感应炉熔炼铁液 15个常见问题.docx
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1、一、感应炉铁液质量控制的四个方面人们常说:“成分决定组织,组织决定性能。”这句话大体上是对的,但不够全面。因为,过去一提化学成分,往往只是元素和合金元素;除了成分因素外,结晶的控制对组织的形成亦很重要,比如与铸铁壁厚、铸型条件有关的冷却速度,结晶核心的预设,石墨形态的走向等等。把冷却速度的外因放在一边,铸铁熔炼方面应着力做到化学成分准确、铁液干净、干扰元素少和石墨核心有布控等四个方面。铁液化学成分要准确稳定 把铸造做强,提高铸件的国际竞争力,赢得铸件定价的话语权,性能稳定达到客户的要求非常重要。一时一事把化学成分做准,不算本事,始终准确,稳定生产才有水平。感应炉比冲天炉的烧损少的多,但毕竟有烧
2、失。应当尽量减少烧损,并减少烧损波动的因素。要特别提醒几点:()净料入炉最好,炉料又脏又杂是大忌。()采用比功率大的炉子,并辅以合理的装料投料操作,以实现快速熔炼。缩短熔解期,并防止炉底过热尤其重要,因为氧化主要在铁料的熔解阶段。()铁液过度过热,分次出铁和浇铸拖沓都会引起成分的波动。()在弄清各种炉料成分的基础上,要仔细计算配料。配料时务必把熔炼后期因“自沸腾”而引起的脱C量和增Si量考虑在内。净化铁液 净化铁液是指排除铁液中的非金属夹杂物和气体。借电磁搅拌和“自沸腾”,感应炉有较好的排渣除气作用。如果炉料比较干净,又认真用除渣剂清渣,清除非金属夹杂物不成问题,有无非金属夹杂物从显微检验中也
3、容易发现。H、O、N气体就不那么直感了。但其中溶解H,即H,只要熔炼后期所用辅料不是潮湿的,H不会成问题,可保证H2ppm。铸件中产生针孔,是由铸型或浇包中的水分造成的,不是H的过。熔炼中、后期由于O和FeO被C还原,感应炉铁液中的氧并不多。在生产灰铸铁时,有时甚至还要设法增O。所以除气实际上是除N的问题。随着我国废钢积存量的增加,感应炉中废钢用量必然增加。多用废钢,不但降低炉料成本,还可以提高铸铁性能,一举两得。废钢的含N量高,此外多用废钢少用生铁,必然要用增碳剂增C,增碳剂又会带来一些N。所以N可能超标(如薄壁件100ppm,厚壁件80ppm),致使铸件中产生裂隙状气孔,对性能的稳定性也不
4、利。所以不要用含N高的废钢和增碳剂,必要时除N需要采取附加措施,如吹Ar。个别工厂借用铸钢经验,用LF炉精炼,生产纯净的高端铸件。如果N不是很高,又无妨于机加工性能,则加Ti等使N生成TiN等,进行固N处理,则是最简捷的办法。控制有害微量元素 有害微量元素是通过异化石墨形态,产生脆性相和影响基体组织等而起不利作用的,它们主要由某些地方生铁和废钢带来。控制有害微量元素的办法,一是把好炉料关,防止有害元素混入。二是采用铸造用高纯生铁,稀释有害微量元素含量。石墨核心的布控 众所周知,感应炉铁液的过冷倾向大,因此白口倾向大,收缩倾向大,影响切削加工性能。追根溯源是感应炉的熔炼时间长,使生铁及回炉料中带
5、来的石墨,残存少或全部消溶了,而铁液中某些SiO2之类可作为石墨外来核心的数量又不足,导致铁液过冷倾向增大。解决的办法有两个方面。一方面是快速熔炼,特别是占熔炼时间70%的化清过程要快。后期过热温度不要过高(一般视不同情况取14901540),保温时间不要过长。目的都是为了多保留些炉料中的细微石墨。另一方面更重要,就是如何用好增碳剂。前已述及,感应炉用了较多废钢是需要增C的,应选用晶型好的石墨增碳剂。如果增C量大,可以搭用一部分碳素增碳剂,在装料期加,但一定要留一些石墨型增碳剂在化清后加。冶金型SiC,可以增C增Si,并起到石墨形核的作用。在国际上SiC是很受推崇的预处理剂。以上是炉内石墨核心
6、布控的思路,至于炉外的各种处理则另当别论了二、感应炉熔炼中15个常见问题及对策感应炉工作中出现的问题很多,以下仅就若干常见问题作一介绍。元素烧损偏大感应炉中Si、Mn、Cr等易氧化元素的烧损,多在3%5%。烧损超值,铸铁化学成分波动,必然要引起一系列的组织和性能问题。元素烧损大,一般发生在熔清时间过长,又未注意造渣保护的时侯。若废钢用量大,轻薄料多,炉料带水带锈,问题更是加重。避免元素烧损过大的办法是:()炉料尽量干净,形状不要枝叉,尺寸不能过大、过薄。()杜绝架料,并创造一切能快熔的条件。()熔炼前期要及时造渣,后期高温下有熔渣覆盖。充分发挥熔渣的保护作用。 ()如果工厂有切屑要利用,炉底可
7、铺一些,熔清向熔池分批添加一些。铁液中O偏高 感应炉没有冲天炉的氧化性气氛,而且由于铁液中的O和FeO与C产生反应,使Fe受到了C的保护,铁液中的溶氧是不多的。可是熔炼后期为了促使增C剂溶吸,常调低电频率以加强熔池搅动。如果“驼峰”过高,调频时间过长,铁液与大气接触几率增加,被离解的O离子将进入铁液。熔炼后期添加料未经烘烤,也会使O、H增加。近期,有业内人士提出:在1500以上保温,O不会降低,而是提高的观点,可供参考。防止O偏高的办法是:()熔炼后期调频不要过度。()后期不要使用潮湿的物料和工具。()过热温度不要过高,切忌高温下长时间保温。铁液C量低于预期 铁液温度超过平衡温度,反应SiO2
8、+2C=Si +2CO向右进行,造成铁液降C增Si。所以配料时不能忘了补C。要掌握本厂的降C量,把C量如数补足。还要提醒一点,灰铸铁后期调整成分,要采取先Mn再C后Si的顺序。铸件机加工后,发现有裂隙状气孔 裂隙状气孔是N气孔的特征。当N超限时容易发生,铁液中非金属夹杂物多,发生的几率更高。“病从口入”,所以要限制电弧炉废钢用量,电弧炉废钢的N高,而转炉废钢则不然。更要防止混入含N高的废合金钢料,如高锰钢、耐热的高铬铁素体钢和铬锰氮钢,以及奥化体钢等。当然这些合金钢带来的Mn、Cr、N、Ni对于铁素体球铁也是忌讳的。不同增C剂的含N量差别很大,煅烧石油焦的N量要比人造石墨增C剂高出许多,取某两
9、种产品比较其含N量,前者为500ppm,后者仅为2025ppm。SiC含N量比人造石墨的还少,用之也是放心的。若发现铁液中N量高,应当机立断,用Ti(Fe)、Al、Zr(Fe)等进行固N处理。必须说明,裂隙状气孔当然要防,但并不是N越低越好。对于灰铸铁,N可缩短石墨长度,有使石墨端部圆滑的趋势,N溶于固溶体可促使珠光体细化,并增加珠光体数量。N还有孕育作用,促进石墨化。因此,可溶性N对灰铸铁有利用价值。在美国GE特殊合金灰铸铁的技术要求中,规定N量在60120ppm,Ti要限制在0.025%以下。埃肯公司在谈到汽车行业中灰铸铁时,认为N的理想含量是95160ppm,并指出不要用Ti、Al、Zr
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