摘要:中频电炉熔炼铁液的某些特性与冲天炉熔炼铁液相比存在许多差异，三角试片白口大，铸件中 S 含量低，石墨形态以 E 型或E 十 D 型为主，珠光体含量低，导致铸件“ 裂纹”缺陷的大量发生。生产中采取增硫和强化孕育工艺及“ 快熔快出”的操作工艺，以上缺陷可得到克服。
关键词:熔炼工艺;铁液特性;中频感应熔炼炉
经过多年努力我公司完成了对中频感应熔练炉熔炼工艺的技术改造，每个铸造车间配备两套K G P S - 5 0 0 0 / 0 . 3 G W- 1 0 型中频无芯感应电炉，双炉双电同时运行，一台熔炼，另一台保温出铁液，连续生产，不仅提高了生产效率、铸件的质量和成品率，而且改善了厂区的工作环境，降低了工人的劳动强度，创造了良好的经济效益和社会效益。但在采用电炉熔炼灰铁生产中，发现电炉铁液与冲天炉铁液在特性上存在许多差异，有其优良特性如:温度、成分易于控制，相对纯净度较高等，但也存在不良特性，主要表现在铸件质量的波动。针对采用电炉熔炼工艺后生产中出现的问题进行了深人细致的研究，总结出一些经验和对策。
1 电熔铁液的不良特性
在相同原材料的条件下，电炉熔炼的铁液与冲天炉熔炼的铁液其铸件基体组织与石墨形态有一定的差异，且相关电炉直熔工艺技术资料较少，实践、研究起来难度比较大。通过不断地实践，我们对电熔铁液特性有了一些初步的认识:①电熔铁液与冲天炉铁液相比晶核数量少，过冷度增加，白口倾向大;②在亚共晶灰铸铁中，A 型石墨数量极易减少，D, E 型石墨增加，并且使D, E 型石墨伴生的铁素体数量增加，珠光体数量减少;③具有较大的收缩倾向，铸件厚壁处易产生缩孔或缩松现象，薄壁处易产生白口和硬边等铸造缺陷。
2 不良特性的影响及分析
2 . 1 铸件缺陷
各车间电炉投产后，在生产过程中陆续出现以下几个比较典型的质量问题:
( 1 )发动机机体、 拖拉机箱体铸件出现裂纹缺陷，废品率达1 5 %;
( 2 )达到5 0 %发动机缸盖铸件渗漏 个别工作日渗漏废品
( 3 )发动机齿轮箱盖铸件白口严重，废品曾达到4 0 %以上;
( 4 )大部分铸件不同程度地出现石墨形态不良、珠光体含量低的缺陷。
2 . 2 缺陷分析
采用电炉熔炼工艺后，熔炼所用原辅材料基本没有变化。并且材料进厂都有严格的检验程序，供货厂家都是供货多年的业务关系。因此由原材料因素造成的此类差异基本排除。 铸件质量问题出现后，技术人员跟班作业，对每一种配料、操作过程中的每一个细节精心推敲，对缺陷铸件的成分、金相等进行记录分析。结果发现规律:凡是发生裂纹缺陷的铸件，石墨形态大都为E 型石墨或E 型石墨含量较多;白口缺陷铸件石墨形态以D型为主;针对这种现象，我们分析有以下原因。
2 . 2 . 1铁液含硫量低
“ 硫化物核心理论”认为[ l :铁液含硫量低时白口深度较大，随着含硫量的增加，白口深度逐渐减小，达到一个最小值，此时硫量为0 . 0 5 %^ ' 0 . 0 6 %。然后，随着硫量的增加白口深度再度增加。低硫时共晶团数少，即成核率很小，随着硫量的增加，共晶团数急剧增加，当硫含量达到0 . 0 5 %左右时，共晶团数增加趋向减缓。电熔灰铸铁液的含硫量一般情况下只有0 . 0 2 %-0 . 0 3 %。实践证明，当电炉铁液含S 量在0 . 0 5 %以下时，常规孕育效果不明显。硫含量在‘0 . 0 3 %时， 铸件白口倾向增大。分析认为:由于硫及硫化物含量低，形核能力低， 核心数量少，白口 增大， A 型石墨少， D, E型石墨增加。
2 . 2 . 2 含硫低的主要因素是铁液高温保温时间长
在冲天炉熔炼过程中，由于焦炭中硫分的影响，铁液增硫;而电炉熔炼过程中没有增硫源，不存在增硫，反而由于S 和其它元素极易化合成硫化物形成熔渣上浮于铁液表面，与渣子一起扒除，S 不但没有增加，反而相应减少。电熔铁液由于本身的熔炼特点，高温保温时间较长，作为形核晶粒，硫的化合物在保温期间大量熔融，从而导致硫化物核心减少，石墨成核能力降低，随着铁液保温时间的不断延长，形核晶粒不断减少，过冷度继续增大。实践证明:越是高牌号铸铁，保温温度、时间对过冷度的影响越显著。
3. 1改善不良特性的措施
3 . 1 . 1 强化 “ 精料出精品”的观念，加强对原辅材料的管理
首先针对原来冲天炉所用生铁供应厂家较多，质量差别较大的现实，分别对不同牌号、不同厂家的生铁在电炉上进行试验。试验结果表明:生铁生产厂家规模大，熔炼高炉容量大， 铁矿石质量好、来源稳定，工艺先进，生铁有害元素就低，不良遗传性小，用这样的生铁生产的铸件，内在质量好， 并且稳定;其次，严格禁止使用锈蚀严重的废钢，并对回炉料在投料前进行抛丸清理;选用经过高温石墨化处理过的增碳剂，并且在炉料炼过程中要尽量早加，使增碳剂与铁液直接接触且有充足的时间熔融，后期成分微调时，如碳量偏低可用生铁调整，如碳量偏高可用废钢整。
3 . 1 . 2 控制C E 和S i 含量略高于冲天炉
铸造一、二、六车间生产的铸件大都为H T 2 0 0 ,采用炉前快速热分析仪与理化分析相结合检测手段，要求严格炉前分析仪的成分控制。原铁液化学成分:3 . 9 5 % - 4 . 0 5 % C E、3 . 3 4 %一3 . 4 3 % C、1 . 8 5 %一1 . 9 0 %S i ， 孕育量为0 . 2 %-0 , 3 %，出炉温度1 5 2 0 -1 5 5 0 0 C o铸件化学成分为:3 . 3 0 %^ ' 3 . 4 5 %C, 1 . 8 %^ ' 2 . 1 %S i ,0 . 8 %一1 . 2 % Mn、P-0 . 1 0 %、0 . 0 5 %^ ' 0 . 1 2 % S o
3 . 2 采取的工艺措施
3 . 2 . 1创新、完善工艺操作规程
为改善铁液在高温长时间保温下带来的不良影响，在熔炼工艺规程上添加制定并强调 “ 快熔快出”的工艺操作方法，进一步强化工艺的指导作用，提高员工对执行工艺的自觉性。同时对造型时间进行调整，使造型速度与电炉的熔化率相匹配。铁液在炉内经成分调整、升温后尽快出炉，并加快浇注速度，最大限度的缩短铁液在炉内、包内的保温时间。
3 . 2 . 2 E 型石墨的有害作用及高长效孕育剂的应用
发动机机体、拖拉机箱体裂纹缺陷曾非常严跟踪调查发现，裂纹大部分发生在箱口部位，长m m 左右，裂痕微小，顺裂痕砸开没有氧化色，因定为冷裂。其原因为:在清理铸件用锤击打时，铸件产生裂纹，经金相分析凡产生裂纹的铸件均为石墨。
由于E 型石墨的方向性较强，机械强度低，冲性小，铸件易产生裂纹缺陷。 为改善这种状况，避免E 型石墨的出现，引进了F e S i 7 0 B a 5 长效孕育剂，增加了二氧化硅质点，型石墨的形成提供了必要的条件，同时由于硅铁的加人，延长了有效孕育时间，抑制了E 型石墨生，铸件的裂纹缺陷明显减少。 硅钡孕育剂应用到生产上后，石墨形态与珠光体含量都得到一定程度地改善和提高，但需要加人孕育剂量较大，成本较高。当孕育剂加人量偏多时，基体中珠光体含量易减少，铁素体含量有增加趋势，铸件的强度、切屑性能均受影响。. 一旦高温保温时间延长，硫及硫化物含量又低，晶核数量减少，不良石墨再次出现。
3 . 2 . 3 增硫剂的应用
为克服含硫量低形核数量少的现象，使用了增硫剂，使铁液硫含量由0 . 0 3 %以下增加到0 . 0 6 %一0 . 0 8 %，形核数量增加，此时铸件金相组织中全部为A型石墨或A型石墨为主，石墨长度2 - 3 级，两端变钝;基体组织珠光体含量由原来的3 0 %-5 0 % 增加到9 0 %以上;由于珠光体含量的增加，改善了铸件的强度和切屑性能。
由于成分的稳定和石墨形态、基体组织的改善，减少了铸件的裂纹缺陷，同时铸件的缩松、缩孔倾向得到改善，力学性能得到了相应地提高。在不加其它合金元素的前提下，0 3 0 m m试棒的抗拉强度均在2 5 0M P a 左右，硬度H B 1 8 5 -2 2 0 ， 高于H T 2 0 0 的要求。
3 . 2 . 4 薄壁铸件白口 消除的措施
当同一炉铁液浇注不同壁厚的铸件时，壁薄的铸件白口极易增大，有时甚至不能使用，例如发动机上的齿轮箱盖，其壁厚大部分只有4 ^ - 5 m m，白口缺陷造成的废品率高达4 0 %以上。针对这一问题，首先加大孕育量至0 . 4 %， 其次我们依据 “ 未溶石墨质点理论”l a出铁液前，在包内加人2 %的干净无锈原生铁块，有效增加石墨质点，使薄壁铸件白口消除，改善了切屑性能， 、 避免了铸件白口 缺陷。但这一措施仅仅用于同一成分铁液而不同铸件壁厚的情况，正常熔炼，铸件单一的情况下，一般不提倡使用这种方法，以免引起基体组织中石墨粗大，降低铸件强度。
上述工艺技术实施后，发动机机体、拖拉机箱体的裂纹缺陷基本得到克服，缸盖的渗漏缺陷控制在3 %以下，发动机齿轮箱盖白口缺陷消除。金相组织中石墨形态以A 型为主，珠光体含量9 0 %以上。
4 结论
( 1 )电熔铁液要得到合格健全的铸件，除了要求纯净炉料外，C E 要略高于冲天炉;
( 2 )电熔铁液要得到正常的石墨形态，S 含量控制在0 . 0 5 %^ ' 0 . 1 2 %，当S 含量簇0 . 0 5 %时，建议使用增硫剂， 并且增硫剂最好是在熔炼后期升温时加人;
( 3 )要求 “ 快熔快出”的操作工艺，减少铁液在炉内的保温时间，尤其是高温保温时间;
( 4 )使用高长效孕育剂，加人量0 . 2 0 % 0 . 3 %，如铁液含S 为0 . 0 5 %以下时 ( 暂时没有增硫剂) ，建议孕育量可增至0 . 4 %;
( 5 )薄壁铸件白口较大时，除加大孕育量外，另加2 %的原生铁，以增加石墨质点，消除白口。 |
