感应电炉熔炼灰铸铁.docx

用感应电炉熔炼灰铸铁时的一些冶金特点

从上世纪60年代起，铸铁行业中采用感应电炉作为熔炼设备的企业逐渐增多，尤其是70年代以后，中频无心感应电炉的电源有了重大的改进，熔制铸铁时热效率可达到70%，电炉设备和所用的耐火材料也在不断发展，因而其应用日益广泛。
对于不适于采用长炉龄大型冲天炉的中、小型铸铁企业，用无心感应电炉熔炼有很多优点，宏观方面看来主要有：
◆熔炼时排出的废气、烟尘和炉渣大幅度减少，便于治理环境和改善作业条件；
◆可利用廉价的金属炉料，尤其是便于循
环回用加工的切屑和边角余料；
◆生产安排的灵活性较好；
◆铸铁的化学成分和温度比较均匀且易于
控制。
但是，感应电炉熔炼的冶金过程与冲天炉有本质上的差别，如果不能切实了解其冶金特点，正确执行熔炼过程的各项作业，则用于制造灰铸铁件时，不仅不能充分体现感应电炉熔炼的优越性，反而会导致显微组织不符合要求、铸件的加工性能恶化等各种问题。
以下，简单地谈谈用感应电炉熔炼灰铸铁时的一些主要冶金特点，供参考。

一．感应电炉熔制的铁液中气体含量
与用冲天炉熔炼相比，用无心感应电炉熔炼铸铁时，金属炉料与炉气接触的时间很短，熔融的金属液与炉气接触的界面很小，因而，感应电炉熔炼制得的铁液中，氢和氧的含量都低于冲天炉熔炼的铁液，但是，由于炉料配比的差别很大，氮含量却较高。
1．氧含量
冲天炉熔炼的铁液中，氧含量一般为0.004~0.006%（质量分数，以下均同此），无心感应电炉熔炼的铁液，氧含量一般在0.002%左右，有时还会更低些。一般说来，铁液中的氧含量低，有助于改善铸件的冶金质量，但是，如果铁液中的氧含量太低（0.001%或更低），则不利于孕育处理时晶核的形成，导致产生过冷石墨（D型），即使增加孕育剂的加入量，孕育效果也不好。
2．氢含量
在灰铸铁中，氢是有害元素，其含量越低越好。由于铸铁中碳、硅含量高，氢在其中的溶解度低，冲天炉熔制的铁液中，氢含量一般为0.0002~0.0004%。感应电炉熔制的铁液，因为金属与炉气接触的界面小，氢含量一般都更低，约在0.0002%左右，铸件产生氢致皮下气孔、针孔的可能性较小。
3．氮含量
用冲天炉熔炼时，灰铸铁中的氮含量一般为0.004~0.007%。
铸铁中含有少量的氮，有促成珠光体的作用，有助于改善铸铁的力学性能。如果氮含量在0.01%以上，则铸件就易于产生氮致气孔。
通常，废钢中的氮含量比铸造生铁中的高得多，用感应电炉熔炼铸铁时，由于炉料中所用的铸造生铁锭很少、废钢较多，熔炼制得的铸铁中氮含量会相应较高。此外，由于炉料中使用大量废钢，必须用增碳剂，而大多数增碳剂中氮含量都比较高，这又是导致铸铁中氮含量增高的另一因素。
因此，用感应电炉熔炼时，铸铁中的氮含量比用冲天炉熔炼的要高一些。一般说来，炉料中废钢用量为15%时，铸铁中的氮含量约为0.003~0.005%；废钢用量为50%时，氮含量可达0.008~0.012%；炉料全部为废钢时，氮含量可高达0.014%以上。
为避免铸件产生气孔缺陷，感应电炉熔炼铸铁时所用的增碳剂，一定要选购含氮量低的品种，如有可能，应核查增碳剂的含氮量。当前的问题在于：分析增碳剂中的含氮量，尚缺乏简便而准确的方法。美国ASTMD3197标准所认定的两种方法：一种是湿法，分析一个样品需时2周之久；另一种是用Leco公司分析装置的燃烧法，此法分析样品所需的时间约2～3min。但是，有报道说：就同一样品用这两种方法测定的结果差别很大，湿法的分析值偏低，燃烧法的分析值偏高，二者的差别竟可能高达3～4倍。
常用的增碳剂主要是石墨和石油焦，两种增碳剂的含氮量都可能在较大的范围内改变：石墨的含氮量可在0.15～2.5%之间；石油焦的含氮量则在0.3～2.0%之间。无论采用何种增碳剂，都应选含氮量低的品种。
有报道称：含氮量低的石墨，质地致密而柔软，有韧性，可以在纸上划出痕迹；含氮量高的石墨，质地硬而脆，有气孔，划在纸上不留划痕。
碳化硅中的含氮量较低，虽然其中的含碳量不高，主要作用是增硅，但在改善铸铁对孕育处理的回应能力方面有很好的效果，是电炉熔炼铸铁时不可或缺的重要添加材料。
如果铸件气孔缺陷较多，可考虑在炉前加入少量钛、铝、硼等固氮元素。

二．感应电炉熔炼时铸铁的结晶特性
金属、炉衬、炉渣和炉内气氛之间的相互作用，是熔炼炉中冶金过程的基础。只要对冲天炉和感应电炉的熔炼过程作简单地分析，就可以看出，二者熔炼铸铁的冶金过程差别很大，因而，熔制得到的铁液就具有不同的特性。
在碳当量相同的条件下，用感应电炉熔炼的铸铁与用冲天炉熔炼的相比，共晶结晶时的过冷度大得多，参见图1。

碳当量[C+1/3（Si+P）]
图1在不同的碳当量下熔炼工艺对共晶结晶过冷度的影响
a－冲天炉熔炼；b－感应电