中频感应电炉熔炼铸态铁素体球墨铸铁工艺

２０１０年第４期　２０１０年８Ｂ　铸造设备与工艺　

ＦＯＵＮＤＲＹ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　

・铸造工艺・　中频感应电炉熔炼铸态铁素体球墨铸铁工艺　

陈晓光　（秦皇岛秦冶重工有限公司，河北秦皇岛０６６００４）　摘要：阐述了中频感应电炉熔炼铸态铁素体球铁的生产工艺，通过对原材料的选择和化学成分的控制，可　以生产铸态铁素体球墨铸铁，可获得较好的球化级别，而且生产工艺稳定、可靠，质量高、成本低，力学性能达到　和超过国家标准。　关键词：中频感应电炉；铸态；铁素体球墨铸铁　中图分类号：ＴＧ２５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６６９４（２０１０）０４—００２４—０３　

Ｔｈｅ　Ｃａｓｔ　Ｆｅｒｒｉｔｅ　Ｄｕｃｔｉｌｅ　Ｉｒｏｎ　Ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　Ｍｅｄｉｕｍ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｆｕｒｎａｃｅ　ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏ－ｇｕａｎｇ　（Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　Ｈｅｂｅｉ　０６６００４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｖｉｅｗｓ　ｔｈｅ　ｍｅｄｉｕｍ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃａｓｔ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏ１．ｆｅｒｒｉｔｅ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｌｌ　ｉＩ　ｃａｓｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｂｅｔｔｅｒ　ｎｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｇｒａｄｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｅｑｕａｌ　ｏｒ　ｌａｒｇｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｄｉｕｍ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｕｍａｃｅ，ｃａｓｔ，ｆｅｒｒｉｔｅ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ　

近些年来，我国球铁产量增长很快，球墨铸铁　件所占的比例愈来愈大。特别是铁素体球墨铸铁具　有良好的塑性和韧性，性能接近甚至超过铸钢，而　成本又低，因此更受欢迎。有些工厂多采用将铸态　球墨铸铁经过退火处理的工艺生产铁索体球墨铸　铁，这使得生产工艺复杂，生产周期加长，成本增　加。我们使用３　ｔ中频感应电炉，结合生产实际制定　出稳定可行的生产工艺，不用进行热处理直接生产　出合格的高韧性铸态铁素体球墨铸铁，力学性能已　经达到或超过了国家标准。　１　中频感应电炉的熔炼特点　冲天炉生产球墨铸铁件，虽然生产成本低，但　由于铁水温度低，化学成分不稳定，铸件质量不易　控制。而且，工作环境差，能源消耗大，污染严重。随　着工业技术的不断发展．对球墨铸铁质量提出更高　的要求。对于环境的保护也越来越重视。高温、低　硫、洁净，且化学成分准确，干扰元素又少的原铁水　是生产优质球墨铸铁的保障，足够高的熔炼温度和　必要的出炉温度十分重要，可以说中频感应电炉非　常适合生产优质球墨铸铁。与冲天炉相比，中频感　收稿日期：２０１０～０６—０５　作者简介：陈晓光（１９６５一），男，工程师，主要从事企业管理及铸造技　术工作。　・２４・　应电炉熔炼有以下特点：　１）无接触加热，通过电磁感应产生涡流，靠电　阻热来实现，熔炼过程中不会有增碳和增硫现象，　感应炉熔炼合金元素烧损少，化学成分均匀、准确，　铁水温度高且容易控制。　２）由于电磁搅拌作用。铁液的含气量、含氧量　较低，铁液比较纯净，非金属夹杂物容易上浮。但是　过分强烈的电磁搅拌使铁水冲刷炉衬．影响炉衬寿　命，也很难使渣子覆盖在铁水表面，增加大气对铁　水的污染。　３）电能消耗大，增加铸件成本，不连续生产。　４）中频无芯感应电炉能够直接熔化固体炉料，　而且开炉及停炉比较简单方便，因此得到了普遍应　用。　

２原材料的选择　原材料直接影响球墨铸铁的质量和生产过程　的稳定性。由于中频感应电炉冶金性能差，所以原　材料必须干净、少锈、无油、无杂质，而且化学成分　明确。回炉料也必须经过抛丸处理去除表面型砂、　渣子等。此外严把原材料、辅助材料进厂质量关，严　格控制材料各种元素的含量。　２．１生铁　选择生铁首先要根据球铁的基体要求及回炉　２０１０年第４期　陈晓光：中频感应电炉熔炼铸态铁素体球墨铸铁工艺　铸造设备与工艺　料用量来确定生铁的牌号。其次，根据韧性要求和　热处理与否限定锰量。还要限制干扰元素的总含　量。为了生产出合格的高韧性铸态铁素体球墨铸　铁．我们选用优质铸造生铁ＱｌＯ或Ｑ１２；。　２．２废钢　在铁液中加入废钢，不仅可以调整化学成分，　而且提高抗拉强度，因此，废钢使用普通碳素废钢　或优质碳素废钢比较理想，合金废钢以及含有干扰　元素的废钢不能使用。我们选用的优质碳素废钢化　学成分稳定（如表１所示），而且表面干净、无锈、无　杂质。　表１废钢的化学成分（质量分数，％）　【表面质量ｌ　Ｃ　ｓｉ　Ｍ“　Ｐ　Ｓ　ｌ干净、无锈ｌ　０．０１　０．４５　Ｏ．１８　０．０７３　Ｏ．０Ｏ６　２－３增碳剂　理论上．石墨质材料（如电极石墨、天然石墨、　天然类石墨）和碳质材料（如焦炭、石油焦、煅烧焦、　煅烧石油值）均可作为增碳剂。实际使用中，选哪种　增碳剂需视球铁牌号、熔炼方法和增碳剂的品质而　定．必须选择合适的增碳剂。由于不同的增碳剂会　影响铁液的含氮量，微量的氮能提高力学性能，但　过量则容易产生气孔缺陷。因此，选用石墨电极碎　块作为增碳剂．其成分要求如表２所示。　表２增碳剂的性能指标（质量分数，％）　１　６　９５　１　１　１　０００１　Ｉ　～　ｌ　≥　ｌ　≤　ｆ　≤　Ｉ　≤　ｌ≤．　Ｉ　增碳剂的加入方法采用随原材料一起加入和　铁液熔化后１　４００　ｏＣ以上时加入相结合的方法。通　过长期计算与化学分析相对比可知，增碳剂的吸收　率可达８５％～９０％。铁液增碳后，存在大量弥散分布　的非均质结晶核心，石墨晶核显著增多，促进石墨　形成。同时降低铁液的过冷度，白口倾向得到改善。　２．４硅铁　为了调整化学成分，减少铁液含氧量，选择优　质７５硅铁。　３化学成分的选择　金相组织决定了球墨铸铁的性能，而化学成分　的变化可以改变金相组织。因此，选择合理的化学　成分是获得铸态铁素体球墨铸铁根本。　３．１碳当量的选择　在球墨铸铁中起主要作用的是碳、硅两种元　素。而碳、硅都是强烈地促进石墨化的元素，可用碳　当量（ＣＥ）来说明他们对球墨铸铁金相组织和力学　性能的影响。提高碳当量可增加石墨球数，改善铁　水流动性，减少缩孔体积和白Ｅ１倾向，提高塑性和　韧性，获得健全的铸件。但碳当量过高，易出现石墨　漂浮导致性能下降，因此．碳当量应在４．５％～４．８％　之间。　３．２碳　碳是影响球铁机械性能和铸造性能很大的元　素，是促进石墨化的元素。含碳量高，则析出的石墨　球数量多，球径尺寸小，圆整度好，减少缩孔、缩松　倾向，减少甚至消除渗碳体，降低抗拉强度和硬度，　提高塑性和韧性。碳的质量分数为３．５％一３．８％时获　得铸态铁素体球铁。　３．３硅　硅也是影响球铁机械性能和铸造性能很大的　元素。也是强烈促进石墨化的元素。随着硅量的增　加，不仅白Ｅｌ倾向减少，铁素体增加，而且能够细化　石墨，提高石墨球的圆整度。但是，硅量过高，会提　高韧性—脆性转变温度，使铸件发脆，有害作用更　为明显。因此含硅量应为　（Ｓｉ）＝２．４％一２．８％，原铁　水的硅的质量分数为：１．６％～１．８％。　３．４锰　锰是阻碍石墨化并稳定碳化物的元素。具有增　加和细化基体中珠光体的作用。但易形成晶间偏　析，形成碳化物呈网状分布在共晶团边界上，降低　球墨铸铁的塑性和韧性。所以在生产铸态铁素体球　墨铸铁时。必须严格控制锰的含量。而锰还有脱硫、　脱氧、稳定球化的作用。因此，应控制在０．５％以下。　３．５磷　磷是有害元素，极易偏析，硬而脆呈多角状分　布的磷共晶恶化球墨铸铁的力学性能。显著降低塑　性和韧性，所以应严格控制。磷一般不得超过　０．０７％：　３．６硫　硫是反石墨化元素，属于有害杂质。硫与稀土、　镁、锰、铁的亲和力都很强，形成硫化物，消耗球化　剂，并且产生夹渣等缺陷。对石墨的球化和韧性影　响较大，硫低球化良好且稳定。当然硫也不宜太低，　部分ＭｇＳ、ＣａＳ可以起到石墨晶核的作用，有助于石　墨球化。因此，将硫控制在０．０３％以下。　

４球化剂的选择　中频感应电炉熔炼球墨铸铁，球化剂的作用主　

・２５　・　Ａｕｇ．２０１０　１％４　铸造设备与工艺　２０１０年第４期　要是球化，脱硫、脱氧的作用很小。因此在保证石墨　球化的前提下，尽量减少球化剂的用量，控制球化　剂的残留量，减少游离渗碳体，降低白口倾向，选用　了含镁和稀土较少的稀土镁球化剂。其化学成分见　表３．加入量为１．４％，稀土残余量为：０．０２％～０．０４％；　镁残余量为：０．０３％一０．０６％。球化处理采用冲入法，　球化处理温度大于１　４５０　ｏＣ。　表３球化剂的性能指标（质量分数，％）　

５孕育剂的选择　孕育处理是球墨铸铁生产必不可少的重要环　节，不仅能细化石墨，增加石墨数量，提高石墨圆整　度，改善球化率，还具有脱氢、脱氧、脱硫和消除白　口等作用，改善力学性能。因此，选择了硅一钡类复　合孕育剂。加入量为：０．５％～０．８％。　

６浇注温度　为了减少皮下气孔等缺陷，根据铸件结构，浇　注温度必须大于１　３５０　ｏＣ。　

７力学性能和金相组织　●　

每次生产时，浇注标准Ｙ试块。加工标准试样，　测量其抗拉强度ｃｒｂ和伸长率　，进行化学分析与金　相检查。从几年来的检测数据中，取１８１组测量数　据进行统计，抗拉强度６ｒｂ在４５１　ＭＰａ～５９０　ＭＰａ，伸　长率　为１０％～２５％，已经达到和超过国家标准，特　

别是伸长率最高达到２５％。其结果见表４。各元素的　含量都在控制范围以内，石墨级别为１～２级，石墨　大小为５－６级，铁素体含量大于６０％。　

表４铸态铁素体球墨铸铁抗拉强度　及伸长率　项目　数值　频次　百分比，％　累计百分比／％　抗拉强　４５１～４９９　１６２　８９．５　８９．５　度／ＭＰａ　５００～５９ｏ　１９　１０．５　１０ｏ　合计　ｌ８１　１ｏ０　０－１４．９　１４　７．７　７．７　１５～１７．９　５０　２７．６　３５－３　伸长率　１８～１９．９　４１　２２．７％　５８．０　８，％　２０－２１．９　１５　８－３％　６６＿３　

２２～２５　６１　３３．７％　１ｏ０．０　合计　１８１　１ＯＯ％　

８总结　综上所述，使用中频感应电炉熔炼，在控制好　各元素含量的前题下，加强过程控制，完全可以生　产铸态铁素体球墨铸铁，而且生产工艺稳定、可靠，　质量高、成本低，达到和超过国家标准，创造了较好　的经济效益和社会效益。