电炉熔炼灰铸铁
中频感应电炉熔炼高强度灰铸铁工艺
双联 熔 炼 工艺 生 产 发 动机 铸 件 ， 近 几年 ，随 着 发动 机 功 率 的 不断
铁 强 度 的 方 法 会 带来 许 多 不利 因 素 ，如 铸造 工 艺性 能 变差 、 白 口
料 以 及熔 炼 过 程 的 控 制 来 保 证 ， 而铸 件 化 学 成 分 则 通 过 炉 前处 理 过 程 中 的 孕育 及 合金 化 柬 控 制 铸
的化 学 成 分 ，如 表 Ｊ 所示 。
料 ，不 使川 生 铁 ，利 用 增 碳 剂进 行增 碳 的 工艺 来 生 产 铸 铁 ，不 仪 消除 生 铁 的 遗 传 性 ，可 使 铸铁 的
（
按 所 生 产 铸 件 的壁 厚 和 技 术 要 求 合理 选 择 。 传 统 方 法 认 为 ，提 高 灰 铸 铁
强度 灰 铸铁 工 艺进 行 探索 。
・
倾向增大 ，特 别是薄 壁件 可能 会
引 起 可 加 工性 变 差 的情 况 ， 因此
并 未被 广 泛应 用 。
目前 ，普 遍 采 用 的 方 法 是 在 达 到较 高 强 度 的 前提 下 ，使 用尽
町 能 高 的 碳 当 量 。 碳 当 量 的 提
理 完 全 不 一样 ， 为 了保 ¨ Ｅ 铁 液 质 量 ， 使 用 废 钢 加 旧炉 料 进 行 眦
形 态 ，从 而 改 善切 削加 工性 能 ， 逐 步认 识 到 灰铸 铁 中硫 含 量 在 一 定 范 围 内是 有利 的 。我 仃 】 根 据 生 产铸 件 的结 构 特 点确 定 了原 铁 液
件化 学 成 分 。
提升 ，对缸体 、缸盖 等铸件要求
越 来越 高 ，材 料 牌号 种 类 变 化 较 大 ，给 生产 带 来 不便 ， 目前 新 建 的铸 造 车 间 采 用 中频 感应 电炉 熔 炼 铁 液 。 本 文 主要 是 通 过 在 生产 中 的 实践 ，从 原材 料 质量 控 制 、 配料 、 加料 工 艺 、熔 炼 工 艺 等 几 方面对 ｌ ２ ｔ 中 频 感 应 电 炉 熔 炼 高
中频炉熔炼灰铸铁的工艺及质量控制
中频炉熔炼灰铸铁的工艺及质量控制
段平昌，黄 涛
（中建材凯盛重工有限公司，安徽 淮南 232008）
摘要：根据中频炉熔炼灰铸铁的特点和铁液的特性，分析了原材料选用、炉料配比、化学成分、增 C 率、熔炼温度、孕育处
理等对灰Байду номын сангаас铁力学性能的影响，阐述了中频炉熔炼灰铸铁的工艺、质量控制及改进，指出高纯净度铁液对于确保灰铸铁
DUAN Ping-chang，HUANG Tao
（CNBM Kaisheng Zhonggong Co.,Ltd.，Huainan 232008，China）
Abstract：According to the characteristics of medium-frequency furnace smelting gray iron and the characteristics of molten iron，the effects of raw material selection，charge ratio，chemical composition，C increasing rate，melting temperature and inoculation treatment on the mechanical properties of gray iron were analyzed. The process，quality control and improvement of smelting gray iron in medium frequency furnace were explained. The importance of high purity iron liquid for ensuring the high quality and high performance of gray iron castings was point out. The following conclusions were drawn：use scrap steel to increase C，appropriately improve CE and Si/C rate，use fast-melting and fast-tapping operation method，the inoculation process was strengthened，the molten iron superheating temperature was controlled at 1 510~1 530 益 ，and the tapping temperature was controlled at 1 480~1 500 益，which could reduce casting defects and enhance the performance of gray iron. It not only improved the quality of molten iron and castings，but also reduced the rate of scrap. Key words：gray iron；intermediate frequency furnace；quality control
感应电炉熔炼灰铸铁
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~%（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%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（%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~%。
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%左右，铸件产生氢致皮下气孔、针孔的可能性较小。
感应电炉熔炼高强度灰铸铁的生产实践
状 况不 断优 化和 调整 炉料 配 比。 ３ 优 质碳 素废 钢对铁 液成 分 的影 响
量， 铁 液在凝 固过程 中析 出大量 石 墨产生 膨胀 作用 ， 高的碳 当量 和微 合金 化工 艺 比低 碳 当量不 加合 金 的 工 艺 收缩倾 向小 ， 并且 采用 铁液 预处 理技 术 ， 有效 地 解 决 了铸件 的 高强度 和 收缩 的矛盾 。
中国铸造装备与技术 ３ ／ ２ ０ １ ３● Ｆ ＮＩ Ｔ
２ ７
生产技术 Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ
氛、 气体含量低 ， 铁液的纯净度高 ， 提高 了灰铁材料
的强 度 和性 能 ， 可 以根 据产 品质量 、 生产 成 本 、 炉 料
程 中析 出的大 量石 墨产 生膨胀 作 用 ， 有效 解决 了铸 件 的高 强度和 收 缩 的矛盾 。 关键 词 ： 感 应 电炉 ； 高 强度 灰 铸铁 ； 增碳 工 艺 ； 预 处理 ； 石 墨膨 胀
中图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ２ ５ ０． ２ ： 文 献标 识码 ： Ａ ； 文章编 号 ： １ ０ ０ ６ — ９ ６ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ２ ７ — ３
无芯感应电炉熔炼灰铸铁的技术应用与发展_下_李传栻
废钢中的氮含量高于铸造生铁。用感应电炉熔 炼铸铁时，由于炉料中所用的铸造生铁锭少、废钢 多，制得的铸铁中氮含量会相应较高。
熔炼的是 低 碳 当 量 铸 铁，目 标 成 分 是： wC = 2. 55% ，wSi = 1. 7% ，wMn = 0. 4% 。
76
F铸 造 oundry
出铁温度为 1510 ～ 1530℃ 。 增碳剂加在浇包内，不同增碳剂的增碳效率可 参见表 5。
表 5 在浇包内加入不同增碳剂的增碳效率
增碳剂 鳞片石墨 电极碎屑 粒状碳制品 无烟煤 焦炭
（ 2） 石油焦 这是目前广泛应用的增碳剂。 石油焦是精炼原油得到的副产品。原油经过常 压蒸馏或减压蒸馏得到的渣油及石油沥青，都可以 作为制造石油焦的原料，再经焦化后就得到生石油 焦。在原油加工过程中，产出的生石油焦一般不到 原油的 5% 。美国生石油焦的年产量约 3000 万 t。生 石油焦中的杂质含量高，不能直接用作增碳剂，必 须先经过煅烧处理。 生石油焦有海绵状、针状、粒状和流态等品种。 海绵状石油焦是用延迟焦化法制得的，由于其 中硫和金属含量较高，通常用作煅烧时的燃料，也 可作为煅烧石油焦的原料。经煅烧的海绵焦，主要 用于制铝业和用作增碳剂。 针状石油焦是用芳香烃含量高、杂质含量低的 原料，由延迟焦化法制得的。这种焦炭具有易于破 裂的针状结构，有时称之为石墨焦，煅烧后主要用 于制造石墨电极。 粒状石油焦呈硬质颗粒状，是用硫和沥青烯含 量高的原料，用延迟焦化法制得的，主要用作燃料。 流态石油焦是在流态床内用连续焦化法制得的， 呈细小 颗 粒 状，结 构 无 方 向 性，硫 含 量 高，挥 发 分低。 石油焦 的 煅 烧 是 为 了 脱 除 硫、 水 分 和 挥 发 分。 将生石油焦在 1200 ～ 1350℃ 煅烧，可以使其成为基 本上纯净的碳。 煅烧石油焦的最大用户是制铝业，70% 用来制 造使铝矾土还原的阳极。美国生产的煅烧石油焦用 于铸铁增碳剂的约占 6% 。 各种石油焦制品的成分列于表 1，供参考。 （ 3） 天然石墨 可分为鳞片石墨和微晶石墨 两类。
高强度灰铸铁熔炼技术
高强度灰铸铁熔炼技术【摘要】本文介绍了在电炉熔炼过程中，如何在较高的碳当量和较好的机加工性能要求的条件下获得高强度灰铸铁的熔炼技术，以及如何对材料的微量元素进行控制。
关键词：灰铸铁 碳当量 力学性能 加工性能 微量元素长城须崎铸造股份有限公司（简称CSMF ）传统的灰铸铁熔炼控制方向是低碳高强度铸铁（C ：2.7~3.0，Si ：2.0~2.3，Mn ：0.9~1.3）这样的材料虽然能够满足材料机械性能的要求，但其铸造性能、加工性能却较差，随着公司市场开发拓展，越来越多的高难度、高技术质量要求的铸造产品纳入CSMF 的生产序列，特别是CSMF 用工频电炉熔炼工艺取代冲天炉熔炼工艺，如何在电炉熔炼条件下获得高碳当量高强度铸铁，满足顾客的定货要求，是我们当时的一个研究课题，本文叙述了电炉熔炼的条件下高强度灰铸铁的生产技术。
1 影响材料性能的因素1.1 碳当量对材料性能的影响决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。
当碳当量（CE=C+1/3Si ）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量有害元素时，石墨形状恶化。
这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。
在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。
当随着C 、Si 的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加。
因此，碳当量的提高将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。
在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。
1.2合金元素对材料性能的影响在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn 、Cr 、Cu 、Sn 、Mo 等促进珠光体生成元素，这些元素含量会直接影响珠光体的含量，同时由于合金元素的加入，在一定程度上细化了石墨，使基体中铁素体的量减少甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性能。
铸铁熔炼作业指导书
7.铁水转运要求：吊运人员应将接种完毕之铁液于3分钟内倒入浇注盆,炉前操作工负责监控铁水转运时间并 记录， 若超过3分钟以上时该包铁液返回电炉，重新再处理。
(二）球墨铸铁熔化操作1.熔化操作工依照每日的生产指令启动熔解作业。
首先进行领料和备料工作，所用原料要干 燥，领到现场的原料按分类标识进行存放。
2.按《中频电炉操作规程》进行电炉操作。
3.化学成份控制3.1 正常调质时C、Si不得同时做上限或下限，在包内调整合金含量时合金块度＜20mm，Si， 的调整幅度≤0.2%且只能用硅铁调整不可用接种剂调整。
3.2 按时査看分光仪检测结果(分光试验人员接到分光试片测试后，将分析结果报告到炉前）， 各元素成分须控制严格执行《熔解作业基准表》中的规定。
当化学成分测得在下限时，熔化工在熔化工程师的指导下计算出达到目标值所需添加的量并负责添加。
此时不必再测成分3.3 对《熔解作业基准表》中要求不明确的微量元素控制目标为：Sn≤0.007%、Sb≤0.007%，其他元素≤0.05%。
如化学成分微量元素不在控制目标内，需要电炉重新调质，调质合 格后方可出炉。
如成品化学成分微量元素不在控制目标内，按每包首尾模的插牌，将该包次回炉。
3.4 电炉铁液分析结果在标准范围内时，则可以出炉。
铁液调好后30分钟不出炉，需重新确认长度成份及白口长度3.5 铁液保温时间超过1小时，需重新调质。
3.6 每炉铁液冲入返回铁液≥两包时需重新调质。
4.温度和出铁控制：为保证铁水满足浇注要求，熔化操作工每包出铁前先进行除渣，然后用浸入式测温枪对铁液温度进行检测并记录，（预热浇包或浇注盆之铁液需在炉内测温一次〕 ，如果温度达不到要求，不能出铁。
温度以《熔解作业基准表》规定的浇注温度范围为标准5.铁液转运量管制：作业人员根据生产状况在《熔解作业基准表》规定范围内确定每包铁液量 的目标值，出铁水时用吊钩称称量，允许误差为目标值的±30kg6.球化过程：6.1球化处理过程见《球化作业指导书》，为保证球化反应稳定，每炉最后残留＜500kg时不再出炉 覆盖剂加入（依球化温度增减）；出炉时避免铁液直接冲击球化剂，操作人员应控制铁液角度6.2每包出炉完毕，球化反应开始时焰化操作工应按动秒表开始计时，反应时间应≥50秒，以 防止球化不良,并要记录球化反应时间。
感应电炉熔炼灰铸铁的碳当量与抗拉强度和硬度的关系
们 对 大 量 的测 量 数 据 进 行 了 回 归 分 析 ， 立 了 碳 当 建
量 与抗 拉 强 度 、 当 量 与 硬 度 的 回归 方 程 ， 炉 前 控 碳 为
５ ６
７ ８
６ ０ ３ ５ １ ８ ０． ｏ ０ ｏ ３ ０． ２ ４． ２ ．ｏ ．７ ６ ．７ ０ ｌ １ ３ｌ ３ ４ １ ９ ０ ５ ０． ７ ０． ３ ４． ４ ．８ ．８ ．６ ｏ６ ０Ｏ １
质量分数 ， ％
序 号 号 组
Ｃ Ｓ ｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ
灰 铸 铁 的抗 拉 强 度 和 硬 度 是 由灰 铸 铁 的 金 相 组 织 所 决 定 的 ， 就 是 由石 墨 形 态 、 小 、 布 状 况 及 也 大 分
基 体 组 织 中珠 光 体 、 素 体 的 含 量 所 决 定 的 。 而 影 铁 响 金 相 组 织 的主 要 因 素 是 灰 铸 铁 的 化 学 成 分 、 却 冷
）最。说 明 在 ＝０ ０ 水 平 上 显 著 相 关 。 准偏 差 ５ 厂。， ．１ 标
６＝ ７ ５ ６ —４ ． Ｏ Ｅ ９ ．９ ２Ｏ Ｃ （） １
相 关 系 数 ｒ ＝ ０ ６ ８ 而 ｒ． ．４ ， （ 。 。＝ ０ ３ ２， 见 ｒ Ｉ ｔ 。 ．０ 可
取７ ２组 测 量数 据 进 行 回归 分 析 ， 立 了 碳 当量 建
Ｃ Ｅ与抗 拉 强 度 、 当 量 Ｃ 碳 Ｅ与 硬 度 ＨＢ Ｓ的 回 归 方 程 ， 进 行 了 相 关 检 验 和 方 差 分 析 。 测 量 数 据 的 并
ｌ０ ７
１５ ５
ｌ４ ５
ｌ４ ５
湿 型砂 造 型 并 浇 注 ３ ０试 棒 。 工 标 准 试 样 ， 量 加 测
必知高强灰铸铁熔炼技术
本文介绍了在电炉熔炼过程中，如何在较高的碳当量和较好的机加工性能要求的条件下获得高强度灰铸铁的熔炼技术，以及如何对材料的微量元素进行控制。
关键词：灰铸铁碳当量力学性能加工性能微量元素长城须崎铸造股份有限公司（简称CSMF）传统的灰铸铁熔炼控制方向是低碳高强度铸铁（C：2.7~3.0，Si：2.0~2.3，Mn：0.9~1.3）这样的材料虽然能够满足材料机械性能的要求，但其铸造性能、加工性能却较差，随着公司市场开发拓展，越来越多的高难度、高技术质量要求的铸造产品纳入CSMF的生产序列，特别是CSMF用工频电炉熔炼工艺取代冲天炉熔炼工艺，如何在电炉熔炼条件下获得高碳当量高强度铸铁，满足顾客的定货要求，是我们当时的一个研究课题，本文叙述了电炉熔炼的条件下高强度灰铸铁的生产技术。
1 影响材料性能的因素1.1 碳当量对材料性能的影响决定灰铸铁性能的主要因素为石墨形态和金属基体的性能。
当碳当量（CE=C+1/3Si）较高时，石墨的数量增加，在孕育条件不好或有微量有害元素时，石墨形状恶化。
这样的石墨使金属基体能够承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时产生应力集中现象，使金属基体的强度不能正常发挥，从而降低铸铁的强度。
在材料中珠光体具有好的强度、硬度，而铁素体则质底较软而且强度较低。
当随着C、Si的量提高，会使珠光体量减少，铁素体量增加。
因此，碳当量的提高将在石墨形状和基体组织两方面影响铸铁铸件的抗拉强度和铸件实体的硬度。
在熔炼过程控制中，碳当量的控制是解决材料性能的一个很重要的因素。
1.2合金元素对材料性能的影响在灰铸铁中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo等促进珠光体生成元素，这些元素含量会直接影响珠光体的含量，同时由于合金元素的加入，在一定程度上细化了石墨，使基体中铁素体的量减少甚至消失，珠光体则在一定的程度上得到细化，而且其中的铁素体由于有一定量的合金元素而得到固溶强化，使铸铁总有较高的强度性能。
电炉熔炼球墨铸铁(灰铸铁)元素控制方法
电炉熔炼球墨铸铁(灰铸铁)元素控制方法公司生产球磨铁铸件执行标准按GB/T1348—2009标准执行，灰铸铁按GB/T9439-2010标准执行。
球墨铸铁根据企业三一技术协议要求提出化学元素成分如下：QT500—7C%：3。
5-3.9 ；Si%:2。
2—2.8 ；Mn%：0—0。
5 ;P％：≤0.05 ；S%：≤0.02 ；Mg：0。
03～0。
05根据三一技术要求，本公司对QT500-7牌号提出含量元素如下：C％：3。
7左右；Si％：2。
7左右；Mn%：≤0.5；P％：≤0。
05 ；S%：≤0.02 ; Mg:0。
03~0。
05碳当量4。
3%～4.7％之间,炉前三角试片白口宽度控制在3～5mm 之间。
对铁液元素如何控制，坩埚熔炼配料元素含量求下线.1、碳元素参阅有关资料和对电炉熔炼总结经验得出：C 元素烧损约5％左右，1kg增碳剂增C约为0.08，吸收率在92%左右。
根据以上数据对原铁液里含C量进行调质，投入增碳剂.2、Si元素Si元素在坩埚熔炼时增Si量达14％左右,前包球化后Si元素烧损14％左右，为了控制在原铁液里不加硅铁调质，在配料时，保持含Si量在1.3%左右，按增Si14%计算，原铁液里的Si含量应保持在1.48%左右,球铁在球化之前原铁液含Si量保持1。
4%~1。
6％为宜,所以在坩埚内不加硅铁进行调质。
铸件中Si含量要求在2。
7%左右，余下Si 含量在前包球化、孕育处理加入，但前包总投Si含量不能〈1%为宜。
3、Mn元素新生铁、回炉料、废钢都含有Mn元素,在配料时按5%烧损计算。
若Mn含量过低时，在铁液熔化完出铁水前进行投放，溶化后进行搅拌出锅。
总之，Si和Mn在坩埚内调质都要在最后投放，以免过度烧损.4、P元素如果原铁液含P高，目前无办法来处理,只有从配料上来控制，少用新生铁，多用废钢来解决。
5、S元素S元素在球墨铁铸件，应当控制在0.015为好。
若原材料含S高，必须加脱硫剂进行脱硫.但S含量和Mg元素有一定的关联，稀土镁合金主要是除S、脱氧.球化后看铁液含S量和Mg残留量,在元素允许的范围内，若S稍偏高，Mg残留量偏低,下包球化时,稀土镁合金适当加大投放量；若S元素含量偏低，Mg残留量偏高，可适当降低稀土镁合金的投放量（平时操作经验而定）。
中频炉熔炼灰铁的工艺(二)
中频炉熔炼灰铁的工艺(二)本文讨论了中频炉熔炼灰铁的工艺和质量控制。
除了控制铁水的化学成分和温度外，控制增碳剂的使用是非常重要的。
增碳率越高，铁水的冶金性能越好。
在配料中，应该多使用廉价的废钢和回炉料，少使用新生铁，以提高铁水的过冷度和促进石墨组织的形成。
实际生产中的经验表明，废钢用量越高，灰铁的性能越好。
因此，增碳对于保证灰铁的熔炼质量和改善铸铁的组织与性能非常重要。
灰铁的性能受基体组织和石墨的形态、大小、数量及分布的影响。
改变石墨形态是改善铸铁性能的重要途径。
基体组织较容易控制，但石墨形态却不容易控制。
石墨化程度要好才能得到好的铁水。
炉料中的原始碳并不参与石墨化，只有新增碳才能参与石墨化。
如果不使用增碳剂，熔炼出的铁水虽然化学成分和温度合格，但铁水的流动性、缩孔、缩松倾向、白口和夹杂物等性能表现不佳。
这些问题都是由于铁水增碳率和石墨化程度低造成的。
因此，控制增碳剂的使用对于改善铸铁性能非常重要。
在原铁水中，碳主要以细小的石墨和碳原子的形式存在。
为了细化石墨，我们不希望铁水中有过多的碳原子，因为这会减少石墨的核心数。
此外，碳原子在冷却过程中更容易形成渗碳体，而细小的石墨可以直接作为非均质形核核心。
因此，细化石墨、增加核心是实现铸铁高性能的关键。
为了达到这个目标，我们需要增加增碳剂的用量，以增加形核核心数量，并为细化石墨打下坚实的基础。
在实际生产中，强调增碳剂的使用和增碳效果非常重要。
首先，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。
其次，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，微粉和粗粒增碳效果都不好。
此外，硅对增碳效果有较大影响，高硅铁水增碳性差，增碳速度慢，因此硅铁应在增碳到位后加入，遵循先增碳后增硅的原则。
另外，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。
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，因此应选用低氮石墨增碳剂。
电炉熔炼灰铸铁技术要点讲解
电炉熔炼灰铸铁技术要点讲解在现代铸铁生产中，冲天炉因环保问题正被逐步关停，大多数铸造企业改用中频炉熔炼铸铁。
与冲天炉相比，中频炉熔炼工艺相对简单；铁水的化学成分和温度容易控制，不增碳不增硫有利于低硫铁水的获得；环境污染小，炉前冶炼的工作环境和劳动强度也大为改善；利用夜间电价低谷熔炼，生产成本可大致与冲天炉相当；同样化学成分的铁水、同样的铸型浇注的铸件，中频炉比冲天炉熔炼的灰铁强度和硬度高；中频炉铁水比冲天炉铁水过热温度高、流动性差，并具有以下不良特性：铁水的晶核数量少，过冷度、白口和收缩倾向大，铸件厚壁处易产生缩孔和缩松，薄壁处易产生白口和硬边等铸造缺陷。
在亚共晶灰铸铁中,A 型石墨数量极易减少,D、E 型石墨及其伴生的铁素体数量增加,珠光体数量少。
所有这些再加上日常生产中的一些不当因素，都在生产中表现为铸件质量的波动,影响了铸铁的正常生产。
针对中频炉熔炼灰铁出现的新问题,笔者克服了电炉熔炼工艺、技术资料少,实践、探索难度大等诸多困难，逐步摸索和总结积累了一些生产技术经验和体会,期望能对正处于艰难经营和转型升级阵痛中的中小铸造企业提供微薄帮助。
1．原材料的选用及炉料配比炉料优劣直接影响铁水的质量,中频炉熔炼灰铁对于炉料的清洁程度和干燥要求较高,炉料不干净、含有有害元素或熔炼控制不好，会导致铁水氧化和纯净度低,严重恶化铁水的冶金质量,影响铸铁的基体组织和石墨形态,引起孕育不良、白口和缩松倾向大、气孔多等问题。
因此应强化对原辅材料的管理,严禁使用锈蚀严重、有油污的炉料。
同时，为提高铁水的纯净度和稳定铁水的化学成分,应选用碳素钢废钢做炉料,并使其在炉料配比中占 50%以上；对于回炉料应选用同材质铸件浇冒口,并清理掉粘附的型砂和涂料后再使用,使用量以40%左右为宜；废铁屑也应是同材质铸件机加工铁屑；对于生铁,因其中的杂质和微量元素以及组织缺陷都具有遗传性,应选用来源稳定、干净少绣、有害元素低、最好是Z18 以上牌号的铸造生铁，这样的生铁生产的铸件内在质量好且稳定,不要轻易变换生铁的来源,否则对于使用存在不合格因素的炉料而可能引起的质量问题将防不胜防, 并且生铁的加入应在熔炼初期加入为好,配比可占15%，以利于改善铸铁的石墨形态；增碳剂应选用商品石墨增碳剂或经高温石墨化处理过的增碳剂,并在熔炼中尽量早加,使增碳剂与铁水直接接触, 且有充足的时间熔化吸收；铁合金和孕育剂应化学成分合格、粒度适宜。
电炉熔炼铸铁工艺及常见缺陷防治
电炉熔炼铸铁工艺及常见缺陷防治一、电炉铸铁炉料配比及合成铸铁二、在铸造行业，人们常说，铸造材料的成分决定组织，组织左右性能；这句话其实并不全面。
我们在生产实践中发现许多铸铁，在相同成分时，机械性能却有较大差异。
铁水的质量除与其成分有关联外，还与炉料配比（生铁用量、废钢用量、返回料用量、合金加入量），熔化与出炉温度，孕育工艺等有密切关系。
所谓合成铸铁，就是指配料中使用50%以上的废钢，通过增碳合成的方法制取的铸铁材料，因为需要较高的熔化温度，只宜在电炉中熔炼。
目前合成铸铁主要有合成灰铁和球铁。
通过大量实践，对于HT250、HT300等高强度灰铸铁来说，废钢左右强度、生铁影响组织.1、配料禁忌（1）、高比例废钢（尤其是船板）与高比例回炉料（浇冒口、废铸件、铁屑）搭配，合成灰铁的废钢加入量不宜超过50%；（2）、高比例废钢（尤其是船板）与含硫磷高的生铁搭配；（3）、回炉料超过40%（浇冒口、废铸件、铁屑）。
2、配料优化组合（％）组成生铁废钢回炉料：配比A403030配比B304030配比C204040配比D2050303、锰硫含量需要提高硬度时锰的含量可达1.0-1.2%，但不要求相应提高硫的含量（关于灰铁中的硫含量，另行分析）。
某公司为了节约成本，多用废钢，在两个月内试制合成高牌号灰铸铁，废钢用量一度达60%,有一段时间除加入废钢外另加回炉料和少量铁屑，最初质量不错，但一段时间后发现铸件批量缩孔、缩松和有白色硬斑，并且持续不断越来越严重。
此缺陷成因：初步判断是铁水中MnS的含量过高而引起的铸件显微缩孔、缩松，MnS富集形成白色硬斑。
这是由于高牌号灰铁HT300成分要求Mn含量较高（1%左右），加之废钢自身锰也高（船板中的16锰钢含Mn在1.6%）,而废钢中的S以及回炉铁（包括铁屑）中的S和锰反应产生的MnS 在炉料中的积累达到一定程度，就会产生过量，从而产生上述缺陷。
为了减少铁水中的MnS含量，一般用加入一定量的优质新生铁（低S低Mn）来调整，另外提高孕育效果，可使MnS细化，减弱其不良影响。
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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ASTM D3197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－感应电炉熔炼在碳、硅含量相同的条件下，用感应电炉熔炼的铸铁与用冲天炉熔炼的相比，三角试片的白口宽度也有明显的差别，见图2。
（碳含量（%））图2 用不同熔炼设备时碳、硅含量对三角试片白口宽度的影响a1－冲天炉熔炼，Si 2.5%；a2－冲天炉熔炼，Si 2.0%；a3－冲天炉熔炼，Si 1.5%；b1－感应电炉熔炼，Si 2.5%；b2－感应电炉熔炼，Si 2.0%；b3－感应电炉熔炼，Si 1.5%用不同的熔炼设备，铸铁的共晶结晶特性之所以差别很大，主要有以下三方面的原因。
1．共晶结晶时晶核的数量减少冲天炉熔炼时，从炉料开始熔化到铁液自炉中流出所经历的时间很短，大约是10min左右。
感应电炉熔炼时，从炉料开始熔化到出铁至少要经1小时，而且又有感应加热所特有的搅拌作用，使铁液中可在共晶结晶时作为石墨外来晶核的物质大幅度减少。
例如，可作为外来晶核的SiO2，在温度很高、又有搅拌作用的条件下就易于与铸铁中的碳发生如下反应而消失：SiO2＋O2→Si＋2CO↑因此，用感应电炉熔炼灰铸铁时，要特别注意做好孕育处理作业，孕育剂用量应比冲天炉熔炼时略多一些，最好出炉前先在炉中进行一次预处理（预孕育），以改善铸铁共晶结晶时的生核条件。
2．铁液中的硫含量低用感应电炉熔炼铸铁时，由于炉料中废钢多而生铁锭少，配料中硫含量本来就低，再加以熔炼过程中完全不与焦炭接触，没有自焦炭吸收硫的过程，如果不特意在配料中加硫，熔炼得到的铁液，硫含量一般都在0.06%以下。
对于低硫铁液，孕育处理的效果很差已经是众所周知的事实。
因此，用感应电炉熔炼时，应特别关注铸铁中的硫含量，必须使之保持在0.06%以上。
如配料中没有带入硫的组分，一般可加入适量的硫化亚铁使之增硫。
3．铁液中的氧含量低前面已经谈到，用感应电炉熔炼的铸铁中，氧含量一般都较低。
如果氧含量降低到0.001%以下，铁液中可以作为外来晶核的氧化物、硫氧复合化合物就很少，铁液对孕育处理的回应能力就会很差。
在确认铸铁中氧含量过低的情况下，就应适当增加氧含量。
最方便的办法是采用含氧、硫的孕育剂。
这种孕育剂，国外早已有供应，随着我国用感应电炉熔炼的铸铁企业日益增多，相信不久就会有类似的产品问世。
在炉料中配入20～30%的铸铁切屑，既可以降低生产成本，又可以使熔炼制得的铁液中氧含量增多，也不失为一种可取的增氧措施。
三．炉料中生铁块太多会导致石墨组织异常前面曾经提到，用感应电炉熔炼铸铁时，由于液态铸铁在炉内保持的时间长，又有感应电流的搅拌作用，会使能作为外来晶核的氧化物、硫化物和硫氧复合化合物大量损失。
但是，对于生铁锭中所含的石墨，情况就不一样了。
铸造生铁锭中，一般都含有粗大的片状石墨。
用冲天炉熔炼时，即使出铁的温度不太高，炉内熔化带的温度也在1700℃以上。
铁液通过熔化带所经历的时间虽然很短，但却是以细小液滴通过的，能得到高温过热，有助于使石墨溶于铁液。
因此，即使炉料中配加的生铁锭较多，只要铸铁的成分不是过共晶的，显微组织中的石墨都呈细小的片状，一般不会有块片状（C型）石墨出现。
感应电炉熔炼铸铁时，虽然液态铸铁在炉内保持的时间长，又有感应电流的搅拌作用，但炉内的温度毕竟比冲天炉熔化带的温度低得多。
如果炉料中配用的生铁锭太多，就不可能使熔点高、稳定性强的片状石墨全部溶入铁液，有一些细小的晶态石墨保留在铁液中。
在这种条件下，铸铁开始凝固前就存在细小的晶态石墨，即使铸铁的成分是亚共晶的，凝固时也会有初生石墨依托细小的晶态石墨析出。
最后，铸铁的显微组织中就会出现块片状（C型）石墨，影响铸铁的力学性能。
因此，用感应电炉熔炼铸铁时，炉料中生铁锭的用量不能超过20％，最好在10%左右，以保证显微组织正常。
目前，有一些铸造厂将冲天炉熔炼时的炉料配比原则原封不动的用于感应电炉，不少企业生铁锭的用量为30％，有的企业甚至高达50%。
再加以未能按感应电炉的冶金特点安排适当的孕育处理，结果，显微组织中既有块片状（C型）石墨，又有D型石墨（过冷石墨），这种不正常的组织当然有损于铸件的质量，希望能尽早纠正这种不合适的做法。
四．感应电炉熔炼过程的控制根据以上所谈到的几个方面，建议用感应电炉熔炼铸铁时的工艺控制的要点如下：1．炉料中生铁锭的用量不能超过20％，最好在10%左右；2．随炉料加入的增碳剂中，最好配有一定比例（40～55%）的冶金碳化硅；3．认真做好出铁时的孕育处理，根据企业的具体生产条件选用合适的孕育剂，孕育剂的加入量则应比冲天炉熔炼时增加0.1～0.2%，最佳的用量应通过现场的试验结果确定；4．必须在浇注过程中进行瞬时孕育；5．生产质量要求高的铸件时，应在出铁前向炉内加入冶金碳化硅进行预处理。