感应炉熔炼铁液 15个常见问题.docx

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+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进行固N。灰铸铁孕育效果不佳 在一些工厂，灰铸铁孕育效果不好，即使多加孕育剂亦无济于事。这与感应炉铁液中的O、S含量低有关。不同资料，数据虽有出入，但很接近：O10ppm,15ppm,在20ppm左右；S0.06%，0.05%，在0.02%0.04%。基本的解决办法是用FeS系增S剂，把S提高至0.07%0.10%。少数工厂后期还加增O剂，例如用海绵铁或烧结铁或切屑，使O达到30ppm以上。亦有工厂使用氧硫孕育剂。这些方法无非是生成氧硫化物，起石墨核心的作用。必须指出，在低S铁液中，形成了的石墨是比较容易消失的。这恐怕也是低S灰铸铁铁液“孕育不上”的一个原因。关于MnS,长期以来，常说MnS是石墨的核心。然而人们在显微镜下观察，不乏淡灰蓝色的MnS质点。因此MnS是否是石墨核心，在什么条件下才能成为核心，需要实证。况且，灰铸铁中常有0.6%1.2%的Mn,增S至0.07%0.10%，这点S是远不足以满足Mn=1.73S的平衡需要的。显然该S不是为了去平衡Mn，不是为了生成简单的化合物MnS去起什么核心作用，S与O只有与更活泼的元素，如Ba、Ce、Zr、Al等一起生成硫氧化合物，才能起到石墨的外来核心作用。球墨铸铁球化等级波动大某厂球墨铸铁的球化等级出现较大波动。经分析检查，原铁液S为0.01991%、0.02872%、0.02399%、0.02660%、0.03338%、0.03885%、0.01559%，含量起起伏伏，球化自然不稳定。只有加强管理，稳住了原铁液S含量，球化等级才可能稳定。笔者了解到一个乡镇企业，原来用冲天炉生产低铬磨球，后来改用感应炉，低铬磨球照干，又接了球墨铸铁任务。但炉子合用，既不分用炉体，又不懂得洗炉。球化反应，光烟俱有，液面亦窜“火苗”，但浇出的铸件有碳化物，石墨球稀少，基体组织面目全非。经整顿，严格炉料管理，灰铸铁和球墨铸铁的回炉料不再相混，分炉体熔炼，问题就解决了。7.石墨球数较少，球径大小不匀有球状石墨，说明残留Mg量没问题。毛病出在孕育不好或孕育衰退，如果铸件未产生白口，说明孕育差距尚不大。从熔炼而言，应该使用人造石墨增C剂布控好石墨核心。业内人士推荐SiC比人造石墨更好。并指出SiC质轻，易上浮，且表面有SiO2膜阻隔，影响溶解。因此，SiC在加料期加为好。如果以喂丝法处理，孕育务必要在球化结束后，稍滞后进行，以免孕育加速衰退。常常有人问到，石墨球数以多少为合适。在球墨铸铁标准中，对石墨球数未作规定。根据石墨大小6级推算，大体球数150个/m。ADI的工艺控制中规定石墨球数不低于100个/m。说到石墨增C剂，是容易从直觉上与碳素增C剂相区别的。但近年来发现，直觉判断为石墨增C剂，但使用效果却不好。看来，今后制定增C剂标准需要仔细推敲。8.铸件切削加工性能不好切削加工性能是一个复杂的命题，涉及被加工对象，刀具，切削工艺参数和操作者对加工性能优劣的认知等。仅就铸铁而言，切削加工性不好，可能是多方面的原因：有自由渗碳体。有硬质点（如磷化物，钛化物.）。有未熔尽的FeSi。铁素体球墨铸铁中残留珠光体量多。在热节处因RE偏聚引起的反白口，不一而足。读者利用基本的专业知识，对症下药，即可药到病止。9.光谱分析，残Mg量在0.06%以上，但铸件并无白口 一般中等壁厚件，残Mg量在0.035%0.045%即可球化。光谱分析出残Mg量在0.06%以上，金相检验又无白口，说明该厂光谱分析出了问题。光谱分析一定要经常用标样校正，用化学分析法作比对。光谱分析样的制备和打磨要认真按规程去做。Mg,以及P、C和S对操作手法很敏感，不可大意。10.球墨铸铁的冲击韧度低铁素体球墨铸铁和等温淬火球墨铸铁中的QTD800-10R（需方有要求时）对V型缺口试样的最小冲击功有规定。若冲击功达不到要求，必须报废。确定他们的化学成分很关键。以铁素体球墨铸铁中的QT350-22L和QT400-18L为例，要求低P低Mn，并对Si量作相应的限制。这些专业性问题，在此从略。从熔炼角度看，应：选用碳素废钢，并使用一定量的铸造用高纯生铁。按照上述的提示，作好铁液质量控制的四方面工作。把炉前处理作好。这样即可防患于未然。11.出现不明原因的毛病有时候，觉得生产中啥也没变，铸件却出了毛病。怎么去深入找原因？建议运用先进的检测手段，比如用光谱仪查微量元素，用氧氮仪测总氧和总氮，用能谱分析作相成分，用X射线衍射作结构分析等。本厂若做不了，应委托有关单位去做。然后请专家一起进行诊断。12.熔炼时间长，电耗高熔炼时间长，电耗高，通常是感应炉先天不足造成的。进入21世纪，中频感应炉发展很快。随着可控硅技术和电力电容器技术的发展，串联节能型中频炉异军突起；“可控硅串联的一拖二运行”理念深入人心。球墨铸铁吨电耗可低于570kWh。而传统并联中频炉，吨电耗在800 kWh以上。调查发现，有的企业从变电站到中频电源，再经过铜排及电缆到炉体系统，每一环上都有无谓的电能浪费。亟须通过技术改造，节能增效。笔者对“电“不甚了了，铸造厂可找供应商作更新改造，亦可以在原有并联设备的基础上请其作专项改进。13.炉子小毛病不断炉子的小毛病都出在电气系统和机械系统的零配件上面。购炉子不能贪图便宜，购炉时要了解供应商的资质和口碑。一流的供应商会根据铸造厂的情况，提出详细的项目书，其中对电源部分、炉子部分和选购部分列有清单，对外构件及辅机配套厂也有明白的交代。三流的供应商往往除炉子本体自制外，其余是串组起来的。与他们打交道，购货要注意细节。要问清楚可控硅、控制板、集成块、元器件、绝缘材料以及缸泵的来源，还要检查线圈水循环系统的接头是否可靠、水温能否巡查报警、有无漏电报警，电路系统是否防结露等等。以上各点有所疏忽，炉子工作起来就会频繁出毛病，耽误生产，带来经济损失。14.炉龄低熔炼灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁采用酸性炉衬材料，由石英岩破碎过筛后的石英砂为其骨料。石英岩遍布全国各地，但由于地质年代和成矿条件的不同，质地并不相同。精制石英砂应该：SiO2含量大于98%。伴生碱性金属氧化物小于0.2%，Fe2O3小于0.5%，Al2O3小于0.5%。地质年代久远。此种石英的晶格完整，缺陷少，晶粒均匀。炉衬质量事关炉龄和生产安全性，也影响铁液的纯净度和产量，千万不要捡便宜的买。有次行业活动中，有人问：“加硼酸干啥？加多少合适？”我反问他，炉子大小和铸件产品情况。他答不上来，这才知道他是卖炉衬材料的。炉衬材料市场门槛低，胆大的，配配料，弄个像样的包装，就可堂而皇之叫卖了。所以，我主张，如果想把你的铸造厂搞长久搞好，应该上网搜一搜，找好的公司，它们的产品粒度有合理级配，矿化剂用量会根据用户实际情况进行调整，对烧结和养护能提供技术支持。必须指出，第一炉铁液的液面位置、最高温度和保持时间等对炉龄很重要。烧结温度应高于1550，以保证烧结层中石英完成方石英化。液面应处于炉口高度附近，使坩埚内表面上下烧结一致。15.大象脚所谓大象脚是指坩埚内腔底部，有一圈向内凹陷，呈大象脚状。它是熔化期架料，底部熔池过热，使炉衬中的SiO2与铁液中的C反应，造成该处炉衬严重侵蚀所致。炉子容量大，炉子底部所受的铁液静压力大，更容易出现大象脚。对策如下：（1）不许胡乱加料，不许用大料，不许用整个废铸件。（2）勤通料，助炉料下行。（3）发现有大象脚倾向，应及时进行修补。