一中频感应电炉作业
（一）感应电炉溶化时的冶金特点
1 、金属液的搅动：搅的强弱随电炉工作频率、坩埚几何形状及感应器结构不同而异，工频电路的搅动大于中频电炉。
金属液的搅动有利于合金元素的迅速溶化和均匀化，但剧烈的搅拌运动加剧了金属液与炉衬材料、大气的冶金反应。
2、熔渣温度低
中频感应电炉熔池表面的熔渣是借助于熔融金属液的传热间接获取热量的，加上熔池表面不断循环的冷空气冷却着熔渣，因此熔渣温度偏低，使它很难在金属液路其各相之间保持平衡温度，以利于冶金反应的进行。
3、金属液温度控制方便
由于能量高度集中以用熔池内金属液的搅拌，因此金属液过热迅速，能方便的进行成分调整和均匀化，且由于添加的合金迅速融化元素烧损较小。
4、对金属液的清净能力强
伴随着能量传递的电磁力对金属液起作用，正确控制铁液运动可以起到对杂物的清净作用。根据上述冶金方面的特点，感应电炉可以进行如下几方面的冶金处理。
A.原材料的熔化
B.调整化学成分
C.调整出铁和浇注温度
D.金属液的储存和保温
E.金属液的升温和过热
F.添加脱氧或脱硫剂
（二）.炉内反应及成分变化
铸铁感应电炉内熔化铸铁时，许多元素具有氧起氧化反应的倾向，从而引起铁液内成分的变化，主要反应式有如下四个：
|C|+|O|=CO
|Si|+2|O|=SiO2
|Mn|+|O|=MnO
SiO2(S)+2|C|=|Si|+2CO
由于感应电炉的熔化作业一般在大气气氛中进行，且加入的炉料中有不同的铁锈 ，因此氧进入铁液平衡值以上便起氧化反应，其结果是铁液中的C.Si.Mn都减少 。
参与SiO2和C之间的反应大部分SiO2是炉衬耐火材料中的SiO2部分，一般坩埚式感应电炉几乎都是石英砂砌筑的酸性炉衬，其SiO2含量达98%以上。
根据公式：|Mn|+|O|=MnO反应平衡时的氧浓度最高，因此可认为C.Si.Mn并存条件下Mn对氧的亲和力较其它两者来的小。铁液温度在低于1380摄氏度时，反应受Si支配，Si的氧化烧损最大；铁液温度越高，C和Si含量变化不明显，超过1450摄氏度，会发生明显的C烧损和增Si现象。（SiO2还原反应温度1470摄氏度以上）
锰铁合金补加量太大或快度过大，会使熔化前局部形成锰的富集区，将使炉衬受到严重侵蚀。
感应电炉熔炼铸铁时会产生相当数量的熔渣。熔渣来源有：
1炉料本身的锈蚀和氧化物，其中包括炉料预热温度超过700摄氏度时生成的氧化皮。
2炉料中带入的未清净的型、芯砂及炉衬的局部剥落物SiQ2或Ai2O3
3出炉时飞溅在炉壁上的小铁珠在高温下生成的氧化物。
（三）感应电炉生产铸铁的特异性和采取的措施：
1感应电炉熔化虽然有调整成分和温度的方便、迅速的优点，但是有时也发生感应电炉中特有的一些铸造性能缺陷，其中最易发生的特异性有：
aD型和E型石墨组织的出现
当铁液过热到较高温度并长时间保温时，得到的铸铁组织中，铁素体和C型或E型石墨比例增加。
b白口倾向增大
中频感应电炉熔炼的铁水成核能力比冲天炉铁水成核能力低，本身固有的石墨底基遭到破坏。随着保温时间的延长和熔化过热温度的提高、共晶团数降低、白口深度增加直至饱和状态。其饱和水平随C和Si等促进石墨化元素含量的增加而降低，随Cr和Mo等碳化物稳定元素的增加而同时上升。
c硬度和抗拉强度的变化
当基体组织中析出铁素体并出现D型和E型石墨时，随着保温时间延长硬度和强度均下降。
d缩孔和外缩孔
铁水延长保温时间时，会出现铸铁组织及铸件缺陷。除上述的白口倾向增大和机械性能降低外，还会引起凝固时的缩孔或外缩孔缺陷。其原因除长时间保温外还和加入的锈蚀炉料有关。
2克服上述铸造缺陷的主要方法是进行合理的作业和制定专门的熔炼工艺：
a不过分提高过热及出炉温度
这是避免剧烈的脱氧反应，防止晶核生成物质消耗过多的一个有效措施。
b避免高温储存或保温铁液。
c才去残留液熔化法
采取这种熔化法有如下好处：由于冷炉料的补充，铁液温度降低，冷炉料补充时即添加了晶核生成物质。固态的铁块在残留液中熔化，能防止熔化前因高温引起的剧烈氧化。
d对铁液进行孕育
出提示对铁液进行孕育处理（不提倡大量孕育，讲究有效孕育），可以防止白口倾向，石墨形态也朝着A型方向变化。
e由于新生铁中含有初生石墨能起晶核作用，因此在出铁前加入少量的新生铁，可以有效的防止白口现象。
f尽量使用含氮量低的增碳剂
含氮量较高的增碳剂会使厚壁铸件产生针孔缺陷。
g为防止晶粒粗大，配料是加入百分之0.02的FeS块度（30mm-50mm,含S>百分之27、SiO2小于百分之5其余为铁，实际带入百分之0.008的S）可改删节静特性、细化晶粒。
h待炉料完全熔化后，除去液面熔渣，铁液温度在1450度以上为宜，加入百分之0.05的增碳剂，利用铁液的搅动卷入铁液内或外力搅拌更佳。当铁水温度升至1500摄氏度左右时即弯成增碳过程。增碳剂的吸收率约为百分之95以上。实际约增碳百分之0.05至百分之0.08（当原铁水含碳量在百分之2.6一下是增碳效果极佳。随着含碳量的增高，增碳效果下降至百分之3.2时则为极限）。
冲天炉熔炼的最终目标是高温优质，而感应电炉则是如何形成非均质晶核、促使共晶团数的增加、改善结晶特性，细化晶粒为目的。以上各条是达其目的的有效途径及手段。
三配料
1配料要根据材料的种类、形状、尺寸、成分、加入量及对铁液材质的要求，遵照成分决定组织，组织决定性能的原则，进行综合考虑。配料必须了解清楚供配料用的回炉铁，废钢及铁屑的大致成分，尤其对废钢（注：禁用密封管件、合金钢、含铝的废件）铁屑要了解其锈蚀程度，因其成分的熔损随锈蚀程度差异较大，Si和C熔损相差百分之10到15Mn的熔损相差百分之5到8（并非指绝对烧损值）
合理配料对减少电耗、保证铸铁质量，控制铸铁成本具有很大影响，在熔炼各种牌号灰铸铁时可参考下表。（出铁液前根据各类牌号的目标成分在进行炉前调整）
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配料比例百分之 |
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| 牌号 |
新生铁 |
回炉铁 |
废钢 |
铁屑 |
| HT200 |
45-55 |
20-30 |
20-25 |
10-15 |
| HT250 |
45-55 |
15-20 |
25-30 |
15-20 |
| HT300 |
4050 |
15-20 |
30-35 |
15-20
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灰铸铁化学成分
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铸件主要 |
化学成分 |
百分之 |
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| 牌号 |
壁厚mm |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
| |
<30-50 |
3.0-3.4 |
1.5-1.8 |
0.8-1.0 |
<0.15 |
小于等于0.12 |
| HT200 |
>50 |
3.0-3.2 |
1.4-1.7 |
0.8-1.0 |
|
|
| |
<30-50 |
3.0-3.3 |
1.5-1.8 |
0.8-1.0 |
<0.15 |
小于等于0.12 |
| HT250 |
>50 |
2.9-3.2 |
1.4-1.7 |
0.9-1.1 |
|
|
| |
<30-50 |
2.9-3.2 |
1.4-1.7 |
0.9-1.1 |
<0.15 |
小于等于0.12 |
| HT300 |
>50 |
2.8-3.1 |
1.3-1.6 |
1.0-1.2 |
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《铸铁件配料实用手册》
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自定灰铸铁成分
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成分 |
百分之 |
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| 牌号 |
C |
Si |
Mn |
| HT200 |
3.0-3.3 |
1.5-1.8 |
0.8-1.0 |
| HT250 |
2.8-3.3 |
1.4-1.8 |
0.8-1.1 |
| HT300 |
2.7-3.2 |
1.3-1.7 |
0.9-1.2
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说明：A、配料时C.Si,Mn含量可略低于目标值，不足部分进行炉前调整。
B、HT250,HT300相对应的Si0.3及0.5由炉前孕育剂带入，孕育剂的吸收率为百分之80左右。
C、HT250的炉前孕育量为百分之0.2-0.4，HT300炉前孕育量为百分之0.3-0.5.
D、HT300实际为：高Si\C比灰铸铁，碳当量约为百分之3.5，Si\C比值约等于0.58
采用高Si\C值生产的灰铸铁提高了铸件强度、改善了弹性性能，降低了白口倾向及收缩倾向，降低了残余应力，提高Si\C是提高灰铸铁性能的重要途径之一。
E、稀土防止干扰元素破坏球化，当干扰元素Rb.Bi.Te.Ti等总量为百分之0.05时稀土残留量百分之0.03-0.04可以完全中和干扰并抑制变态石墨的产生，镁的残留量在百分之0.04-0.06时就可以保证石墨化良好。
选择合适的球铁生铁、优良的球化孕育剂及制定合理的企鹅贴工艺规程，忽视其中哪一方面都将给最终结果带来不可挽回的影响。
球墨铸铁的生产对其熔炼工序而言主要保证两点：A.保证出铁温度B保证铁液成分
由于球铁在球化过程要降温100摄氏度左右，球化及孕育处理结束后的铁水温度应控制在1380-1400摄氏度为宜，因此出炉温度应控制在1480-1500摄氏度，出炉温度偏高处理球铁难度较大，但内在在品质优于炉温偏低处理的球铁。球化处理改变石墨形态，孕育处理改变石墨的大小、数量和分布。两者相辅相成、相得益彰。
2装料方式
感应电炉控制温度的方式有两种
（ 1）使铁液的温度始终保持在出铁的温度。
（2）尽可能在低温下熔化，然后过热到出铁温度。
采用第二种控制铁液温度方式具有以下优点。
A、能保持石英砂烧结的坩埚炉衬处于低温状态，借以提高炉龄。
B、优于铁液温度较低，其相应粘度较高因此可以适当抑制溶液的电磁搅拌作用和金属液拱顶高度，减少它的周向压力对炉衬的磨损。
（3）增大每次添加炉料量，有利于改善熔炉的负载功率状态，能使溶液温度上升速度增快，提高炉子的工作效率。
（4)由于装料次数减少，炉盖启闭次数减少，降低了炉子的热损耗，改善了劳动条件。
3熔化温度
在 感应电炉内熔炼铸铁时，熔化温度是保证获得所需材质性能的及重要因素。
各种牌号的最高加热温度和出铁温度
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最高加热温度
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出铁温度
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HT200
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1490-1510
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约1500
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HT250
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1500-1510
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1480-1510
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HT300
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1500-1510
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1480-1510
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4、残液熔化法
残液熔化法的电路功率利用系数最大，即炉子的熔化效率最高，单耗最小，铁液温度波动也最小。
残液熔化法实际上也是连续熔化的一种同擦汗那个采用保留三分之一残液进行熔化为宜。
三、炉前成分调整
采用感应电炉熔化铸铁时，一般再出铁前进行成分分析和炉前测定，以判断铁液性能，必要时进行成分调整，这正是感应电炉的优势所在。但它比冲天炉容易产生白口和缩孔缺陷，且由于凝固特性的差异，因此，机械性能也很敏感。除了在配料时严格掌握外，出铁前的铁液成分分析和调整，是相当重要的环节。
炉前成分调整原则：选择合适的区域那个时间；确定炉前试样方法；掌握铁液保温时各类元素烧损情况以及各类中间合金的添加方法和它们的吸收率。
1、取样时间：
取样分析应在铁料熔化并均匀后升至一定温度下 进行，一般取样时间在1400-1430摄氏度之间适宜。
取样、成分分析、成分调整、除渣等程序是出铁前的辅助时间，缩短辅助时间是提高熔化效率的有效措施。
2铁液内各类元素的烧损及添加
A、C元素的烧损、增碳和脱碳
C是影响铸铁组织和机械性能的重要元素，因此，在熔炼过程中尽可能控制含碳量的所需范围内。
a、碳的烧损
熔化和保温过程中，铁液内含碳量的变化受下列因素的影响：
1、与炉衬的反应。2、空气的影响。3炉料中的含氧量。
当坩埚的炉衬与铁液接触的几何表面积为定值时，铁液的搅动程度愈大，则铁液与空气和炉衬表面间的反应愈强。
当废钢铁屑作为原材料时，由于含有较多的氧化物会使碳的烧损加大，因此，就尽可能加入锈蚀程度小、清理干净的炉料。
B、增碳和脱碳
铸铁熔化时的增碳和脱碳，通常是通过添加增碳剂或废钢来达到的。
铁液增碳速度以及对增碳剂中碳的吸收率受下列因素的影响：
1铁液搅动程度。2增碳剂的种类。3增碳处理的温度。4铁液的成分组成。
铁液的搅动运动愈强，增碳效率越高。中频电炉铁液温度在1400-1500摄氏度时，存在搅拌的情况下碳的吸收率为百分之95以上。铁液对增碳剂的吸收能力因类而异，石墨电极的增碳效率最高，增碳速度也快。增碳剂加入后，过长时间的搅拌，反而会增加碳的烧损。铁液的成分对增碳有相当大的影响：铁液内碳的饱和度越低，则增碳速度越快;Si和P匀速对铁液吸收C有阻滞作用，而Mn元素对此有促进作用。Mn有助于吸碳，Si阻滞吸碳。
C增碳和脱碳方法
中频感应电炉通常增碳的方法是待炉料完全熔化后，除去液面熔渣，然后利用铁液的卷动将它卷入铁液内，8-12分钟完成增碳处理。
同时加入硅铁是，必须遵照在增碳完成后才可添加硅铁的原则，以免影响增碳速度。与增碳原理相同，可加入百分之8-10的锻造氧化渣进行脱碳。
B硅、锰元素的烧损与调整
a炉前调整铁液内的硅锰元素，通常采取添加硅铁来达到，无论是低碳铁液还是高碳铁液，它们对硅元素的吸收率很高，因此，在同事增碳和增硅的情况下，先增碳后增硅的工艺能很好的保证两种元素的高吸率。
b在酸性炉衬内，锰铁的添加量愈大或者块度愈大，与炉衬的反应越强，们元素的烧损也愈大。采用先增碳在增硅，然后分批增锰，这样烧损极微。
四、各种牌号的工艺过程
（一）、HT200
1适用于主要壁厚20-40mm的横梁、撑档、箱体类铸件。（主要壁厚小于20mm的适当降低牌号）由现场技术员决定。
2、加料初期百分之0.02的FeS同其他炉料同时加入。
3铁料熔化至1400-1420摄氏度是必须除渣取样进行光谱分析，待处理成功，升至预定温度降低功率加入调整成分所需合金，并孕育处理即可出炉。
4铁水出至包中，取三角式样和光谱式样，待完全确定成分性能后才可进行浇注，具体浇注温度由现场技术员根据情况决定。
（二）、HT250
1适用于主要壁厚40-90MM的墙板、回转臂、滑套、齿轮类铸件。
2配料目标成分见前表
3加料初期百分之0.02的FeS必须加入（注德国技术，效果十分明显）
4、5同HT200
（三）HT300
1适用于主要壁厚90mm以上的厚大墙板，或者有耐腐蚀要求的铸件。
2配料成分见配料表
3、4、5同上。
五、 中频感应电炉炉衬的打结、烘炉与烧结
感应电炉内熔炼铸铁时会产生相当数量的熔渣。熔化时所产生的熔渣呈酸性，使用酸性炉衬最为合适。
感应电炉在实际生产中不仅温度高、炉温变化大，而且还遭受着强烈炉渣侵蚀及激烈的电磁搅拌、高温铁水直接冲刷炉衬，因此，坩埚炉衬很容易损伤和破坏。现实生产中，由于炉子的打结与使用过程中各不相同，坩埚的使用寿命相差很大，如何让延长坩埚炉衬的使用寿命，这与炉衬材料、打结技术、正确使用、日常保养与维护有着密切的关系。
在使用过程中必须密切关注炉领、炉衬的变化，炉领的增高起着是否钻铁的报警作用，假如炉领短时间大幅度增高，说明炉领与炉衬的结合部已经进铁了，必须及时清理以免造成漏炉报警，炉衬在自然冷却的过程中有时会出现局部的裂纹，横裂不大于1mm长度不大于炉子周长的四分之一可以继续使用，竖裂不大于2mm就可以继续使用，每次在开炉前都必须仔细检查。
筑炉的的质量严重的影响着电炉的使用寿命。所以为了保证修炉质量，要求所有参与筑炉人员必须按照操作制度严格执行。
一 1所有筑炉人员身上除了筑炉工具以外不准携带任何物件，包括不准抽烟。在筑炉的过程中严禁任何杂物掉入炉里。
2先选择合适的坩埚，并且仔细除锈，防止氧化铁与炉衬材料隔离。
3认真仔细的铺好石棉布，一定要保持石棉布的平整，以免影响炉衬厚度。并且正确接好报警线、报警网以保证电炉的安全运行。
4仔细铺好炉底，炉底厚度应在260mm-290mm为宜。筑炉材料分两次倒入炉底，第一次六袋（150公斤），用三股叉三人交替夯实，（15分钟左右）然后倒入12袋（300公斤）同样三人交替夯实。然后用筑炉机震动20分钟以上，测量炉底高度找平后谨慎放入坩埚尽量是坩埚四周巨炉壁距离相等。（13.5mm左右）
筑炉每次三袋（75KG）均匀倒入坩埚外侧并且三人交替夯实每次夯5-10分钟直至倒满与坩埚筒平行为止。注意最底部最少三层要充分夯实，因为最低部筑炉机根本震动不到。在震动的过程中每三到五厘米为一个打结面，每个打结面震动5分钟以上。直到震动到据坩埚30厘米左右。炉衬应一次打完，坚决杜绝第二天重新开始，避免灰尘进入隔离炉衬材料。
二炉衬、炉领、出铁槽的维修与保养
1炉领质量的好坏，直接影响炉衬的正常使用，炉领经过受热后的涨幅起着预警作用，上涨幅度过大，说明炉衬与炉领的结合部已经进铁了，为了保证正常的使用，炉领应立即拆除，重新修筑。在拆除炉领的过程中应小心谨慎，避免大力冲击，以免毁坏炉衬。
2炉衬、炉领、出铁槽在升温或停炉后由于热胀冷缩受力不均匀时会出现裂纹，当炉领、出铁槽出现裂纹时应立即补修。
3出铁槽和炉领的结合部出现裂纹时应拆除出铁槽或者炉领。
4炉衬一般会出现两种裂纹，竖裂、横裂两种，竖裂一般不超过一毫米正在加热的过程中会自动弥合，横裂只要超过炉膛周长的三分之一，或者宽度接近0.5毫米，就应立即拆除炉衬重新大修。
所以，在开炉的前期应根据情况慢慢的增大中频功率，避免大功率或者超负荷送电，在开炉结束后应认真仔细的做好炉子的保温、降温工作，避免炉衬产生裂纹。 |
