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无芯感应电炉熔炼灰铸铁的几个问题

来源:中国铸造协会 李传栻 2016-06-30 浏览
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无芯感应电炉熔炼铸铁,从上世纪30年代采用电动机驱动的变频电源开始,随后用50/60 Hz的工频电源,后来又进而发展到采用变频中频电源。

上世纪60年代后期,晶闸管静态变频电源的应用,导致铸铁行业中采用无芯感应电炉作为熔炼设备的企业逐渐增多,尤其是70年代逆变电源的开发,中频无心感应电炉的电源有了重大的改进,频率转变效率可提高到97%~98%,熔化铸铁时热效率可达到70%,同时,电炉设备和所用的耐火材料也在不断发展,因而其应用日益广泛。

对于不适于采用长炉龄大型冲天炉的中、小型铸造厂,用无心感应电炉熔炼有很多优点,主要如:

l 熔炼时排出的废气、烟尘和炉渣大幅度减少,便于治理环境和改善作业条件;

l 可利用廉价的金属炉料,尤其是便于循环回用加工的切屑和边角余料;

l 生产安排的灵活性较好;

l 铸铁的化学成分和温度比较均匀且易于控制。

但是,感应电炉熔炼的冶金过程与冲天炉有很大的的差别,如果不能切实了解其冶金特点,从而正确安排熔炼和各项后处理作业,则生产铸铁件时,往往会出现显微组织不符合要求、铸件的加工性能恶化等各种问题,不能确保铸件的质量要求。

一、感应电炉与冲天炉熔炼过程中的不同之处

冲天炉是以焦炭为燃料的竖炉,无芯感应电炉则是以电感应加热的坩埚炉,熔炼过程当然会有很大的的差别,即使熔炼得到的铁液化学成分相近,其在凝固过程中发生共晶转变的条件却有很大的差异,因而,铸件的微观组织和某些性能也会有颇大的差异。

这两种熔炼设备,不同之处主要有以下几点。

1、冲天炉内有高温的过热区

冲天炉熔炼过程中,在底焦层内氧化带和还原带之间,有一高温过热区,温度一般都在1700℃左右,高温运行的冲天炉还会更高一些。

感应电炉熔炼时,炉内不存在这样的过热区。

2、铁液中的硫含量

冲天炉熔炼时,炉料中生铁锭所占的配比较高,生铁锭的硫含量一般都高于废钢。而且,炉料在熔化区熔融后,以细小液滴状态下落的过程中,流经硫含量较高的焦炭,二者接触的界面面积大。液滴到达炉缸后,所有的铁液都积存于焦炭块之间的空隙中。因此,熔炼灰铸铁时,铁液中的硫含量较高,通常都在0.1%左右。

无芯感应电炉熔炼铸铁时,由于炉料中废钢多而生铁锭少,配料中硫含量本来就低,再加以熔炼过程中完全不与焦炭接触,没有自焦炭吸收硫的过程,如果不特意在配料中加硫,则熔炼得到的铁液中硫含量较低,一般都在0.04%以下。

3、铁液中的氧含量

冲天炉熔炼过程中,未熔的金属炉料、铁液与炉气接触的界面大、时间长,熔炼制得的铁液中氧含量较高,一般为0.004%~0.006%。

无芯感应电炉熔炼铸铁时,金属炉料与炉气接触的时间很短,熔融的铁液与炉气接触的界面很小,铁液中的氧含量相当低,一般为0.002%左右,甚至更低一些。

高炉熔炼的铸造生铁,氧含量比废钢高得多。少用或不用生铁,代之以废钢,也是感应电炉熔炼的铁液中氧含量较低的重要原因。

4、铁液中的氮含量

冲天炉熔炼过程中,虽然铁液与炉气接触的时间长,接触的界面大,但是,由于铸铁中的碳、硅含量较高,溶于铁液中的氮并不很多,含量一般为0.004%~0.007%。铸铁中含有少量的氮,铸件中不至于产生气孔,却有促成珠光体的作用,有助于改善铸铁的力学性能。

无芯感应电炉熔炼铸铁时,炉料中配用的废钢量较多。废钢中的碳、硅含量都低,氮含量比铸铁中的高得多,因此,感应电炉熔炼的铁液中氮含量要高一些。一般说来,炉料中废钢用量为15%时,铸铁中的氮含量约为0.003%~0.005%;废钢用量为50%时,氮含量可达0.008%~0.012%;炉料全部为废钢时,氮含量可高达0.014%以上。

如果铁液中氮含量在0.01%以上,铸件就易于因氮析出而产生气孔。因此,用感应电炉熔炼时,要注意防止因氮而致的气孔。

5、对铁液的搅拌作用

冲天炉熔炼过程中,炉料熔化后,只在液滴下落的短暂时间内有些扰动。铁液进入炉缸或前炉后,除内部有轻微的对流外,基本上没有搅拌作用。

感应电炉熔炼过程中,熔融的铁液内部自始至终都有感应电流的搅拌作用。

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