中频感应电炉铁液

中频感应电炉铁液特性及对策常州精棱铸锻有限公司人力资源部1中频感应电炉铁液特性及对策采用电炉熔炼生产中，发现电炉铁水与冲天炉铁水在特性上存在许多差异，有其优良特性，如温度、成分易于控制，相对纯净度较高等，但也存在不良特性，主要表现为铸件质量的波动。针对采用电炉熔炼工艺后生产中出现的问题，进行深入细致的研究，并摸索出一些经验和对策。2（1）电熔铁液的不良特性在相同原材料的条件下，电炉熔炼的铁水与冲天炉熔炼的铁水其铸件基体组织与石墨形态有一定的差异。且相关电炉直熔工艺技术资料较少，实践、研究起来难度比较大。（1）电熔铁液的不良特性3①电熔铁液与冲天炉铁液相比晶核数量少，过冷度增加，白口倾向大。②在亚共晶灰铸铁中，A型石墨数量极易减少，D、E型石墨增加，并且使D、E型石墨伴生的铁素体数量增加，珠光体数量减少。③具有较大的收缩倾向，铸件厚壁处易产生缩孔和缩松现象，薄壁处易产生白口和硬边等铸造缺陷。4（2）不良特性的影响及分析①铸件缺陷。电炉投产后，在生产过程中陆续出现以下几个比较典型的质量问题：a.发动机机体、拖拉机箱体铸件出现裂纹缺陷，废品率达15%；b.发动机缸盖铸件渗漏，个别工作日渗漏废品达到50%；c.发动机齿轮室盖铸件，白口严重，废品曾达到40%以上。大部分铸件曾不同程度地发生石墨形态不良、珠光体含量低的缺陷。5②缺陷分析。采用电炉熔炼工艺后，熔炼所用原辅材料基本没有变化，并且材料进场都有严格的检验程序，因此，由原材料因素造成的此类差异基本排除。铸件质量问题出现后，技术人员跟班作业对每一种配料，操作过程中的每一个细节精心推敲，对缺陷铸件的成分、金相等进行记录分析，发现一个现象；凡是发生裂纹缺陷的铸件，石墨形态大都为E型石墨或E型石墨含量较多；白口缺陷铸件石墨形态以D型为主，针对这种现象，分析原因如下。6a.铁液含硫量低。“硫化物核心理论”认为：铁液含硫量低时白口深度较大，随着含硫量的增加，白口深度逐渐减小，达到一个最小值，此时硫量为0.05%~0.06%。然后，随着硫量的增加白口深度再度增加。7有资料指出：“低硫时共晶团数少，即成核度很小，随着硫量的增加，共晶团数急剧增加，当硫含量达到0.05%左右时，共晶团数增加趋向减缓”。本厂电熔HT铁液的含硫量一般情况下只有0.03%左右。实践证明，当电炉铁水含S量在0.05%以下时，常规孕育效果极不明显。硫含量在≤0.03%时，铸件白口倾向增大。分析认为：由于硫及硫化物含量低，晶核数量减少，形核能力低，白口增大，A型石墨减少，D、E型石墨增加。8b.含硫低的主要因素是铁液高温保温时间长。在冲天炉熔炼过程中，由于焦炭中硫分的影响，出现铁水增硫；而电炉熔炼过程中没有增硫源，不存在增硫，反而由于S和其他元素极易化合成硫化物形成熔渣上浮于铁液表面，与渣子一起扒除，S不但没有增加，反而相应减少。电熔铁液由于本身的熔炼特点，高温保温时间较长，作为形核晶粒，硫的化合物在保温期间大量熔融，从而导致硫化物晶核减少，石墨成核能力降低，并且随着铁液保温时间的不断延长，过冷度继续增大。越是高牌号铸铁，保温温度、时间对过冷度的影响越显著，而且不管是否孕育，都随铁液温度的提高、保温时间的延长，导致过冷度的增大、白口深度增加。9（3）改善不良特性的措施①原料、成分的选择及使用方法a.强化“精料出精品”的观念，加强对原辅材料的管理。首先针对原来冲天炉所用生铁供应厂家较多，质量差别较大的现实，分别对不同牌号、不同厂家的生铁在电炉上进行试验，试验印象：生铁生产厂家规模大，熔炼高炉容量大，铁矿石质量好、来源稳定，工艺先进，生铁有害元素就低，用这样的生铁生产的铸件，内在质量好，并且稳定；其次，严格禁止使用锈蚀严重的废钢，并对回炉料在投料前进行抛丸清理；再就是增碳剂选用经过高温石墨化处理过的增碳剂，并且在炉料熔炼过程中要尽量早加，使增碳剂与铁水直接接触且有充足的时间熔融，后期成分微调时，如C量偏低可加入生铁调整，如C量偏高可加入废钢调整。10b.成分的选择控制方面，原则是CE含量略高于冲天炉。铸造车间生产的铸件大都为HT200，采用炉前快速热分析仪与理化分析结合检测手段，要求严格炉前分析仪的成分控制，原铁水3.95%~4.10%CE，3.37%~3.45%C，1.85%~1.90%Si，孕育量为0.2%~0.3%，出炉温度1520~1550℃.铸件化学成分为：3.35%~3.45%C，1.8%~2.1%Si，0.8%~1.2%Mn，P≤0.10%，0.05%~0.12%S。11②工艺创新的措施a.创新、完善工艺操作规程。为改善铁液在高温长时间保温下带来的不良因素，在熔炼工艺规程上添加制定并强调“快熔快出”的工艺操作方法，进一步强化工艺的指导作用。提高员工对执行工艺的自觉性。同时对造型时间进行调整，使造型速度与电炉的熔化率相匹配。铁液在炉内经成分调整、升温后尽快出炉，并加快浇注速度，最大限度的缩短铁液在炉内、包内的保温时间。12b.E型石墨的有害作用及高长效孕育剂的应用。发动机机体、拖拉机箱体裂纹缺陷曾非常严重。跟踪调查发现，裂纹大部分发生在箱口部位，长度20mm左右，裂痕微小，顺裂痕砸开没有氧化色，因此确定为冷裂。其原因为：在清理铸件用锤击打时，部分铸件产生裂纹，经金相分析凡产生裂纹的铸件的均为E型石墨。由于E型石墨的方向性较强，机械强度低，冲击韧度小，铸件易产生裂纹缺陷。13为改善这种状况，避免E型石墨的出现，引进使用了FeSi70Ba5长效孕育剂，增加了二氧化硅质点，给A型石墨的形成提供了必要的条件，同时由于硅铁中钡的加入，延长了有效孕育时间，抑制了E型石墨的产生，铸件的裂纹缺陷明显减少。14硅钡孕育剂应用到生产上后，石墨形成与珠光体含量都得到一定程度地改善和提高，但需要加入孕育剂量较大，成本较高。当孕育剂加入量偏多时，基体中珠光体含量极易降低，铁素体含量增加，铸件的强度、切屑性能均受影响。一旦高温保温时间略长，硫及硫化物含量又低，晶核减少，不良石墨再次出现。15c.增硫剂的应用。为克服含S量低形核数量少的现象，引进使用了增硫剂，使铁液S含量由0.03%增加到0.06%~0.08%，形核数量增加，此时铸件金相组织中全部为A型石墨或A型石墨为主，石墨长度2~3级，两端变钝；基体组织珠光体含量由原来的30%~50%增加到90%以上；由于珠光体含量的增加，改善了铸件的强度和切屑性能。16由于成分的稳定和石墨形态的改善，减少了铸件的裂纹缺陷，同时铸件的缩松、缩孔倾向得到改善，力学性能得到了相应地提高。在不加其他合金元素的前提下，Φ30mm试棒的抗拉强度均在250Mpa左右，硬度185~220HB，高于图纸HT200的要求。17d.薄壁铸件白口消除的措施。当同一炉铁液浇铸不同壁厚的铸件时，壁薄的铸件白口极易增大，有时甚至不能使用，例如发动机上的齿轮室盖，其壁厚大部分只有5mm，白口缺陷造成的废品率达40%以上，针对这一问题，首先加大孕育量至0.4%~0.5%，其次，依据“未溶石墨质点理论”，出铁水前。在包内加入2%的干净无锈原生铁块，有效增加石墨质点，使薄壁铸件白口消除，改善了切屑性能，避免了铸件白口缺陷。但这一措施仅仅用于同一成分铁液而不同铸件壁厚的情况，正常熔炼铸件单一的情况下，一般不提倡使用这种方法，以免引起基体组织中石墨粗大，降低铸件强度。18上述工艺技术实施后，发动机机体、拖拉机箱体的裂纹缺陷基本得到克服，缸盖的渗漏缺陷控制在3%以下，发动机齿轮室盖白口缺陷消除。金相组织中石墨形态以A型为主，珠光体含量90%以上。19（4）结论①电熔铁液要得到合格健全的铸件，除了要求纯净炉料外，CE要略高于冲天炉；②电熔铁液要得到正常的石墨形态，要有合适的S含量，建议控制在0.05%~1.2%之间，S含量≤0.05%使用增硫剂，并且增