马敬仲感应电炉熔炼特性及工艺要点

1、感应电炉熔炼特性及工艺操作要点1 电炉熔炼与冲天炉熔炼的差异分析随着我国铸造工业的发展，尤其是高强度灰铸铁、高端球墨铸铁、蠕量铸铁、特种铸铁生产技术的发展，采用电炉熔炼铸铁的趋势甚为迅速。由于从冲天炉熔炼铸铁转变为电炉熔炼铸铁，两者在冶金与结晶特性方面有较大的差异，在铁液质量控制方面也需要采用相应不同的措施。上世纪80年代，日本大量使用电炉熔炼的初期，在铸铁质量控制方面就曾出现不少问题，我国现在也遇到了同样的困扰。1.1 电炉熔炼与冲天炉熔炼在冶金原理上的差异1）熔化与熔炼：感应电炉与冲天炉熔炼最大的不同点是：感应电炉是炉料“熔化”，没有铁液与焦炭、炉气、炉渣之间的冶金反应，冲天炉是又“熔”又

2、“炼”。前者元素烧损少、成分易控制，后者有氧化与还原的冶金过程，成分波动大、不易控制。2）形核能力强与形核能力差：冲天炉熔炼有增C、增S的过程，对铁液的形核有利，因而十分有利于灰铸铁的生产；而电炉熔炼如不加增C剂，则铁液形核能力不足，白口与收缩倾向大，对力学性能与加工性能皆有负面的影响。因此电熔炼要采用废钢+增C的工艺。3）炉渣与炉料净化：因炉渣不能被感应加热，故炉渣温度低，且电炉有搅拌作用，炉渣不易上升，因此电炉熔炼对炉料净化要求要高于冲天炉。4）炉料的遗传性：电炉铁液的过热温度不超过1550，低于冲天炉过热带的1700-1800。故生铁中的石墨不能全部溶入铁液中，故电炉熔炼中的生铁中粗大石

3、墨的遗传性大于冲天炉。1.2 电炉熔炼与冲天炉熔炼在结晶特性上的差异1）电炉熔炼的铁液有“三大”：电炉熔炼与冲天炉熔炼相比，在结晶特性上有“三大”特征，即：过冷度大、白口深度大、收缩倾向大。见图1-1、图1-2和图1-3。2）电炉熔炼的铁液形核能力差：电炉铁液中无增S、增C过程，S含量一般为0.02%0.04%，与 Mn生成的MnS数量少，而MnS是铁液中重要的结晶核心。3）电炉熔炼铁液的时间长，结晶核心少：炉料从固态到熔化，电炉的熔化速度远高于冲天炉。电炉因熔炼时间长导致结晶核心减少，如操作不当（如高温保温时间长），则会更加剧晶核的减少。结论：与冲天炉熔炼相比，电炉熔炼最大的特点，也可以说最

4、大的问题就是铁液的形核能力差，因此操作时必须注意下面三点。（1）无论是熔炼灰铸铁还是球墨铸铁都要注意增C，对灰铸铁还要注意增S。（2）不要长时间高温保温，如需保温，应低温保温。（3）操作时必须尽量做到快熔快出。铁液成分调整后，升至15001550，静置710min，然后尽快出炉，否则会出现3个问题：一是成分波动，脱C增Si；二是结晶核心减少，白口倾向增大；三是炉衬侵蚀加剧。冲天炉电炉 图1-1 在不同的碳当量下熔炼工艺 图1-2 感应电炉与冲天炉体液的对共晶结晶过冷度的影响 白口深度对比 图1-3 感应电炉与冲天炉铁液用圆筒形金属型试验时缩孔深度的比较1.3 电炉熔炼与冲天炉熔炼在铁液品质上的

5、差异电炉在铁液温度与成分准确性的控制上，较小的元素烧损上，电炉熔炼皆优于冲天炉熔炼，但电炉熔炼的铁液品质上存在着3个问题：一是气体含量问题；二是生铁的遗传性问题；三是形核能力差问题；1）铁液中的气体含量（1）感应电炉熔炼时，金属炉料与气体接触的时间短，铁液与气体接触的界面小，故铁液中H、O低于冲天炉铁液，但感应电炉中废钢加入量大，N含量较高。再加上增C剂中也含有N，所以电炉中必须重视N含量，其重要度大于H与O。（2）铁液中的气体含量见表1-1。表1-1 感应电炉与冲天炉铁液中的气体含量（×10-6）对比气体O含量H含量N含量冲天炉铁液4060244070感应电炉铁液20280140（

6、3）电炉的O含量一般在20PPM以下，只要铁液的过热温度到达1500以上，铁液就会产生自脱氧反应，铁液中的O会变成CO排出，铁液就会变成高温低氧的优质铁液。铁液质量显著提高。但铁液中氧含量过低也不好，如O含量降至10PPM以下，则使孕育时的晶核数下降，即使孕育剂量增多，孕育效果也差，导致过冷石墨的产生；铁液中的O含量，一般可控制在10-20PPM范围内。（4）电炉中由炉料带入的H很少，产生氢气孔的可能性很小。产生氢气孔主要是来自于造型材料，未烘干的浇包，铸型等方面或孕育剂的含A1量上。故测定电炉铁液中H含量意义不大。（5）感应电炉铁液中的N与废钢加入量有关，见表1-2。含N高的铸铁件会产生裂隙

7、状皮下气孔、裂纹或缩松，故对于灰铸铁，薄壁铸件N含量应小于130PPM。原铸件的N应小于80PPM。为了控制N含量应注意三点：1应选用含N量低的增碳剂；2禁用，含N量高的电弧炉钢、高锰钢及铁素体钢；3当N含量超标时，要加含Ti或含Zr的孕育剂降氮。表1-2 感应电炉中废钢比例与铁液中的N废钢比例（%）1550100铁液中N量（X10-6）30-5080-1201402）炉料中生铁的遗传性冲天炉内的过热带温度达17001800时，铁液以细小滴状通过过热带，在如此高温下，石墨易溶入铁液，只要铁液温度足够高且铸铁成分是亚共晶的，那么金相组织中的石墨皆呈细小片状，不会产生粗大的C型石墨。电炉中的熔炼温

8、度低于冲天炉，一般不超过1550。这使生铁中的石墨不能全部溶入铁液。生铁一般是过共晶铸铁，石墨主要由一次性粗大的C型石墨及细小的共晶石墨组成。铸铁凝固时，部分粗大的C型与部分细小的晶态石墨被保留下来，前者形成粗大石墨，后者往往成为析出石墨的托附体，也使石墨粗大生铁配比越大，石墨粗大现象越严重。因此，感应电炉熔炼铸铁配料时，为防止产生粗大石墨出现，生铁比例应有限制，在生产HT250、HT300、HT350时生铁比例宜在10%以下。2 电炉熔炼铁液的工艺要点2.1 电炉熔炼的铁液成分控制要点2.1.1 要采用废钢+增C工艺企图用提高电炉熔炼温度的方式来缓解生铁中粗大石墨遗传问题的做法是不可取的，因

9、为过高的熔炼温度将大幅度降低晶核的数量，导致白口倾向增大。正确的方式是，在电炉在熔制灰铸铁时，尤其是在熔制HT250以上材质时，少用生铁（10%),并要采用废钢+增C的工艺，以抵消粗大石墨的遗传，改善石墨的品质，使石墨更细化，分布更均匀。确保铸铁的性能与质量。在增C工艺中，要重视增C剂的质量。必须选用经过高温石墨化处理的增C剂，如优质电极碎屑或焙烧处理的石墨化油焦；其优点是增C剂中含S量、水分、灰分、挥发物及气体杂质已被分离出去，增C剂中N与H显著降低，可有效地防止铸件气孔产生；更重要的是，高温使增C剂中的原子排列有序度增高，增加了石墨结晶核心并使铁液增C加快，较大幅度地减少了白口倾向。生产中

10、有些企业采用未经高温石墨化处理的石油焦或优质无烟煤作增C剂，该增C剂虽能增C，但因其无序排列的石墨不能在铁液中直接溶解，石墨化能力差，无法达到预期效果，且含N高，常形成氮气孔缺陷。实践证明，多加废钢的增C工艺熔炼与不用增C剂而使用生铁熔炼的工艺相比，其铁液白口小、收缩小、性能高，即使在同样共晶度下或稍高时，多加废钢铸铁具有较高的强度（见表2-1）。 表2-1 电炉熔炼时不同废钢配比对灰铸铁抗拉强度的影响废钢配比（%）共晶度Sc铁液含C量（%）孕育剂Si量（%）抗拉强度/ MPa孕育剂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 熔制灰铸铁要采用增S工艺若电炉熔炼铸铁时不增S，在高废钢配比下，铁液的含S量仅为0.02%0.03%。这对要求低含S量铁液的球墨铸铁是有优势的；但对于灰铸铁，低S量的铁液则使石墨化能力减小，孕育效果差，白口倾向增大。实践证明，在一定的Mn量下，当铁液中的含S量达到0.06%以上时，才能获得良好的孕育效果。过去相当长时间内，灰铸铁的化学成分中的S含量只有上限（S0.12%），没有下限（S0.06%），这是不正确的。因此，熔炼灰铸铁时，铁液S含量在0.06%0.12

12、%是适宜的。通常用加入FeS来达到增S的目的。2.1.3 铁液熔化后再加入合金电炉熔炼时，合金元素要在铁液熔化后加入或在炉外加入，可使合金元素烧损减少。如Si铁、Mn铁在铁液熔化后加入，可使Si、Mn烧损量2.0%；Sn、Sb、Cr、Cu、Ni等元素则在炉外加入，吸收率高，见表2-2。表2-2 酸性感应电炉精炼期添加合金回收率元素SiMnCrMoPNiCuBTi添加合金种类FeSiFeMnFeCrFeMoFePNiCuFeBFeTi回收率（%）998585957510010040-60（包内）60-70（包内）2.2 电炉熔炼的配料控制要点2.2.1 碳含量的预配值要高于目标值对于碳含量，在配

13、料时应略高于目标值，因为熔化后期可用废钢微调，不仅简便，且熔化快，成分易均匀。若碳值采用低于目标值配料，后期用增C剂微调，则需升温方可快熔，且增C剂因比重轻而浮于液面，需搅拌方可提高吸收率；故此法因其增加调整时间与劳动强度而不可取。含C量目标值3.15%的配料计算程序举例如下。1）炉料配比：废钢60%+回炉铁30%+ 生铁10%2）计算得出含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）需从增C剂中吸收的C量：1.58%÷99%=1.60%5）根据增碳剂吸收率（如95%），则增C剂

14、加入量为：1.60÷95%=1.68%，取1.7%6）如炉料为1000kg，则需加入增C剂： 1000×1.7%=17kg7）再根据C的烧损或增C实际效果进行调整。最佳工艺情况是：测出铁液含C量3.2%，则可在炉内加少许废钢减C至3.15%。上述配料计算与实际调整数值一定要与熔炼工艺相结合。如：在15001550，既要静置一段时间，又不可静置太长，一般静止710min，这是为了进行铁液自脱氧反应（即SiO2+2CSi+2CO)，以净化铁液。若静置时间太长，脱C增Si反应加强，将造成C、Si成分波动。总之，经过多次熔炼配料计算和实际调整，即可掌握规律，稳定C的成分。2.2.2

15、 合金元素的预配值要低于目标值原始配料成分中合金元素含量预配值要略低于目标成分，以便在首次化验后进行合金成分的调整；这是因为合金元素补加相对简便，若用铁料调节某一合金元素时，则会引起其他元素的连锁变化，故配料时合金元素含量不宜超过工艺上限。2.2.3 要采用废钢+增C的先进工艺再一次强调，生产高强度对灰铸铁，生铁配比量要少于10%，并采用废钢+增C的合成铸铁工艺，对提高灰铸铁的力学性能、冶金质量和改善加工性能有着重要的作用。目前，已有很多工厂采用这个工艺后，消除了粗大的石墨，改善了石墨的品质，使石墨更加细小、均匀，还减少了生铁中微量元素的危害。2.3 电炉熔炼的熔速控制2.3.1 快速熔炼废钢

16、在700以上易被氧化，且随温度升高氧化程度加剧，因此应尽量缩短熔炼时间，使废钢尽快熔于高C的铁液。由于有C的保护，废钢的氧化程度将大幅度降低。国外大功率电炉熔炼技术已证明能使废钢快速熔化，显著地缩短了高温氧化时间，使铁液氧化程度大幅度降低。因此，快速熔炼是电炉熔炼重要的控制要点之一。2.3.2 快速出炉为确保铁液质量，铁液温度须达1500以上。在此温度时，感应电炉中铁液发生“脱C”反应，既有降低铁液中溶氧量、减少铁液氧化、降低Si和Mn烧损、提高铁液纯净度等有利的一面，也有高温时间过长造成白口收缩增大、孕育效果变差的一面。因此，电炉熔炼升温至1500以上的时间要短，保持时间也要短，并尽快出炉，

17、实行“快熔快出”的原则。尽量缩短高温保持时间的另一原因是铁液温度平衡于温度以上时，电炉铁液中发生的“脱C”反应，常使炉衬浸蚀加重，促使炉衬寿命降低。温度越高，保持时间越长，浸蚀越严重；这是因为酸性炉衬中的SiO2砂与铁液中的C反应（SiO2+2C-Si+2Co）造成炉衬侵蚀。因此，也要求熔炼“快熔快出”。2.4 电炉熔炼的炉料净化控制电炉特有的搅拌作用，使被带入铁液中的渣子不易上浮，因此在同样的条件下，电炉铁液中的夹渣倾向大于冲天炉，它对炉料净化要求要高于冲天炉。除铁料不允许有严重的氧化锈蚀外，对回炉料中的粘砂更要控制，必须进行抛丸清理，这是因为细小的SiO2夹渣在高温时流动性好，随铁液流动不

18、易被清除，造成夹渣。且熔化回炉料上的粘砂上的粘砂形成炉渣，不仅耗电，也延缓了熔炼时间。 3 电炉熔炼中的铁液质量控制3.1 目前电炉熔炼中的铁液的质量问题1）不采用增C工艺时，晶核数量少，过冷度大，白口倾向大。2）铁液过冷大，若孕育不力则灰铸铁组织中易产生过冷的D、E型石墨及其伴生的铁素体，导致铸铁力学性能的下降或边角白口的产生。3）电炉铁液 具有较大的收缩倾向，铸件易产生缩孔、缩松、渗漏或厚薄壁交接处的裂纹。4）电炉的电磁搅拌特性使夹渣物不易上浮，易造成夹渣，导致铸件的渗漏或性能下降。5）电炉中的铁液熔炼温度达到15001550时发生的“脱C”反应，既有提高铁液质量的有利作用，又有使晶核减少

19、及增加炉衬浸蚀的不利影响。在高温时保持时间过长，导致脱C增Si加剧，炉衬烧损严重及白口倾向的加大。3.2 电炉熔炼中提高铁液质量的控制要点根据电炉熔炼铁液的特性问题，对电炉铁液质量进行控制的要点如下：1）少用生铁，生产HT250以上的灰铸铁时生铁配量时应小于10%，以减少粗大石墨及微量元素的遗传问题。2）采用废钢+增C的工艺，以增加晶核数，改善石墨品质，减少收缩倾向，降低微量有害元素含量。3）采用废钢+增C工艺获得的低S铁液虽有利于球墨铸铁的球化，但对灰铸铁，则应采用增S工艺，以保证孕育效果，减少D、E型过冷石墨。4）加强孕育力度，尤其在增C、增S不足时，需适当加大孕育剂量或采用瞬时孕育等措施

20、。5）净化炉料，严禁锈蚀、粘砂等脏污炉料入炉，回炉料、浇冒口等要抛丸，以减少因电磁搅拌不易上浮的夹渣量。6）缩短高温保持时间，实行“快熔快出”操作，以防止“脱C”反应过度，造成溶氧量过低（<10PPM）、晶核减少及炉衬浸蚀加大的危害。7）要重视铁液中的含N量。电炉铁液的含N量通常比冲天炉高，当废钢配比多于40%以上，铁液含氮量与废钢加入量呈线性关系，如图3-1所示。统计表明，铁液中N含量超过100140PPM时铸件就有产生氮气孔的危险，故应控制其上限，薄壁件<130PPM，厚壁件<80PPM。图3-1 两种熔炼铸铁方式下废钢加入比例与铁液含氮量的关系8）控制铁液温度及保持时间

21、，防止铁液中C量减少过多、Si增加过大而造成的成分波动。表3-1为铁液温度与对脱C、增Si的影响情况。表3-1 感应电炉中不同铁液温度下保温对脱C、增Si的影响保温温度/铁液中Si量为1.8%2.2%C烧损量/%·h-1Si增加量/%·h-1135014500.0715000.180.0715500.300.1116000.400.194 电炉熔炼的操作要点4.1 装料目前，大多数工厂用的是中频无芯感应电炉，装料是在无剩余铁液下进行的，所以无需起熔体。4.1.1 增C剂的加入方法增碳剂的加入方法选择很重要。感应电炉虽有电磁搅拌可促进增C，但熔速快时，增C速度与均匀程度常滞后

22、熔化速度，尤其在炉壁死角停留附着的增C剂，如果不用过度升温和 长时间保温是不能熔入铁液的，但这将导致过冷度的加大和白口倾向的增加，且炉壁上未被熔清的增C剂会使炉衬侵蚀加剧。增C剂加入过晚，则造成升温时间的延长，延缓了成分调整的时间。近年来，有些企业将增C剂在炉料的加入过程中分小批逐渐加入，每次加入增C剂后，再用炉料压住，这样不仅增C效果好，且省时省电。在配料时碳的配比量应稍高于目标值，成分调整时用废钢降低C，简便易行，避免了后期低温增C的不利操作。4.1.2 加料秩序与加料也有增C剂一次性加入的，即先在炉底垫少量洁净薄钢，然后覆上增C剂，并用细碎料压实，使其在熔炼中不漂浮起来，省时省力。然后依

23、次加入炉料。加料秩序：为加快熔化速度与减少烧损，应先加入熔点低，烧损小的炉料，后加入熔点高，烧损大的炉料。即先加入回炉铁，其次是生铁，然后是废钢。合金元素(Cr、Cu、Ni、Mo等)最后加。即在铁液熔清再加，低熔点的Sb、Sn可在出铁时或包内加入。4.2 送电熔化与精炼4.2.1 送电熔化电炉熔化分三个阶段，掌握其规律十分重要：（1）第一阶段（固态炉料到熔清）：此阶段应快速熔化，因废钢到达700后氧化加剧，铁液接近熔清时，表面最容易氧化。故此阶段应快速熔化。第二阶段（熔清至平衡温度以下）：熔速适当放缓，以给成分检测机调整有一定的时间；第三阶段（平衡温度以下到出铁阶段）：这是铁液的自脱氧阶段，被

24、称为高温静置阶段，是铁液净化的精炼时期，十分重要。但高温静置后，尽快出炉，最好一次出完。若多包出炉，则应加盖保温，避免再次送电。若炉内时间稍长，应加少量增C剂或强化孕育。（2）熔化期续料时，要在前次投入的炉料未熔前投入，大块料要大头向下，以免卡料、搭桥；一旦发现，应及时排除。搭桥将使下部铁液过热，造成底部炉衬侵蚀加剧，脱C反应激烈，铁液白口倾向增加。（3）加料时，切屑不可冷装，否则将引起切屑严重氧化。切屑应均匀加入熔池液面，加入量不宜超过炉容量的8%；（4）留5%废钢作后期成分调整。4.2.2 精炼在电炉熔炼的精炼期应注意：（1）确认熔化状态后，适当补加渣料，形成熔渣，覆盖液面。（2）炉料熔清

25、后，要立即取样进行炉前快速成分分析及三角试片检验；分析后，先用废钢调C，再调Si与合金成分。（3）成分合格后，迅速升温至15001550，并静置5-10min；出炉前，铁液温度应控制在15001520。4.2.3 出铁在电炉熔炼的出铁阶段要注意：（1）成分、温度、炉前三角试样检测合格后，即可停电，进行扒渣和倾炉除铁操作。（2）出炉温度为1500-1520。浇注温度一般为1420-1360。浇注温度要求低时可倒包降温。一般不采取炉内降温的措施，4.3 炉内电磁现象在熔炼作用中的正确应用4.3.1 电流透入深度与炉料块度感应器通交流电时，其周围形成交变磁场，使炉内的金属炉料产生感应，由于“集肤效应

26、”，其电流集中于金属块表面的一定深度内；感应加热时，86.5%的功率是在这一电流深度内转化为热能的。因此，加热炉料的热量主要来自集肤于金属料表面的电流，而炉料整个断面的升温，则依靠热传导来实现的。为了减少热传导过程中的损失，选择合适的炉料直径十分重要。一般以36倍的电流透入深度为佳，但不同频率下的电流透入深度是不同的，频率越高，电流透入深度越小。表4-1为不同频率下的电流透入深度与最佳炉料直径。表4-1 不同频率下的电流透入深度与最佳炉料直径电流频率/Hz5010003000电流透入深度/mm73169.5最佳炉料直径/mm219438489629575 电炉熔炼铸铁的若干问题讨论5.1 关于

27、氮气孔的问题5.1.1 废钢、增C剂与N含量；电炉中废钢用量多，极易产生氮气孔，电炉铁液中的N主要来自废钢用量、废钢品质及增C剂。一般生铁中的N 含量为2.050PPM，而碳素钢N含量是生铁的数倍达50150PPM。电弧炉钢含N量大是因电弧炉空气被离解，N离子进入了高温钢液；奥氏体钢N量高是因其加入了含N量高的铬铁。因此，熔炼铁液时，要慎用含N量高的高合金废钢。增C剂中也含有N，劣质增C剂中含N量更高。综上，在电炉熔炼时，大比例使用废钢与增C剂，将使铸件产生N气孔的风险增大。5.1.2 N气孔的形状特征N气孔是垂直于铸件表面的孔洞，常位于铸件表面、边角或厚大处、最后凝固处、冒口处、浇注系统远端

28、处，呈裂隙状。N气孔一般在加工时被发现，缺陷形状与缩松有些相似，因而很易与缩松缺陷相混而引起误判，故应加以特别注意。当N气孔严重时，常与H气孔同时发生，则铸件表面呈现皱皮、蜂窝状气孔或针孔状缺陷，见图5-1、图5-2。图5-1 铸件表面的N气孔缺陷图5-2 加工后的N气孔形态（左：表面形态，右：断面形态）与缩松相比，N气孔发生区域较大，且比较分散，对铸件的密封性及力学性能影响较大。而缩松则多位于热节中心，相对集中；以局部独立热节为主，缩松处集中连续，图5-3为N气孔处的金相组织，N气孔周围有脱C现象，与正常区域比，铁素体有所增加。图5-3 有N气孔铸件金相组织（左：缺陷部位，右：正常区域）某厂

29、通过O、N分析仪检测，测出生产N气孔铸件中的N含量为8025PPM，而该厂的灰铸铁通常的N含量为4070PPM，球铁件为2080PPM。5.1.3 如何防止N气孔1）尽量不用电弧炉废钢和含Mn、Cr高的合金废钢。2）要配置有O、N分析检测设备。日本在采用电炉熔炼时，由于废钢用量多、铁液含N高，于是他们在炉前除五大元素及合金元素每炉要检测外，还要求检测含N量。如N量超标，则加少许钛铁，形成TiN,消除N气。这一措施十分有效，在日本一些工厂已成为常规措施。我国河北某机床件铸造厂，废钢比例达60%以上，铸件产生N气孔后，也加了Ti铁，结果N气孔基本消除。一般情况下，薄件的含N量应130PPM,厚大件

30、含N量应80PPM。国际上有一种含Ti孕育剂，成分如表1-7。该孕育剂往往在铁液中N含量超标、树脂中N含量大时被使用。表5-1 一种含Ti孕育剂的化学成分（%）元 素SiAlCaTiFe成分范围505555651.01.31.01.30.51.557911911其余3）增C剂必须采用经过高温石墨化的低N增C剂。某厂为了降低成本，买了低价位的增C剂，造成了N气孔废品后改成优质的低N、低S增C剂，N气孔问题基本解决。目前有些企业发现高温静置的处理，也可降低氮含量。苏州某厂采用低N的优质增C剂，在1510高温下静置了3-10min，使N气逸出，降低N气孔的废品率。 此法在N含量少时有一定效果，N含量

31、高时仍需Ti铁或含Zr的孕育剂加以解决。5.2 关于净化炉料的问题净化炉料在电炉熔炼中的重要性虽然已在各种场合以各种方式被多次强调，但是真正做到的很少。其中重要的一条就是要求回炉料、浇冒口等要经过抛丸清理。东风汽车公司铸造分厂在净化炉料方面做了一个很有意义的统计。该铸造分厂将回炉料认真破碎，全部抛丸清理，在10t中频电炉上生产大功率柴油机缸盖铸件。结果是：铸件气孔废品率降低了36%；铁液熔炼耗电降低90KW.h/t；有效降低了工人的扒渣强度；降低了电炉炉口的结渣现象；提高炉衬使用寿命20%。他们认为，在采用电炉熔炼时，重视炉料的净化问题，使企业受益颇丰。5.3 关于“废钢+增C”的工艺问题目前

32、，电炉熔炼采用“废钢+增C”工艺已被普遍认可。最初用电炉熔炼生产灰铸铁缸体、缸盖时，铸件的加工性能是否比冲天炉熔炼的同类产品差，一直存有争论，且多数人认为电炉熔炼的铸件加工性差。美国铸造协会1998年组织研究人员采用车削、钻削试验法研究了电炉与冲天炉对灰铸铁HT150、HT200、HT250加工性能的试验。研究表明，冲天炉熔炼灰铸铁加工性能与电炉比，未见多好；相反，一些加工数据后者好于前者。我国某铸造厂采用“废钢+增C”工艺在HT250缸体上进行加工试验。结果表明：与热风冲天炉、双联熔炼的同样产品，加工性能提高了20%；力学性能提高了10%；金相组织改善，缸体致密性提高。但是，采用“废钢+增C

33、”的电炉熔炼工艺时，一定要关注下面三个问题。5.3.1 废钢与生铁的配比问题在生产HT250、HT300、HT350时，废钢配比应为50%、60%或70%，生铁0-10%。即废钢加入量不能过少，生铁不能过多。苏州某厂由冲天炉改为电炉后，废钢加入量在35%以下时，同样CE、同样废钢、回炉料、生铁配比下，与冲天炉比，铸件的力学性能低；即使加强孕育，也不见效。之后又加入FeS，将S量提至0.07%-0.08%，并加强孕育，仍未提高性能。最后，增加废钢量，在相同CE下，力学性能得到提高。许多厂都有过这样的经验，生产HT300铸件时，冲天炉加入40%废钢即可，而电炉则常要加入50%以上。北京某厂生产HT

34、250时，配料为废钢35%、生铁25%、回炉料30%，铸件力学性能长期不稳定；后调整废钢45%50%、新生铁5%10%，铸件力学性能得到了保证。采用电炉熔炼时，废钢加入量到底多少合适呢？实际上是没有限制的，加到100%都可以，但是必须注意废钢加入量、增C剂的增C量之间的关系、碳当量与力学性能之间的关系。首先，废钢加入量增多，增C剂加入就必须增多，决不能出现废钢增多而碳当量下降的情况。要做到不能比原CE低，即采用“废钢+增C”工艺后的CE要比原CE高0.1%0.2%为宜。在实际生产中常出现下面两种情况：A厂：原工艺时，力学性能不合格，硬度不够；后采用“废钢+增C”工艺，力学性能提高，硬度也提高了

35、。这主要是保持了同样的CE。B厂：原工艺时，力学性能不稳定，硬度高，加工性能不好，冶金质量不好；采用“废钢+增C”工艺后，力学性能提高，硬度降低，加工性能改善，硬化度、成熟度、品质系数都改善了。这是由于在离废钢比例下，增加了增C效果，使CE比原CE提高。5.3.2 增C剂的问题增C是电炉熔炼采用“废钢+增C”工艺中的一项关键作业，使用时需关注下列问题：1）增C剂的选择（1）要选用电极石墨与特制人造石墨做增C剂，其特点有4个：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，用于铸造的增C剂，固定碳99.

36、8%、灰分0.1%、S0.03%、N0.01%。（2）SiC增C剂。SiC在铁液中会分解为Si与C，是一种特殊的增C剂，SiC的晶型与石墨相似，为六方结构，微细的SiC作为石墨的外来核心，对形核十分有利。2）增C剂的吸收率增C剂的吸收率对原铁液的含C量影响很大，若估算不准就需反复调整，不仅影响生产效率，还要调整温度，影响生产成本。影响增C剂吸收率的主要因素有：增C剂品种与粒度、铁液温度、铸铁牌号及增C剂的加入方法。（1）增C剂种类的影响。在生产球铁与高强度灰铸铁时，皆应采用石墨电极增C剂，成本虽高，但吸收率可达95%。有的工厂采用聚酯切片增C剂，成本较低，但吸收率为70%85%。（2）铁液温度

37、的影响情况。用聚酯切片增C剂做试验。试验表明，15201550的过热温度时，增C剂的吸收率较高。（HT150时78-85%，HT300时85-89%）温度1450、增C剂吸收率极差（约50%），温度1550，增C剂吸收率不增反降。表5-3 不同铁液过热温度下的增碳剂吸收率*铸铁牌号过热温度/原C量（%）加入增碳剂比例（%）终C量（%）增碳剂吸收率（%）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*增碳剂在加料前投入炉内。（3）增C 剂粒度的影响情况。粒度大，难融化，在炉中以固态形式存在时间长，与空气接触时间长，烧损大。粒度小，吸收率高。表5-4是用聚酯切片增C剂所做试验的结果。表5-4 不同粒度增碳剂的吸收率*铸铁牌号过热温度/增碳剂粒度/mm原C量（%）加入增碳剂比例（%）终C量（%）增碳剂吸收率（%）孕育后（%）含C量含Si量HT3001510362.460.582.93822.903.101.551.7515082.928015122.91781513132.440.602.968615072.958515102.9787*增碳剂在加料前投入炉内。常州某公司做了一个试验。将成分基本相同的增C剂分成三种：A去除微粉，B去除