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如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度？
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廠家：如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度？ 日期：：2019-12-25 瀏覽次數： 178
中頻爐熔煉過程中，為了降低生產成本，從減少基體的割裂、優化爐料配比、優化操作工藝、化學成分控制及加強孕育處理人手，最終通過控制灰鐵基體組織、石墨長度，來控制灰鐵的抗拉強度。實踐表明，除了提高技術水平、穩定工藝、控制生產成本外．穩定車間操作質量顯得格外重要。
2012年8月，無錫一汽鑄造有限公司(簡稱“錫鑄”)完成了新工廠的整體搬遷工作，熔煉方式由老廠沖天爐一電爐雙聯熔煉轉變為中頻爐熔煉，如此轉變給熔煉工作提出了挑戰。中頻爐熔煉中。原鐵液中硫含量較低，即主要反球化(蠕化)元素含量低．因此，對處理蠕鐵、球鐵有明顯的優勢。但灰鐵則不同，原鐵液因不同加料工藝、不同配比等因素導致的不同鐵液特性，對抗拉強度有大的影響。對于灰鐵，經過低合金化后，其珠光體數量基本一致(≥95％)，若細化珠光體片間距則需增加更多細化奧氏體枝晶的合金元素Mo、Cr等，由此提高抗拉強度，但此法不僅增加生產成本，而且需承擔細化奧氏體枝晶后帶來的鑄件縮松后果，另需額外增加高強孕育成本，而細化石墨控制相對性能的提高更加有效且成本較低。本文針對中頻爐熔煉中，提高柴油機HT250、HT300缸蓋(六缸，四氣門、兩氣門)抗拉強度，談一些心得與體會，與同行交流。
中頻爐雖不如工頻爐攪拌能力強，但較多夾渣的原輔材料加人電爐后，附著爐壁(或侵蝕爐襯)及存在于鐵液中的低熔點夾渣概率依然較大，后續熔煉過程中需進行高頻率、高效的挑渣，如：多次高溫靜置，并及時進行挑渣，直至靜置后期電爐表面無新增浮渣，如此將大大增加了鐵液在電爐中的保持時間、勞動成本、勞動強度及能耗，同時降低生產效率；另，人工高頻率、高效挑渣對生產車間的操作質量提出了嚴峻的挑戰。為此，使用較多夾渣的原輔材料在很大程度上影響了鐵液的純凈度．輕則細小夾渣割裂鑄件基體，降低抗拉強度，重則直接導致鑄件夾渣、縮松缺陷而報廢.
常見原輔材料不純表現為：①廢鋼銹蝕、夾渣；②回爐料粘砂、銹蝕；③生鐵銹蝕；④硫化鐵夾渣。為此建議：①選用單一品種廢鋼，室內堆放、加工廢鋼；②回爐料處理、轉運進行防水(雨)處理，滾光(拋丸)徹底，杜絕回爐料有粘砂、粘渣；③生鐵轉運、堆放進行防水(雨)處理；④硫化鐵選用優質礦源材料經高純提煉至低品位的產品，減少熔煉增渣。
鑄件得到細小石墨，需建立在一定的相對高碳當量前提下，一般CE范圍為3．8％～3．9％，其主要控制思路為：鐵液中有足夠多的長效核心，且鐵液在凝固初期石墨生長速度緩慢，迫使石墨在凝固后期長大，細化石墨的同時減少鑄件縮松傾向(減少漏水率)。
生鐵、增碳劑均含碳，碳在熔煉過程中隨著溫度的升高、時間的延長，或擴散、分解或溶解，在出鐵處理前，原鐵液中碳的存在形式主要為細小的石墨顆粒及碳原子。細小的石墨顆粒可直接作為石墨析出的非均質形核核心，碳原子是石墨析出的溶質。即不做任何處理，原鐵液已初具石墨析出、長大的條件。從細化石墨的角度考慮。原鐵液中不希望出現過多的碳原子，這勢必減少石墨的核心數。由于碳原子在冷卻過程中更易形成能量更低的滲碳體，為此筆者將相同成分不同爐料配比的鐵液進行三角試塊白口比較，結果為：生鐵比例越高白口傾向越大：增碳劑比例越高，白口傾向越小，且隨時間延長白口數增長緩慢(增碳劑比例大于2．2％、一次升溫至1540℃，保溫20min，白口數基本不變)。由此可見。生鐵中的碳極易熔解成碳原子。白口傾向大；增碳劑擴散較為緩慢，可作為“長效孕育劑”；中頻電爐爐料配比中增加增碳劑比例可增加非均勻形核核心數，進而為細化石墨打下堅實基礎。因此，建議爐料配比為：生鐵％≤5％，廢鋼％≥60％．回爐料％≤35％，增碳劑％≥1．8％。
就細化石墨而言。中頻電爐熔煉控制的重中之重是控制增碳劑的核心作用，由于增碳劑擴散較為緩慢，針對增碳劑，熔煉中應堅持“前期促溶解，后期防過熱”的原則．即在加料前期隨廢鋼加入增碳劑。在廢鋼的低碳環境中促進增碳劑的擴散、吸收，成分調整結束后應及時出鐵及避免高溫保持時間過長，減少作為核心的增碳劑過熱成晶胚乃至碳原子的傾向。需特別注意的是：①前期加入高比例增碳劑時應至少分3批、均勻加入，避免增碳劑積聚爐壁造成爐襯侵蝕；②配料中應使C走上限或超過控制范圍0．05％，通過加廢鋼減低C至目標范圍，否則，因C低需加增碳劑時，為使增碳劑較好擴散、溶解。避免大尺寸增碳劑產生粗大石墨，需進行多次倒包及較高溫度保持，嚴重影響生產效率；③后期應嚴格控制出鐵溫度小于1530℃(小于l520℃最佳)。
中頻電爐熔煉原鐵液較沖天爐一電爐雙聯熔煉有以下差異：①沖天爐熔煉的鐵液中，氧含量為0．004％～0．006％．無芯感應電爐熔煉的鐵液氧含量在0．002％左右，有時還會更低些【；②后者，中頻電爐爐內熔化帶的溫度也在1700℃以上[”，爐料的不良遺傳性得以消除，同時沖天爐的冶金效果較強，鐵液較為純凈；電爐熔煉鐵液最高過熱溫度為1550℃，爐料的不良遺傳性很難消除。同時中頻電爐具有強烈的攪拌作用，中頻電爐爐渣極易附著在爐襯表面，即便通過高溫靜置，也難以完全使其快速上浮，純凈度較沖天爐熔煉差。關于鐵液中O、S、Mn、C成分的主要控制如下。
灰鐵中作為石墨核心的硫化物一氧化物的中心為氧化物(球鐵石墨核心構成剛好相反)，在較低0條件下硫化物夾渣缺陷增多。為此，當然可以選擇含氧化物的預處理劑進行鐵液增氧處理。但顯著增加成本；爐料少量銹蝕也能增氧，但風險較大，易失控；后期或可進行鐵屑壓塊(高氧含量)試驗，降低爐料成本的同時對鐵液進行增氧。
S、Mn元素均為反石墨化元素，Mn具有一定的合金化作用，但兩者易生成硫化錳，高氧條件下可作為石墨形核的基底，低氧環境下則易形成硫化錳夾渣。資料顯示，在現生產碳當量條件下，硫化錳析出的成分條件為：S=0．1％、Mn=0．6％，且兩者成反比關系，即硫量越高時，少量的錳即可生成硫化錳。從減少硫化錳夾渣的角度，應控制硫量小于0．1％．這樣允許存在的錳量高些。但實際操作則發現，若不能充分發揮S的作用，很難同時實現高性能、低漏水率。原因如下：實現高性能的關鍵是細化石墨，增加核心，但同時需實現低漏水率時，必須控制石墨的前期生成速度(前期的石墨析出膨脹對解決縮松無效)圓。因此，在不生成硫化錳的前提下，適當提高硫含量，除了能抑制無效石墨膨脹．還能顯著增加核心。
關于C控制，可結合增碳劑加入量進行優化設計，通過近500組數據對“拉伸強度．C”、“性能一增碳劑比例”進行線性回歸計算(如圖1、圖2)顯示，性能與C負相關很強．與增碳劑正相關很強，另就典型數據源進行歸納計算，可得出性能(y)與C、增碳劑()加入量的經驗公式：Y=364．8+3．88~(10T一13．33C)，MPa。為此，當需要提高鐵液流動性、減少縮松而需提高C時，可通過調整爐料配比、增碳劑加入量對試驗C進行設計。
中頻爐熔煉優質成本低、高強度灰鑄鐵，控制機體組織、石墨大小是關鍵。另外，現實生產中，總難免性能的波動，因此，除了提高技術水平、穩定工藝、控制生產成本外，穩定車間操作質量顯得格外重要，高質量的生產過程控制不僅能減少質量波動、批量事故，更能為熔煉技術的不斷提高提供可信的實踐數據。
2012年8月，無錫一汽鑄造有限公司(簡稱“錫鑄”)完成了新工廠的整體搬遷工作，熔煉方式由老廠沖天爐一電爐雙聯熔煉轉變為中頻爐熔煉，如此轉變給熔煉工作提出了挑戰。中頻爐熔煉中。原鐵液中硫含量較低，即主要反球化(蠕化)元素含量低．因此，對處理蠕鐵、球鐵有明顯的優勢。但灰鐵則不同，原鐵液因不同加料工藝、不同配比等因素導致的不同鐵液特性，對抗拉強度有大的影響。對于灰鐵，經過低合金化后，其珠光體數量基本一致(≥95％)，若細化珠光體片間距則需增加更多細化奧氏體枝晶的合金元素Mo、Cr等，由此提高抗拉強度，但此法不僅增加生產成本，而且需承擔細化奧氏體枝晶后帶來的鑄件縮松后果，另需額外增加高強孕育成本，而細化石墨控制相對性能的提高更加有效且成本較低。本文針對中頻爐熔煉中，提高柴油機HT250、HT300缸蓋(六缸，四氣門、兩氣門)抗拉強度，談一些心得與體會，與同行交流。
中頻爐雖不如工頻爐攪拌能力強，但較多夾渣的原輔材料加人電爐后，附著爐壁(或侵蝕爐襯)及存在于鐵液中的低熔點夾渣概率依然較大，后續熔煉過程中需進行高頻率、高效的挑渣，如：多次高溫靜置，并及時進行挑渣，直至靜置后期電爐表面無新增浮渣，如此將大大增加了鐵液在電爐中的保持時間、勞動成本、勞動強度及能耗，同時降低生產效率；另，人工高頻率、高效挑渣對生產車間的操作質量提出了嚴峻的挑戰。為此，使用較多夾渣的原輔材料在很大程度上影響了鐵液的純凈度．輕則細小夾渣割裂鑄件基體，降低抗拉強度，重則直接導致鑄件夾渣、縮松缺陷而報廢.
常見原輔材料不純表現為：①廢鋼銹蝕、夾渣；②回爐料粘砂、銹蝕；③生鐵銹蝕；④硫化鐵夾渣。為此建議：①選用單一品種廢鋼，室內堆放、加工廢鋼；②回爐料處理、轉運進行防水(雨)處理，滾光(拋丸)徹底，杜絕回爐料有粘砂、粘渣；③生鐵轉運、堆放進行防水(雨)處理；④硫化鐵選用優質礦源材料經高純提煉至低品位的產品，減少熔煉增渣。
鑄件得到細小石墨，需建立在一定的相對高碳當量前提下，一般CE范圍為3．8％～3．9％，其主要控制思路為：鐵液中有足夠多的長效核心，且鐵液在凝固初期石墨生長速度緩慢，迫使石墨在凝固后期長大，細化石墨的同時減少鑄件縮松傾向(減少漏水率)。
生鐵、增碳劑均含碳，碳在熔煉過程中隨著溫度的升高、時間的延長，或擴散、分解或溶解，在出鐵處理前，原鐵液中碳的存在形式主要為細小的石墨顆粒及碳原子。細小的石墨顆粒可直接作為石墨析出的非均質形核核心，碳原子是石墨析出的溶質。即不做任何處理，原鐵液已初具石墨析出、長大的條件。從細化石墨的角度考慮。原鐵液中不希望出現過多的碳原子，這勢必減少石墨的核心數。由于碳原子在冷卻過程中更易形成能量更低的滲碳體，為此筆者將相同成分不同爐料配比的鐵液進行三角試塊白口比較，結果為：生鐵比例越高白口傾向越大：增碳劑比例越高，白口傾向越小，且隨時間延長白口數增長緩慢(增碳劑比例大于2．2％、一次升溫至1540℃，保溫20min，白口數基本不變)。由此可見。生鐵中的碳極易熔解成碳原子。白口傾向大；增碳劑擴散較為緩慢，可作為“長效孕育劑”；中頻電爐爐料配比中增加增碳劑比例可增加非均勻形核核心數，進而為細化石墨打下堅實基礎。因此，建議爐料配比為：生鐵％≤5％，廢鋼％≥60％．回爐料％≤35％，增碳劑％≥1．8％。
就細化石墨而言。中頻電爐熔煉控制的重中之重是控制增碳劑的核心作用，由于增碳劑擴散較為緩慢，針對增碳劑，熔煉中應堅持“前期促溶解，后期防過熱”的原則．即在加料前期隨廢鋼加入增碳劑。在廢鋼的低碳環境中促進增碳劑的擴散、吸收，成分調整結束后應及時出鐵及避免高溫保持時間過長，減少作為核心的增碳劑過熱成晶胚乃至碳原子的傾向。需特別注意的是：①前期加入高比例增碳劑時應至少分3批、均勻加入，避免增碳劑積聚爐壁造成爐襯侵蝕；②配料中應使C走上限或超過控制范圍0．05％，通過加廢鋼減低C至目標范圍，否則，因C低需加增碳劑時，為使增碳劑較好擴散、溶解。避免大尺寸增碳劑產生粗大石墨，需進行多次倒包及較高溫度保持，嚴重影響生產效率；③后期應嚴格控制出鐵溫度小于1530℃(小于l520℃最佳)。
中頻電爐熔煉原鐵液較沖天爐一電爐雙聯熔煉有以下差異：①沖天爐熔煉的鐵液中，氧含量為0．004％～0．006％．無芯感應電爐熔煉的鐵液氧含量在0．002％左右，有時還會更低些【；②后者，中頻電爐爐內熔化帶的溫度也在1700℃以上[”，爐料的不良遺傳性得以消除，同時沖天爐的冶金效果較強，鐵液較為純凈；電爐熔煉鐵液最高過熱溫度為1550℃，爐料的不良遺傳性很難消除。同時中頻電爐具有強烈的攪拌作用，中頻電爐爐渣極易附著在爐襯表面，即便通過高溫靜置，也難以完全使其快速上浮，純凈度較沖天爐熔煉差。關于鐵液中O、S、Mn、C成分的主要控制如下。
灰鐵中作為石墨核心的硫化物一氧化物的中心為氧化物(球鐵石墨核心構成剛好相反)，在較低0條件下硫化物夾渣缺陷增多。為此，當然可以選擇含氧化物的預處理劑進行鐵液增氧處理。但顯著增加成本；爐料少量銹蝕也能增氧，但風險較大，易失控；后期或可進行鐵屑壓塊(高氧含量)試驗，降低爐料成本的同時對鐵液進行增氧。
S、Mn元素均為反石墨化元素，Mn具有一定的合金化作用，但兩者易生成硫化錳，高氧條件下可作為石墨形核的基底，低氧環境下則易形成硫化錳夾渣。資料顯示，在現生產碳當量條件下，硫化錳析出的成分條件為：S=0．1％、Mn=0．6％，且兩者成反比關系，即硫量越高時，少量的錳即可生成硫化錳。從減少硫化錳夾渣的角度，應控制硫量小于0．1％．這樣允許存在的錳量高些。但實際操作則發現，若不能充分發揮S的作用，很難同時實現高性能、低漏水率。原因如下：實現高性能的關鍵是細化石墨，增加核心，但同時需實現低漏水率時，必須控制石墨的前期生成速度(前期的石墨析出膨脹對解決縮松無效)圓。因此，在不生成硫化錳的前提下，適當提高硫含量，除了能抑制無效石墨膨脹．還能顯著增加核心。
關于C控制，可結合增碳劑加入量進行優化設計，通過近500組數據對“拉伸強度．C”、“性能一增碳劑比例”進行線性回歸計算(如圖1、圖2)顯示，性能與C負相關很強．與增碳劑正相關很強，另就典型數據源進行歸納計算，可得出性能(y)與C、增碳劑()加入量的經驗公式：Y=364．8+3．88~(10T一13．33C)，MPa。為此，當需要提高鐵液流動性、減少縮松而需提高C時，可通過調整爐料配比、增碳劑加入量對試驗C進行設計。
中頻爐熔煉優質成本低、高強度灰鑄鐵，控制機體組織、石墨大小是關鍵。另外，現實生產中，總難免性能的波動，因此，除了提高技術水平、穩定工藝、控制生產成本外，穩定車間操作質量顯得格外重要，高質量的生產過程控制不僅能減少質量波動、批量事故，更能為熔煉技術的不斷提高提供可信的實踐數據。
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