中频炉熔炼灰铁

如题所述

简单地谈谈用感应电炉熔炼灰铸铁时的一些主要冶金特点,供参考。

一.感应电炉熔制的铁液中气体含量
与用冲天炉熔炼相比,用无心感应电炉熔炼铸铁时,金属炉料与炉气接触的时间很短,熔融的金属液与炉气接触的界面很小,因而,感应电炉熔炼制得的铁液中,氢和氧的含量都低于冲天炉熔炼的铁液,但是,由于炉料配比的差别很大,氮含量却较高。
1.氧含量
冲天炉熔炼的铁液中,氧含量一般为0.004~0.006%(质量分数,以下均同此),无心感应电炉熔炼的铁液,氧含量一般在0.002%左右,有时还会更低些。一般说来,铁液中的氧含量低,有助于改善铸件的冶金质量,但是,如果铁液中的氧含量太低(0.001%或更低),则不利于孕育处理时晶核的形成,导致产生过冷石墨(D型),即使增加孕育剂的加入量,孕育效果也不好。
2.氢含量
在灰铸铁中,氢是有害元素,其含量越低越好。由于铸铁中碳、硅含量高,氢在其中的溶解度低,冲天炉熔制的铁液中,氢含量一般为0.0002~0.0004%。感应电炉熔制的铁液,因为金属与炉气接触的界面小,氢含量一般都更低,约在0.0002%左右,铸件产生氢致皮下气孔、针孔的可能性较小。
3.氮含量
用冲天炉熔炼时,灰铸铁中的氮含量一般为0.004~0.007%。
铸铁中含有少量的氮,有促成珠光体的作用,有助于改善铸铁的力学性能。如果氮含量在0.01%以上,则铸件就易于产生氮致气孔。
通常,废钢中的氮含量比铸造生铁中的高得多,用感应电炉熔炼铸铁时,由于炉料中所用的铸造生铁锭很少、废钢较多,熔炼制得的铸铁中氮含量会相应较高。此外,由于炉料中使用大量废钢,必须用增碳剂,而大多数增碳剂中氮含量都比较高,这又是导致铸铁中氮含量增高的另一因素。
因此,用感应电炉熔炼时,铸铁中的氮含量比用冲天炉熔炼的要高一些。一般说来,炉料中废钢用量为15%时,铸铁中的氮含量约为0.003~0.005%;废钢用量为50%时,氮含量可达0.008~0.012%;炉料全部为废钢时,氮含量可高达0.014%以上。
为避免铸件产生气孔缺陷,感应电炉熔炼铸铁时所用的增碳剂,一定要选购含氮量低的品种,如有可能,应核查增碳剂的含氮量。当前的问题在于:分析增碳剂中的含氮量,尚缺乏简便而准确的方法。美国ASTM D3197标准所认定的两种方法:一种是湿法,分析一个样品需时2周之久;另一种是用Leco公司分析装置的燃烧法,此法分析样品所需的时间约2~3min。但是,有报道说:就同一样品用这两种方法测定的结果差别很大,湿法的分析值偏低,燃烧法的分析值偏高,二者的差别竟可能高达3~4倍。
常用的增碳剂主要是石墨和石油焦,两种增碳剂的含氮量都可能在较大的范围内改变:石墨的含氮量可在0.15~2.5%之间;石油焦的含氮量则在0.3~2.0%之间。无论采用何种增碳剂,都应选含氮量低的品种。
有报道称:含氮量低的石墨,质地致密而柔软,有韧性,可以在纸上划出痕迹;含氮量高的石墨,质地硬而脆,有气孔,划在纸上不留划痕。
碳化硅中的含氮量较低,虽然其中的含碳量不高,主要作用是增硅,但在改善铸铁对孕育处理的回应能力方面有很好的效果,是电炉熔炼铸铁时不可或缺的重要添加材料。
如果铸件气孔缺陷较多,可考虑在炉前加入少量钛、铝、硼等固氮元素。

二.感应电炉熔炼时铸铁的结晶特性
金属、炉衬、炉渣和炉内气氛之间的相互作用,是熔炼炉中冶金过程的基础。只要对冲天炉和感应电炉的熔炼过程作简单地分析,就可以看出,二者熔炼铸铁的冶金过程差别很大,因而,熔制得到的铁液就具有不同的特性。
在碳当量相同的条件下,用感应电炉熔炼的铸铁与用冲天炉熔炼的相比,共晶结晶时的过冷度大得多
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