用中频感应电炉熔炼铸铁的几个技术问题

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感应电炉是利用交流电感应的作用,由坩埚
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熔 Melting Technique 炼 技 术
内的金属炉料发出的热量以进行熔化金属的熔炼 方法。
无芯感应电炉的工作原理是在一个用耐火 材料筑成的坩埚外面,套有螺旋形的感应器(感 应线圈);坩埚内盛满金属炉料(或钢液),如同插
修定日期:2012-07-14
作者简介:王成刚(1974.8-),男,汉族,吉林省九台市人,毕业于
大连理工大学铸造专业,工程师,主要从事铸造熔炼技术工作。
中频无芯炉的容量和功率都比高频炉大。主 要用于特种钢、磁性合金和铜合金等的熔炼。这 种炉子由于需要昂贵的变频设备,所以在一些较 大容量的场合已改用工频无芯炉。但是,和工频 炉相比,中频炉也有其独到之处。如,同样容量, 中频炉的输入功率比工频炉大,所以熔化速度比 较快;中频炉在冷炉起熔时不需要起炉块;金属 液可以全部倒出,等;所以使用时比工频炉灵活 方便。另外,中频熔炼炉熔液对坩埚冲刷轻些,这 对炉衬有利。因此,在发展了大功率廉价中频电 源后,中频炉还是大有前途的。 1.1.3 工频炉
能、加入方式等有关,但总体来说,合适的加入状 铁液进行增硅处理,增硅的办法即是加入 SiFe 合
况下,合金元素的变化量也很低,因而,中频电炉 金,以达到目标成分。SiFe 可在化清铁液后直接加
铁液的化学成分控制较精确;但由于炉渣不能感 入炉内。
应发热,渣温较低,所以中频电炉的冶金性能较 4.2.3 熔炼方式
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Melting Technique




在弱酸性炉衬、1 500 OC 左右的熔炼温度条 品质影响最终石墨化效果及增碳剂的吸收率。
件下,主要是烧损原因致使 w(C)和 w(Si)量均会 4.2 合成球铁熔炼要点
略有降低,降低程度<5%。
4.2.1 增碳
3.2 w(Mn)量的变化
在相同生产条件下,与工频感应电炉相比, 中频(变频)感应炉功率密度大、占地小、生产灵 活、造价低、变更铸铁牌号方便,而且不需三项平 衡和功率因素补偿装置,因此,中频感应电炉在 生产中应用广泛,并有逐步取代工频感应电炉之 势。生产中,中频感应电炉频率一般为 1 000~ 2 500 Hz。
收稿日期:2012-01-18
上,废钢通常都有比较低的 w(P)、w(S)和微量元 由于电磁搅拌作用,铁液的化学成分和温度均
素含量。再次,最好能使用优质碳素合金钢炉料, 匀;熔炼工艺稳定、易控,铁液化学成分准确;可
废钢中最好没有合金元素;当然在生产珠光体基 以多用或全部使用废钢;铁屑、切边废料,易于熔
体铸铁时可以适当放宽废钢中的 Mn 等有益合 化;烟气和粉尘较少,噪音小,易于环保控制;铁
3 中频感应电炉熔炼铁液的成分变 化
是配料、调整都不宜超出铁液成分上限。 2.3 感应电炉铁液温度控制原则
只要能满足力学性能和浇注温度,就应尽量 降低铁液出炉温度,以保证耐火材料寿命,但通 常情况,铁液熔化温度不应低于 1 500 ℃。 2.4 感应电炉加料原则
冷炉开炉时,无芯炉应先加与坩埚内径相近 的大块金属料作为炉块,然后加入熔点低而且元 素烧损少的炉料,之后,再加其它炉料(合金材料 大多在最后入炉)。有芯炉在冷炉开炉时最好直
1 感应电炉简介
感应电炉按电流频率分为工频、中频和高频 三 类 ,其 频 率 分 别 为 50 HZ、50 ~10 000 HZ 和 10 000 HZ 以上。 1.1 应用范围 1.1.1 高频炉
高频无芯炉容量一般在 50 kg 以下,适用于 实验室和小规模生产中熔炼特种钢和特种合金。 1.1.2 中频炉
变磁场的作用下产生感应电动势,并因此产生电 的涡流。由于金属炉料或钢液有电阻,故会产生 热量而导致金属熔化与过热。感应圈内通过的电 流越大,匝数越多,漏磁损失越小,金属料的电阻
充满整个炉腔,以保证热效率的最大利用,提高 熔化效率,但一定要注意防止搭料。 2.5 感应电炉熔化铁液送电原则
先低压供电以预热炉料。然后提高供电功
中图分类号:TG232.3
文献标识码:B
文章编号:1003-8345(2012)04-0043-04
DOI:10.3969/j.issn.1003-8345.2012.04.006
Several Technical Problems with Medium Frequency Induction Furnace Melting of Cast Iron
Melting Technique




用中频感应电炉熔炼铸铁的几个技术问题
王成刚,马顺龙
(一汽铸造有限公司 技术中心,吉林 长春 130062)
摘要:解答了铸造企业应用中频感应电炉熔炼铸铁的几个技术问题,提供了有关熔炼工艺、技术特点、合成球铁熔炼方
法及发展趋势等方面的参考信息。
关键词:铸铁;中频感应电炉;熔炼
若铁液某项成分超出目标,进行调整时需加
为精确地控制和调节铁液温度,炉内铁液也可以 倒空。 2.6 感应电炉铁液的球化处理特点
感应电炉熔炼铁液时,硫的变化不明显,不 会像冲天炉那样由于焦炭等原因产生增硫现象。 中频炉铁液中的 w(S)量主要来自炉料,熔炼过 程中既不增硫也不脱硫,所以原材料的 w(S)量 直接决定了铁液的最终 w(S 终)量。
4.2.4 球化处理 由于废钢中 w(S)及微量元素含量较低,可
以适当减少球化剂加入量或调整球化剂种类,保 证球化效果,降低球化成本。
当然,采用完全废钢熔炼工艺,需在感应电 炉熔炼的条件下进行,能耗较高,废钢的来源与 控制较为严格,并不一定每个工厂都现实可行, 但无疑这种熔炼方式为高品质的球墨铸铁生产 提供了一条途径。
球化处理是一个脱硫脱氧的过程,由于原材 料(生铁、废钢等)中 w(S)量较低,故中频炉熔炼 后的铁液 w(S)量也较低,通常在 0.025%以下, 若附以炉内脱硫工艺,w(S)量会进一步降低,这 对球化处理是非常有利的因素,更利于实现好的 球化效果,也可以减少球化剂的加入量,降低生 产成本。
入大量的铁料(废钢、生铁或回炉料)进行稀释, 这将增加铁液总量,同时其它元素含量也将发生 较大变化,从而带来一系列连锁反应。所以无论
与冲天炉不同的是,中频炉在熔炼过程中铁 液元素的变化并不是特别明显,这一特点使其在 保持铁液成分稳定性方面非常有利。 3.1 w(C)和 w(S)i 量的变化
中频感应电炉大多采用酸性炉衬,当铁液温 度超过 C-Si-O 系的平衡临界温度时,炉衬中的 SiO2 将被铁液中的 C 还原,使铁液脱 C 增 Si,炉 衬侵蚀加剧。实践表明,当铁液在 1 450 ℃以上 保温时,就可能出现上述现象。
工频无芯炉是几种无芯炉中出现最晚而发 展最迅速的。主要用于铸铁和钢,特别是高强度 铸铁和合金铸铁的熔炼以及铸铁熔液的升温、保 温和成分调整等;另外也用于铜、铝等有色金属 及其合金的熔炼。但炉子容量小时采用工频炉是 不经济的,以铸铁为例,容量小于 750 kg 时电效 率就显著下降了。 1.2 感应电炉的熔炼原理
差。
可以采用全部废钢+增碳剂来进行熔炼,也
4 合成球铁熔炼方法概述
可以采用部分废钢+增碳剂+回炉料或部分废钢+ 增碳剂+生铁+回炉料来进行熔炼。
采用废钢加增碳剂生产合成球铁及合成灰 铸铁的工艺,可以使铸铁的韧性和强度均得到提 高,同时也不会使铸件的收缩倾向加剧。事实上, 如果工艺处理得当,采用废钢增碳工艺会减轻铸 件的收缩。这主要是因为采用废钢增碳的熔炼方 式,铸件的基体晶粒组织会得到均匀化和细化, 铁液的纯净度高,而增碳剂还具有孕育效果,促 进石墨化的效果也更突出。 4.1 废钢及增碳剂的选择
熔炼优质球铁需要高温、低 S、洁净、成分准
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问 Problems and Countermeasures 题 与 对 策
QT500-7 铸件力学性能不稳定的解决措施
陈翠凤 1,何瑞强 1,魏晓光 1,金桂芹 2,杜静静 1,杜建飞 1
(1.石家庄链轮总厂,河北 石家庄 050031;2.湖北省职业技术学院,湖北 黄冈 438000)
越大,则传递的功率也越大,熔炼速度提高。
2 中频感应电炉熔炼工艺
率,一般可以送到满功率的 80%~90%,边熔化边 加炉料,在铁料完全熔化前应将炉料加完,至铁 液温度符合要求后,再停电扒渣出炉。这样,可较
2.1 中频感应电炉熔炼特点 中频感应电炉有很好的适应性,能熔化各种
牌号的铁液。 由于中频炉调整成分比较方便,所以工艺对
加入 CaC 脱 S,可将铁液中的 w(S)量降至 0.01% 其上附加废钢和回炉料,依据废剂的加入量以及
3.4 合金元素的变化
增碳剂的吸收率。
合金元素的烧损与其他化学、物理作用会 4.2.2 增硅
导致熔炼过程损失,这与合金元素自身的理化性
同样,由于废钢中 w(Si)量较低,通常需要对
金元素的含量,
液 w(S)量低,污染少;易于实现自动化管理。
增碳剂的品质对生产合成铸铁也至关重要。
感应电炉熔炼的不足之处有:电能消耗大,
增碳剂必须是经过高温持续电热处理的,其中 熔炼成本高;炉渣不能感应发热,熔渣温度低;熔
S、水分、灰分、挥发物及气体杂质已被分离出去, 炼能力比冲天炉低。
具有较高的化学纯度及石墨晶体形态。增碳剂的
接加入铁液或块度小、熔点低的炉料。热炉开炉 最好留有 1/3~1/4 炉的铁液启动。
在采用以生铁为主要熔炼方式的状态下,加 料顺序通常为:生铁→废钢→回炉料→合金。如 果采用合成铸铁熔炼工艺,加料顺序一般为:增
在线圈中的铁芯,当线圈上通以交流电时,由于 交流电的感应作用,金属炉料或钢液的内部在交
碳剂→废钢→回炉料→合金。 在加料过程中应尽量使金属保持密实状态
WANG Cheng-gang, MA Shun-long
(Technology Center, Foundry Co. Ltd., China First Automobile Group Co. Ltd., Changchun 130062, China)
Abstract: Several technical problems with foundry enterprises using medium frequency induction furnace to melt cast irons was explained, and some useful information concerning the melting process, technical characteristics, melting process and development tendency of synthetic nodular iron was given. Key words: cast iron; medium frequency induction furnace; melting
废钢中的 w(C)量很低,灰铸铁或球铁的最
在酸性炉中,w(Mn)量一般烧损 5%左右。
终w(C)量均较高,这就需要对废钢铁液进行增
3.3 w(P)和 w(S)量的变化
C,增碳剂就是铁液中新 C 的来源。增碳剂通常
w(P)和 w(S)量一般没有变化,但通过炉内 置放于炉底(如可能,最好炉底存在适量铁液),
生产合成铸铁时对废钢有一定的要求。首先 5 感应电炉熔炼铸铁的发展方向
要求废钢自身品质高,废钢中的杂质元素较少,
成份稳定,已经过高温熔炼,消除了铸造用生铁
感应电炉熔炼铸铁的优势有:热效率高,加
的遗传效应,熔炼出的铁液具有较高的品质。其 热速度快;铁液过热度容易调解,出铁温度高;元
次要求废钢中 w(P)、w(S)量及微量元素低。事实 素烧损少,铁液中气体含量和非金属夹杂物少;
铁液成分范围的要求可以较窄,使铸件性能更加 稳定。具体范围可根据铸件种类划分为多个等 级,或对个别铸件定制特殊的成分要求。
由于中频炉电源功率很大,所以提温能力也 很强,可以对不同铸件给出不同的温度范围来满 足铸件的要求。 2.2 感应电炉铁液配料原则
由于合金元素补加相对容易,应尽量使原 始配料成分等于或略低于目标成分,以便在首次 化验后进行补加合金的调整。
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