马敬仲 感应电炉熔炼特性及工艺要点 for 百铸网

1、 百铸网感应电炉熔炼特性及工艺要点1 电炉熔炼与冲天炉熔炼的差异分析随着我国铸造工业的发展，尤其是高强度灰铸铁、高端球墨铸铁、蠕墨铸铁、特种铸铁生产技术的发展，采用电炉熔炼铸铁的趋势甚为迅速。由于从冲天炉熔炼铸铁转变为电炉熔炼铸铁，两者在冶金与结晶特性方面有较大的差异，在铁液质量控制方面也需要采用相应不同的措施。上世纪80年代，日本大量使用电炉熔炼的初期，在铸铁质量控制方面就曾出现不少问题，我国现在也遇到了同样的困扰。1.1 电炉熔炼与冲天炉熔炼在冶金原理上的差异1）感应电炉与冲天炉熔炼最大的不同点是：感应电炉是炉料“熔化”，没有铁液与焦炭、炉气、炉渣之间的冶金反应，冲天炉是又“熔”又“炼”。

2、前者元素烧损少、成分易控制，后者有氧化与还原的冶金过程，成分波动大、不易控制。2）冲天炉熔炼有增C、增S的过程，对铁液的形核有利，因而十分有利于灰铸铁的生产；而电炉熔炼如不加增C剂，则铁液形核能力不足，白口与收缩倾向大，对力学性能与加工性能皆有负面的影响。因此电熔炼要采用废钢+增C的工艺。3）因炉渣不能被感应加热，故炉渣温度低，且电炉有搅拌作用，炉渣不易上升，因此电炉熔炼对炉料净化要求要高于冲天炉。1.2 电炉熔炼与冲天炉熔炼在结晶特性上的差异1）电炉熔炼与冲天炉熔炼相比，在结晶特性上有“三大”特征，即：过冷度大、白口深度大、收缩倾向大。见图1-1、图1-2和图1-3。2）电炉熔炼铁液的形核能

3、力差。电炉铁液中无增S、增C过程，S含量一般为0.02%0.04%，与 Mn生成的MnS数量少，而MnS是铁液中重要的结晶核心。3）电炉熔炼时间长。从预热至过热约1h，而冲天炉熔炼则为40min。电炉因熔炼时间长导致结晶核心减少，如操作不当（如高温保温时间长），则会更加剧晶核的减少。4）根据电炉熔炼时铁液形核能力差的问题，特别要关注下列事项：（1）无论是熔炼灰铸铁还是球墨铸铁都要注意增C、增S。（2）不要长时间高温保温，如需保温，应低温保温。（3）操作时必须尽量做到快熔快出。铁液成分调整后，升至15001550，静置710min，然后尽快出炉，否则会出现二个问题：一是成分波动，脱C增Si；二是

4、炉衬侵蚀加剧。 图1-1 在不同的碳当量下熔炼工艺 图1-2 感应电炉与冲天炉体液的对共晶结晶过冷度的影响 白口深度对比 图1-3 感应电炉与冲天炉铁液用圆筒形金属型试验时缩孔深度的比较1.3 电炉熔炼与冲天炉熔炼在铁液品质上的差异在铁液温度与成分的准确均匀性、元素烧损等方面，电炉熔炼皆优于冲天炉熔炼，需要着重提出的：一是气体含量问题；二是生铁的遗传性问题。1）铁液中的气体含量（1）感应电炉熔炼时，金属炉料与气体接触的时间短，铁液与气体接触的界面小，故铁液中H、O低于冲天炉铁液，但感应电炉中废钢加入量大，N量较高。（2）铁液中的气体含量见表1-1。表1-1 感应电炉与冲天炉铁液中的气体含量（1

5、0-6）对比气体O含量H含量N含量冲天炉铁液4060244070感应电炉铁液20280140（3）随着铁液温度到达1500以上，铁液中的溶氧量降低，铁液质量显著提高。但要注意到，铁液中氧含量过低也不好，如O含量降至10PPM以下，则使孕育时的晶核数下降，即使孕育剂量增多，孕育效果也差，导致过冷石墨的产生；故铁液中的O含量不得过低，如确认过低时，则可在孕育时加含有氧、硫元素的孕育剂。（4）感应电炉铁液中H较低，故产生氢气孔的可能性很小。（5）感应电炉铁液中的N与废钢加入量有关，见表1-2。含N高的铸铁件会产生裂隙状皮下气孔、裂纹或缩松，故对于灰铸铁，薄壁铸件N含量应小于80PPM。为了控制N含量

6、，应选用含N量低的增碳剂，禁用含N量高的电弧炉钢、高锰钢及铁素体钢；或者采用加含Ti的孕育剂等措施。表1-2 感应电炉中废钢比例与铁液中的N废钢比例（）1550100铁液中N量（10-6）3050801201402）炉料中生铁的遗传性冲天炉内的过热带温度达17001800时，铁液以细小滴状通过过热带，在如此高温下，石墨易溶入铁液，只要铁液温度足够高且铸铁成分是亚共晶的，那么金相组织中的石墨皆呈细小片状，不会产生粗大的C型石墨。感应电炉中熔炼温度低于冲天炉，一般不超过1600，生铁中的石墨，尤其是粗大的C型石墨难以全部溶入铁液，生铁比例越大，溶入难度越大，致使一些细小的晶态石墨保留在铁液中。共晶

7、凝固时，即使是亚共晶铸铁，也会有粗大的石墨产生；这是因为凝固时析出的石墨保留在铁液中，这些石墨依托在晶态石墨上长大，从而形成粗大石墨，甚至包括未溶入铁液中的C型石墨。因此，感应电炉熔炼铸铁配料时，生铁比例应有限制，宜在10%以下，否则易产生粗大的C型石墨。2 电炉熔炼铁液的工艺要点2.1 电炉熔炼的铁液成分控制要点2.1.1 要采用废钢+增C工艺企图用感应电炉高温熔炼的方式来缓解生铁中粗大石墨遗传问题的做法不可取，因为过高的熔炼温度将大幅度降低晶核的数量，导致白口倾向增大。因此，根据电炉熔炼的特点，熔炼铸铁尤其是灰铸铁时，要采用废钢+增C的工艺，控制生铁加入量在10%以下，以抵消粗大石墨的遗传

8、，改善石墨的品质，使石墨更细化，分布更均匀。在增C工艺中，要重视增C剂的质量。必须选用经过高温石墨化处理的增C剂，如优质电极碎屑或焙烧处理的石墨化油焦；其优点是增C剂中含S量、水分、灰分、挥发物及气体杂质已被分离出去，增C剂中N与H显著降低，可有效地防止铸件气孔产生；更重要的是，高温使增C剂中的原子排列有序度增高，使铁液增C快，白口深度小，其中部分石墨可作为晶核，增加晶核数。生产中有些企业采用未经高温石墨化处理的石油焦或优质无烟煤作增C剂，该增C剂虽能增C，但因其无序排列的石墨不能在铁液中直接溶解，石墨化能力差，无法达到预期效果，且含N高，形成氮气孔。实践证明，多加废钢的增C工艺熔炼比不用增C

9、剂而使用生铁熔炼的工艺，其铁液白口小、收缩小、性能高，即使在同样共晶度下或稍高时，多加废钢铸铁具有较高的强度（见表2-1）。 表2-1 电炉熔炼时不同废钢配比对灰铸铁抗拉强度的影响废钢配比（%）共晶度Sc铁液含C量（%）孕育剂Si量（%）抗拉强度/ MPa孕育剂75FeSi加入量（%）250.8603.012.322690.3300.8552.942.522830.3350.8483.231.333070.3400.8522.972.373300.3500.8802.981.423580.32.1.2 熔制灰铸铁要采用增S工艺若感应电炉熔炼铸铁不增S，在高废钢配比下，铁液的含S量仅为0.02%

10、0.03%。这对要求低含S量铁液的球墨铸铁是有优势的；但对于灰铸铁，低S量的铁液则使石墨化能力减小，孕育效果差，白口倾向增大。有实践证明，在一定的Mn量下，当铁液中的含S量达到0.06%以上时，才能获得良好的孕育效果。所以，熔炼灰铸铁时，铁液S含量在0.06%0.12%是适宜的，故感应电炉熔炼灰铸铁需采用增S工艺，通常用加入FeS来达到增S的目的。2.1.3 铁液熔化后再加入合金电炉熔炼时，合金元素要在铁液熔化后加入或在炉外加入。因为Si铁、Mn铁在铁液熔化后加入时，熔炼温度达1500以上，可使Si、Mn烧损量2.0%；Sn、Sb、Cr、Cu、Ni等元素则在炉外加入，其吸收率会较高，一般为70

11、%80%，见表2-2。表2-2 酸性感应电炉精炼期添加合金回收率元素SiMnCrMoPNiCuBTi添加合金种类FeSiFeMnFeCrFeMoFePNiCuFeBFeTi回收率（%）99858595751001004060（包内）6070（包内）2.2 电炉熔炼的配料控制要点2.2.1 碳含量的预配值要高于目标值对于碳含量，在配料时应略高于目标值，因为熔化后期可用废钢微调，不仅简便，且熔化快，成分易均匀。若采用低C目标值配料，后期用增C剂微调，则需升温方可快熔，且增C剂因比重轻浮于液面，需搅拌方可提高吸收率，故此法因增加调整时间与劳动强度而不可取。含C量目标值3.15%的配料计算程序举例如下

12、。1）炉料配比：废钢60%+回炉铁30%+ 生铁10%2）计算得出含C量：0.3%60%+3.2%30%+4.310%=1.57%3）需增C量：3.15%-1.57%=1.58%4）需从增C剂中吸收的C量：1.58%99%=1.6%5）根据增碳剂吸收率（如95%），则增C剂加入量为：1.6%95%=1.68%，取1.7%6）如炉料为1000kg，则需加入增C剂： 10001.7%=17kg7）再根据C的烧损或增C实际效果进行调整。最佳工艺情况是：测出铁液含C量3.2%，则可在炉内加少许废钢减C至3.15%。上述配料计算与实际调整数值一定要与熔炼工艺相结合。如：在15001550，既要静置一段时

13、间，又不可静置太长，一般静止710min，这是为了进行铁液自脱氧反应（即SiO2+2CSi+2CO)，以净化铁液。若静置时间太长，脱C增Si反应加强，将造成C、Si成分波动。总之，经过多次熔炼配料计算和实际调整，即可掌握规律，稳定C的成分。2.2.2 合金元素的预配值要低于目标值原始配料成分中合金元素含量预配值要略低于目标成分，以便在首次化验后进行合金成分的调整；这是因为合金元素补加相对简便，若用铁料调节某一合金元素时，则会引起其他元素的连锁变化，故配料时合金元素不宜超过工艺上限。2.2.3 要采用废钢+增C的先进工艺再一次强调，对灰铸铁，生铁配比量要少于10%，并采用废钢+增C的合成铸铁工艺

14、，对提高灰铸铁的力学性能、冶金质量和改善加工性能有着重要的作用。目前，已有很多工厂采用这个工艺后，消除了粗大的石墨，改善了石墨的品质，使石墨更加细小、均匀，还减少了生铁中微量元素的危害。2.3 电炉熔炼的熔速控制2.3.1 快速熔炼废钢在700以上易被氧化，且随温度升高氧化程度加剧，因此应尽量缩短熔炼时间，使废钢尽快熔于高C的铁液。由于有C的保护，废钢的氧化程度将大幅度降低。国外大功率电炉熔炼技术已证明能使废钢快速熔化，显著地缩短了高温氧化时间，使氧化程度大幅度降低。故快速熔炼是感应电炉熔炼的重要特点之一。2.3.2 快速出炉为确保铁液质量，铁液温度须达1500以上。在此温度时，感应电炉中铁液

15、发生“脱C”反应，既有降低铁液中溶氧量、减少铁液氧化、降低Si和Mn烧损、提高铁液纯净度等有利的一面，也有高温时间过长造成白口收缩增大、孕育效果变差的一面。因此，电炉熔炼升温至1500以上的时间要短，保持时间也要短，并尽快出炉，实行“快熔快出”的原则。尽量缩短高温及其保持时间的另一原因是铁液温度1450以上时，感应电炉铁液中发生的“脱C”反应，还使炉衬浸蚀加重，为此炉衬寿命将降低。温度越高，保持时间越长，浸蚀越严重；故此，也要求熔炼“快熔快出”，如实在要保温，也必须在1400以下进行。2.4 电炉熔炼的炉料净化控制感应电炉特有的搅拌作用，使被带入铁液中的渣子不易上浮，因此在同样的条件下，感应电

16、炉铁液中的夹渣倾向大于冲天炉，故对炉料净化要求要高于冲天炉。除铁料不允许有严重的氧化锈蚀外，对回炉料中的粘砂更要控制，必须进行抛丸清理，这是因为细小的SiO2夹渣在高温时流动性好，随铁液流动不易被清除。3 电炉熔炼铁液的质量控制方法3.1 电炉熔炼铁液的质量问题1）不采用增C工艺时，晶核数量少，过冷度大，白口倾向大。2）孕育处理中，由于铁液过冷倾向大，灰铸铁组织中易产生过冷的D、E型石墨及其伴生的铁素体，导致铸铁力学性能的下降或边角白口的产生。3）具有较大的收缩倾向，使铸件产生缩孔、缩松、渗漏或厚薄壁交接处的裂纹。4）感应电炉的电磁搅拌特性使夹渣物不易上浮，易造成夹渣，引起铸件的渗漏或性能下降

17、。5）感应电炉中的铁液熔炼温度达到15001550时发生的“脱C”反应，既有提高铁液质量的有利作用，又有使晶核减少及增加炉衬浸蚀的不利影响。3.2 电炉熔炼中提高铁液质量的控制要点根据电炉熔炼铁液的特性问题，对感应电炉铁液质量进行控制的要点如下：1）少用生铁，配量应小于10%，以减少粗大石墨及微量元素的遗传问题。2）采用废钢+增C的工艺，以增加晶核数，改善石墨品质，减少收缩倾向，降低微量有害元素含量。3）采用废钢+增C工艺获得的低S铁液虽有利于球墨铸铁的球化，但对灰铸铁，则应采用增S工艺，以改善孕育效果，减少D、E型过冷石墨。4）加强孕育力度，尤其在增C、增S不足时，需适当加大孕育剂量或采用瞬

18、时孕育等措施。5）净化炉料，严禁锈蚀、粘砂等脏污炉料入炉，以减少因电磁搅拌不易上浮的夹渣量。6）缩短高温保持时间，实行“快熔快出”，以防止“脱C”反应过度，造成溶氧量过低（10PPM）、晶核减少及炉衬浸蚀加大的危害。7）可适当地利用废钢中或增碳剂中的含氮量增加铸铁的强度。生产中发现电炉熔炼的铁液，其含N量通常比冲天炉高，当废钢配比多于40%以上，铁液含氮量与废钢加入量呈线性关系，如图3-1所示。统计表明，铁液中N含量超过100140PPM时铸件就有产生氮气孔的危险，故应控制其上限，薄壁件80PPM，厚壁件120PPM。图3-1 两种熔炼铸铁方式下废钢加入比例与铁液含氮量的关系8）控制铁液温度及

19、保持时间，防止铁液中C量减少过多、Si增加过大而造成的成分波动。表3-1为铁液温度与保持时间对脱C、增Si的影响情况。表3-1 感应电炉中不同铁液温度下保温对脱C、增Si的影响保温温度/铁液中Si量为1.8%2.2%C烧损量/%h-1Si增加量/%h-1135014500.0715000.180.0715500.300.1116000.400.194 电炉熔炼的操作要点4.1 装料目前，大多数工厂用的是中频无芯感应电炉，装料是在无剩余铁液下进行的，所以无需起熔体。4.1.1 增C剂的加入方法增碳剂的加入方法选择很重要。感应电炉虽有电磁搅拌可促进增C，但熔速快时，增C速度与均匀程度常滞后熔化速度

20、，尤其在炉壁死角停留附着的增C剂，如果不用过度升温和 长时间保温是不能熔入铁液的，但这将导致过冷度的加大和白口倾向的增加，且炉壁上未被熔清的增C剂会使炉衬侵蚀加剧。增C剂加入过晚，则造成升温时间的延长，延缓了成分调整的时间。近年来，有些企业将增C剂在炉料的加入过程中分小批逐渐加入，效果也很好。即在有30%铁液时加入增C剂，每次加入后，再用炉料下压，这样不仅增C效果好、均匀，而且省时省电。此法在配料时的配比量应稍高于目标值，成分调整时用废钢降低C，简便易行，避免了后期低温增C的不利操作。4.1.2 加料秩序采用增C工艺时，应先在炉底垫少量洁净薄钢，然后覆上增C剂，并用细碎料压实，使其在熔炼中不漂

21、浮起来，而熔入铁液中。此工艺增C效率高，也省时省力。总之，电炉熔炼加料秩序如下：铺垫洁净细小的废钢覆上增C剂并压实回炉铁生铁废钢4.2 送电熔化与精炼4.2.1 送电熔化采用电炉熔炼时，在送电熔化方面要注意：（1）中频感应电炉功率连续可调，功率密度大，利于快速熔炼。（2）熔化期续料时，要在前次投入的炉料未熔前投入，大块料要大头向下，以免卡料、搭桥；一旦发现，应及时排除。搭桥将使下部铁液过热，造成底部炉衬侵蚀加剧，脱C反应激烈，铁液白口倾向增加。（3）加料时，切屑不可冷装，否则将引起切屑严重氧化。切屑应均匀加入熔池液面，加入量不宜超过炉容量的8%；废钢熔点高，可在融化后期加入，并留5%废钢作后期

22、成分调整。4.2.2 精炼在电炉熔炼的精炼期应注意：（1）确认熔化状态后，适当补加渣料，使液面覆盖良好；熔渣形成后即进入精炼期，此时铁液温度为12501300。（2）炉料熔化后，立即取样进行炉前快速成分分析及三角试片检验；分析后，先用废钢调C，再调Si与合金成分，同时调整炉渣黏度，便于以后清炉。（3）成分合格后，迅速升温至15001550；出炉前，铁液温度应控制在15001520。4.2.3 出铁在电炉熔炼的出铁阶段要注意：（1）根据不同铸件浇注温度的要求确定球化处理温度和孕育温度。如果熔炼测试温度高、铁液处理温度要求低时，切不可在炉内降温，可采用倒包降温或用洁净废钢与生铁降温。在后期进行温度

23、调节时，更应注意对成分的影响。（2）成分、温度、炉前三角试样合格后，即可停电，进行扒渣和倾炉除铁操作。（3）中频电炉没有必要一定在剩余铁液下熔炼，但材质相同时，如炉内存有5%10%的剩余铁液时，熔化速度则会加快，并降低电耗。4.3 炉内电磁现象在熔炼作用中的正确应用4.3.1 电流透入深度与炉料块度感应器通交流电时，其周围形成交变磁场，使炉内的金属炉料产生感应，由于“集肤效应”，其电流集中于金属块表面的一定深度内；感应加热时，86.5%的功率是在这一电流深度内转化为热能的。因此，加热炉料的热量主要来自集肤于金属料表面的电流，而炉料整个断面的升温，则依靠热传导来实现的。为了减少热传导过程中的损失

24、，选择合适的炉料直径十分重要。一般以36倍的电流透入深度为佳，但不同频率下的电流透入深度是不同的，频率越高，电流透入深度越小。表4-1为不同频率下的电流透入深度与最佳炉料直径。表4-1 不同频率下的电流透入深度与最佳炉料直径电流频率/Hz5010003000电流透入深度/mm73169.5最佳炉料直径/mm219438489629574.3.2 电磁搅拌的利用与限制感应电炉多采用单相供电，根据临近效应，感应器中的电流与铁液中的感应电流方向相反，感应器受外面推力，铁液受指向炉心的推力，铁液在斥力与压缩力的共同作用下， 形成了图4-1所示的两段四区电磁搅拌，并使液面产生驼峰。图4-1 无芯感应电炉

25、内单相供电体液运动方向感应电炉中特有的电磁搅拌有利于铁液成分与温度的均匀，也有利于合金元素与增C剂的吸收；但过强的电磁搅拌或过高的驼峰使铁液氧化与炉衬侵蚀加剧，并使夹渣不易上浮，易造成铸件的夹渣缺陷。炉料确定后，电磁搅拌力与频率的平方根成反比，与输入成功率成正比，故工频电炉的搅拌力远大于中频电炉。为了合理地应用搅拌力，工频电炉将感应器分为若干组，熔化期全组使用，熔化后可断开上面一组以降低驼峰，也可将液面控制在高于感应器上端一定距离，利用铁液自身重量来抑制驼峰。在一定频率下也可通过控制输入功率来限制搅拌力。5 电炉熔炼铸铁的若干问题讨论5.1 关于氮气孔的问题5.1.1 废钢及增C剂与N量电炉中

26、废钢用量多，极易产生氮气孔，因为电炉铁液中的N主要来自废钢用量与废钢品质及增C剂。一般生铁中的N 含量为2.050PPM，而碳素钢N含量是生铁的3倍达50150PPM。电弧炉钢含N量大是因电弧炉空气被离解，N离子进入了高温钢液；奥氏体钢N量高是因其加入了含N量高的铬铁。所以，熔炼铁液时，要慎用含N量高的高合金废钢。增C剂中也含有N，劣质增C剂中含N量更高。综上，在电炉熔炼时，大比例使用废钢与增C剂，将使铸件产生N气孔的风险增大。5.1.2 N气孔的形状特征N气孔是垂直于铸件表面的孔洞，常位于铸件表面、边角或厚大处、最后凝固处、冒口处、浇注系统远端处，呈裂隙状。N气孔一般在加工时被发现，缺陷形状

27、与缩松有些相似，因而很易与缩松缺陷相混而引起误判，故应加以特别注意。当N气孔严重时，常与H气孔同时发生，则铸件表面呈现皱皮、蜂窝状气孔或针孔状缺陷，见图5-1、图5-2。图5-1 铸件表面的N气孔缺陷图5-2 加工后的N气孔形态（左：表面形态，右：断面形态）与缩松相比，N气孔发生区域较大，且比较分散，对铸件的密封性及力学性能影响较大。而缩松则多位于热节中心，相对集中；以局部独立热节为主，缩松处集中连续，图5-3为N气孔处的金相组织，N气孔周围有脱C现象，与正常区域比，铁素体有所增加。图5-3 有N气孔铸件金相组织（左：缺陷部位，右：正常区域）通过O、N分析仪检测，N气孔的N含量为8025PPM

28、，即该厂的灰铸铁N含量为4070PPM，球铁件为2080PPM。5.1.3 如何防止N气孔1）尽量不用电弧炉废钢和含Mn、Cr高的合金废钢。2）要置有O、N分析检测设备。日本在采用电炉熔炼时，由于废钢用量多、铁液含N高，于是他们在炉前除五大元素及合金元素每炉要检测外，还要求检测含N量。如N量超标，则加少许钛铁，形成TiN,消除N气。这一措施十分有效，在日本一些工厂已成为常规措施。我国河北某机床件铸造厂，废钢比例达60%75%，铸件产生N气孔后，也加了Ti铁，结果N气孔基本消除。一般情况下，薄件的含N量应100PPM,厚大件含N量应80PPM。国际上有一种含Ti孕育剂，成分如表1-7。该孕育剂往

29、往在铁液中N含量超标、树脂中N含量大时被使用。表5-1 一种含Ti孕育剂的化学成分（%）元 素SiAlCaTiFe成分范围505555651.01.31.01.30.51.557911911其余3）理论上N在铁液中的平衡浓度为100PPM,高于此值（尤其高于140PPM）时，则形成N气孔。4）增C剂必须采用经过高温石墨化的低N增C剂。某厂为了降低成本，买了低价位的增C剂，造成了N气孔废品后改成优质的低N、低S增C剂，N气孔问题基本解决。目前我国不少企业在电炉熔炼中对铁液进行了高温静置的处理，使铁液的冶金质量显著提高，同时对消N也有一定的作用。苏州某厂采用低N的优质增C剂，在1510高温下静置了

30、10min，使N气孔逸出，也有效地消除了N气孔。5.2 关于净化炉料的问题净化炉料在电炉熔炼中的重要性虽然已在各种场合以各种方式被多次强调，但是真正做到的很少。其中重要的一条就是要求回炉料、浇冒口等要经过抛丸清理。东风汽车公司铸造分厂在净化炉料方面做了一个很有意义的统计。该铸造分厂将回炉料认真破碎，全部抛丸清理，在10t中频电炉上试验生产大功率柴油机缸盖铸件。结果是：铸件气孔废品率降低了36个百分点；铁液熔炼耗电降低90KW.h/t；有效降低了工人的扒渣强度；降低了电炉炉口的结渣现象；提高炉衬使用寿命20%。他们认为，在采用电炉熔炼时，重视炉料的净化问题，使企业受益颇丰。5.3 关于“废钢+增

31、C”的工艺问题目前，电炉熔炼采用“废钢+增C”工艺已被普遍认可。最初用电炉熔炼生产灰铸铁缸体、缸盖时，铸件的加工性能是否比冲天炉熔炼的同类产品差，一直存有争论，且多数人认为电炉熔炼的铸件加工性差。美国铸造协会1998年组织研究人员采用车削、钻削试验法研究了电炉与冲天炉对灰铸铁HT150、HT200、HT250加工性能的试验。研究表明，冲天炉熔炼灰铸铁加工性能与电炉比，未见多好；相反，一些加工数据后者好于前者。我国某铸造厂采用“废钢+增C”工艺在HT250缸体上进行加工试验。结果表明：与热风冲天炉、双联熔炼的同样产品，加工性能提高了20%；力学性能提高了10%；金相组织改善，缸体致密性提高。但是

32、，采用“废钢+增C”的电炉熔炼工艺时，一定要关注下面三个问题。5.3.1 废钢与生铁的配比问题在生产HT250、HT300、HT350时，废钢配比应为50%、60%或70%，生铁0-10%。即废钢加入量不能过少，生铁不能过多。苏州某厂由冲天炉改为电炉后，废钢加入量在35%以下时，同样CE、同样废钢、回炉料、生铁配比下，与冲天炉比，铸件的力学性能低；即使加强孕育，也不见效。之后又加入FeS，将S量提至0.07%-0.08%，并加强孕育，仍未提高性能。最后，增加废钢量，在相同CE下，力学性能得到提高。许多厂都有过这样的经验，生产HT300铸件时，冲天炉加入40%废钢即可，而电炉则常要加入50%以上

33、。北京某厂生产HT250时，配料为废钢35%、生铁25%、回炉料30%，铸件力学性能长期不稳定；后调整废钢45%50%、新生铁5%10%，铸件力学性能得到了保证。采用电炉熔炼时，废钢加入量到底多少合适呢？实际上是没有限制的，加到100%都可以，但是必须注意废钢加入量、增C剂量、碳当量与力学性能之间的关系。首先，废钢加入量增多，增C剂加入就必须增多，决不能出现废钢增多而碳当量下降的情况。要做到不能比原CE低，即采用“废钢+增C”工艺后的CE要比原CE高0.1%0.2%为宜。在实际生产中常出现下面两种情况：A厂：原工艺时，力学性能不合格，硬度不够；后采用“废钢+增C”工艺，力学性能提高，硬度也提高

34、了。这主要是保持了同样的CE。B厂：原工艺时，力学性能不稳定，硬度高，加工性能不好，冶金质量不好；采用“废钢+增C”工艺后，力学性能提高，硬度降低，加工性能改善，硬化度、成熟度、品质系数都改善了。这是由于废钢比例更高，且CE比原CE有所提高。5.3.2 增C剂的问题增C是电炉熔炼采用“废钢+增C”工艺中的一项关键作业，使用时需关注下列问题：1）增C剂的选择（1）要选用电极石墨与特制人造石墨做增C剂，其特点有4个：固定碳高（ 99.5%99.8%）、含S量低（0.015%0.050%）、含N量低（ 0.001%0.003%）、吸收率高（95%）。在日本，用于铸造的增C剂，固定碳99.8%、灰分0

35、.1%、S0.03%、N0.01%。有的企业用碎电极做增C剂，也是可以的，但应注意有的碎电极用了等外电极料，无成分及品质保证，需辨别真伪。（2）天然石墨的固定碳为80%85%，成分不稳定，使用时渣多，但价格低廉，不建议采用。（3）煅烧石油焦增C剂固定碳97%99%，S量高于人造石墨（低S品种0.09%S,中S品种0.85%S），N高于人造石墨12个数量级。因S高，不可用于球铁；N高，要采取固定N措施。（4）SiC增C剂。SiC在铁液中会分解为Si与C，是一种特殊的增C剂，SiC的晶型与石墨相似，为六方结构，微细的SiC作为石墨的外来核心，对形核十分有利。另外，还要注意，铸铁铁液中的N量通常在1

36、00PPM以下。如果增C剂中含N量高，则会引起铁液N量超标，尤其是沥青焦不能用，因为其含N量约为0.6%，如加入2.0%就增加了120PPM的N量，造成的后果是不言而喻的。2）增C剂的吸收率增C剂的吸收率对原铁液的含C量影响很大，若估算不准就需反复调整，不仅影响生产效率，还要调整温度，影响生产成本。影响增C剂吸收率的主要因素有：增C剂品种与粒度、铁液温度、铸铁牌号及增C剂的加入方法。（1）增C剂种类的影响。三种增C剂吸收率相差甚大，具体见表5-2。表5-2 不同种类增碳剂生产HT300铸件时的吸收率*增碳剂种类原C量（%）加入增碳剂比例（%）终C量（%）增碳剂吸收率（%）孕育后（%）含C量含S

37、i量焦炭颗粒2.440.792.95642.903.101.551.752.442.92612.472.9767聚酯切片2.420.642.94822.422.95852.422.9379石墨电极增碳剂2.460.573.01962.462.98942.462.9995*铁液过热温度14801520，增碳剂在加料前投入炉内。在生产球铁与高强度灰铸铁时，皆应采用石墨电极增C剂，吸收率可达95%，但成本高。有的工厂采用聚酯切片增C剂，成本较低，但吸收率为70%85%。（2）铁液温度的影响情况。用聚酯切片增C剂做试验。试验表明，15201550的过热温度时，增C剂的吸收率较高（见表5-3）。这充分说

38、明，在低于1450以下加入增C剂，成效是极差的。但是，也应注意超过1550加入增C剂时有烧损，吸收率也会下降。表5-3 不同铁液过热温度下的增碳剂吸收率*铸铁牌号过热温度/原C量（%）加入增碳剂比例（%）终C量（%）增碳剂吸收率（%）孕育后（%）含C量含Si量HT15014603.150.363.34543.203.601.702.1014903.396515203.437815503.468515803.4483HT30014602.510.582.84602.903.101.551.7514902.937515202.998515503.018915802.9887*增碳剂在加料前投入炉内

39、。（3）增C 剂粒度的影响情况。粒度大，难融化，在炉中心以固态形式存在时间长，与空气接触时间长，烧损大。粒度小，吸收率高。表5-4是用聚酯切片增C剂所做试验的结果。表5-4 不同粒度增碳剂的吸收率*铸铁牌号过热温度/增碳剂粒度/mm原C量（%）加入增碳剂比例（%）终C量（%）增碳剂吸收率（%）孕育后（%）含C量含Si量HT3001510362.460.582.93822.903.101.551.7515082.928015122.91781513132.440.602.968615072.958515102.9787*增碳剂在加料前投入炉内。常州某公司做了一个试验。将成分基本相同的增C剂分成三

40、种：A去除微粉，B去除粗粒与微粉的，C不做处理的。试验用增碳剂的成分及粒度分布见表5-5。结果是15min后皆达到吸收率90%，但达到的时间不一样：C为13min，A为8min，B为6min。说明混入的粗粉与微粉都吸收时，时间需要较长。日本也将增C剂粒度与增C效果进行了对比，结果表明：去除粗粉与微粉的增C剂增C效果最好。表5-5 试验用增碳剂的成分及粒度增碳剂的种类成分（%）粒度(mm)分布（%）C挥发物NS灰分0.50.51131A99.800.100.010.020.10-0.435.064.6B99.800.100.010.020.103.62.878.414.8C99.760.110.010.010.1358.228.812.70.70（4）铸铁牌号的影响情况。铸铁牌号越高，原配的C