重视中频感应炉熔炼的冶金功能.pdf

2 0 1 0 年第 6期 2 0 1 0 年 1 2 月 铸造设备与工艺 F 0UNDRY E OUI P MENT AND T EC HNOL O GY 铸造设备 重视 中频感应炉熔炼的冶金功能 钱立 河北工业大学， 天津3 0 0 1 3 0 摘要 感应炉是重要的熔炼设备， 其工艺过程并非简单的重熔。本文从冶金学的视角， 讨论了炉料的装入 与续料、 温度掌控、 辅料使用等问题， 以图引起业界对其冶金功能的重视。 关键词 感应炉； 熔炼； 重熔； 冶金功能 中图分类号 T G 2 3 2 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 6 6 9 4 2 0 1 0 0 6 0 0 0 1 0 2 Gr e a t At t e n t i o n t o M e t a l l ur g i c a l Fun c t i o n o f M i d -f r e q ue nc y Fu r na c e Pr o c e s s Q I AN L i H e b e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 1 3 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n d u c ti o n f u rn a c e i s a n i mp o r t a n t me l t i n g e q u i p me n t ． I n t h e a r t i c l e ， t h e c h a r g i n g， t e mp e r a t u r e c o n t r o l ， u s e o f a u x i l i a r y ma t e r i a l s a n d o t h e r s we r e d i s c u s s e d a s v i e w e d f r o m me t all u r g y ． Ke y wo r d s i n d u c t i o n f u r n a c e ， me l t i n g， r e me l t i n g ， me t a l l u r g i c al f u n c t i o n 感应炉依靠磁一 电一 热的转换进行工作， 热量发 自炉料 内部 ， 熔清后 升温快 ， 调质期 短 ； 渣料不 发 热 ， 熔 渣温度低 ； 炉型呈 坩埚状 ， 相对 而言 ， 熔 池深 而熔渣一 铁液界面小 。因此 ， 中频感应炉的冶金功能 远不如电孤炉 。有人还将它与冲天炉相 比， 认为冲 天炉 内焦炭～ 炉气一 铁 料 液一熔渣相互作用 ， 物理 化学过程较为丰富。其实， 对于冲天炉内多种物料 问的反应 ， 既有正面效应 如增碳 ， 熔 渣熔吸杂质和 调硫等 亦有负面效应 如元素烧损 ， 成分波动 ， 铁 液被污染等 ， 而后者恰是感应炉的优势所在。 对于感应炉， 不能简单地视为熔化炉， 炉内存在 着的冶金过程 ，要恰当地把握 ，强化或发展其有利 面， 限制其不利面。以下就炉料的装入与续料 。 温度 掌控 ， 辅料的使用等有关冶金问题 ， 举例加 以说明。 1 炉料的装入与续料 现场的装料 ， 一般侧重于操作性表述 ， 如 a 炉 底要垫轻薄料 。b 料块要合理 ， 切忌厚 大 电频率 在 1 0 0 H z 一 5 0 0 H z时 ，最 佳平均料径为 2 3 0 n q m～ 1 0 0 m m 。c 装料要紧密 ， 但不能在熔化中发生棚 料 ， 等等。这些规定 ， 对于保护炉底免受大料撞击 。 炉料顺行和热利用是必要 的。 收稿 日期 2 0 1 0 一 1 0 ～ 2 7 作者简介 钱立 1 9 3 6 一 ， 男， 教授。 然而 ， 从冶金学视角考虑 ． 强调 以下几点更为 重要 。 1 炉料装入顺序 ， 应保证炉底尽早形成 高碳熔 池。 令熔点低的回炉料先装 ， 再生铁， 熔点高的废钢 放在上面。全功率供 电后 ，炉底很快便形成熔池 ， 废钢浸入其中， 表面增碳 ， 熔点降低 ， 起了助熔作 用 。还须指 出 ， 废钢 比生铁易于氧化 ， 当温度高于 7 0 0℃后， 废钢表面氧化加快。 若废钢能尽快熔于铁 液 ． 无疑对于减少氧化也是有益的。 化学成分对熔 点的影 响是基于 F e C相 图中液 相线的变化 随含碳量的提高 ， 钢的熔点降低。同样 道理， 一些铁合金 ， 可以利用表面的增铁， 降低液相 线温度 ， 来达到助熔的 目的。笔者在熔炼有 Mo 、 W、 B、 V等的铸铁时 ， 较 早地将 F e Mo 、 F e W、 F e B或 F e V 投人熔池 ， 起到 了助熔 的作用_ 1 ] 。借着 电磁搅拌作 用， 合金成分很快就被均匀了。 2 熔炼初期切忌底部熔池过热，以免炉底侵 蚀 ， 并发 生 S i O 2 衬 2 C S i 2 C 0反应而致 的炉底 化学侵蚀。铁液的过热还会加剧元素的烧损和含气 量 的增 加 。 3 随着炉料的逐步熔解 ， 应适时续料 ， 前一批料 尚未化尽前 ， 投入后续料。投向熔池的炉料要干燥 ． 无锈蚀 ， 以防铁液氧化和含气量的增加 。在冬季， 往 熔池中加冷废钢 ， 还会造成“ 炸溅 ” ， 要注意防范。 切屑宜加入熔池 。装料期加 。 既影响电耗 ． 又加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m D e c ． 2 0 1 0 №6 铸 造 设 备 与 工 艺 2 0 1 0 年第 6 期 大了元素烧损 。 2 温度掌控 感应炉熔炼涉及到平衡温度、 沸腾温度、 临界 温度和过热温度等不同概念。 平衡温度 t 平 衡 是决定 S i O 2 C S i 2 C O反应 方向的温度 ， 大于平衡温度 ， 反应向右进行 ， 反之则 反应向左进行。 单质状态下， t 平 衡 为 1 6 4 5 ．8℃。 铁液 中， t 平 衡 与 C 、 S i 含量有关 随着 C含量 的增加或 s i 含量的减少 ， t 平 衡 下降。 在通常灰铸铁和球墨铸铁铁 液成分下 t 平 衡 约在 1 4 2 5 oC ～ 1 4 0 0℃，对低温用铁 素体球墨铸铁铁液则约在 1 3 8 0 o C 左右。 高于平衡温 度 ， 反应产物 C O造成熔池“ 沸腾” 。生产中为了保证 足够的沸腾力度， 一般取 t 平 衡 5 0 o C ， 称为沸腾温度 t 沸 腾 。 此时铁液的沸腾， 有利于温度和成分的进一 步均匀， 能驱除气体， 降低铁液中的溶氧量 ， 排除夹 杂物等。 当铁液温度进一步提高， 超过了所谓临界温度 t 临 界 时 ，铁液中的石墨化核心数明显减少 ， 铁液 白口倾 向增大 ，铸件或试样 中石墨形态发生变异 ， 产生过冷石墨甚至出现 自由渗碳体。 不同资料所提供 的 t 临 界 的数据不甚一致 ，一般为 1 4 5 5 o C ～ 1 5 1 0℃。 t 临 界 与炉料状况及铁液成分有关 ，如生铁的牌号高 则 t 临 界 高 ， 生铁配 比少废钢用量多则 ￡ l临 界 低 ； 铁液 的 C 、 S i 含量低则 临界低等。 此外， t 临 界 还与增碳剂的 使用有关。 显然， 熔炼后期铁液的过热温度 过 热 取多少， 关系到铁液的冶金质量。从铁液 自沸腾。 净化铁液 考虑， 过热温度应该在 t 沸 腾 以上。这一温度亦正好 与酸性炉衬的方石英化温度相一致[ 2 ] ， 对提高炉衬 烧结层的耐火度和体积稳定性是有益的。因此 ， 过 热温度至少要超过 1 4 7 0℃。最终过热温度则视铸 铁材质、铸件，以及炉料等情况的不同， 一般为 1 5 1 0 1 2 1 5 5 0 o C 。亦有少数企业[ ， 把过热温度调低 至 1 4 8 0 o C 左右 ． 以减少过热过程 中晶核 的损失。 经 1 5 1 0 oC ～ 1 5 5 0 o C 过热的铁液。 淡化了炉料 的不良遗传性影响。 虽然， 过热铁液的过冷倾向大， 但只要作好孕育处理，孕育效果会发挥得更好， 有 利于铸铁中石墨及基体的细化。但过热温度不能过 高 。 过热停留时间不能长。否则 ， 会加重炉衬的侵蚀 和铁液中 S i O 的丧失； 铁液降 C增 s i ， 会增加化学 成分波动 的不确定性 铁液在 高温裸露下 ， 溶氧量 有 回升的可能。 2 3 辅料的使用 在感应炉炼 的不同时期 ， 需加人各种辅料 。 1 增碳。 废钢配比多， 铸铁增碳量大时， 大部分 增碳剂应在装料 时加于轻薄料之上 ， 上面再压其他 炉料。这样， 既防止了增碳剂的漂浮， 又加强了铁液 的助熔作用 。后期于镜面加入细粒增碳剂补碳 ． 此 时应调低电频率。 加大电磁搅拌作用。 2 造渣。笔者习惯于在熔化前期 ， 通过炉料 间 的空挡加入渣剂 一般 的珍珠岩类清渣剂 ， 以便及 时在熔池上形成熔渣层 ， 防止氧化吸气。熔炼后期 ， 可补充清渣剂 ， 根据渣量和渣况 ， 换 1 2 次渣。熔炼 末期 ， 炉温高 ， 用一般 的商品清渣 剂 ， 熔渣稀 ， 聚渣 效果不好 ， 熔渣成壳性差 ， 难 以挑起渣壳。此时， 应 通过复配， 调高清渣剂的融熔温度 。 3 增硫。 感应炉铁液的硫含量低 ， 用于灰铸铁， 孕育效果差， 而且在低硫铁液中新生的石墨晶核很 容易重新溶解消失。灰铸铁合适的硫含量为 0 ．0 7 ％ ～ 0 ． 1 0 ％。增硫作业可在炉内或炉外进行。 4 预处理。感应炉铁液的 自发形核能力差 ， 白 口 倾向大。可通过预处理加以克服。常用的预处理 剂有晶型石墨、 S i C、 I n o c u l i n 3 9 0和 P r e s e e d T M等。 5 其他。废钢中的含氮量较多， 当炉料中废钢 配比大时， 铁液中溶氮量较多， 经过短期“ 自沸腾” 可以降低氮的含量， 如若氮含量仍偏多， 应以 F e T i 固氮 ， 即令溶解氮转化为 T i N 。 固氮工作可以炉内或 炉外进行。生产实践发现 ， 在熔炼后期 ， 向熔池投入 少量的铸铁切屑 无油污及切屑液 ， 有促进孕育 的 作用。 本 节中关 于增碳剂 、 清渣剂 、 增 硫剂和预处理 等 ， 可查阅资料 [ 4 ] 。 必须指出 ． 本文的 目的在于提请读者重视感应 炉的冶金功能 ， 使每一操作都能发挥有利的冶金作 用 。 而限制或削弱不利面。本文所列举的一些做法 ， 仅供参考 。 参考文献 『 1 ] 虞觉奇， 易文质， 陈邦迪， 等二 元合金状态图集[ M] ． 上海 上海 科学技术出版社 ， 1 9 8 7 ． 『 2 ] 吴德海、 钱立、 胡家聪．灰铸铁、 球墨铸铁及其熔炼[ M] ．北京 中 国水利水电出版社 ． 2 0 0 6 ． 『 3 1 杨顺来． 电炉熔炼 D型石墨分析与解决[ c ] ， ， 第二届中国环海 经济区铸造论坛文集． 沈阳 沈阳市铸造协会， 2 0 1 0 ． f 4 ] 钱立．铸铁熔炼材料选用及其对铸铁件质量的影响[ c ] ， ／ 铸铁 熔炼及铁液处理技术论文集． 扬州 现代铸铁编辑部， 2 0 1 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m