鑄鐵熔煉
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-03
鑄鐵熔煉的實例教程
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
由于電力供應狀況的改善以及機械制造裝備業對鑄件品質要求的提高，近幾年以來，在鑄造生產中越來越多地采用感應電爐進行熔煉，尤其是中頻感應電爐已經成為新建鑄造車間和熔煉工部技術改造中優先考慮選用的設備。
目前，我國中頻感應電爐電源裝置已發展到比較高的水平，控制系統的保護更趨完善合理；計算機在感應電爐上的應用，使得爐況監控、故障診斷乃至熔煉過程冶金質量監控具有國際現代化的水準。感應電爐正日益得到廣泛應用，對現代化機械制造和冶金工業的飛速發展，對穩定地提高鑄件質量，減少廢品及降低鑄造車間能耗，改善車間作業環境，一定會起到至關重要的作用。為把先進的熔煉設備使用好、利用好，我們從事鑄造行業的工程技術人員有必要研究和探討感應電爐的特性，根據具體應用情況尋找適用的技術對策。
1.感應電爐熔煉鑄鐵的特異性
感應電爐熔煉鑄鐵時工藝相對穩定，調整成分方便，溫度易于控制，熔煉過程的燒損少，尤其生產球墨鑄鐵與沖天爐相比，有利于獲得低硫鐵液等，并可減少環境污染，改善勞動條件，鑄件質量較為穩定，還可以利用廉價原材料。但任何事物總是具有兩重性，使用感應電爐熔煉鑄鐵的生產實踐中，同樣也會出現和存在一些鑄造性能缺陷，這就是感應電爐最常見、最易產生的特異性。
（1）白口傾向增大，過冷度增加，感應電爐鐵液與沖天爐鐵液相比晶核數量較少。結論是：隨著保溫時間延長和熔煉（過熱）溫度的提高，鑄鐵的基本組織變異，共晶團數降低，白口深度漸增。
（2）D、E型石墨組織出現，當鐵液過熱到較高溫度并長時間保溫時，在獲取亞共晶灰鑄鐵中，A型石墨數量極易減少，得到的鑄鐵組織中，D、E型石墨比例增加，過冷度增大。這種過冷石墨影響到機械加工的切削性能。
展開 對于酸性爐，合成鑄鐵的熔煉Si較為穩定，依靠配料控制，但合成鑄鐵液在1580℃以上于酸性爐內停滯時間太長，回出現C快速下降，Si快速大幅增高。合成鑄鐵的Mn通過調Mn造渣輔料的加入量來控制。
8 合成鑄鐵的生產應用實例
8.1 采用電爐合成鑄鐵工藝生產高韌性球鐵
風電球鐵鑄件國內大多采用樹脂砂造型制芯，中頻電爐或電弧爐熔煉工藝鑄造。在中頻爐熔煉下利用工業碳素廢鐵熔煉合成鑄鐵的工藝。經陜西、廣東、浙江、山東、遼寧等鑄造廠生產球鐵5萬t以上應用證明，應用合成鑄鐵生產技術在不增加鑄造企業設備投入，不增加人力投資情況下，降低高韌性球鐵直接生產成本約1000元/t左右（采用合成工藝熔煉 1t 鐵液節約成本：5.948 – 4.896 = 1.052 元）。對于1個年生產球鐵2萬t鑄造廠1年降低生產成本約2000萬元，同時廢品率降低可降成本約400萬元左右。應用這一技術年生產球鐵2萬t鑄造廠綜合降低生產成本2400萬元左右。
對于中頻爐及電弧爐熔煉而言，采用工業碳素廢鐵熔煉技術，生產高韌球鐵可以使球鐵的韌性和強度等性能得到提升，鑄件的基體晶粒組織會均勻化、細化，鐵液的純凈度更高，石墨化的效果也更穩定突出。工業碳素廢鐵中的雜質元素較少，成份穩定，經過高溫熔煉，消除了鑄造用生鐵的不良遺傳效應，熔煉出的鐵液具有較高的品質。
展開 1.3碳化硅的使用
鑄鐵熔煉時加入碳化硅，對于灰鑄鐵，由于非平衡石墨的預孕育作用，可以提高共晶團大量形成與生長的溫度（減小相對過冷度），有利于形成A型石墨；還可以因晶核數量增多，使片狀石墨細小，提高石墨化程度減少白口傾向，從而提高力學性能。
在灰鐵、球鐵和可鍛鑄鐵方面，都是通過SiC+FeO=Si+Fe+CO[1]這個反應，用SiC來降低FeO和MnO在渣中的含量，從而凈化鐵液。
由于碳化硅的熔點較高，加入碳化硅的時間是關鍵，如果加入太晚，碳化硅未全部進行熔解擴散，其中未熔融的碳化硅會以顆粒狀的形態存在于鐵液中，在鐵液澆注后反而會形成渣眼；如果加入時間太長，鐵液經過長時間的熔煉后，碳化硅所形成的形核也會慢慢消失，只能起到簡單的增硅作用。因此建議，碳化硅的加入時間最好是在中頻爐熔融1/3爐料時，并且爐料已經化清時加入，伴隨著鐵液的攪拌作用，碳化硅的擴散效果會更好。
筆者公司通過對比不加和加1%碳化硅的原鐵液白口，檢測三角試塊對比（圖4、圖5），加入碳化硅的原鐵液白口為6mm，不加碳化硅的原鐵液白口為10mm。由于碳化硅經過一系列的冶金反應，反應產物中非平衡石墨可作為石墨生長的有效核心，降低了原鐵液的白口傾向。
同時，碳化硅中含有69%的硅，可以用于灰鑄鐵熔煉時作為增硅用，由于其價格比硅鐵要便宜，使用碳化硅還能夠一定程度上降低生產成本。
展開 1.3碳化硅的使用
鑄鐵熔煉時加入碳化硅，對于灰鑄鐵，由于非平衡石墨的預孕育作用，可以提高共晶團大量形成與生長的溫度（減小相對過冷度），有利于形成A型石墨；還可以因晶核數量增多，使片狀石墨細小，提高石墨化程度減少白口傾向，從而提高力學性能。
在灰鐵、球鐵和可鍛鑄鐵方面，都是通過SiC+FeO=Si+Fe+CO[1]這個反應，用SiC來降低FeO和MnO在渣中的含量，從而凈化鐵液。
由于碳化硅的熔點較高，加入碳化硅的時間是關鍵，如果加入太晚，碳化硅未全部進行熔解擴散，其中未熔融的碳化硅會以顆粒狀的形態存在于鐵液中，在鐵液澆注后反而會形成渣眼；如果加入時間太長，鐵液經過長時間的熔煉后，碳化硅所形成的形核也會慢慢消失，只能起到簡單的增硅作用。因此建議，碳化硅的加入時間最好是在中頻爐熔融1/3爐料時，并且爐料已經化清時加入，伴隨著鐵液的攪拌作用，碳化硅的擴散效果會更好。
筆者公司通過對比不加和加1%碳化硅的原鐵液白口，檢測三角試塊對比（圖4、圖5），加入碳化硅的原鐵液白口為6mm，不加碳化硅的原鐵液白口為10mm。由于碳化硅經過一系列的冶金反應，反應產物中非平衡石墨可作為石墨生長的有效核心，降低了原鐵液的白口傾向。
同時，碳化硅中含有69%的硅，可以用于灰鑄鐵熔煉時作為增硅用，由于其價格比硅鐵要便宜，使用碳化硅還能夠一定程度上降低生產成本。
展開 1.3碳化硅的使用
鑄鐵熔煉時加入碳化硅，對于灰鑄鐵，由于非平衡石墨的預孕育作用，可以提高共晶團大量形成與生長的溫度（減小相對過冷度），有利于形成A型石墨；還可以因晶核數量增多，使片狀石墨細小，提高石墨化程度減少白口傾向，從而提高力學性能。
在灰鐵、球鐵和可鍛鑄鐵方面，都是通過SiC+FeO=Si+Fe+CO[1]這個反應，用SiC來降低FeO和MnO在渣中的含量，從而凈化鐵液。
由于碳化硅的熔點較高，加入碳化硅的時間是關鍵，如果加入太晚，碳化硅未全部進行熔解擴散，其中未熔融的碳化硅會以顆粒狀的形態存在于鐵液中，在鐵液澆注后反而會形成渣眼；如果加入時間太長，鐵液經過長時間的熔煉后，碳化硅所形成的形核也會慢慢消失，只能起到簡單的增硅作用。因此建議，碳化硅的加入時間最好是在中頻爐熔融1/3爐料時，并且爐料已經化清時加入，伴隨著鐵液的攪拌作用，碳化硅的擴散效果會更好。
筆者公司通過對比不加和加1%碳化硅的原鐵液白口，檢測三角試塊對比（圖4、圖5），加入碳化硅的原鐵液白口為6mm，不加碳化硅的原鐵液白口為10mm。由于碳化硅經過一系列的冶金反應，反應產物中非平衡石墨可作為石墨生長的有效核心，降低了原鐵液的白口傾向。
同時，碳化硅中含有69%的硅，可以用于灰鑄鐵熔煉時作為增硅用，由于其價格比硅鐵要便宜，使用碳化硅還能夠一定程度上降低生產成本。
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鑄鐵熔煉的最新內容
我國生產的大型球墨鑄鐵件一般選用呋喃樹脂砂作為造型材料，單件生產，澆注重量大，結構較復雜，對鑄件質量性能要求很高，往往熔煉過程中出現的一些鑄造缺陷特別是縮松缺陷會導致鑄件報廢，造成重大的經濟損失，特別是 QT400-18AR 材料，強度高，延伸率高，還有沖擊值要求。這類厚大件在保證產品力學性能的同時，還要避免出現石墨漂浮和縮松類缺陷，實屬不易。
通過設計小樣實驗
鑄態鐵素體基體球墨鑄鐵的生產有很多方面要加以注意，否則難以達到客戶要求。例如原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的控制、爐前球化孕育處理。通過幾年的摸索，對于生產球墨鑄鐵有了自己的一些經驗，現加以介紹。
1、生產的基本條件
1.1熔煉設備 鑄態鐵素體球鐵對原鐵水的質量要求是：化學成分穩定，符合設計要求；好的冶金質量，潔凈，無氧化現象；高的出鐵溫度（一般1500-1550℃）。
鑄態鐵素體基體球墨鑄鐵的生產有很多方面要加以注意，否則難以達到客戶要求。例如原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的控制、爐前球化孕育處理。通過幾年的摸索，對于生產球墨鑄鐵有了自己的一些經驗，現加以介紹。
1、生產的基本條件
1.1熔煉設備 鑄態鐵素體球鐵對原鐵水的質量要求是：化學成分穩定，符合設計要求；好的冶金質量，潔凈，無氧化現象；高的出鐵溫度（一般1500-1550
鑄鐵熔煉技術的發展趨勢
目前，國內外鑄鐵熔煉技術有兩種主要方式：一是采用大型熱風除塵沖天爐與工頻保溫爐雙聯熔煉工藝；二是采用中頻感應電爐熔煉工藝技術。
美國因達公司和彼樂公司生產的中頻爐技術開始越來越受到重視，該技術日益成熟，其清潔、環保、節能、高效、安全的優勢突出，是今后發展的方向。一汽鑄造公司、東風汽公司采用因達公司和彼樂公司生產的中頻爐和保溫爐技術。
同時，碳化硅中含有69%的硅，可以用于灰鑄鐵熔煉時作為增硅用，由于其價格比硅鐵要便宜，使用碳化硅還能夠一定程度上降低生產成本。
根據電爐鑄鐵的熔煉特點，要求鑄造工作者在鑄鐵的成分選擇、爐料配比、廢鋼用量、孕育工藝、增碳脫碳、增硫脫硫、球化工藝、蠕化工藝、溫度控制、澆注工藝等許多方面需要更新觀念，采取符合實際的手段來保證和提高產品質量。
7 合成鑄鐵的熔煉中 C、Si、Mn 的控制
由于合成鑄鐵配料，爐料中帶入的S、P極低，合成鑄鐵熔煉質量控制的關鍵是C、Si、Mn的控制，傳統熔煉C主要依靠配料來保證，但合成鑄鐵的熔煉由于C受增碳劑的類型、粒度、加入方法、以及增C過程溫度的影響，C吸收率變化大，因此，C必須依靠配料、嚴格的熔煉工藝及爐前快速檢測來調整，爐前快速檢測主要以快速熱分析儀和直讀光譜儀
同時，碳化硅中含有69%的硅，可以用于灰鑄鐵熔煉時作為增硅用，由于其價格比硅鐵要便宜，使用碳化硅還能夠一定程度上降低生產成本。
由于坩堝式感應電爐適用于各種鑄造合金的熔煉，如鑄鐵、鑄鋼、銅合金、鋁合金和鋅合金等，小型感應電爐，爐襯可購買成型的預制坩堝。實際生產中用于鑄鋼的坩堝式感應電爐，一般都由鑄造廠根據熔煉合金的品種選購適用的耐火材料，自行修筑爐襯，并做好燒結的作業。
1、爐襯用耐火材料的基本情況
常用于坩堝式感應電爐的幾種耐火材料，基本成分和耐火性能見表1。
近代先進的高強度灰鑄鐵采用熔煉高質量鐵水和強化孕育手段在較高 的共晶度下提高鑄鐵強度及綜合性能，在同一共晶度下對比強度高低或在同一強度下對比共晶度高低比其單一地考核強度與硬度指標更全面更有價值。
