馬敬仲感應電爐熔煉特性及工藝要點

1、感應電爐熔煉特性及工藝操作要點1 電爐熔煉與沖天爐熔煉的差異分析隨著我國鑄造工業(yè)的發(fā)展，尤其是高強度灰鑄鐵、高端球墨鑄鐵、蠕量鑄鐵、特種鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，采用電爐熔煉鑄鐵的趨勢甚為迅速。由于從沖天爐熔煉鑄鐵轉(zhuǎn)變?yōu)殡姞t熔煉鑄鐵，兩者在冶金與結(jié)晶特性方面有較大的差異，在鐵液質(zhì)量控制方面也需要采用相應不同的措施。上世紀80年代，日本大量使用電爐熔煉的初期，在鑄鐵質(zhì)量控制方面就曾出現(xiàn)不少問題，我國現(xiàn)在也遇到了同樣的困擾。1.1 電爐熔煉與沖天爐熔煉在冶金原理上的差異1）熔化與熔煉：感應電爐與沖天爐熔煉最大的不同點是：感應電爐是爐料“熔化”，沒有鐵液與焦炭、爐氣、爐渣之間的冶金反應，沖天爐是又“熔”又

2、“煉”。前者元素燒損少、成分易控制，后者有氧化與還原的冶金過程，成分波動大、不易控制。2）形核能力強與形核能力差：沖天爐熔煉有增C、增S的過程，對鐵液的形核有利，因而十分有利于灰鑄鐵的生產(chǎn)；而電爐熔煉如不加增C劑，則鐵液形核能力不足，白口與收縮傾向大，對力學性能與加工性能皆有負面的影響。因此電熔煉要采用廢鋼+增C的工藝。3）爐渣與爐料凈化：因爐渣不能被感應加熱，故爐渣溫度低，且電爐有攪拌作用，爐渣不易上升，因此電爐熔煉對爐料凈化要求要高于沖天爐。4）爐料的遺傳性：電爐鐵液的過熱溫度不超過1550，低于沖天爐過熱帶的1700-1800。故生鐵中的石墨不能全部溶入鐵液中，故電爐熔煉中的生鐵中粗大石

3、墨的遺傳性大于沖天爐。1.2 電爐熔煉與沖天爐熔煉在結(jié)晶特性上的差異1）電爐熔煉的鐵液有“三大”：電爐熔煉與沖天爐熔煉相比，在結(jié)晶特性上有“三大”特征，即：過冷度大、白口深度大、收縮傾向大。見圖1-1、圖1-2和圖1-3。2）電爐熔煉的鐵液形核能力差：電爐鐵液中無增S、增C過程，S含量一般為0.02%0.04%，與 Mn生成的MnS數(shù)量少，而MnS是鐵液中重要的結(jié)晶核心。3）電爐熔煉鐵液的時間長，結(jié)晶核心少：爐料從固態(tài)到熔化，電爐的熔化速度遠高于沖天爐。電爐因熔煉時間長導致結(jié)晶核心減少，如操作不當（如高溫保溫時間長），則會更加劇晶核的減少。結(jié)論：與沖天爐熔煉相比，電爐熔煉最大的特點，也可以說最

4、大的問題就是鐵液的形核能力差，因此操作時必須注意下面三點。（1）無論是熔煉灰鑄鐵還是球墨鑄鐵都要注意增C，對灰鑄鐵還要注意增S。（2）不要長時間高溫保溫，如需保溫，應低溫保溫。（3）操作時必須盡量做到快熔快出。鐵液成分調(diào)整后，升至15001550，靜置710min，然后盡快出爐，否則會出現(xiàn)3個問題：一是成分波動，脫C增Si；二是結(jié)晶核心減少，白口傾向增大；三是爐襯侵蝕加劇。沖天爐電爐 圖1-1 在不同的碳當量下熔煉工藝 圖1-2 感應電爐與沖天爐體液的對共晶結(jié)晶過冷度的影響 白口深度對比 圖1-3 感應電爐與沖天爐鐵液用圓筒形金屬型試驗時縮孔深度的比較1.3 電爐熔煉與沖天爐熔煉在鐵液品質(zhì)上的

5、差異電爐在鐵液溫度與成分準確性的控制上，較小的元素燒損上，電爐熔煉皆優(yōu)于沖天爐熔煉，但電爐熔煉的鐵液品質(zhì)上存在著3個問題：一是氣體含量問題；二是生鐵的遺傳性問題；三是形核能力差問題；1）鐵液中的氣體含量（1）感應電爐熔煉時，金屬爐料與氣體接觸的時間短，鐵液與氣體接觸的界面小，故鐵液中H、O低于沖天爐鐵液，但感應電爐中廢鋼加入量大，N含量較高。再加上增C劑中也含有N，所以電爐中必須重視N含量，其重要度大于H與O。（2）鐵液中的氣體含量見表1-1。表1-1 感應電爐與沖天爐鐵液中的氣體含量（×10-6）對比氣體O含量H含量N含量沖天爐鐵液4060244070感應電爐鐵液20280140（

6、3）電爐的O含量一般在20PPM以下，只要鐵液的過熱溫度到達1500以上，鐵液就會產(chǎn)生自脫氧反應，鐵液中的O會變成CO排出，鐵液就會變成高溫低氧的優(yōu)質(zhì)鐵液。鐵液質(zhì)量顯著提高。但鐵液中氧含量過低也不好，如O含量降至10PPM以下，則使孕育時的晶核數(shù)下降，即使孕育劑量增多，孕育效果也差，導致過冷石墨的產(chǎn)生；鐵液中的O含量，一般可控制在10-20PPM范圍內(nèi)。（4）電爐中由爐料帶入的H很少，產(chǎn)生氫氣孔的可能性很小。產(chǎn)生氫氣孔主要是來自于造型材料，未烘干的澆包，鑄型等方面或孕育劑的含A1量上。故測定電爐鐵液中H含量意義不大。（5）感應電爐鐵液中的N與廢鋼加入量有關(guān)，見表1-2。含N高的鑄鐵件會產(chǎn)生裂隙

7、狀皮下氣孔、裂紋或縮松，故對于灰鑄鐵，薄壁鑄件N含量應小于130PPM。原鑄件的N應小于80PPM。為了控制N含量應注意三點：1應選用含N量低的增碳劑；2禁用，含N量高的電弧爐鋼、高錳鋼及鐵素體鋼；3當N含量超標時，要加含Ti或含Zr的孕育劑降氮。表1-2 感應電爐中廢鋼比例與鐵液中的N廢鋼比例（%）1550100鐵液中N量（X10-6）30-5080-1201402）爐料中生鐵的遺傳性沖天爐內(nèi)的過熱帶溫度達17001800時，鐵液以細小滴狀通過過熱帶，在如此高溫下，石墨易溶入鐵液，只要鐵液溫度足夠高且鑄鐵成分是亞共晶的，那么金相組織中的石墨皆呈細小片狀，不會產(chǎn)生粗大的C型石墨。電爐中的熔煉溫

8、度低于沖天爐，一般不超過1550。這使生鐵中的石墨不能全部溶入鐵液。生鐵一般是過共晶鑄鐵，石墨主要由一次性粗大的C型石墨及細小的共晶石墨組成。鑄鐵凝固時，部分粗大的C型與部分細小的晶態(tài)石墨被保留下來，前者形成粗大石墨，后者往往成為析出石墨的托附體，也使石墨粗大生鐵配比越大，石墨粗大現(xiàn)象越嚴重。因此，感應電爐熔煉鑄鐵配料時，為防止產(chǎn)生粗大石墨出現(xiàn)，生鐵比例應有限制，在生產(chǎn)HT250、HT300、HT350時生鐵比例宜在10%以下。2 電爐熔煉鐵液的工藝要點2.1 電爐熔煉的鐵液成分控制要點2.1.1 要采用廢鋼+增C工藝企圖用提高電爐熔煉溫度的方式來緩解生鐵中粗大石墨遺傳問題的做法是不可取的，因

9、為過高的熔煉溫度將大幅度降低晶核的數(shù)量，導致白口傾向增大。正確的方式是，在電爐在熔制灰鑄鐵時，尤其是在熔制HT250以上材質(zhì)時，少用生鐵（10%),并要采用廢鋼+增C的工藝，以抵消粗大石墨的遺傳，改善石墨的品質(zhì)，使石墨更細化，分布更均勻。確保鑄鐵的性能與質(zhì)量。在增C工藝中，要重視增C劑的質(zhì)量。必須選用經(jīng)過高溫石墨化處理的增C劑，如優(yōu)質(zhì)電極碎屑或焙燒處理的石墨化油焦；其優(yōu)點是增C劑中含S量、水分、灰分、揮發(fā)物及氣體雜質(zhì)已被分離出去，增C劑中N與H顯著降低，可有效地防止鑄件氣孔產(chǎn)生；更重要的是，高溫使增C劑中的原子排列有序度增高，增加了石墨結(jié)晶核心并使鐵液增C加快，較大幅度地減少了白口傾向。生產(chǎn)中

10、有些企業(yè)采用未經(jīng)高溫石墨化處理的石油焦或優(yōu)質(zhì)無煙煤作增C劑，該增C劑雖能增C，但因其無序排列的石墨不能在鐵液中直接溶解，石墨化能力差，無法達到預期效果，且含N高，常形成氮氣孔缺陷。實踐證明，多加廢鋼的增C工藝熔煉與不用增C劑而使用生鐵熔煉的工藝相比，其鐵液白口小、收縮小、性能高，即使在同樣共晶度下或稍高時，多加廢鋼鑄鐵具有較高的強度（見表2-1）。 表2-1 電爐熔煉時不同廢鋼配比對灰鑄鐵抗拉強度的影響廢鋼配比（%）共晶度Sc鐵液含C量（%）孕育劑Si量（%）抗拉強度/ MPa孕育劑75FeSi加入量（%）250.8603.012.322690.3300.8552.942.522830.335

11、0.8483.231.333070.3400.8522.972.373300.3500.8802.981.423580.32.1.2 熔制灰鑄鐵要采用增S工藝若電爐熔煉鑄鐵時不增S，在高廢鋼配比下，鐵液的含S量僅為0.02%0.03%。這對要求低含S量鐵液的球墨鑄鐵是有優(yōu)勢的；但對于灰鑄鐵，低S量的鐵液則使石墨化能力減小，孕育效果差，白口傾向增大。實踐證明，在一定的Mn量下，當鐵液中的含S量達到0.06%以上時，才能獲得良好的孕育效果。過去相當長時間內(nèi)，灰鑄鐵的化學成分中的S含量只有上限（S0.12%），沒有下限（S0.06%），這是不正確的。因此，熔煉灰鑄鐵時，鐵液S含量在0.06%0.12

12、%是適宜的。通常用加入FeS來達到增S的目的。2.1.3 鐵液熔化后再加入合金電爐熔煉時，合金元素要在鐵液熔化后加入或在爐外加入，可使合金元素燒損減少。如Si鐵、Mn鐵在鐵液熔化后加入，可使Si、Mn燒損量2.0%；Sn、Sb、Cr、Cu、Ni等元素則在爐外加入，吸收率高，見表2-2。表2-2 酸性感應電爐精煉期添加合金回收率元素SiMnCrMoPNiCuBTi添加合金種類FeSiFeMnFeCrFeMoFePNiCuFeBFeTi回收率（%）998585957510010040-60（包內(nèi)）60-70（包內(nèi)）2.2 電爐熔煉的配料控制要點2.2.1 碳含量的預配值要高于目標值對于碳含量，在配

13、料時應略高于目標值，因為熔化后期可用廢鋼微調(diào)，不僅簡便，且熔化快，成分易均勻。若碳值采用低于目標值配料，后期用增C劑微調(diào)，則需升溫方可快熔，且增C劑因比重輕而浮于液面，需攪拌方可提高吸收率；故此法因其增加調(diào)整時間與勞動強度而不可取。含C量目標值3.15%的配料計算程序舉例如下。1）爐料配比：廢鋼60%+回爐鐵30%+ 生鐵10%2）計算得出含C量：0.3%×60%+3.2%×30%+4.3×10%=1.57%3）需增C量：3.15%-1.57%=1.58%4）需從增C劑中吸收的C量：1.58%÷99%=1.60%5）根據(jù)增碳劑吸收率（如95%），則增C劑

14、加入量為：1.60÷95%=1.68%，取1.7%6）如爐料為1000kg，則需加入增C劑： 1000×1.7%=17kg7）再根據(jù)C的燒損或增C實際效果進行調(diào)整。最佳工藝情況是：測出鐵液含C量3.2%，則可在爐內(nèi)加少許廢鋼減C至3.15%。上述配料計算與實際調(diào)整數(shù)值一定要與熔煉工藝相結(jié)合。如：在15001550，既要靜置一段時間，又不可靜置太長，一般靜止710min，這是為了進行鐵液自脫氧反應（即SiO2+2CSi+2CO)，以凈化鐵液。若靜置時間太長，脫C增Si反應加強，將造成C、Si成分波動。總之，經(jīng)過多次熔煉配料計算和實際調(diào)整，即可掌握規(guī)律，穩(wěn)定C的成分。2.2.2

15、 合金元素的預配值要低于目標值原始配料成分中合金元素含量預配值要略低于目標成分，以便在首次化驗后進行合金成分的調(diào)整；這是因為合金元素補加相對簡便，若用鐵料調(diào)節(jié)某一合金元素時，則會引起其他元素的連鎖變化，故配料時合金元素含量不宜超過工藝上限。2.2.3 要采用廢鋼+增C的先進工藝再一次強調(diào)，生產(chǎn)高強度對灰鑄鐵，生鐵配比量要少于10%，并采用廢鋼+增C的合成鑄鐵工藝，對提高灰鑄鐵的力學性能、冶金質(zhì)量和改善加工性能有著重要的作用。目前，已有很多工廠采用這個工藝后，消除了粗大的石墨，改善了石墨的品質(zhì)，使石墨更加細小、均勻，還減少了生鐵中微量元素的危害。2.3 電爐熔煉的熔速控制2.3.1 快速熔煉廢鋼

16、在700以上易被氧化，且隨溫度升高氧化程度加劇，因此應盡量縮短熔煉時間，使廢鋼盡快熔于高C的鐵液。由于有C的保護，廢鋼的氧化程度將大幅度降低。國外大功率電爐熔煉技術(shù)已證明能使廢鋼快速熔化，顯著地縮短了高溫氧化時間，使鐵液氧化程度大幅度降低。因此，快速熔煉是電爐熔煉重要的控制要點之一。2.3.2 快速出爐為確保鐵液質(zhì)量，鐵液溫度須達1500以上。在此溫度時，感應電爐中鐵液發(fā)生“脫C”反應，既有降低鐵液中溶氧量、減少鐵液氧化、降低Si和Mn燒損、提高鐵液純凈度等有利的一面，也有高溫時間過長造成白口收縮增大、孕育效果變差的一面。因此，電爐熔煉升溫至1500以上的時間要短，保持時間也要短，并盡快出爐，

17、實行“快熔快出”的原則。盡量縮短高溫保持時間的另一原因是鐵液溫度平衡于溫度以上時，電爐鐵液中發(fā)生的“脫C”反應，常使爐襯浸蝕加重，促使爐襯壽命降低。溫度越高，保持時間越長，浸蝕越嚴重；這是因為酸性爐襯中的SiO2砂與鐵液中的C反應（SiO2+2C-Si+2Co）造成爐襯侵蝕。因此，也要求熔煉“快熔快出”。2.4 電爐熔煉的爐料凈化控制電爐特有的攪拌作用，使被帶入鐵液中的渣子不易上浮，因此在同樣的條件下，電爐鐵液中的夾渣傾向大于沖天爐，它對爐料凈化要求要高于沖天爐。除鐵料不允許有嚴重的氧化銹蝕外，對回爐料中的粘砂更要控制，必須進行拋丸清理，這是因為細小的SiO2夾渣在高溫時流動性好，隨鐵液流動不

18、易被清除，造成夾渣。且熔化回爐料上的粘砂上的粘砂形成爐渣，不僅耗電，也延緩了熔煉時間。 3 電爐熔煉中的鐵液質(zhì)量控制3.1 目前電爐熔煉中的鐵液的質(zhì)量問題1）不采用增C工藝時，晶核數(shù)量少，過冷度大，白口傾向大。2）鐵液過冷大，若孕育不力則灰鑄鐵組織中易產(chǎn)生過冷的D、E型石墨及其伴生的鐵素體，導致鑄鐵力學性能的下降或邊角白口的產(chǎn)生。3）電爐鐵液 具有較大的收縮傾向，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、滲漏或厚薄壁交接處的裂紋。4）電爐的電磁攪拌特性使夾渣物不易上浮，易造成夾渣，導致鑄件的滲漏或性能下降。5）電爐中的鐵液熔煉溫度達到15001550時發(fā)生的“脫C”反應，既有提高鐵液質(zhì)量的有利作用，又有使晶核減少

19、及增加爐襯浸蝕的不利影響。在高溫時保持時間過長，導致脫C增Si加劇，爐襯燒損嚴重及白口傾向的加大。3.2 電爐熔煉中提高鐵液質(zhì)量的控制要點根據(jù)電爐熔煉鐵液的特性問題，對電爐鐵液質(zhì)量進行控制的要點如下：1）少用生鐵，生產(chǎn)HT250以上的灰鑄鐵時生鐵配量時應小于10%，以減少粗大石墨及微量元素的遺傳問題。2）采用廢鋼+增C的工藝，以增加晶核數(shù)，改善石墨品質(zhì)，減少收縮傾向，降低微量有害元素含量。3）采用廢鋼+增C工藝獲得的低S鐵液雖有利于球墨鑄鐵的球化，但對灰鑄鐵，則應采用增S工藝，以保證孕育效果，減少D、E型過冷石墨。4）加強孕育力度，尤其在增C、增S不足時，需適當加大孕育劑量或采用瞬時孕育等措施

20、。5）凈化爐料，嚴禁銹蝕、粘砂等臟污爐料入爐，回爐料、澆冒口等要拋丸，以減少因電磁攪拌不易上浮的夾渣量。6）縮短高溫保持時間，實行“快熔快出”操作，以防止“脫C”反應過度，造成溶氧量過低（<10PPM）、晶核減少及爐襯浸蝕加大的危害。7）要重視鐵液中的含N量。電爐鐵液的含N量通常比沖天爐高，當廢鋼配比多于40%以上，鐵液含氮量與廢鋼加入量呈線性關(guān)系，如圖3-1所示。統(tǒng)計表明，鐵液中N含量超過100140PPM時鑄件就有產(chǎn)生氮氣孔的危險，故應控制其上限，薄壁件<130PPM，厚壁件<80PPM。圖3-1 兩種熔煉鑄鐵方式下廢鋼加入比例與鐵液含氮量的關(guān)系8）控制鐵液溫度及保持時間

21、，防止鐵液中C量減少過多、Si增加過大而造成的成分波動。表3-1為鐵液溫度與對脫C、增Si的影響情況。表3-1 感應電爐中不同鐵液溫度下保溫對脫C、增Si的影響保溫溫度/鐵液中Si量為1.8%2.2%C燒損量/%·h-1Si增加量/%·h-1135014500.0715000.180.0715500.300.1116000.400.194 電爐熔煉的操作要點4.1 裝料目前，大多數(shù)工廠用的是中頻無芯感應電爐，裝料是在無剩余鐵液下進行的，所以無需起熔體。4.1.1 增C劑的加入方法增碳劑的加入方法選擇很重要。感應電爐雖有電磁攪拌可促進增C，但熔速快時，增C速度與均勻程度常滯后

22、熔化速度，尤其在爐壁死角停留附著的增C劑，如果不用過度升溫和 長時間保溫是不能熔入鐵液的，但這將導致過冷度的加大和白口傾向的增加，且爐壁上未被熔清的增C劑會使爐襯侵蝕加劇。增C劑加入過晚，則造成升溫時間的延長，延緩了成分調(diào)整的時間。近年來，有些企業(yè)將增C劑在爐料的加入過程中分小批逐漸加入，每次加入增C劑后，再用爐料壓住，這樣不僅增C效果好，且省時省電。在配料時碳的配比量應稍高于目標值，成分調(diào)整時用廢鋼降低C，簡便易行，避免了后期低溫增C的不利操作。4.1.2 加料秩序與加料也有增C劑一次性加入的，即先在爐底墊少量潔凈薄鋼，然后覆上增C劑，并用細碎料壓實，使其在熔煉中不漂浮起來，省時省力。然后依

23、次加入爐料。加料秩序：為加快熔化速度與減少燒損，應先加入熔點低，燒損小的爐料，后加入熔點高，燒損大的爐料。即先加入回爐鐵，其次是生鐵，然后是廢鋼。合金元素(Cr、Cu、Ni、Mo等)最后加。即在鐵液熔清再加，低熔點的Sb、Sn可在出鐵時或包內(nèi)加入。4.2 送電熔化與精煉4.2.1 送電熔化電爐熔化分三個階段，掌握其規(guī)律十分重要：（1）第一階段（固態(tài)爐料到熔清）：此階段應快速熔化，因廢鋼到達700后氧化加劇，鐵液接近熔清時，表面最容易氧化。故此階段應快速熔化。第二階段（熔清至平衡溫度以下）：熔速適當放緩，以給成分檢測機調(diào)整有一定的時間；第三階段（平衡溫度以下到出鐵階段）：這是鐵液的自脫氧階段，被

24、稱為高溫靜置階段，是鐵液凈化的精煉時期，十分重要。但高溫靜置后，盡快出爐，最好一次出完。若多包出爐，則應加蓋保溫，避免再次送電。若爐內(nèi)時間稍長，應加少量增C劑或強化孕育。（2）熔化期續(xù)料時，要在前次投入的爐料未熔前投入，大塊料要大頭向下，以免卡料、搭橋；一旦發(fā)現(xiàn)，應及時排除。搭橋?qū)⑹瓜虏胯F液過熱，造成底部爐襯侵蝕加劇，脫C反應激烈，鐵液白口傾向增加。（3）加料時，切屑不可冷裝，否則將引起切屑嚴重氧化。切屑應均勻加入熔池液面，加入量不宜超過爐容量的8%；（4）留5%廢鋼作后期成分調(diào)整。4.2.2 精煉在電爐熔煉的精煉期應注意：（1）確認熔化狀態(tài)后，適當補加渣料，形成熔渣，覆蓋液面。（2）爐料熔清

25、后，要立即取樣進行爐前快速成分分析及三角試片檢驗；分析后，先用廢鋼調(diào)C，再調(diào)Si與合金成分。（3）成分合格后，迅速升溫至15001550，并靜置5-10min；出爐前，鐵液溫度應控制在15001520。4.2.3 出鐵在電爐熔煉的出鐵階段要注意：（1）成分、溫度、爐前三角試樣檢測合格后，即可停電，進行扒渣和傾爐除鐵操作。（2）出爐溫度為1500-1520。澆注溫度一般為1420-1360。澆注溫度要求低時可倒包降溫。一般不采取爐內(nèi)降溫的措施，4.3 爐內(nèi)電磁現(xiàn)象在熔煉作用中的正確應用4.3.1 電流透入深度與爐料塊度感應器通交流電時，其周圍形成交變磁場，使爐內(nèi)的金屬爐料產(chǎn)生感應，由于“集膚效應

26、”，其電流集中于金屬塊表面的一定深度內(nèi)；感應加熱時，86.5%的功率是在這一電流深度內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能的。因此，加熱爐料的熱量主要來自集膚于金屬料表面的電流，而爐料整個斷面的升溫，則依靠熱傳導來實現(xiàn)的。為了減少熱傳導過程中的損失，選擇合適的爐料直徑十分重要。一般以36倍的電流透入深度為佳，但不同頻率下的電流透入深度是不同的，頻率越高，電流透入深度越小。表4-1為不同頻率下的電流透入深度與最佳爐料直徑。表4-1 不同頻率下的電流透入深度與最佳爐料直徑電流頻率/Hz5010003000電流透入深度/mm73169.5最佳爐料直徑/mm219438489629575 電爐熔煉鑄鐵的若干問題討論5.1 關(guān)于

27、氮氣孔的問題5.1.1 廢鋼、增C劑與N含量；電爐中廢鋼用量多，極易產(chǎn)生氮氣孔，電爐鐵液中的N主要來自廢鋼用量、廢鋼品質(zhì)及增C劑。一般生鐵中的N 含量為2.050PPM，而碳素鋼N含量是生鐵的數(shù)倍達50150PPM。電弧爐鋼含N量大是因電弧爐空氣被離解，N離子進入了高溫鋼液；奧氏體鋼N量高是因其加入了含N量高的鉻鐵。因此，熔煉鐵液時，要慎用含N量高的高合金廢鋼。增C劑中也含有N，劣質(zhì)增C劑中含N量更高。綜上，在電爐熔煉時，大比例使用廢鋼與增C劑，將使鑄件產(chǎn)生N氣孔的風險增大。5.1.2 N氣孔的形狀特征N氣孔是垂直于鑄件表面的孔洞，常位于鑄件表面、邊角或厚大處、最后凝固處、冒口處、澆注系統(tǒng)遠端

28、處，呈裂隙狀。N氣孔一般在加工時被發(fā)現(xiàn)，缺陷形狀與縮松有些相似，因而很易與縮松缺陷相混而引起誤判，故應加以特別注意。當N氣孔嚴重時，常與H氣孔同時發(fā)生，則鑄件表面呈現(xiàn)皺皮、蜂窩狀氣孔或針孔狀缺陷，見圖5-1、圖5-2。圖5-1 鑄件表面的N氣孔缺陷圖5-2 加工后的N氣孔形態(tài)（左：表面形態(tài)，右：斷面形態(tài)）與縮松相比，N氣孔發(fā)生區(qū)域較大，且比較分散，對鑄件的密封性及力學性能影響較大。而縮松則多位于熱節(jié)中心，相對集中；以局部獨立熱節(jié)為主，縮松處集中連續(xù)，圖5-3為N氣孔處的金相組織，N氣孔周圍有脫C現(xiàn)象，與正常區(qū)域比，鐵素體有所增加。圖5-3 有N氣孔鑄件金相組織（左：缺陷部位，右：正常區(qū)域）某廠

29、通過O、N分析儀檢測，測出生產(chǎn)N氣孔鑄件中的N含量為8025PPM，而該廠的灰鑄鐵通常的N含量為4070PPM，球鐵件為2080PPM。5.1.3 如何防止N氣孔1）盡量不用電弧爐廢鋼和含Mn、Cr高的合金廢鋼。2）要配置有O、N分析檢測設備。日本在采用電爐熔煉時，由于廢鋼用量多、鐵液含N高，于是他們在爐前除五大元素及合金元素每爐要檢測外，還要求檢測含N量。如N量超標，則加少許鈦鐵，形成TiN,消除N氣。這一措施十分有效，在日本一些工廠已成為常規(guī)措施。我國河北某機床件鑄造廠，廢鋼比例達60%以上，鑄件產(chǎn)生N氣孔后，也加了Ti鐵，結(jié)果N氣孔基本消除。一般情況下，薄件的含N量應130PPM,厚大件

30、含N量應80PPM。國際上有一種含Ti孕育劑，成分如表1-7。該孕育劑往往在鐵液中N含量超標、樹脂中N含量大時被使用。表5-1 一種含Ti孕育劑的化學成分（%）元 素SiAlCaTiFe成分范圍505555651.01.31.01.30.51.557911911其余3）增C劑必須采用經(jīng)過高溫石墨化的低N增C劑。某廠為了降低成本，買了低價位的增C劑，造成了N氣孔廢品后改成優(yōu)質(zhì)的低N、低S增C劑，N氣孔問題基本解決。目前有些企業(yè)發(fā)現(xiàn)高溫靜置的處理，也可降低氮含量。蘇州某廠采用低N的優(yōu)質(zhì)增C劑，在1510高溫下靜置了3-10min，使N氣逸出，降低N氣孔的廢品率。 此法在N含量少時有一定效果，N含量

31、高時仍需Ti鐵或含Zr的孕育劑加以解決。5.2 關(guān)于凈化爐料的問題凈化爐料在電爐熔煉中的重要性雖然已在各種場合以各種方式被多次強調(diào)，但是真正做到的很少。其中重要的一條就是要求回爐料、澆冒口等要經(jīng)過拋丸清理。東風汽車公司鑄造分廠在凈化爐料方面做了一個很有意義的統(tǒng)計。該鑄造分廠將回爐料認真破碎，全部拋丸清理，在10t中頻電爐上生產(chǎn)大功率柴油機缸蓋鑄件。結(jié)果是：鑄件氣孔廢品率降低了36%；鐵液熔煉耗電降低90KW.h/t；有效降低了工人的扒渣強度；降低了電爐爐口的結(jié)渣現(xiàn)象；提高爐襯使用壽命20%。他們認為，在采用電爐熔煉時，重視爐料的凈化問題，使企業(yè)受益頗豐。5.3 關(guān)于“廢鋼+增C”的工藝問題目前

32、，電爐熔煉采用“廢鋼+增C”工藝已被普遍認可。最初用電爐熔煉生產(chǎn)灰鑄鐵缸體、缸蓋時，鑄件的加工性能是否比沖天爐熔煉的同類產(chǎn)品差，一直存有爭論，且多數(shù)人認為電爐熔煉的鑄件加工性差。美國鑄造協(xié)會1998年組織研究人員采用車削、鉆削試驗法研究了電爐與沖天爐對灰鑄鐵HT150、HT200、HT250加工性能的試驗。研究表明，沖天爐熔煉灰鑄鐵加工性能與電爐比，未見多好；相反，一些加工數(shù)據(jù)后者好于前者。我國某鑄造廠采用“廢鋼+增C”工藝在HT250缸體上進行加工試驗。結(jié)果表明：與熱風沖天爐、雙聯(lián)熔煉的同樣產(chǎn)品，加工性能提高了20%；力學性能提高了10%；金相組織改善，缸體致密性提高。但是，采用“廢鋼+增C

33、”的電爐熔煉工藝時，一定要關(guān)注下面三個問題。5.3.1 廢鋼與生鐵的配比問題在生產(chǎn)HT250、HT300、HT350時，廢鋼配比應為50%、60%或70%，生鐵0-10%。即廢鋼加入量不能過少，生鐵不能過多。蘇州某廠由沖天爐改為電爐后，廢鋼加入量在35%以下時，同樣CE、同樣廢鋼、回爐料、生鐵配比下，與沖天爐比，鑄件的力學性能低；即使加強孕育，也不見效。之后又加入FeS，將S量提至0.07%-0.08%，并加強孕育，仍未提高性能。最后，增加廢鋼量，在相同CE下，力學性能得到提高。許多廠都有過這樣的經(jīng)驗，生產(chǎn)HT300鑄件時，沖天爐加入40%廢鋼即可，而電爐則常要加入50%以上。北京某廠生產(chǎn)HT

34、250時，配料為廢鋼35%、生鐵25%、回爐料30%，鑄件力學性能長期不穩(wěn)定；后調(diào)整廢鋼45%50%、新生鐵5%10%，鑄件力學性能得到了保證。采用電爐熔煉時，廢鋼加入量到底多少合適呢？實際上是沒有限制的，加到100%都可以，但是必須注意廢鋼加入量、增C劑的增C量之間的關(guān)系、碳當量與力學性能之間的關(guān)系。首先，廢鋼加入量增多，增C劑加入就必須增多，決不能出現(xiàn)廢鋼增多而碳當量下降的情況。要做到不能比原CE低，即采用“廢鋼+增C”工藝后的CE要比原CE高0.1%0.2%為宜。在實際生產(chǎn)中常出現(xiàn)下面兩種情況：A廠：原工藝時，力學性能不合格，硬度不夠；后采用“廢鋼+增C”工藝，力學性能提高，硬度也提高了

35、。這主要是保持了同樣的CE。B廠：原工藝時，力學性能不穩(wěn)定，硬度高，加工性能不好，冶金質(zhì)量不好；采用“廢鋼+增C”工藝后，力學性能提高，硬度降低，加工性能改善，硬化度、成熟度、品質(zhì)系數(shù)都改善了。這是由于在離廢鋼比例下，增加了增C效果，使CE比原CE提高。5.3.2 增C劑的問題增C是電爐熔煉采用“廢鋼+增C”工藝中的一項關(guān)鍵作業(yè)，使用時需關(guān)注下列問題：1）增C劑的選擇（1）要選用電極石墨與特制人造石墨做增C劑，其特點有4個：固定碳高（ 99.5%99.8%）；含S量低（0.015%0.050%）；含N量低（ 0.001%0.003%）；吸收率高（95%）；在日本，用于鑄造的增C劑，固定碳99.

36、8%、灰分0.1%、S0.03%、N0.01%。（2）SiC增C劑。SiC在鐵液中會分解為Si與C，是一種特殊的增C劑，SiC的晶型與石墨相似，為六方結(jié)構(gòu)，微細的SiC作為石墨的外來核心，對形核十分有利。2）增C劑的吸收率增C劑的吸收率對原鐵液的含C量影響很大，若估算不準就需反復調(diào)整，不僅影響生產(chǎn)效率，還要調(diào)整溫度，影響生產(chǎn)成本。影響增C劑吸收率的主要因素有：增C劑品種與粒度、鐵液溫度、鑄鐵牌號及增C劑的加入方法。（1）增C劑種類的影響。在生產(chǎn)球鐵與高強度灰鑄鐵時，皆應采用石墨電極增C劑，成本雖高，但吸收率可達95%。有的工廠采用聚酯切片增C劑，成本較低，但吸收率為70%85%。（2）鐵液溫度

37、的影響情況。用聚酯切片增C劑做試驗。試驗表明，15201550的過熱溫度時，增C劑的吸收率較高。（HT150時78-85%，HT300時85-89%）溫度1450、增C劑吸收率極差（約50%），溫度1550，增C劑吸收率不增反降。表5-3 不同鐵液過熱溫度下的增碳劑吸收率*鑄鐵牌號過熱溫度/原C量（%）加入增碳劑比例（%）終C量（%）增碳劑吸收率（%）孕育后（%）含C量含Si量HT15014603.150.363.34543.203.601.702.1014903.396515203.437815503.468515803.4483HT30014602.510.582.84602.903.10

38、1.551.7514902.937515202.998515503.018915802.9887*增碳劑在加料前投入爐內(nèi)。（3）增C 劑粒度的影響情況。粒度大，難融化，在爐中以固態(tài)形式存在時間長，與空氣接觸時間長，燒損大。粒度小，吸收率高。表5-4是用聚酯切片增C劑所做試驗的結(jié)果。表5-4 不同粒度增碳劑的吸收率*鑄鐵牌號過熱溫度/增碳劑粒度/mm原C量（%）加入增碳劑比例（%）終C量（%）增碳劑吸收率（%）孕育后（%）含C量含Si量HT3001510362.460.582.93822.903.101.551.7515082.928015122.91781513132.440.602.968615072.958515102.9787*增碳劑在加料前投入爐內(nèi)。常州某公司做了一個試驗。將成分基本相同的增C劑分成三種：A去除微粉，B去除