英砂爐襯中的SiO2被鐵液中的碳還原，這樣的結果是使得爐襯被侵蝕而變薄，鐵液的成分將減碳增硅。因此，在鑄造生產中，爐前配料計算時就得按照"低硅、高碳"的原則，這樣生產出來的鑄件成分才不會偏離。這也是使用感應電爐熔煉鑄鐵的一個特性。
4.結語
把先進的熔煉設備運用于鑄造工業(yè)生產是一大進步。能夠認識設備使用性能，找到其特異性的癥結所在，采取針對性的技術措施消弱以至消除其帶來的不利影響，能完全掌握并利用好這樣設備同樣也是一大進步。為進一步提高感應電爐熔煉的經濟效益，應充分利用其所長，通過改變生產方式，改善工藝技術措施，以減小感應電爐熔煉的鑄鐵件缺陷，還有許多工作要做，仍然任重道遠。
