中頻電爐鑄造生產的五個技術要點必須記住

1.感應電爐熔煉的鐵液過冷度

電爐熔煉采用了大量的廢鋼和增碳劑的熔化方式，在提高鑄件強度和硬度的同時，鐵液中的外來結晶核心減少，在相同碳當量的條件下，電爐熔煉的鐵液在共晶凝固時的過冷度比沖天爐鐵液要大，收縮傾向也較大，在灰鑄件厚壁處易產生縮孔和縮松現象，薄壁處易產生白口和硬邊等鑄造缺陷，因此，在鐵水孕育過程中，為保證鑄件力學性能，需要提高0.1-0.2%的孕育量。

2.電爐熔煉鐵液氣體含量特點

電爐熔煉利用交流電感應原理，將金屬爐料熔化，整個熔煉冶金基礎就在于金屬爐料、爐襯材料、爐渣以爐內氣體的相互作用。與沖天爐熔煉相比較，由于金屬爐料與爐氣的接觸時間比較短，熔化鐵液與爐氣的接觸界面較小，熔化后的鐵液中氫、氧含量較低。

2.1電爐鐵液氫含量

氫元素是反石墨化元素，在鐵液中屬于有害元素，其含量越低越好。相關資料表明，電爐熔煉鐵液中的氫含量約為2PPm，因此，在熔煉過程中，只要控制原材料干燥無水分、潔凈無污染，鑄件產生由氫元素導致的皮下氣孔、針孔的可能性較小。

2.2電爐鐵液氧含量

氧元素一般以結合氧與溶解氧的形式存在鐵液之中，它對石墨在鐵液凝固過程中的形核有著重要作用。在熔煉的過程中，鐵液與空氣接觸，不斷吸附、溶解，直到飽和為止。相關資料表明，沖天爐熔煉鐵液的含氧量約為40-60ppm，而電爐熔煉鐵液的含氧量為20ppm，如高溫過熱時間長，鐵液的含氧量可能更低。傳統理論認為石墨形核是異質形核，靠外來質點（氧化物、氮化物、硫化物等）形核生長，孕育劑中的（Si，Ba、Ca、Zr等元素）要和氧結合生成氧化物形成核心，并且只有凝固時期析出的SiO2，它的結晶表面才能作為石墨的形核核心，有效地對石墨起到孕育作用。如果鐵液氧化嚴重，SiO2的結晶表面隨著時間延長而溶解，活性降低，可能變為熔渣而失去孕育的效果。對于灰鐵而言，鐵液中的氧含金量在20-30ppm范圍內時，有助于提高鑄件的冶金質量，如果含氧量低于10ppm，則不利于鐵液中的石墨形核，可能產生過冷石墨，增加孕育劑的加入量，效果也不明顯。目前最簡便的方法就是加入含氧、硫的孕育劑，也可以加入適量的鑄鐵鐵屑，提高鐵液中的含氧量，降低鐵液的過冷度。

2.3電爐鐵液氮含量

氮通常以下三種形式存在于鑄鐵中：（1）以間隙方式固溶于鑄鐵中的鐵素體或滲碳體中；（2）在鐵液中以氮化物的形式存在；（3）以單質N2的形式從鐵液中析出，形成氮氣孔。在鑄鐵生產過程中，如果原材料或工藝控制不當，可能會產生氮氣孔缺陷，造成鑄件報廢。鑄鐵中的氮元素主要來源于廢鋼中的碳素鋼、增碳劑以及樹脂砂型或砂芯等材料，一般鑄件的氮元素含量在40-70ppm，由于高牌號鑄件的生產，廢鋼和增碳劑的使用量不斷增加，在熔化過程中，氮的溶解度隨著鐵液溫度升高而增大，氮含量不斷在鐵液中積累。另外，呋喃樹脂在澆注的高溫鐵水中能夠分解成氨，氨又可以分解成氮和氫，在砂芯—鐵液界面的氮和氫溶解量急劇增加，從而使鐵液中的氮含量富集而達到過飽和狀態，在鑄件凝固的過程中，過飽和的氮從鐵液中析出，形成氣泡并沿著奧氏體枝晶間隙長大，最終形成裂隙狀的氮氣孔。相關文獻表明，在灰鐵鑄件的生產中，鑄件薄壁部位含氮量超過130ppm，厚壁部位含氮量超過80ppm時，鑄件可能產生氮氣孔。在含氮量較高的鐵液中，通常加入少量的鈦鐵和硅鋯孕育劑，利用Ti、Zr元素和氮形成氮化物，從而進行固氮，消除氮氣孔缺陷，這不但會增加生產成本，而且會提高鑄件硬度，影響其加工性能，因此，最有效的預防措施在于降低鐵液中氮含量的來源，減少奧氏體相廢鋼加入量；盡量使用低含氮量的優質高溫石墨化增碳劑；在使用呋喃樹脂制芯時，盡量采用低氮的優質樹脂；在冬季生產時，適當提高鐵液的澆鑄溫度，防止鐵液溫度降低過快而析出氣體。

3.灰鑄鐵石墨的形態特點

灰鑄鐵基本上是由鐵、碳和硅元素組成的合金，片狀石墨的大小、分布狀況是影響灰鐵鑄件力學性能的重要因素。由于灰鑄鐵中的石墨片有切割金屬基體、破壞其連續性、使其強度降低的作用，在生產鑄件的過程中，應避免產生長而薄的石墨片和粗大的石墨片。與沖天爐熔煉相比，感應電爐熔煉沒有充分的吸熱升溫和物質傳遞過程，而是采用大量廢鋼和增碳劑的熔化方式，并在熔化過程中伴有電磁攪拌，因此，在共晶凝固過程中可作為石墨形核的外來結晶核心較少，鐵液中的過冷度較大，白口傾向較高，在高強度薄壁灰鑄鐵件中往往會生成D型和E型過冷石墨，并在石墨末端形成三角狀。另外，電爐熔煉的鐵液中含氮量較高，氮元素在促進形成珠光體的同時，還能夠使片狀石墨長度變短，石墨末端尖角鈍化，彎曲度增加，提高鑄件的抗拉強度。

4.提高電爐熔煉鐵液質量的改善措施

在整個冶金過程中，電爐熔煉由于其設備加熱原理的特性，本質上就是將原材料熔化和輔助材料溶解擴散的過程，而且沒有沖天爐熔煉系統的除渣過程，對于原材料的表面潔凈度要求較高，回爐料需要進行拋丸處理，根據電爐熔煉的一些冶金特性，在以下幾個方面進行改善提高鐵液質量：

（1）電爐熔煉需要遵從“滿爐快速熔化、快速出鐵”的原則。在保護電爐爐襯使用壽命的基礎上，首爐根據冷起熔工藝熔化，熱爐盡量使用大功率熔化鐵料，減少鐵液與外界氣體接觸，防止鐵液在熔化過程中被氧化。另外，在熔化過程中需要專人查看熔化情況再分批加料，避免鐵料出現“搭棚、結殼”現象。

（2）在電爐熔煉的過程中，使用大量廢鋼和增碳劑，用于石墨形核的外來核心較少，因此，鐵液的過熱溫度和時間根據鑄鐵牌號而定，過熱溫度不能太高，過熱時間不能太長，長時間高溫放置的鐵液需要加入廢鋼、生鐵等原材料調制后使用，否則微小的外界核心被高溫鐵水溶解，在凝固過程中，鐵液的過冷度過大，容易生成D型過冷石墨，影響鑄件力學性能。

（3）在電爐熔煉的過程中，需要加入FeS或FeS2進行增硫以保證鐵水中適當的硫含量，生成的MnS細小顆?？梢宰鳛槭魏说耐饨绾诵?，有利于生成均勻的A型石墨。Mn和S含量一般應滿足下式：Mn% = 1.73 S% + 0.3%，由于MnS能夠溶于氧化渣（FeO、MnO等）中，可以降低氧化渣的熔點，形成流動的液態渣，當溫度較低時，過飽和的高熔點MnS容易從鐵液中析出，促使鑄件渣氣孔缺陷的形成，因此，在滿足鑄件力學性能的基礎上，鐵液中的Mn和S含量應取下限，不宜太高。

（4）為進一步提高電爐熔煉的冶金質量和穩定性，通常在熔化過程中加入SiC進行預處理，它可以改善石墨結晶析出的生和條件，提高鑄鐵的共晶轉變溫度，降低鐵水的過冷度，增加共晶團數，有利于生成細小均勻的A型石墨，改善鑄件的加工性能。SiC的熔點較高，只能以溶解和擴散的形式進入鐵液中，一般是隨爐料分批加入，加入量約為金屬爐料總量1%，由于各鑄造企業自身的爐況條件和作業方式不同，可以通過試驗取得適合企業具體條件下的最佳用量。

（5）在生產高牌號的灰鑄鐵鑄件時，目前國內普遍的做法就是降低鐵液碳當量，對鐵液進行合金化處理，保證鑄件力學性能符合要求。鑄件牌號越高，鐵液的碳當量越低，合金化元素越多，鐵液的流動性降低，收縮傾向會更加明顯，因此，需要適當提高Si/C的比值，一般將Si/C的比值控制在0.6-0.8范圍內，這樣可以增強促進石墨化的能力，增加奧氏體枝晶的數量，減少鑄件薄壁的白口傾向，改善鑄件的力學性能和加工性能。