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感应电炉的使用 * 百铸网 * 百铸网 百铸网 * 百铸网 感应电炉熔炼铁液的特性及常见缺陷 东风汽车公司铸造一厂 2014-7 万仁芳 一.前言 感应电炉应用于工业生产，始于上世纪30年代初期， 70年代感应电炉（特别是工频炉）应用在欧洲得到了进一步普及。据统计，1974年西德生产了铸铁件389.9万吨，其中用热风冲天炉129.6万吨，占33.2%，冷风冲天炉生产95.5万吨，占24.5%，感应电炉生产了98.5万吨，占25.2%，高炉铁水与工频炉双联生产了66.3万吨，占17%。而挪威在1970年工频炉熔铁量就达到熔铁量的40%。［1~2］ 日本于上世纪60年代中期开始应用感应电炉化铁， 1975年用量比1965年增长了6倍。据1975年抽样调查，采用冷风冲天炉的占52.4%，热风冲天炉占11.5%，无芯工频炉占15.5%，冲天炉与工频炉双联占14.1%，冲天炉与电弧炉双联占0.9%，无芯工频炉与有芯工频炉双联占1.4%，电弧炉占1.4%，其他占2.8%。[2] 我国第一台大型(10t)无芯工频炉应用在武重(1968年)，大量、正常使用使用工频炉熔炼铁液是从第二汽车厂。汽车铸铁件的熔炼设备全部采用10t无芯工频炉替代冲天炉，建厂初期就采用了15台10t无芯工频炉。1971年熔炼出了第一炉铁液。1986年，合成铸铁工艺通过部级鉴定。 感应电炉的优点显见，如铁液的温度高且可控制，化学成分易于调整，工人劳动强度低，作业环境好，占地面积小，对炉料块度要求不高甚至可使用切屑等等。问题主要是铁液冷激倾向和收缩倾向大，铸件易出现白口、过冷石墨和缩松缩孔缺陷，缸体缸盖漏水率居高不下，说明感应电炉铁液与冲天炉铁液在性质上有很大的不同。 对于感应电炉(主要是工频炉)铁液特性，日本在上世纪70年代有大量的文章报道，但在我国，很长时间以来毕竟只有二汽一家采用工频炉化铁，大多数人对感应电炉铁液特缺少感性认识，国内对此也缺乏系统和深入的研究。 进入21世纪后，大多汽车铸件生产企业都选择电炉熔炼或冲天炉-电炉双联熔炼，感应电炉的一些负面作用为更多的人所认识，人们迫切希望进一步了解感应电炉铁液的一些特性，以提高产品质量。 二.感应电炉熔炼铁液的特性 在熔炼过程中，感应电炉与冲天炉有两点明显不同： （a）熔化时间。冲天炉熔炼炉料从固态变成液体仅需几分钟到十几分钟，而感应电炉需40~120分钟。 （b）理化反应。冲天炉熔炼过程中，炉料变成液滴而成液流，液滴(或液流)下降过程中不仅穿越底焦层，还与炉气广泛接触，同时还有熔剂参与其中，因此发生了多项冶金反应；而感应电炉熔炼过程中，炉料是从表层起逐层熔化，直到全部化清，整个过程主要是物理变化，化学反应除了炉料带进的氧化物形成炉渣外，主要就是：2C+SiO2=Si+2CO这个反应。式中的SiO2来自炉衬。这个反应是个可逆反应，其平衡温度T与铁液中的C、Si量有关，即[Si]/[C]2=e{-(154900-85.2T)/1.987T}。根据此式，可计算出当C量为2.5~3.5%、Si量为1.5~3.5%范围内，平衡温度T大约在1440~1480℃之间。当铁液温度在平衡温度以上时，反应向右进行，Si被还原出来；当铁液温度在平衡温度以下时，反应向左进行，铁液中会出现SiO2质点。 1、与冲天炉熔炼过程的比较 这两点不同造成的结果，就是感应电炉熔炼的铁液中，结晶核心大量消失。这点已被大量实验所证实。 菊地[12]发现快速熔化的那组试样无白口，随后进行的Si-Ca孕育不起作用；而慢速熔化的那组试样白口很大，随后进行的Si-Ca孕育降白口作用很好。 加山[5]按快速、慢速两种情况处理，结果表明慢速熔炼的铁液性能差(抗拉强度和成熟度低，相对硬度高)，试样缩孔缺陷多，尤其是第一、第三阶段为慢速升温时，坏的作用更为严重。资料上以“未溶石墨说”来解释这种情况，认为快速熔化条件下，铁液中有较多的未溶石墨在共晶凝固时作为晶核，使共晶团细化并消除白口，慢速熔化则晶核消失。 坂野[8]和笔者公司[13]则对保温对工频炉铁液白口倾向的影响做过试验，表明平衡温度以上保温C量烧损大，Si量略有提高，但白口显著增加。但即使是原白口很大的铁液在平衡温度以下保温不加任何炉料，其白口也会减小，A型石墨增多。这一试验结果似乎验证了SiO2可以作为结晶核心这个假设，即因为是在平衡温度以下保温，SiO2得以形成，结晶核心又增加了。加山的实验中，第二阶段慢速升温影响不大，其原因也是如此。 在冲天炉熔炼中，除了C和S外，几乎所有的元素都是被烧损的，而且烧损率在15~25%之间，因此一些合金元素如Cr、Cu、Mo、Ni等等都尽量不要加入炉内而是加入包中。 在感应电炉熔炼中，除C有烧损外，其他元素仅略有烧损配料计算时可忽略不计，Si在1480℃以上时略有增加，也