感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵的工藝與質(zhì)量控制

      在目前鑄造企業(yè)的鑄鐵生產(chǎn)中，沖天爐熔煉因環(huán)保難以達(dá)標(biāo)已大多被關(guān)停，鑄造企業(yè)現(xiàn)多改用中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵。

      與沖天爐相比，中頻感應(yīng)電爐熔煉工藝相對(duì)簡(jiǎn)單；鐵液的化學(xué)成分和溫度容易控制，不增碳不增硫，有利于低硫鐵液的獲得；環(huán)境污染小，爐前冶煉的工作環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度也大為改善；利用夜間電價(jià)低谷熔煉，生產(chǎn)成本可控制大致與沖天爐熔煉相當(dāng)；同樣化學(xué)成分的鐵液、同樣的鑄型澆注的鑄件，中頻感應(yīng)電爐比沖天爐熔煉的灰鑄鐵強(qiáng)度和硬度高；中頻感應(yīng)爐鐵液比沖天爐鐵液過熱溫度高、流動(dòng)性差，并具有以下不良特性：鐵液的晶核數(shù)量少，過冷度、白口和收縮傾向大，鑄件厚壁處易產(chǎn)生縮孔和縮松，薄壁處易產(chǎn)生白口和硬邊等鑄造缺陷。在亞共晶灰鑄鐵中，A 型石墨數(shù)量極易減少，D、E 型石墨及其伴生的鐵素體數(shù)量增加，珠光體數(shù)量少。所有這些再加上日常生產(chǎn)中存在的的一些其他不當(dāng)因素，都在生產(chǎn)中表現(xiàn)為鑄件質(zhì)量的波動(dòng)，影響了鑄鐵的正常生產(chǎn)。對(duì)中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵出現(xiàn)的新問題，筆者克服了灰鑄鐵電爐熔煉工藝技術(shù)資料少，實(shí)踐、探索難度大等諸多困難，逐步摸索和總結(jié)積累了一些生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，期望能對(duì)正處于艱難經(jīng)營(yíng)和轉(zhuǎn)型升級(jí)陣痛中的中小鑄造企業(yè)提供微薄幫助。

一、原材料的選用及爐料配比

      采用爐料的優(yōu)劣直接影響鐵液的質(zhì)量，中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵對(duì)于爐料的清潔和干燥程度要求較高,爐料不干凈、含有有害元素或熔煉控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致鐵液氧化和純凈度低，嚴(yán)重惡化鐵液的冶金質(zhì)量,影響鑄鐵的基體組織和石墨形態(tài),引發(fā)孕育不良、白口和縮松傾向大、氣孔多等問題。因此應(yīng)強(qiáng)化對(duì)原輔材料的管理，嚴(yán)禁使用銹蝕嚴(yán)重、有油污的爐料。同時(shí)，為提高鐵液的純凈度和穩(wěn)定鐵液的化學(xué)成分，應(yīng)選用碳素鋼廢鋼做爐料，并使其在爐料配比中占一半以上；對(duì)于回爐料應(yīng)選用同材質(zhì)鑄件澆冒口，并清理掉黏附的型砂和涂料后再使用，使用量以40%左右為宜；廢鐵屑也應(yīng)是同材質(zhì)鑄件機(jī)加工鐵屑；對(duì)于生鐵，因其中的雜質(zhì)和微量元素以及組織缺陷都具有遺傳性，應(yīng)選用來源穩(wěn)定、干凈少繡、有害元素含量低、最好是Z18以上牌號(hào)的鑄造生鐵，這樣的生鐵生產(chǎn)的鑄件內(nèi)在質(zhì)量好且穩(wěn)定，不要輕易變換生鐵的來源，否則對(duì)于使用存在不合格因素的爐料而可能引起的質(zhì)量問題將防不勝防，并且生鐵的加入應(yīng)在熔煉初期加入為好，配比可占15%左右，以利于改善鑄鐵的石墨形態(tài)；增碳劑應(yīng)選用商品石墨增碳劑或經(jīng)高溫石墨化處理過的增碳劑，并在熔煉中盡量早加，使增碳劑與鐵液直接接觸，且有充足的時(shí)間熔化吸收；鐵合金和孕育劑應(yīng)化學(xué)成分合格、粒度適宜、用前適當(dāng)預(yù)熱。配料時(shí)應(yīng)預(yù)先根據(jù)爐料配比及材料成分計(jì)算出C、Si、Mn等元素的含量，不足的部分用增碳劑和鐵合金調(diào)整。在熔煉后期成分微調(diào)時(shí)，如果C含量偏低可加生鐵增碳；若C含量偏高可加入低碳廢鋼降碳。

      二、化學(xué)成分的影響

      碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素，C、Si偏高，會(huì)導(dǎo)致石墨粗化、鐵素體量增多、珠光體量減少，鑄鐵的強(qiáng)度和硬度下降。鑄鐵基體的強(qiáng)度是隨珠光體量的增加而提高的，因此，在高強(qiáng)度灰鑄鐵中，C、Si含量應(yīng)在一定范圍內(nèi)適當(dāng)降低，在保證獲得灰口的同時(shí)，有利于細(xì)化石墨、促進(jìn)形成珠光體、提高力學(xué)性能。碳當(dāng)量CE和Si／C比顯著地影響灰鑄鐵的組織和性能，選定適當(dāng)?shù)腃E和Si／C比，對(duì)改善鑄鐵的組織、提高鑄鐵的性能是有利的。CE是影響灰鑄鐵鑄件內(nèi)在質(zhì)量的最主要的因素，CE 提高可大大改善鑄鐵的鑄造性能，減少白口、縮孔、縮松和滲漏缺陷，降低廢品率，這一點(diǎn)對(duì)于薄壁鑄鐵件尤為重要。但CE過高，石墨析出數(shù)量增加，鐵素體化傾向明顯，會(huì)降低鑄件的抗拉強(qiáng)度和硬度，鑄件厚壁處因冷卻速度慢，易產(chǎn)生晶粒粗大、組織疏松缺陷；如果CE過低，鑄件薄壁處易形成局部硬區(qū)，導(dǎo)致機(jī)加工性能變差。因低CE，灰鑄鐵組織中易出現(xiàn)共晶萊氏體及D、E 型過冷石墨，致使鑄造性能降低、鑄件斷面敏感性增大和內(nèi)應(yīng)力增加、硬度上升。適當(dāng)?shù)奶岣逽i／C比，可提高鑄鐵的強(qiáng)度，改善鑄鐵的切削加工性能。在相同的條件下，不同的Si／C比能使鑄鐵的力學(xué)性能和組織產(chǎn)生較大的差異。當(dāng)CE一定時(shí)，Si／C值從0.6提高到0.8，灰鐵的強(qiáng)度和硬度出現(xiàn)峰值；當(dāng)Si／C值一定時(shí)，灰鐵的強(qiáng)度和硬度隨CE的增大而降低。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制CE的同時(shí)，應(yīng)選擇和控制適宜的Si／C比。中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鐵的CE應(yīng)高于沖天爐熔煉0.3%左右，C含量應(yīng)高于沖天爐熔煉約0.1%，并控制Si／C比在0.6~0.7附近，使鑄鐵保持合適的硬度和較高的抗拉強(qiáng)度。

      錳和硫是穩(wěn)定珠光體、阻礙石墨化的元素，錳能促進(jìn)和細(xì)化珠光體，錳量增加可提高鑄鐵的強(qiáng)度和硬度以及組織中的珠光體含量，錳能促進(jìn)生成和穩(wěn)定碳化物，并能抑制FeS的產(chǎn)生。錳還和硫形成高熔點(diǎn)的化合物作為異質(zhì)形核，細(xì)化晶粒，所以錳在高牌號(hào)灰鑄鐵中使用量加大。但錳含量過高，又影響鐵液結(jié)晶時(shí)形核，減少共晶團(tuán)數(shù)量，導(dǎo)致石墨粗大，并產(chǎn)生過冷石墨，反而會(huì)降低鑄鐵的強(qiáng)度。硫在灰鑄鐵中屬于限制元素，適量的硫在石墨的生核和成長(zhǎng)中起積極而有益的作用，可以改善灰鑄鐵的孕育效果和機(jī)加工性能。中頻感應(yīng)爐熔煉灰鑄鐵，為了確保孕育效果，一般要求 w(S)≥0.06%，S含量適當(dāng)提高，能改善石墨形態(tài)、細(xì)化共晶團(tuán)，使片狀石墨長(zhǎng)度變短、形狀變彎曲、端部變鈍，減弱石墨對(duì)基體的割裂破壞作用，從而提高鑄鐵的性能。所以，硫在灰鑄鐵中不是越低越好。而磷在灰鑄鐵中一般是有害元素，易在晶界形成低熔點(diǎn)的磷共晶，造成鑄鐵冷裂。因此，在灰鑄鐵中通常磷越低越好，對(duì)于有致密性要求的鑄鐵件，磷量應(yīng)低于0.06%。

      在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同灰鑄鐵鑄件的牌號(hào)、壁厚、大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等因素優(yōu)化化學(xué)成分設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制各元素的波動(dòng)范圍，這對(duì)于保證灰鑄鐵鑄件的質(zhì)量和性能非常關(guān)鍵。中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵的工藝與質(zhì)量控制及改進(jìn)

      三、增碳率的控制和增碳劑的使用

      對(duì)于中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵，許多人都以為只要爐前控制住鐵液的化學(xué)成分和溫度，就能熔煉出優(yōu)質(zhì)鐵液，但事實(shí)并非如此簡(jiǎn)單。中頻感應(yīng)爐熔煉灰鑄鐵的重中之重是控制增碳劑的核心作用，核心技術(shù)是鐵液增碳。增碳率越高，鐵液的冶金性能越好。這里所說的增碳率，是鐵液中以增碳劑形式加入的碳，而不是爐料中帶入的碳。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在爐料配比中生鐵比例高，白口傾向大；增碳劑比例增大，白口傾向減小。這就要求在配料中要多用廉價(jià)的廢鋼和回爐料，少用或不用新生鐵，這種采用廢鋼增碳工藝的鐵液中存在大量細(xì)小的彌散分布的非均質(zhì)晶核，降低了鐵液的過冷度，促使了以A型石墨為主的石墨組織的形成。同時(shí)，生鐵用量的減少，也減小了生鐵粗大石墨的不良遺傳作用，而且灰鑄鐵的性能也隨著廢鋼用量的增加而提高。在實(shí)際生產(chǎn)中就曾發(fā)現(xiàn)，在廢鋼用量約為30%的情況下，同樣用廢鋼、回爐料、新生鐵做爐料，在化學(xué)成分基本相同時(shí)，中頻感應(yīng)爐熔煉的灰鑄鐵比沖天爐熔煉的性能低，強(qiáng)化孕育效果也不明顯，這就是廢鋼用量少、增碳率低的緣故。由此足見增碳對(duì)于保證灰鑄鐵的熔煉質(zhì)量、改善鑄鐵的組織與性能的重要性。

      灰鑄鐵的性能是由基體組織和石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布決定的，改變石墨形態(tài)是改變鑄鐵性能的重要途徑。相比而言，基體組織較容易控制，它主要取決于鐵液的化學(xué)成分和冷卻速度。但石墨形態(tài)卻不容易控制，它要求鑄鐵的石墨化程度要好。而奇怪的是只有新增碳才參與石墨化，爐料中的原始碳并不參與石墨化。如果不用增碳劑，熔煉出的鐵液雖然化學(xué)成分合格，溫度也合適，孕育也合理，但鐵液卻表現(xiàn)難盡人意：看似溫度較高，流動(dòng)性卻不太好，縮孔、縮松傾向大，易吸氣，易產(chǎn)生白口，截面敏感性大，鐵液夾雜物多，所有這些都是鐵液增碳率和石墨化程度低造成的。碳在原鐵液中的存在形式主要為細(xì)小的石墨和碳原子，從細(xì)化石墨的角度考慮，原鐵液中不希望有過多的碳原子，其勢(shì)必會(huì)減少石墨的核心數(shù)，并且碳原子在冷卻過程中更易形成滲碳體，而細(xì)小的石墨可以直接作為非均質(zhì)形核核心。細(xì)化石墨、增加核心是實(shí)現(xiàn)鑄鐵高性能的關(guān)鍵，增大增碳劑用量可以增加形核核心數(shù)量，進(jìn)而為細(xì)化石墨打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)增碳劑的使用和增碳效果：① 增碳劑的吸收率與其C含量直接相關(guān)，C含量越高，則吸收率越高。② 增碳劑的粒度是影響其溶入鐵液的主要因素，實(shí)踐證明，增碳劑的粒度應(yīng)以1～4mm為好，有微粉和粗粒增碳效果都不好。③ 硅對(duì)增碳效果有較大影響，高硅鐵液增碳性差，增碳速度慢，故硅鐵應(yīng)在增碳到位后加入，要遵循先增碳后增硅的原則。④ 硫能阻礙碳的吸收，高硫鐵液比低硫鐵液的增碳速度遲緩很多。⑤ 石墨增碳劑能提高鐵液的形核能力，吸收率也比非石墨增碳劑高10%以上，故應(yīng)選用低氮石墨增碳劑。⑥ 增碳劑的使用方法推薦使用隨爐裝入法，即先在爐底加入一定量的小塊回爐料和廢鋼，然后把增碳劑按配料量需要全部加入，上面再壓一層小塊廢鋼和生鐵，之后再邊熔化邊加爐料。此法簡(jiǎn)便易行，生產(chǎn)效率高，吸收率可達(dá)90%。如果增碳劑的加入量很大，可以分兩批加入，先加60%～70%于爐底廢鋼墊層上，剩下的在繼續(xù)加廢鋼的過程中加入。在鐵液溫度1400～1430℃時(shí)也可加增碳劑，目標(biāo)是要把鐵液C含量增至達(dá)到牌號(hào)要求上限。⑦ 增碳劑的加入時(shí)間不可過遲，在熔煉后期加入增碳劑有兩方面不利：其一，增碳劑易燒損，碳吸收率很低。其二，后期加入的增碳劑需要額外的熔化、吸收時(shí)間，遲緩了化學(xué)成分調(diào)整和升溫時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率，增加了電耗，而且有可能帶來由于過度升溫而造成的危害。⑧ 鐵液的攪拌可以促進(jìn)增碳，特別是附著在爐壁的石墨團(tuán)，如果不用過度升溫和一定時(shí)間的鐵液保溫，不易溶于鐵液，但中頻感應(yīng)電爐較強(qiáng)的電磁攪拌對(duì)增碳有利。

      四、溫度的控制

      灰鑄鐵熔化期的溫度不宜過高，一般控制在1400℃以下。如果熔化溫度過高，合金的燒損或還原會(huì)影響熔煉后期的成分調(diào)整。在爐料熔清爐溫達(dá)1460℃后，取樣快速檢驗(yàn)，然后扒凈渣，再加入鐵合金等剩余的爐料。扒渣溫度對(duì)鐵液質(zhì)量的影響很大，它與穩(wěn)定的化學(xué)成分、孕育效果密切相關(guān)，并直接影響到出爐溫度的控制。扒渣溫度過高，會(huì)加劇鐵液石墨晶核的燒損和硅的還原，并產(chǎn)生排碳作用，影響按穩(wěn)定系結(jié)晶；若扒渣溫度過低，鐵液長(zhǎng)時(shí)間裸露，C、Si燒損嚴(yán)重，需再次調(diào)整成分，延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間，并使鐵液過熱，增大過冷度，易使成分失控，破壞正常結(jié)晶。出爐溫度的控制須保證孕育處理和澆注的最佳溫度，一般應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況控制出爐溫度為1460～1500℃，過熱溫度可控制在1510～1530℃，并靜置5～8min。在1500～1550℃范圍內(nèi)，提高鐵液的過熱溫度，延長(zhǎng)高溫靜置時(shí)間，會(huì)細(xì)化石墨和基體組織，提高鑄鐵的強(qiáng)度，有利于孕育處理，消除氣孔、夾雜缺陷和爐料遺傳性給鑄鐵的組織和性能帶來的不良影響。如果靜置溫度過低、時(shí)間過短，增碳劑不能完全溶入鐵液中，也不利于鐵液的雜質(zhì)上浮被挑渣除去。但過熱溫度過高或高溫靜置時(shí)間過長(zhǎng)，反而會(huì)惡化石墨形態(tài)、粗化基體、增大過冷度、加大白口傾向，使鐵液已有的異質(zhì)核心消失，氧化嚴(yán)重，降低鑄鐵的性能，并影響出爐溫度的控制。如果出爐溫度過高，盡管C、Si含量適中，澆注三角試塊的白口深度也會(huì)過大或中心部位出現(xiàn)麻口。如果出現(xiàn)這種情況，需調(diào)低中頻功率，向爐內(nèi)補(bǔ)加生鐵降溫增碳。

      澆注溫度也不宜高，否則會(huì)使鑄件產(chǎn)生嚴(yán)重的粘砂缺陷，有的甚至難以清理而使鑄件報(bào)廢，而且澆注溫度高，過冷度大，不利于A型石墨的形成。澆注溫度如果過低，則不利于除氣，還會(huì)造成鑄件偏硬和出現(xiàn)冷隔、輪廓不清等問題。適當(dāng)稍低的澆注溫度，鐵液液態(tài)收縮量較小，有助于減少縮孔，獲得致密的鑄件。不同壁厚，不同重量的鑄件有著不同的理想澆注溫度，在日常生產(chǎn)中一般控制澆注溫度在1450～1380℃。對(duì)于厚大鑄件必須要確保“高溫出爐，低溫快澆”。為了縮短等待鐵液溫度降至澆注溫度的時(shí)間，防止孕育衰退，可以通過倒包加靜置的方法使鐵液快速降溫，以防止發(fā)生縮松，提高生產(chǎn)效率。

      五、硫和氮的控制

      中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵沒有增硫源，鐵液的S含量較低，這一點(diǎn)對(duì)于生產(chǎn)球鐵有很大的優(yōu)勢(shì)。但對(duì)于灰鑄鐵，低硫而較高的錳會(huì)增大鑄造應(yīng)力，使裂紋出現(xiàn)幾率大大增加，而且鐵液中適量的硫可以改善孕育效果。過去運(yùn)用沖天爐生產(chǎn)灰鑄鐵，由于焦炭會(huì)對(duì)鐵液增硫，不用擔(dān)心硫低。而使用中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)灰鑄鐵，不但不增硫，而且還因大量使用廢鋼，使S含量更低了（約0.04％左右）。灰鐵中w(S)≤0.06％，將會(huì)導(dǎo)致石墨形態(tài)不好、難以孕育、縮松和白口傾向大。在以往的生產(chǎn)中就發(fā)現(xiàn)，凡是有裂紋和白口缺陷的鑄件，其石墨形態(tài)大都以D、E型石墨為主。電爐鐵液要得到正常的石墨形態(tài)，必須要有合適的S含量，硫及硫化物含量低，晶核數(shù)量會(huì)減少，石墨形核能力降低，白口增大，A型石墨減少，D、E型過冷石墨和鐵素體增加，晶粒粗大，強(qiáng)度降低。而且隨著高溫鐵液保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，過冷度繼續(xù)增大，越是高牌號(hào)灰鑄鐵，保溫溫度和時(shí)間對(duì)過冷度的影響越顯著。有資料指出，鐵液S含量低，共晶團(tuán)數(shù)少，隨著S含量的增加，共晶團(tuán)數(shù)急劇增加，而共晶團(tuán)數(shù)目越多，尺寸越細(xì)小，鑄鐵的力學(xué)性能越好。因此，中頻感應(yīng)爐熔煉灰鑄鐵一般要把S含量提高到0.06％～0.1％之間，以充分發(fā)揮硫的有益作用，改善孕育效果，使鐵液的形核數(shù)量增加，鑄件的金相組織以A型石墨為主，基體組織的珠光體含量增加，從而改善鑄鐵的強(qiáng)度和切削加工性能。具體做法是，在熔煉后期調(diào)整成分后加FeS增硫，也有采用焦炭作增碳劑，在增碳的同時(shí)，也把S含量增至大于0.06％。但S含量也不可過高，因硫是阻礙石墨化元素，過高會(huì)增加白口，而且在S含量高時(shí)，隨著Mn含量的增加，生成的MnS充分起到了異質(zhì)形核作用，為良好的孕育創(chuàng)造了條件。但當(dāng)Mn含量大于1％后，生成了過多的MnS偏聚在晶界，弱化了晶界，甚至產(chǎn)生夾渣，降低鑄鐵的強(qiáng)度。從減少M(fèi)nS夾渣的角度，應(yīng)控制S含量小于0.1％，這樣允許存在的錳量高一些，對(duì)提高灰鑄鐵的性能有利。

      由于中頻感應(yīng)爐熔煉灰鑄鐵大量使用廢鋼，并隨著廢鋼配比的增加，增碳劑的用量也隨之增大，加之增碳劑含氮較高，所以中頻感應(yīng)爐鐵液的N含量較高。當(dāng)鐵液中N含量大于100×10-6時(shí)，鑄件易出現(xiàn)龜裂、縮松和裂隙狀皮下氣孔缺陷。控制鐵液中N含量的最有效的方法是將鐵液在高溫下保溫，在保溫時(shí)隨時(shí)間的延長(zhǎng)，N含量將逐漸下降。但高溫鐵液長(zhǎng)時(shí)間保溫會(huì)增大過冷度和白口傾向，所以日常生產(chǎn)中應(yīng)選用N含量低的石墨增碳劑。在必要情況下，可在涂料中加入10％的氧化鐵粉，以消除高氮的影響。但灰鑄鐵中的氮和硫一樣屬于限制元素，鐵液中微量的氮能使灰鑄鐵的晶粒和共晶團(tuán)細(xì)化，基體中珠光體量增加，力學(xué)性能提高，對(duì)改善灰鑄鐵的石墨形態(tài)，促進(jìn)基體組織珠光體化能發(fā)揮積極作用，氮化合物也能作為晶核，為石墨形核創(chuàng)造成長(zhǎng)條件。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般應(yīng)控制N含量在0.008％以下。

      六、強(qiáng)化孕育處理

      孕育處理時(shí)，加入大量人工結(jié)晶核心，迫使鑄鐵在受控的條件下進(jìn)行共晶凝固，其目的是促進(jìn)石墨化，降低白口傾向和斷面敏感性，控制石墨形態(tài)，減少過冷石墨和共生鐵素體，適當(dāng)增加共晶團(tuán)數(shù)，促進(jìn)形成珠光體，從而改善鑄鐵的強(qiáng)度和機(jī)加工性能。實(shí)際生產(chǎn)中的強(qiáng)化孕育處理，是選擇合適的孕育劑和孕育方法，對(duì)碳當(dāng)量CE在3.9％～4.1％之間，溫度在1480℃左右的高溫鐵液用高效孕育劑強(qiáng)化孕育，以得到鑄造性能好，力學(xué)性能高的灰鑄鐵鑄件，并非是指加大孕育量。不同的孕育劑有不同的特點(diǎn)，必須根據(jù)孕育劑的特性，結(jié)合企業(yè)自身生產(chǎn)條件合理選擇孕育劑和孕育方法。通過試驗(yàn)選定并確立最適合本企業(yè)特點(diǎn)的處理方法后，應(yīng)嚴(yán)格控制工藝過程，以確保鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定。除隨流加入孕育劑，控制加入量和隨流時(shí)間外，防止孕育衰退、提高孕育效果還要注意以下方面：① 因熔煉溫度和保溫時(shí)間的限制，生鐵中粗大的石墨片不可能完全消溶，未溶盡的粗大石墨性狀會(huì)遺傳給鑄鐵，大大抵消孕育的作用，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)盡量減少生鐵的用量，以消除生鐵的遺傳性，改善孕育效果，提高灰鑄鐵的性能。② 應(yīng)選用含鈣、鋁、有較多難熔非均質(zhì)形核核心的孕育劑，并控制孕育劑有合適的粒度，因孕育劑的粒度對(duì)孕育效果的影響非常大。粒度過細(xì)，易被氧化進(jìn)入熔渣而失去作用；粒度太大，孕育劑熔解不盡，不但不能充分發(fā)揮孕育作用，而且還會(huì)造成偏析、硬點(diǎn)、過冷石墨等缺陷。孕育劑的粒度一般控制在3～8mm（1t以下的鐵液量），孕育量控制在約為鐵液重量的0.3％～0.5％。過大的孕育量會(huì)使鑄鐵的收縮和夾渣傾向增大。③ 多次孕育能有效防止孕育衰退，改善鑄鐵內(nèi)部石墨分布均勻程度，降低鐵液過冷傾向，使A型石墨占有率高，長(zhǎng)度適中，并促使非自發(fā)晶核數(shù)量增多，細(xì)化晶粒，強(qiáng)化基體，提高鑄鐵的強(qiáng)度和性能。例如二次孕育選用具有很強(qiáng)促進(jìn)石墨化能力的硅鋇長(zhǎng)效孕育劑，可改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況，增加共晶團(tuán)，促進(jìn)形成A型石墨，消除過冷石墨，抑制產(chǎn)生游離滲碳體，且可減緩孕育衰退。④ 鐵液溫度對(duì)孕育的影響，是在一定范圍內(nèi)提高鐵液的過熱溫度，并保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，可使鐵液中殘存的未溶石墨完全溶入鐵液，消除遺傳因素影響，充分發(fā)揮孕育劑的作用，提高鐵液的受孕能力。過熱溫度以提高到約1520℃為宜，孕育處理溫度控制在1460～1420℃較佳。

      七、工藝技術(shù)的調(diào)整與改進(jìn)

      1、中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵的工藝操作順序：小塊回爐料和廢鋼＋石墨增碳劑＋廢鋼和新生鐵＋回爐料＋鐵合金＋合適的孕育。為了改善鐵液在高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫帶來的不良影響，基于中頻感應(yīng)爐溫度易于提高、可快速熔煉的優(yōu)勢(shì)，制定“快熔快出”的工藝操作方法，盡量縮短熔化時(shí)間，加快熔化速度，使鐵液在爐內(nèi)經(jīng)化學(xué)成分調(diào)整、升溫后盡快出爐，并加快澆注速度，力爭(zhēng)5min左右完成澆注，最大限度地縮短鐵液在爐內(nèi)和包內(nèi)的保溫時(shí)間。

      2、夾渣對(duì)鑄件質(zhì)量的影響很大，輕則細(xì)小夾渣割裂基體，降低抗拉強(qiáng)度，嚴(yán)重的夾渣缺陷能直接導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。存在較多夾渣的爐料熔化后，附著于爐壁和存在于鐵液中的夾渣受電爐電磁攪拌和鐵液浮力作用而陸續(xù)上浮，在熔煉后期需頻繁、高效地挑渣，特別是高溫靜置時(shí)雜質(zhì)上浮，應(yīng)及時(shí)挑渣，直至鐵液表面干凈，無新增浮渣，這對(duì)去除夾渣、消除渣孔缺陷、減少夾渣對(duì)基體的破壞作用非常大。

      3、因中頻感應(yīng)爐熔煉灰鑄鐵使用了大量廢鋼和回爐鐵，一方面會(huì)促成鑄鐵枝晶石墨的產(chǎn)生和白口傾向的增大、硬度升高，機(jī)加工性能變差。因而應(yīng)比沖天爐鐵液更加注重孕育，以促進(jìn)石墨化，細(xì)化共晶團(tuán)，改變石墨形態(tài)，減少白口傾向，使白口或麻口組織變?yōu)榧?xì)珠光體組織，D、E型石墨變?yōu)榫鶆蚍植嫉腁型石墨，提高鑄件不同壁厚處組織的均勻性，達(dá)到提高鑄鐵性能的目的。另一方面，廢鋼用量的增大，使鐵液S含量變低，在w(S)≤0.06％時(shí)，易導(dǎo)致孕育困難，一般用FeSi75孕育處理作用不明顯，應(yīng)采取增硫措施。

      4、薄壁鑄件的白口缺陷嚴(yán)重，機(jī)加工困難，廢品率高。解決這一突出問題首先要杜絕使用合金鋼廢鋼，適當(dāng)提高CE，并控制處理前鐵液的Si含量在1.6％以上，S含量大于0.06％，加大孕育量至0.5％，使鐵液形核數(shù)量增加，石墨形核能力提高，促進(jìn)A型石墨的形成，抑制D、E型石墨的產(chǎn)生，基體組織中珠光體量增加，鑄鐵的過冷度和白口傾向減小，強(qiáng)度和切削加工性能改善。合理地控制灰鑄鐵的微觀組織是改善灰鑄鐵加工性能的關(guān)鍵所在，在必要情況下，可在出鐵前向包中加入2％的干凈無銹小塊生鐵，有效增加石墨質(zhì)點(diǎn)，消除白口。

      八、關(guān)于提高灰鑄鐵鑄件質(zhì)量和性能的一點(diǎn)看法

      業(yè)內(nèi)人士都知道：化學(xué)成分基本相同、金相分析基本一致的國(guó)產(chǎn)鑄件與進(jìn)口鑄件的使用性能和光潔度相差很大；相同碳當(dāng)量的進(jìn)口鑄件較國(guó)產(chǎn)鑄件高1～2個(gè)牌號(hào)；硬度高于國(guó)產(chǎn)鑄件的進(jìn)口鑄件，切削加工性能反而優(yōu)于國(guó)產(chǎn)鑄件。造成這些現(xiàn)象的原因是進(jìn)口鑄件的材質(zhì)純凈度和碳當(dāng)量高，夾雜物和游離碳化物少，組織均勻性好。鑄鐵件的內(nèi)在質(zhì)量、外觀質(zhì)量以及是否會(huì)形成鑄造缺陷與鐵液的各方面因素密切相關(guān)，高品質(zhì)的鐵液是獲得優(yōu)質(zhì)鑄鐵件的最基本最重要的先決條件。而鐵液品質(zhì)又由鐵液溫度、化學(xué)成分、純凈度這些因素所決定。

      中頻感應(yīng)爐熔煉灰鑄鐵獲得高于1500℃高溫和精確化學(xué)成分的鐵液非常容易，鐵液中的每個(gè)元素對(duì)鑄鐵的凝固結(jié)晶、組織和性能都有一定的影響和作用；鐵液過熱溫度的高低可直接影響到鐵液成分和純凈度，其在一定范圍內(nèi)提高，能使石墨細(xì)化、基體組織致密、抗拉強(qiáng)度提高、鑄造性能改善，鐵液中的雜質(zhì)也更易于上浮被清渣除去。只有鐵液的純凈度，至今仍停留在高溫熔煉、聚渣劑、過濾網(wǎng)這些層面上。其實(shí)業(yè)內(nèi)專家都明白，通過這幾種措施是難以獲得高潔凈的鐵液的，只能使情況改善，而對(duì)于鐵液的深度凈化、鑄造缺陷的發(fā)生機(jī)理分析及預(yù)防卻少有研究，鮮見對(duì)策。存在于鐵液中的各種有害氣體和非金屬夾雜物，在鐵液凝固后留存于鑄件中，造成種種鑄造缺陷，影響了鑄件的使用性能；由非金屬夾雜物形成的硬質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，導(dǎo)致鑄件切削加工困難；而鐵液中含有的雜質(zhì)有害元素，更是直接影響了鑄件的組織和性能。正是這些因素造成了國(guó)產(chǎn)鑄鐵件的綜合質(zhì)量長(zhǎng)期低于進(jìn)口鑄件。

      因此，我們應(yīng)大力提高鐵液的冶金質(zhì)量，努力以獲取有害元素和氣體含量低、夾雜物少的高潔凈鐵液為目的，在目前的灰鑄鐵中頻感應(yīng)電爐熔煉工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善現(xiàn)代鐵液凈化技術(shù)和工藝流程，確保用于澆注的鐵液必須是高純凈度鐵液，進(jìn)而才能確保鑄件的高質(zhì)量和高性能。

      結(jié)語

      1、中頻感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵，廢鋼要有一定的配比，一般應(yīng)占爐料的一半以上。應(yīng)選用低氮石墨增碳劑，并保證高增碳率，以利于獲得石墨化程度好、白口和縮松傾向小的優(yōu)質(zhì)鐵液。同時(shí)，大量使用廢鋼和回爐鐵，少用或不用新生鐵，消除粗大石墨的遺傳影響。并利用生鐵與廢鋼的價(jià)差及夜間電價(jià)低谷熔煉，可使生產(chǎn)成本大幅降低。

      2、中頻感應(yīng)爐鐵液的 S 含量一般較低，應(yīng)采取增硫措施把鐵液 S 含量提高到 0.06%～0.1%之間，增大形核能力，增加晶核數(shù)量和珠光體含量，改善石墨形態(tài)，并細(xì)化石墨，促使形成 A 型石墨，改善孕育效果和切削加工性能，提高強(qiáng)度。

      3、通過采用廢鋼增碳工藝+適當(dāng)提高CE和Si／C比+快熔快出的操作方法+強(qiáng)化孕育處理等生產(chǎn)技術(shù)，控制鐵液過熱溫度在1510~1530℃，出爐溫度在1480～1500℃，達(dá)到減少鑄造缺陷、增強(qiáng)灰鑄鐵性能、提高鐵液品質(zhì)和鑄件質(zhì)量、降低廢品率的目的。

      4、鐵液品質(zhì)是影響鑄鐵件質(zhì)量的重要因素，沒有高品質(zhì)的鐵液就不可能有高質(zhì)量的鑄件。應(yīng)在目前中頻感應(yīng)爐熔煉灰鑄鐵的工藝基礎(chǔ)上，著力提高鐵液的純凈度，進(jìn)一步完善現(xiàn)代鐵液凈化技術(shù)和工藝流程，以確保灰鐵鑄件的高品質(zhì)和高性能。

信息來源：鑄造微課堂 熱加工行業(yè)論壇