中頻感應(yīng)爐熔煉鐵液的15問題

一、感應(yīng)爐鐵液質(zhì)量控制的四個方面

　　人們常說：“成分決定組織，組織決定性能?！边@句話大體上是對的，但不夠全面。因為，過去一提化學(xué)成分，往往只是５元素和合金元素；除了成分因素外，結(jié)晶的控制對組織的形成亦很重要，比如與鑄鐵壁厚、鑄型條件有關(guān)的冷卻速度，結(jié)晶核心的預(yù)設(shè)，石墨形態(tài)的走向等等。把冷卻速度的外因放在一邊，鑄鐵熔煉方面應(yīng)著力做到化學(xué)成分準(zhǔn)確、鐵液干凈、干擾元素少和石墨核心有布控等四個方面。

　　１．鐵液化學(xué)成分要準(zhǔn)確穩(wěn)定

　　把鑄造做強(qiáng)，提高鑄件的國際競爭力，贏得鑄件定價的話語權(quán)，性能穩(wěn)定達(dá)到客戶的要求非常重要。一時一事把化學(xué)成分做準(zhǔn)，不算本事，始終準(zhǔn)確，穩(wěn)定生產(chǎn)才有水平。

感應(yīng)爐比沖天爐的燒損少的多，但畢竟有燒失。應(yīng)當(dāng)盡量減少燒損，并減少燒損波動的因素。

要特別提醒幾點：

　?。ǎ保﹥袅先霠t**，爐料又臟又雜是大忌。

　?。ǎ玻┎捎帽裙β蚀蟮臓t子，并輔以合理的裝料投料操作，以實現(xiàn)快速熔煉?？s短熔解期，并防止?fàn)t底過熱尤其重要，因為氧化主要在鐵料的熔解階段。

　?。ǎ常╄F液過度過熱，分次出鐵和澆鑄拖沓都會引起成分的波動。

　　（４）在弄清各種爐料成分的基礎(chǔ)上，要仔細(xì)計算配料。配料時務(wù)必把熔煉后期因“自沸騰”而引起的脫C量和增Si量考慮在內(nèi)。

　　２．凈化鐵液

　　凈化鐵液是指排除鐵液中的非金屬夾雜物和氣體。

　　借電磁攪拌和“自沸騰”，感應(yīng)爐有較好的排渣除氣作用。如果爐料比較干凈，又認(rèn)真用除渣劑清渣，清除非金屬夾雜物不成問題，有無非金屬夾雜物從顯微檢驗中也容易發(fā)現(xiàn)。H、O、N氣體就不那么直感了。但其中溶解H，即［H］，只要熔煉后期所用輔料不是潮濕的，［H］不會成問題，可保證［H］＜2ppm。鑄件中產(chǎn)生針孔，是由鑄型或澆包中的水分造成的，不是［H］的過。熔煉中、后期由于［O］和［FeO］被C還原，感應(yīng)爐鐵液中的氧并不多。在生產(chǎn)灰鑄鐵時，有時甚至還要設(shè)法增O。所以除氣實際上是除N的問題。

　　隨著我國廢鋼積存量的增加，感應(yīng)爐中廢鋼用量必然增加。多用廢鋼，不但降低爐料成本，還可以提高鑄鐵性能，一舉兩得。廢鋼的含N量高，此外多用廢鋼少用生鐵，必然要用增碳劑增C，增碳劑又會帶來一些N。所以［N］可能超標(biāo)（如薄壁件＞100ppm，厚壁件＞80ppm）,致使鑄件中產(chǎn)生裂隙狀氣孔，對性能的穩(wěn)定性也不利。所以不要用含N高的廢鋼和增碳劑，必要時除N需要采取附加措施，如吹A(chǔ)r。個別工廠借用鑄鋼經(jīng)驗，用LF爐精煉，生產(chǎn)純凈的高端鑄件。如果［N］不是很高，又無妨于機(jī)加工性能，則加Ti等使［N］生成TiN等,進(jìn)行固N處理，則是最簡捷的辦法。

　　３．控制有害微量元素

　　有害微量元素是通過異化石墨形態(tài)，產(chǎn)生脆性相和影響基體組織等而起不利作用的，它們主要由某些地方生鐵和廢鋼帶來?？刂朴泻ξ⒘吭氐霓k法，一是把好爐料關(guān)，防止有害元素混入。二是采用鑄造用高純生鐵，稀釋有害微量元素含量。

　　４．石墨核心的布控

　　眾所周知，感應(yīng)爐鐵液的過冷傾向大，因此白口傾向大，收縮傾向大，影響切削加工性能。追根溯源是感應(yīng)爐的熔煉時間長，使生鐵及回爐料中帶來的石墨，殘存少或全部消溶了，而鐵液中某些SiO2之類可作為石墨外來核心的數(shù)量又不足，導(dǎo)致鐵液過冷傾向增大。

　　解決的辦法有兩個方面。一方面是快速熔煉，特別是占熔煉時間70%的化清過程要快。后期過熱溫度不要過高（一般視不同情況取1490～1540℃），保溫時間不要過長。目的都是為了多保留些爐料中的細(xì)微石墨。另一方面更重要，就是如何用好增碳劑。前已述及，感應(yīng)爐用了較多廢鋼是需要增C的，應(yīng)選用晶型好的石墨增碳劑。如果增C量大，可以搭用一部分碳素增碳劑，在裝料期加，但一定要留一些石墨型增碳劑在化清后加。冶金型SiC,可以增C增Si，并起到石墨形核的作用。在國際上SiC是很受推崇的預(yù)處理劑。

　　以上是爐內(nèi)石墨核心布控的思路，至于爐外的各種處理則另當(dāng)別論了

　　二、感應(yīng)爐熔煉中15個常見問題及對策

　　感應(yīng)爐工作中出現(xiàn)的問題很多，以下僅就若干常見問題作一介紹。

　　１．元素?zé)龘p偏大

　　感應(yīng)爐中Si、Mn、Cr等易氧化元素的燒損，多在3%～5%。燒損超值，鑄鐵化學(xué)成分波動，必然要引起一系列的組織和性能問題。元素?zé)龘p大，一般發(fā)生在熔清時間過長，又未注意造渣保護(hù)的時侯。若廢鋼用量大，輕薄料多，爐料帶水帶銹，問題更是加重。避免元素?zé)龘p過大的辦法是：

　?。ǎ保t料盡量干凈，形狀不要枝叉，尺寸不能過大、過薄。

　?。ǎ玻┒沤^架料，并創(chuàng)造一切能快熔的條件。

　　（３）熔煉前期要及時造渣，后期高溫下有熔渣覆蓋。充分發(fā)揮熔渣的保護(hù)作用。

（４）如果工廠有切屑要利用，爐底可鋪一些，熔清向熔池分批添加一些。

　　２．鐵液中O偏高

　　感應(yīng)爐沒有沖天爐的氧化性氣氛，而且由于鐵液中的［O］和［FeO］與［C］產(chǎn)生反應(yīng)，使Fe受到了C的保護(hù)，鐵液中的溶氧是不多的?？墒侨蹮捄笃跒榱舜偈乖鯟劑溶吸，常調(diào)低電頻率以加強(qiáng)熔池攪動。如果“駝峰”過高，調(diào)頻時間過長，鐵液與大氣接觸幾率增加，被離解的O離子將進(jìn)入鐵液。熔煉后期添加料未經(jīng)烘烤，也會使［O］、［H］增加。近期，有業(yè)內(nèi)人士提出：在1500℃以上保溫，［O］不會降低，而是提高的觀點，可供參考。防止O偏高的辦法是：

　?。ǎ保┤蹮捄笃谡{(diào)頻不要過度。

　　（２）后期不要使用潮濕的物料和工具。

　　（３）過熱溫度不要過高，切忌高溫下長時間保溫。

　　３．鐵液C量低于預(yù)期

　　鐵液溫度超過平衡溫度，反應(yīng)SiO2+2C=Si +2CO向右進(jìn)行，造成鐵液降C增Si。所以配料時不能忘了補C。要掌握本廠的降C量，把C量如數(shù)補足。還要提醒一點，灰鑄鐵后期調(diào)整成分，要采取先Mn再C后Si的順序。

　　４．鑄件機(jī)加工后，發(fā)現(xiàn)有裂隙狀氣孔

　　裂隙狀氣孔是N氣孔的特征。當(dāng)［N］超限時容易發(fā)生，鐵液中非金屬夾雜物多，發(fā)生的幾率更高。“病從口入”，所以要限制電弧爐廢鋼用量，電弧爐廢鋼的［N］高，而轉(zhuǎn)爐廢鋼則不然。更要防止混入含N高的廢合金鋼料，如高錳鋼、耐熱的高鉻鐵素體鋼和鉻錳氮鋼，以及奧化體鋼等。當(dāng)然這些合金鋼帶來的Mn、Cr、N、Ni對于鐵素體球鐵也是忌諱的。不同增C劑的含N量差別很大，煅燒石油焦的N量要比人造石墨增C劑高出許多，取某兩種產(chǎn)品比較其含N量，前者為500ppm，后者僅為20～25ppm。SiC含N量比人造石墨的還少，用之也是放心的。若發(fā)現(xiàn)鐵液中N量高，應(yīng)當(dāng)機(jī)立斷，用Ti（Fe）、Al、Zr(Fe)等進(jìn)行固N處理。

　　必須說明，裂隙狀氣孔當(dāng)然要防，但并不是N越低越好。對于灰鑄鐵，N可縮短石墨長度，有使石墨端部圓滑的趨勢，N溶于固溶體可促使珠光體細(xì)化，并增加珠光體數(shù)量。N還有孕育作用，促進(jìn)石墨化。因此，可溶性N對灰鑄鐵有利用價值。在美國GE特殊合金灰鑄鐵的技術(shù)要求中，規(guī)定N量在60～120ppm，Ti要限制在0.025%以下。?？瞎驹谡劦狡囆袠I(yè)中灰鑄鐵時，認(rèn)為［N］的理想含量是95～160ppm，并指出不要用Ti、Al、Zr進(jìn)行固N。

　　５．灰鑄鐵孕育效果不佳

　　在一些工廠，灰鑄鐵孕育效果不好，即使多加孕育劑亦無濟(jì)于事。這與感應(yīng)爐鐵液中的O、S含量低有關(guān)。不同資料，數(shù)據(jù)雖有出入，但很接近：［O］＜10ppm,＜15ppm,在20ppm左右；［S］＜0.06%，＜0.05%，在0.02%～0.04%?；镜慕鉀Q辦法是用FeS系增S劑，把S提高至0.07%～0.10%。少數(shù)工廠后期還加增O劑，例如用海綿鐵或燒結(jié)鐵或切屑，使［O］達(dá)到30ppm以上。亦有工廠使用氧硫孕育劑。這些方法無非是生成氧硫化物，起石墨核心的作用。必須指出，在低S鐵液中，形成了的石墨是比較容易消失的。這恐怕也是低S灰鑄鐵鐵液“孕育不上”的一個原因。

　　關(guān)于MnS,長期以來，常說MnS是石墨的核心。然而人們在顯微鏡下觀察，不乏淡灰藍(lán)色的MnS質(zhì)點。因此MnS是否是石墨核心，在什么條件下才能成為核心，需要實證。況且，灰鑄鐵中常有0.6%～1.2%的Mn,增S至0.07%～0.10%，這點S是遠(yuǎn)不足以滿足Mn=1.73S的平衡需要的。顯然該S不是為了去平衡Mn，不是為了生成簡單的化合物MnS去起什么核心作用，S與O只有與更活潑的元素，如Ba、Ce、Zr、Al等一起生成硫氧化合物，才能起到石墨的外來核心作用。

　　６．球墨鑄鐵球化等級波動大

　　某廠球墨鑄鐵的球化等級出現(xiàn)較大波動。經(jīng)分析檢查，原鐵液S為0.01991%、0.02872%、0.02399%、0.02660%、0.03338%、0.03885%、0.01559%，含量起起伏伏，球化自然不穩(wěn)定。只有加強(qiáng)管理，穩(wěn)住了原鐵液S含量，球化等級才可能穩(wěn)定。

　　筆者了解到一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，原來用沖天爐生產(chǎn)低鉻磨球，后來改用感應(yīng)爐，低鉻磨球照干，又接了球墨鑄鐵任務(wù)。但爐子合用，既不分用爐體，又不懂得洗爐。球化反應(yīng)，光煙俱有，液面亦竄“火苗”，但澆出的鑄件有碳化物，石墨球稀少，基體組織面目全非。經(jīng)整頓，嚴(yán)格爐料管理，灰鑄鐵和球墨鑄鐵的回爐料不再相混，分爐體熔煉，問題就解決了。

　　7.石墨球數(shù)較少，球徑大小不勻

　　有球狀石墨，說明殘留Mg量沒問題。毛病出在孕育不好或孕育衰退，如果鑄件未產(chǎn)生白口，說明孕育差距尚不大。從熔煉而言，應(yīng)該使用人造石墨增C劑布控好石墨核心。業(yè)內(nèi)人士推薦SiC比人造石墨更好。并指出SiC質(zhì)輕，易上浮，且表面有SiO2膜阻隔，影響溶解。因此，SiC在加料期加為好。如果以喂絲法處理，孕育務(wù)必要在球化結(jié)束后，稍滯后進(jìn)行，以免孕育加速衰退。

　　常常有人問到，石墨球數(shù)以多少為合適。在球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)中，對石墨球數(shù)未作規(guī)定。根據(jù)石墨大小6級推算，大體球數(shù)＞150個/m㎡。ADI的工藝控制中規(guī)定石墨球數(shù)不低于100個/m㎡。

　　說到石墨增C劑，是容易從直覺上與碳素增C劑相區(qū)別的。但近年來發(fā)現(xiàn)，直覺判斷為石墨增C劑，但使用效果卻不好?？磥?，今后制定增C劑標(biāo)準(zhǔn)需要仔細(xì)推敲。

　　8.鑄件切削加工性能不好

　　切削加工性能是一個復(fù)雜的命題，涉及被加工對象，刀具，切削工藝參數(shù)和操作者對加工性能優(yōu)劣的認(rèn)知等。僅就鑄鐵而言，切削加工性不好，可能是多方面的原因：①有自由滲碳體。②有硬質(zhì)點（如磷化物，鈦化物...）。③有未熔盡的FeSi。④鐵素體球墨鑄鐵中殘留珠光體量多。⑤在熱節(jié)處因RE偏聚引起的反白口，不一而足。讀者利用基本的專業(yè)知識，對癥下藥，即可藥到病止。

　　9.光譜分析，殘Mg量在0.06%以上，但鑄件并無白口

　　一般中等壁厚件，殘Mg量在0.035%～0.045%即可球化。光譜分析出殘Mg量在0.06%以上，金相檢驗又無白口，說明該廠光譜分析出了問題。光譜分析一定要經(jīng)常用標(biāo)樣校正，用化學(xué)分析法作比對。光譜分析樣的制備和打磨要認(rèn)真按規(guī)程去做。Mg,以及P、C和S對操作手法很敏感，不可大意。

　　10.球墨鑄鐵的沖擊韌度低

　　鐵素體球墨鑄鐵和等溫淬火球墨鑄鐵中的QTD800-10R（需方有要求時）對V型缺口試樣的最小沖擊功有規(guī)定。若沖擊功達(dá)不到要求，必須報廢。確定他們的化學(xué)成分很關(guān)鍵。以鐵素體球墨鑄鐵中的QT350-22L和QT400-18L為例，要求低P低Mn，并對Si量作相應(yīng)的限制。這些專業(yè)性問題，在此從略。從熔煉角度看，應(yīng)：①選用碳素廢鋼，并使用一定量的鑄造用高純生鐵。②按照上述的提示，作好鐵液質(zhì)量控制的四方面工作。③把爐前處理作好。這樣即可防患于未然。

　　11.出現(xiàn)不明原因的毛病

　　有時候，覺得生產(chǎn)中啥也沒變，鑄件卻出了毛病。怎么去深入找原因？建議運用先進(jìn)的檢測手段，比如用光譜儀查微量元素，用氧氮儀測總氧和總氮，用能譜分析作相成分，用X射線衍射作結(jié)構(gòu)分析等。本廠若做不了，應(yīng)委托有關(guān)單位去做。然后請專家一起進(jìn)行診斷。

　　12.熔煉時間長，電耗高

　　熔煉時間長，電耗高，通常是感應(yīng)爐先天不足造成的。進(jìn)入21世紀(jì)，中頻感應(yīng)爐發(fā)展很快。隨著可控硅技術(shù)和電力電容器技術(shù)的發(fā)展，串聯(lián)節(jié)能型中頻爐異軍突起；“可控硅串聯(lián)的一拖二運行”理念深入人心。球墨鑄鐵噸電耗可低于570kW?h。而傳統(tǒng)并聯(lián)中頻爐，噸電耗在800 kW?h以上。

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有的企業(yè)從變電站到中頻電源，再經(jīng)過銅排及電纜到爐體系統(tǒng)，每一環(huán)上都有無謂的電能浪費。亟須通過技術(shù)改造，節(jié)能增效。筆者對“電“不甚了了，鑄造廠可找供應(yīng)商作更新改造，亦可以在原有并聯(lián)設(shè)備的基礎(chǔ)上請其作專項改進(jìn)。

　　13.爐子小毛病不斷

　　爐子的小毛病都出在電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的零配件上面。購爐子不能貪圖便宜，購爐時要了解供應(yīng)商的資質(zhì)和口碑。**的供應(yīng)商會根據(jù)鑄造廠的情況，提出詳細(xì)的項目書，其中對電源部分、爐子部分和選購部分列有清單，對外構(gòu)件及輔機(jī)配套廠也有明白的交代。三流的供應(yīng)商往往除爐子本體自制外，其余是串組起來的。與他們打交道，購貨要注意細(xì)節(jié)。要問清楚可控硅、控制板、集成塊、元器件、絕緣材料以及缸泵的來源，還要檢查線圈水循環(huán)系統(tǒng)的接頭是否可靠、水溫能否巡查報警、有無漏電報警，電路系統(tǒng)是否防結(jié)露等等。以上各點有所疏忽，爐子工作起來就會頻繁出毛病，耽誤生產(chǎn)，帶來經(jīng)濟(jì)損失。

　　14.爐齡低

　　熔煉灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵采用酸性爐襯材料，由石英巖破碎過篩后的石英砂為其骨料。石英巖遍布全國各地，但由于地質(zhì)年代和成礦條件的不同，質(zhì)地并不相同。精制石英砂應(yīng)該：①SiO2含量大于98%。②伴生堿性金屬氧化物小于0.2%，F(xiàn)e2O3小于0.5%，Al2O3小于0.5%。。③地質(zhì)年代久遠(yuǎn)。此種石英的晶格完整，缺陷少，晶粒均勻。

　　爐襯質(zhì)量事關(guān)爐齡和生產(chǎn)安全性，也影響鐵液的純凈度和產(chǎn)量，千萬不要撿便宜的買。有次行業(yè)活動中，有人問：“加硼酸干啥？加多少合適？”我反問他，爐子大小和鑄件產(chǎn)品情況。他答不上來，這才知道他是賣爐襯材料的。爐襯材料市場門檻低，膽大的，配配料，弄個像樣的包裝，就可堂而皇之叫賣了。所以，我主張，如果想把你的鑄造廠搞長久搞好，應(yīng)該上網(wǎng)搜一搜，找好的公司，它們的產(chǎn)品粒度有合理級配，礦化劑用量會根據(jù)用戶實際情況進(jìn)行調(diào)整，對燒結(jié)和養(yǎng)護(hù)能提供技術(shù)支持。必須指出，**爐鐵液的液面位置、最高溫度和保持時間等對爐齡很重要。燒結(jié)溫度應(yīng)高于1550℃，以保證燒結(jié)層中石英完成方石英化。液面應(yīng)處于爐口高度附近，使坩堝內(nèi)表面上下燒結(jié)一致。

　　15.大象腳

　　所謂大象腳是指坩堝內(nèi)腔底部，有一圈向內(nèi)凹陷，呈大象腳狀。它是熔化期架料，底部熔池過熱，使?fàn)t襯中的SiO2與鐵液中的C反應(yīng)，造成該處爐襯嚴(yán)重侵蝕所致。爐子容量大，爐子底部所受的鐵液靜壓力大，更容易出現(xiàn)大象腳。

對策如下：

　　（1）不許胡亂加料，不許用大料，不許用整個廢鑄件。

　?。?）勤通料，助爐料下行。

　?。?）發(fā)現(xiàn)有大象腳傾向，應(yīng)及時進(jìn)行修補。