中频炉熔炼灰铁的工艺(二)

中频炉熔炼灰铁的工艺、质量控制浅论（二）

3.1 增碳率的控制和增碳剂的使用

对于中频炉熔炼灰铁，许多人都以为只要炉前控制住铁水的化学成分和温度，就能熔炼出优质铁水，但事实并非如此简单。中频炉熔炼灰铁的重中之重是控制增碳剂的核心作用，核心技术是铁水增碳。增碳率越高，铁水的冶金性能越好。这里所说的增碳率，是铁水中以增碳剂形式加入的碳，而不是炉料中带入的碳。生产实践表明，在炉料配比中生铁比例高，白口倾向大；增碳剂比例增大，白口倾向减小。这就要求在配料中要多用廉价的废钢和回炉料，少用或不用新生铁，这种采用废钢增碳工艺的铁水中存在大量细小的弥散分布的非均质晶核，降低了铁水的过冷度，促使了以 A 型石墨为主的石墨组织的形成。同时，生铁用量的减少，也减小了生铁粗大石墨的不良遗传作用，而且灰铁的性能也随着废钢用量的增加而提高。在实际生产中就曾发现，在废钢用量约为 30%的情况下，同样用废钢、回炉料、新生铁做炉料，在化学成分基本相同时，中频炉熔炼的灰铁比冲天炉熔炼的性能低，强化孕育效果也不明显，这就是废钢用量少、增碳率低的缘故。由此足见增碳对于保证灰铁的熔炼质量、改善铸铁的组织与性能的重要性。

灰铁的性能是由基体组织和石墨的形态、大小、数量及分布决定的，改变石墨形态是改变铸铁性能的重要途径。相比而言，基体组织较容易控制，它主要取决于铁水的化学成分和冷却速度。但石墨形态

却不容易控制，它要求铁水的石墨化程度要好。而奇怪的是只有新增碳才参与石墨化，炉料中的原始碳并不参与石墨化。如果不用增碳剂，熔炼出的铁水虽然化学成分合格，温度也合适，孕育也合理，

但铁水却表现不佳：看似温度较高，流动性却不太好，缩孔、缩松倾向大，易吸气，易产生白口，截面敏感性大，铁水夹杂物多。这些

都是铁水增碳率和石墨化程度低造成的。

碳在原铁水中的存在形式主要为细小的石墨和碳原子，从细化石墨的角度考虑，原铁水中不希望有过多的碳原子，其势必会减少石墨的

核心数，并且碳原子在冷却过程中更易形成渗碳体，而细小的石墨

可以直接作为非均质形核核心。细化石墨、增加核心是实现铸铁高性能的关键，增大增碳剂用量可以增加形核核心数量，进而为细化石

墨打下坚实的基础。因此，在实际生产中应强调增碳剂的使用和增

碳效果：①增碳剂的吸收率与其 C 含量直接相关，C 含量越高，则

吸收率越高。②增碳剂的粒度是影响其溶入铁水的主要因素，实践

证明，增碳剂的粒度应以 1~4mm 为好，有微粉和粗粒增碳效果都不好。③硅对增碳效果有较大影响，高硅铁水增碳性差，增碳速度慢，故硅铁应在增碳到位后加入，要遵循先增碳后增硅的原则。④硫能

阻碍碳的吸收，高硫铁水比低硫铁水的增碳速度迟缓很多。⑤石墨

增碳剂能提高铁水的形核能力，吸收率也比非石墨增碳剂高 10%以上，故应选用低氮石墨增碳剂。⑥增碳剂的使用方法推荐使用随炉装入法，即先在炉底加入一定量的小块回炉料和废钢，然后把增碳剂按

配料量需要全部加入，上面再压一层小块废钢和生铁，之后再边熔化

边加炉料。此法简便易行，生产效率高，吸收率可达 90%。如果增碳剂的加入量很大，可以分两批加入，先加 60%~70%于炉底废钢垫层上，剩下的在继续加废钢的过程中加入。在铁水温度1400~1430 ℃时也可加增碳剂，目标是要把铁水 C 含量增至达到牌号要求上限。

⑦增碳剂的加入时间不可过迟，在熔炼后期加入增碳剂有两方面不利：其一，增碳剂易烧损，碳吸收率很低。其二，后期加入的增碳剂需要额外的熔化、吸收时间，迟缓了化学成分调整和升温时间，降低了生产效率，增加了电耗，而且有可能带来由于过度升温而造成的危害。⑧铁水的搅拌可以促进增碳，特别是附着在炉壁的石墨团，如果不用过度升温和一定时间的铁水保温，不易溶于铁水，中频炉较强的电磁搅拌对增碳有利。

3.2 温度的控制

灰铁熔化期的温度不宜过高，一般控制在1400℃以下。如果熔化温度过高，合金的烧损或还原会影响熔炼后期的成分调整。在炉料熔清炉温达1460℃后，取样快速检验，然后扒净渣，再加入铁合金等剩余的炉料。扒渣温度对铁水质量的影响很大，它与稳定的化学成分、孕育效果密切相关，并直接影响到出炉温度的控制。扒渣温度过高，会加剧铁水石墨晶核的烧损和硅的还原、偏高（酸性炉衬中），并产生排碳作用，影响按稳定系结晶；若扒渣温度过低，铁水长时间裸露，C、Si 烧损严重，需再次调整成分，延长了冶炼时间，并使铁水过热，增大过冷度，易使成分失控，破坏正常结晶。

出炉温度的控制须保证孕育处理和浇注的最佳温度，一般应根据实际情况控制出炉温度为 1460～1500℃，过热温度可控制在 1510～1530℃，并静置 5～8min。在 1500～1550℃围，提高铁水的过热温度，延长高温静置时间，会细化石墨和基体组织，提高铸铁的强度，有利于孕育处理，消除气孔、夹杂缺陷和炉料遗传性给铸铁的组织

和性能带来的不良影响。如果静置温度过低、时间过短，增碳剂不

能完全溶入铁水中，也不利于铁水的杂质上浮被挑渣除去。但过热温度过高或高温静置时间过长，反而会恶化石墨形态、粗化基体、增

大过冷度、加大白口倾向，使铁水已有的异质核心消失，氧化严重，降低铸铁的性能，并影响出炉温度的控制。如果出炉温度过高，尽管C、Si 含量适中，浇注三角试块的白口深度会过大或中心部位出现麻口。如果出现这种情况，需调低中频功率，向炉补加生铁降温增碳。浇注温度也不宜高，否则会使铸件产生严重的粘砂缺陷，有的甚至难以清理而使铸件报废，而且浇注温度高，过冷度大，不利于 A 型石墨的形成。浇注温度如果过低，则不利于除气，还会造成铸件偏硬

和出现冷隔、轮廓不清等问题。适当稍低的浇注温度，铁水液态收缩量较小，有助于减少缩孔，获得致密的铸件。不同壁厚，不同重量

的铸件有着不同的理想浇注温度，在日常生产中一般控制浇注温度

在 1450～1380℃。对于厚大铸件必须要确保“高温出炉，低温快浇”。为了缩短等待铁水温度降至浇注温度的时间，防止孕育衰退，可以

通过倒包加静置的方法使铁水快速降温，以防止发生缩松，提高生

产效率。