中频感应电炉熔炼关键控制点浅析

2014-12-31夏文国杨绍同李国钧

中国科技信息 2014年21期

关键词：炉衬铁液炉料

夏文国杨涛杨绍同李国钧

昆明云内动力股份有限公司

目前国内铸铁熔炼设备逐步由冲天炉转变为中频感应电炉，本文针对中频电炉熔炼的过程控制，如炉衬检验、维修、炉料控制、加、配料控制、熔炼控制、铁液质量控制等方面，提出一些经验总结和看法，与同行分享、讨论。

中频感应电炉熔炼铸铁与冲天炉相比，具有铁液含硫低、化学成分控制精度高、环境污染少、工作环境好、劳动强度低等优势，因此目前国内铸造铁液熔炼逐步由冲天炉熔炼转变为中频电炉熔炼。本文是笔者对中频感应电炉熔炼过程控制的一些经验总结和看法。

中频感应电炉炉衬检查、日常修理

中频感应电炉每次熔炼结束炉衬冷却后，必须对炉衬材料进行仔细的检查，并把测量出的炉衬材料厚度记录好，重点修理出铁口和炉衬材料的结合部位。

炉料准备

炉料主要有以下三方面的要求：块度、清洁度、炉料安全性。炉料的块度会影响熔化的效率。炉料应在炉膛直径的1/4～1/5 之间比较理想，若炉料过大，炉膛内的间隙就大，熔化效率降低，还会增加搭棚的危险，导致炉衬材料过烧。

加、配料

配料时要考虑炉料的种类、形状、尺寸、成分、加入量及对铁液材质的要求，进行综合考虑。

（1）首先，根据炉料特性确定配料。（2）加料顺序：先加入低熔点材料，同熔点的材料应先加入块度小的。电炉加料时要在炉底垫铁屑，再加入增碳剂，再加入生铁压住增碳剂，生铁上面加废钢或回炉料。（3）中频感应电炉的加料操作：电炉一旦开始加功率熔化，就不要随意停止，加料时要遵循“尽量多次加料，每次加料尽量少”的原则。

熔炼控制

电炉冷炉启动

中频感应电炉的耐火炉衬需要热量来产生膨胀，以便封闭冷却过程中产生的裂纹，因为金属熔化前所有炉衬材料上的裂纹必须封闭以避免液态金属渗漏。很好地封闭炉衬裂纹需要的时间因炉子大小的不同而不同。中频感应电炉每次非连续使用的冷炉启动必须符合以下规定：

（1）用冷料填满炉子，炉料应干净并密实地填充；（2）用低功率慢慢升温，升温速度应控制在165℃/h；（3）升温到1050-1100℃时开始保温2h；（4）在上述过程中不允许产生液态金属；（5）保温结束后，可以进入正常熔化状态。

正常熔炼操作

刚开始熔化时用较低功率。当电流波动较小后，用最大功率熔清炉料。随着炉料熔化，应及时加入未加装完的炉料，扒渣温度应控制在1520℃～1530℃之间。扒渣完成后关闭功率静置10min 后，取样分析并调整化学成分。

增碳剂控制

使用增碳剂增碳是中频电炉熔炼的特点。增碳剂的使用方法和用量直接影响铁液的质量。增碳剂的使用一定要控制好，这样才能确保感应电炉熔炼的铁液质量。

（1）增碳剂的选择及其性能指标：增碳剂质量对铁液质量的好坏有很大影响，决定了能否获得好的石墨化效果。感应电炉熔炼对增碳剂的要求是，固定碳含量越高越好，灰分、挥发分及硫等有害杂质含量越低越好。

（2）增碳剂的使用方法：增碳剂的使用方法很多。对于5T 以上的电炉，一般使用炉内投入法和分散加入法。炉内投入法是在把增碳剂按配比或碳当量要求随炉料加入电炉中下部位。分散加入法是根据含碳量的要求，按配料比将增碳剂与金属炉料随各批料一同加入电炉中下部位，一层金属炉料一层增碳剂。

中频感应电炉熔化的温度控制

相对冲天炉来讲，感应电炉熔炼的温度控制有方便、快速的优点，可以随时测量，随时调整。但要使感应电炉高效、安全、节能的熔炼出优质铁液，必须精确、合理的控制感应电炉中铁液的温度，特别在以下几个环节：

（1）炉衬烧结过程中的温度控制：炉衬烧结时，温度要严格按耐火材料厂家提供的烧结曲线进行控制，特别是在1000℃的保温阶段，既要保持铁料处于发红状态，又不能使铁料熔化。炉衬高温阶段（1570℃）的保温也很关键。（2）电炉熔炼时尽量采用满功率熔化，既节能又高效，炉料熔清以后一定要严密、准确的监控温度。因为炉料熔清后表面有一层渣，渣的温度一般很低，测量铁液温度时测温枪插入深度一定要穿过渣的厚度。扒渣温度控制在1520℃～1550℃之间。（3）保温过程中的温度控制：应尽量避免铁液的保温，比较理想的方法是快速熔炼、快速浇注。（4）电炉出铁液时的温度控制：由于电炉出铁口和浇包之间总是有一定的距离，电炉内的铁液倒入浇包的过程总会有温度下降，特别是带后倾扒渣的电炉，这个问题更突出。电炉出铁液时速度要尽量快，以尽量铁液的温度降，满足工艺要求的浇注温度，减少能源浪费。

中频感应电炉熔炼的铁液质量控制

铁液成分的变化

（1）碳、硅：中频感应电炉熔炼铸铁一般采用酸性炉衬。当铁液温度超过C-Si-O 系的平衡临界温度时，炉衬中的SiO2将被铁液中的碳还原使铁液脱碳增硅，从而使碳当量减少，炉衬侵蚀加剧。（2）锰：在酸性炉衬中，锰有一定的烧损。我公司10 t电炉的锰烧损约4%～5%左右。C、P、S 含量变化比较小，对灰铸铁影响不大。

铁液质量特点和采取的措施

感应电炉熔炼铸铁虽然有调整成分和温度方便、快速的优点，但也有一些感应电炉特有的铸造性能缺陷，我公司10t 感应电炉在调试阶段也遇到了相同的情况。

（1）D 型和E 型石墨组织的出现：铁液过热时，并且在较高温度保持较长的时间，在的得到的铸铁组织中，D 型或者E 型石墨与铁素体的比例增加是如图1 所示。

（2）白口的倾向增大：德国人Gopat V.Panchathan V 在1978年曾经做过冲天炉、回转炉、电炉熔炼的铁液性能对比试验，发现冲天炉熔炼的铁液铸件相对强度高。而电炉熔炼铁液的相对强度低。回转炉居中。冲天炉熔炼的过程中，结晶过冷度比较小，白口不易产生，结晶的晶粒较细化，但是电熔炉炼铁过程中，结晶过冷度的增大，会使铸件的表面白口倾向增加，易于产生过冷石墨，所得铸铁的强度和硬度较高。在10 吨酸性中频感应电炉上进行试验，其结论是：熔炼过程中，铁液的温度升高和铁液的保温时间延长时，体液中共晶团数会下降，且白口的深度也随之增加直至饱和。白口深度的饱和水平随着C、Si等促进石墨元素的增加而降低，随着Cr 和Mo 等碳化物元素的增加而会同时上升。根据试验数据整理所得的图2反映出了上述关系。

（3）硬度、抗拉强度的变化：综上所述，当基体组织析出铁素体的时候，D 型、E 型石墨将会出现，铁液保温时间增加时，其强度和硬度都会有所降低。

（4）克服上述铸造缺陷的主要方法是进行合理的作业和严格执行熔化工艺和炉前控制，在10t 中频感应电炉的工艺调试中总结出了以下几种措施：①确保浇注温度的情况下降低感应电炉内的铁液温度。②尽量避免高温储存铁液或保温铁液。③采取残留液熔化法。④熔化后期加入生铁。⑤炉前控制对铁液进行严格的孕育处理。⑥炉前控制严格控制每包铁液的浇注时间。⑦严格监控浇注机的随流孕育，孕育量控制在0.05%～0.1%之间。