感应电炉熔炼铸铁的几个热点问题

溶炼技术

感应电炉熔炼铸铁的几个热点问题

钱

立

！，王

峰

$

(1.河北工业大学，天津300021/2.—汽铸造有限公司无锡分公司，江苏无锡214174)

摘要:介绍了感应电炉熔炼铸铁的优势，对合成铸铁生产、铁液化学成分的控制、感应电炉的节能等3个热点问题进行

了分析，指出：（1)合成铸铁生产须重视废钢的选择、增碳剂的选择与使用、溶*的运用与限制、增0与增S、终点温度的 控制；（2)有关铁液化学成分的控制，建议配置多功能热分析 ，熔后期谨防气体含回

增加，

炉出铁，

应电炉装备的选择、熔炼操作以及计划调度， 料至1 500 #铁液的熔炼时间可为35~54 min/炉。

关键词:感应电炉;熔炼;铸铁；成铸铁中图分类号:TG250

文献标识码:A

文章编号：1003-8345(2018)02-0059-06

，使用

熔炼，重视人的

，配， ，造

；（3)应电炉熔炼的节能

580~540 kWh/t;连续熔炼，冷

问题后，应电炉能

D0I:10.3969/j.issn.1003-8345.2018.02.010

Several Hot Topics about Electrical Induction Furnace Melting Cast Irons

QIAN Li1, WANG Feng2

(1.Hebei University of Technology，Tianjin

300021，China;2.Wuxi Branch，FAW Foundry Co.,Ltd.，Wuxi

214174，China)

Abstract:The advantages of using electrical induction furnace to melt cast irons were introduced. Three hot topics was

analyzed including synthetic cast irons production，chemical composition control of iron melt and energy saving of electrical induction furnace，and followings were pointed out: (1)For the synthetic cast irons production，it should be paid attention to: choice of steel scraps，choice and usage of carburant，usage and limitation of dissolved nitrogen，increasing oxygen and increasing sulphur，control of end temperature. (2)About the chemical composition control of the iron melt，it was suggested:equipping with multifunctional thermal analyzer and direct reading spectrometer， using clean materials， accurately prepare charge mixtures， rationally charging， timely slagging， be cautious of gas content rise again and burning loss increase at the later stage of melting， timely tapping，fast melting，it should be paid attention to the personnel training. (3 )For the energy saving of the induction furnace melting， it necessary to pay attention tocthe choice of the induction furnace equipments， melting operations as well as the planning and management， after appropriately treating above problems， the energy consumption of the induction furnace could be reduced to 580.540 kWh/t，the continuous melting time by using cold charges to obtain iron melt with temperature of 1 500 # could be 35~54 min/heat.

Key words: electrical induction furnace; melting; cast iron; synthetic cast irons

应电炉熔炼铸铁的 化性炉气；

，铁液

捷。

应热能

优势在于:一是无 控

，

的

熔炼

的热

，现有的以

炉

天炉的 炉

，温度和化学成分节便的原因，感应电炉已成为铸铁

300 t/h。

合成铸铁生产、铁液化学成分的控制、

感应电炉的节能等3个热点问题， 供参考。

’

收稿日期：2017-11-18 修定日期：2018-03-26

1合成铸铁生产

不用生铁，大量使用废钢，用增碳剂增C生

作者简介:钱立（1936-)，男，江苏无锡人，1958年毕业于清华大学铸造专业，教授，主要从事铸铁及功能辅料的研究及教学工作。

2018 / 2现代铸铁| 5\"

熔炼技术

产合成铸铁，有下列优势/

(11免除了生铁中粗大石墨和有害元素的不 良遗传性；

(2) 废钢杂质少，使合成铸铁更洁净；(3) (4) (5)

石墨变得短粗，端部有所钝化，珠光体更细密；件的缩松倾向；

敏感性低，切削加工性好。

，合成铸铁的力性能，铸

少。 索氏体组织的

。与传

号有所 低。

，

废 5

量不 ，不

了 优势和 端铸铁件 铸铁件 ，部分使

，废 废

工

下，

的

铸 生铁

成铸铁 ，生产

下，密 的。元素有 20

，

素废钢，最

，

。2017 :

有细小

的A型分布石墨-成铸铁生产 10HBW，

号铸铁， ，布氏

镑蚀、潮湿。

铸铁的属炉料中，除废钢和回炉料

外，有时加有切屑。切屑加人量<20%，切屑不 免带有油脂和切削液，如不处理，铸件有生气 1.2增碳剂的选择与使用

见的

剂有晶型石墨(又称微晶石墨）、

石墨电极碎(简称电极碎)、高温(1 200~1 300 #)

晶型石墨和电极碎的形核能力强，被广泛。它们的加人法，建议:装料期先加一轻 薄废和少量回炉料，再加晶型石墨电极碎。 这样能较快形低熔池，有利 收。后，感电炉， 渣后将剩余的

剂加铁液镜面。5 =

剂的吸 下的

属炉料陆续添加。熔炼后期，在扒 剂粒取1~7mm(后期加，取低

晶型石墨低 剂 C，收得。笔者注意到，在众工所的

的 。

，煅烧石油焦的吸收较，

。 低生 ， cSiC 熔

O和

剂的，装料期使晶系的（2 830#)，

。表2分(T/CFA

!B(%)!B(%)

S<150290<500<500<4 000

N10330<100<100<1003003500

高温锻烧石油焦注:S、N含量 ppm

。

>98

<1.0

<0.5

<0.5

<200

铁液中有一定量的溶解N，使灰铸铁中 孔、缩松的风险。铁液！(P)量低，减少了低CE件或薄壁

铁液受孕能力强，石墨细小，铸件的壁厚 煅烧石油焦和SiC。

生产的铸铁，强度

值），不得有<0.2 mm的细粉。晶型石墨的收得率 90%~95%，电极碎的收得 5;。有的工厂，包

，晶型石墨

供

中，仅

有晶体 。 建议 分 晶体 和性 与晶型石墨 分见1。一工 部分煅烧石油焦。工 a-SiC，C

SiC的晶体 Si

人

低1 200~1 500元。 低(50%~60%)，且不定，量免这样。

，

优势。工

铸铁 。

净 下 ，

性能 生铁。

中， 定出它的

铸铁生 ，

1.1废钢的选择

的 号 。 好

免

元素的

形核能力较弱，S、N较

材，并打包块使。

废中混人的杂物，如易拉罐(含A1)、搪瓷

S)

捡出，镀Zn

(含B)、易切削（含Pb

生铁

在铁液中不熔 具有 C Si

溶解，并分解 C和Si。SiC

石墨的

废（产生ZnO黄色烟尘)不使用。

，废易生锈，所选废钢不得

表1

Tab.1

名称

1

晶型石墨

23

电极碎

S

c

列出了铸熔炼SiC的牌号和

某些增碳剂的化学成分

Chemical composition of some carburant

分<0.10.29<0.4<0.5

分<0.10.22<0.5<0.15

分00.35-<0.15

>99.5>99>98.5>98.5

6〇 |现代铸铁2018 / 2

熔炼技术

表2

铸造熔炼用SiC的牌号和化学成分

Tab.2 Grades and chemical composition of SiC used for cast melting

SiC

SiC90SiC95

88.0-92.0>92.0-97.0

游离c!4.5!2.5

游离 Si!4.5!2.5

Si02!1.0!1.0

AI203!0.5!0.5

水分!0.5!0.5

其它(FeA、Ca0、Mg0)

!1.0!1.0

注:粒度为0.2~5.0 mm.

020205010140-2-2016)。

在合成铸铁生产中，SiC —般不用来增c，而 是用作预处理剂。SiC的熔点高，溶解扩散逐渐 进行，其作用时效相当长，SiC中的Si〇2对于石墨 异质形核相当有益。SiC轻，密度为3.2~3.3 g/cm3, 所以随炉料一起加，镜面加人不好。加人量0.3% ~0.65,粒度0.2~5.0 mm。预处理后，促进石墨细 化的效果稳定，用于球墨铸铁，还可减少球化剂 加人量。

1.3溶N的运用与限制

溶6有微合金化作用:增加珠光体量并细化 片

6

于石墨面，

其生长，溶的N 石墨

并增加 倾向。高牌号灰铸铁可将溶6量提高120 ppm\" 铸

80 ppm)，

Ti、Zr、Al N 。 i.

溶N量

，铸中产生 62孔。N 来

。

的！(6)量生铁高，电弧炉

高于炉

。Cr、Mn提高6在

中的溶度，

人高 CrMn6不

高Cr 铸

。

6来自增剂。不同增剂的溶6量

。石墨增剂的少，而高

石 的高

（

2)。

增剂为高

石 ， 应选用溶6量<200 ppm的品种。SiC的溶6量 石墨 增 剂的 少， 用

有

。用H60

，可 6量。当铁液

中 有 Ti Zr Al 6

时，

的 为溶6

量。

1.4增0与增S

0 S 是石墨异质形核的 2 ， S

可

铸铁的

加

。

炉铁液的0、S含量低，一般！(0)<15

ppm，！ ( S) <400 ppm。 需通过增0、增已使！…) 量在 300 ppm

铸*!(S)量在 0.07%~

0.105。对于球墨铸铁，！(S)量

<0.025,以便

球化剂

减少化物夹渣，！(S)量不

，

，当！(S)<0.008%时，球化后

孕育效果不，易出现渗体。

增0的办法，大多在炉料中加20%~30%切 屑，可在熔炼后期加结铁或海绵铁。

增S剂常为FeS。FeS密度为4.84g/cm3, 熔点为1193$，容易进人铁。商增S剂中 常加有一些非增S而增重的质，化学成中除 S、Fe夕卜，还含有Ca、Si、Mn、P、C等，堆比重4.9。 增S剂于装料期加，S的回收率60%~70%。少量 增S，可包内冲人，S的回收率50%~65%。

球墨铸铁脱S，可用冲人法脱S或气动脱S。 冲人法用饶包>1 t，采用带粒的熔点复合 脱S剂，粒度<2 mm，脱S率为50%~60%。此时 脱S

为相，易与铁

离，兼起渣洗铁的

作用。气动脱S包的包底有 塞，以队为载气，

用复合脱S剂脱S率为70%~90%。

1.5终点温度的掌握

铁

有一定的

度，以保证铁的

满足炉前处理浇注的。终点度与铸铁 材料牌号，C、Si量，铸件质量、尺寸度， 配及增剂有关G1H，一般取1 490~1 550 $。 终点度不 高，否由于2[C]+(Si02)=[Si]+

2C0反

，大量氧化被C 原，铁中可起核

心作用的Si02减少，白口倾向增加。

高停留一般为5~8 min。停留长，裸露铁 受空气湿气影响，H、0、6量将回升。果 第3班铁

保

，保

度

于1 330 $[2]。

检查化学成

度炉前试样合格，迅速

捞尽残，及时倾炉出铁。果

几出铁， 生

：每出一铁， 向炉内加牌的回炉料 ，

铁前，把炉温

升

定的温度。有的厂，剩下5%~10%

铁留给下炉用。这样做，其反而降低炉子 生产率，吨

。

2〇18 / 2现代铸铁| 61

Melting Technique

2铁液化学成分的控制

铁液化学成分的准确性和稳定性是衡量熔

炼工艺水平的标尺。关于C、Si的精度，工业国家 通常要求 AC<±0.05%，ASi<±0.1%，ACE<±0.1%。 如何控制好铁液化学成分，笔者提出几点建议。 2.1配置多功能热分析仪和直读光谱仪

配置多功能热分析仪和直读光谱仪，掌握铁 液化学成分和凝固信息，及时进行化学成分调节。

多功能热分析仪能测定C、Si含量，指示炉 料补加量，还能 化量和 量作出

。

的还

学性能，测

和缩松倾

向等。直读光谱仪的通不 于18 。能快测铸铁的常规成分、 成分和量

；

检测

等料的成分。直读光谱仪的标准

和热分析仪要定

。

的

，配置HNO分析仪。炉台 设置 ，显示铁液

、化学成分和出铁重

量， ，

，

。

2.2使用净料

炉料要 ，不 、 、

和切削液等。

， 多，成分 。专炉炉 功

能，炉料

分要。

2.3准确配料

，准确进行配料。

2.4金属炉料的合理投料

料

炉

成 熔池。：

炉

，

炉料和

， 炉

料先熔成熔， 浸人其，因表面渗而 降低熔点，加 的熔化。 的熔人，避免了熔因过热而侵炉，出现“大象脚”，也避

免了因过热而产生 过 和气量上升。 必须指出，当 于700 %以

，

表面氧

化要加速。若 能尽早熔人熔池，无疑减

氧化。

随着炉料的逐渐熔解，前一批料未熔尽前，应 投人续料。

如 屑，勿要在装料期加，否则切屑比表面 ，

必加 。

2.5适时造渣

装料要适当加些造渣剂（清渣剂，熔融温

62 |现代铸铁2〇1\" / $

度1 100~1 300 %)，使熔池及时处于熔渣保护下。 炉料熔清，扒

，投造剂造新渣，覆盖护。2.6熔炼后期，谨防气体含量回升、烧损增加

为此，须 ：

(1) 不投潮湿料，不得使用潮湿工具；

(2) 电磁搅拌，自沸腾，吹Ar业，不要过于

激烈；

(3) 补加的增剂，要用石墨型增碳剂或N、S低的 煅烧石 ；

(4) Si和S

C 用，降低C在铁液的解，而化 成

Mn

于C的吸。因， Mn-C-Si(S)的节

；

(5) 过热

不得过高，过热停留时不得

过

。

2.7及时倾炉出铁

铁液化学成分，

和炉前样合格，停

电扒，及时倾炉出铁，好一次出清。2.8快速熔炼

熔炼既节约电能，提高生产，又可降

低

：1;。

熔炼的具

3(

炉的

节能)。

2.9有条件的工厂采用自动浇注机

用自

，不 节约 、提

和量准确性，还能 铸型的不 ，制

和

随

的量，分

于

铸化学成分和 的准确性和稳性。

2.10重视人的因素

要面提铁液化学成分的准确性和稳 性，人的因

常要。加 ，

制

，严格行合

的

，

好 和

，

量分析

等。

3感应电炉的节能

熔化 是铸造厂节能的重点。

能

，石化能比大(2016 为62%)，作为

能 的

炉，更有节能和

的。

3.1感应电炉装备选择

( 1) 用

具

的输出

，

成 ，

能

低，

适性好。在熔炼过

自

溶炼技术

频以适应炉料参数的变化，恒功率运行，全程以 最大功率供电。抗干扰，谐波含量很少。在任何工 况条件下，功率因素％〇'!>0.95(供电部门规定， cos!<0.9要处罚，cos! Y要奖励）。

(2) —拖 2

所谓一拖2,即一套电源同时向2个炉体供 电，功率在2个炉体间任意分配。整个熔炼过程 恒功率运行，功率利用率几乎可达100%，熔化速 度可快8%。

(3) 提高功率密度功率密度 功率，即

的功率(单

k0/t)。功率密度大，电率高，熔化，

率高。

计，国内0.5 t以下炉子，功

率密度约在1 000 kW/t;l~2 t炉子在750~800 kW/t;5~10 t 炉子在 600~700 kW/t;20 t 炉子约 在500 kW/t。10 t以下的炉子，功率密度与国外 相当。20 t以的炉子， 可的

，功率密度

。国

，大

炉子的功率密度可达600 kW/t。量 ， 应 。 大功率炉子的 应

所的电 大，变的可

大。因

，国

提

，

应

，炉熔炼时间不

宜少于40~45 minQ熔炼时间，意 功率

大，应圈受电 大，所以要规定熔炼时间的

下 )。

大容量高功率炉， 配熔炼 ，对

熔炼过程行时

，现

时排除，以运行的可 。

( 4)国 2011 ，规定0.25 t以 应电炉 的A1炉。

，磁场外散

少，

，

。

的大炉，

配有

。( 5) 用 的

要 用

的

， 的电 电

，电 少。

(6) :炉

，并尽量减少开次数带作业与敞口作业相比，面热损耗功率 可降低50%~60%。

(7) 闭式循环电炉运行的

，约70%来自冷却水系统，

特别是 偏硬的地方。电源主要

（可控

Melting Technique

溶炼技术

硅，电等）电炉炉体（应

）应分别采

用闭式循环，使用软化水或纯水。

(8) 炉选择

车间设计时，尽量用较大量的炉子。经 测算，5 t炉 2 t炉的

电可减少3%~4%。

(9) 震动加料车加料

用震动加料车加料，可减少人工，保证加

料顺序，缩加料时间。

(10) 合配天车

熔炼工部天车配要合理，避免因等天车而 造成窝工。3.2熔炼操作

(1) 使用净料

要做到净料人炉，禁止锈蚀料含坭、含砂 料人炉。否 但污染

，还增加熔渣，延

长熔炼时间。炉渣所吸收的热量是等重的7~

10倍之多。

(2) 准配料

掌握清楚炉料的化学成分烧损规律，行 配料，免因化学成分偏离 的整工作，

延长了熔炼时间。

(3) 配多功 分

配 多功 分

， 时行化学成分 整。

( 4)炉

作要 快

用 ， 快 作。 尽量缩

料、熔化、扒渣、取样、检测

炉时间。(5)制终点

避免终点度过高，否

但多耗电，还

增加了降时间。炉内停电降

。3〖炉在无的况下，每分

度

过3 %。

( 6) 要 尽加料。 否 ， 应电

分利用，

熔化 率。

15% ，

多

耗电 8~12 kWh。

( 7) 选用 炉

料

选用 炉

料， 炉， 烧 。 使用

现炉

，要

时

。铸

铸多用

炉

，少数用 炉衬，炉龄应在300~400炉之上，才属正常。

在证炉龄的提下，炉 过

。过

，

会降电效率和感应的人功率，降

2018 / 2现代铸铁| 6\"

Melting Technique

溶炼技术

而且由于不易形成良好的初期结层，而加 快初期熔蚀。表3列有坩埚壁厚的推荐值&\\3.3计划调度

(1) 造型的现象；

(2) 作业制上，量 采 580-540 kWh/t;

熔

上种措施后，感应电炉

熔炼，冷料至 1 500 $

i

的 生产

(3)熔

， 等面

从 解决。铸

配置、熔炼工艺和的点，

生产调度上，要避免感应电炉被迫等待 熔 作和生产调得当，感应炉吨液能

耗可降至580-540 kWh之内。

参考文献

[1] 钱立.进一步发挥感应电炉熔炼优势，提升铁液质量[J].铸造， 2013,（04):353-354.

[2] 袁礼东，韩振中，蒋智慧，等.浅谈冲天炉一感应电炉双联熔炼

的熔炼时间可为35~54 min/炉。

4结束语

(1)合成铸的生产成本低，力学性能高，铸

要点[J].现代铸铁，2010，（03): 62.

[3] 吴德海，钱立，胡家骢，等.灰铸铁球墨铸铁及其熔炼[M].北京: 中国水利水电出版社，2006:341.

造缺陷少，生产高端铸铁件的主要途径。

(2

成的准确性和稳定性是人们

表3

(编辑 & 王峰，E-mail & xdzt_wN@wxfawfc.com)

坩埚壁厚与炉子容量的关系

Tab.3 Relationship between wall thickness of crucible and furnace capacity

炉

量/t

<0.5(0.28-0.21)\"

径。

0.5-1.0(0.21-0.20)\"

1-5(0.20-0.14 \"

5-10(0.14-0.13 \"

10-30(0.13-0.11 \"

坩埚厚/mm注为坩埚

(上接第58页）

要 在

的

件

表面质量

水 等

得

制，的铸件

向是一致的。加人量由少向多变化时，基本表现 为由气坑、针眼、渗冒水缺陷逐渐减少，铸件表面 质量逐渐提高，待越过最佳生产状态点后，铸件 外观会逐渐变得粗糙。

(5)要防止与发气量有关的缺陷(如针眼、气 坑、渗冒水等），除控制涂料本身的发气量外，还 要关注涂料的配制[4]。从试验过程来看，在满足喷 涂雾化要 量

一

，

表面质量的提下，

的加人

少针眼、气渗冒水缺陷的

参考文献

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[4] 庞铭李，靳玉春，侯华，等.离心铸造灰铸铁管涂料的研制[J].特 种铸造及有色合金，2012，（ 02): 63-65.

发生，但同时铸件的表面会逐渐变得粗糙。

5结论

(1) 采用同一种

，不同配配制的涂

不同。的2

不同时，

会不同，最会

同配

要指配的

[5] 田永维，李飞，周茜.离心铸造气缸套的质量问题及解决措施 [J].现代铸铁，2017，（05): 61-63.

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料性不同，铸件质量的

(2) 1水 标，水 涂料性 产

铸件表面的质 的涂料配。

的制外，还

量表现，如针气坑、表面粗糙、渗等，实际生

过试配 (3) !(Si〇2)量

量等

铸造生产过程，除

(编辑：吕（（，E-mail & xdzt_lss@126.com)

64 I现代铸铁2018 / 2