1.感應爐鐵液質量控制的四個方面

人們常說：“成分(fēn)決定組織，組織決定性能。”這句話(huà)大(dà)體(tǐ)上是對的，但不夠全面。因爲，過去(qù)一(yī)提化學成分(fēn)，往往隻是五元素和合金元素；除了成分(fēn)因素外(wài)，結晶的控制對組織的形成亦很重要，比如與鑄鐵壁厚、鑄型條件有關的冷卻速度，結晶核心的預設，石墨形态的走向等等。把冷卻速度的外(wài)因放(fàng)在一(yī)邊，鑄鐵熔煉方面應着力做到化學成分(fēn)準确、鐵液幹淨、幹擾元素少和石墨核心有布控等四個方面。

⑴ 鐵液化學成分(fēn)要準确穩定

把鑄造做強，提高鑄件的國際競争力，赢得鑄件定價的話(huà)語權，性能穩定達到客戶的要求非常重要。一(yī)時一(yī)事把化學成分(fēn)做準，不算本事，始終準确，穩定生(shēng)産才有水平。

感應爐比沖天爐的燒損少的多，但畢竟有燒失。應當盡量減少燒損，并減少燒損波動的因素。

要特别提醒幾點：①淨料入爐最好，爐料又(yòu)髒又(yòu)雜(zá)是大(dà)忌。②采用比功率大(dà)的爐子，并輔以合理的裝料投料操作，以實現快速熔煉。縮短熔解期，并防止爐底過熱尤其重要，因爲氧化主要在鐵料的熔解階段。③鐵液過度過熱，分(fēn)次出鐵和澆鑄拖沓都會引起成分(fēn)的波動。④在弄清各種爐料成分(fēn)的基礎上，要仔細計算配料。配料時務必把熔煉後期因“自沸騰”而引起的脫C量和增Si量考慮在内。

⑵ 淨化鐵液

淨化鐵液是指排除鐵液中(zhōng)的非金屬夾雜(zá)物(wù)和氣體(tǐ)。

借電磁攪拌和“自沸騰”，感應爐有較好的排渣除氣作用。如果爐料比較幹淨，又(yòu)認真用除渣劑清渣，清除非金屬夾雜(zá)物(wù)不成問題，有無非金屬夾雜(zá)物(wù)從顯微檢驗中(zhōng)也容易發現。H、O、N氣體(tǐ)就不那麽直感了。但其中(zhōng)溶解H，即［H］，隻要熔煉後期所用輔料不是潮濕的，［H］不會成問題，可保證［H］＜2ppm。鑄件中(zhōng)産生(shēng)針孔，是由鑄型或澆包中(zhōng)的水分(fēn)造成的，不是［H］的過。熔煉中(zhōng)、後期由于［O］和［FeO］被C還原，感應爐鐵液中(zhōng)的氧并不多。在生(shēng)産灰鑄鐵時，有時甚至還要設法增O。所以除氣實際上是除N的問題。

随着我(wǒ)國廢鋼積存量的增加，感應爐中(zhōng)廢鋼用量必然增加。多用廢鋼，不但降低爐料成本，還可以提高鑄鐵性能，一(yī)舉兩得。廢鋼的含N量高，此外(wài)多用廢鋼少用生(shēng)鐵，必然要用增碳劑增C，增碳劑又(yòu)會帶來一(yī)些N。所以［N］可能超标（如薄壁件＞100ppm，厚壁件＞80ppm）,緻使鑄件中(zhōng)産生(shēng)裂隙狀氣孔，對性能的穩定性也不利。所以不要用含N高的廢鋼和增碳劑，必要時除N需要采取附加措施，如吹Ar。個别工(gōng)廠借用鑄鋼經驗，用LF爐精煉，生(shēng)産純淨的高端鑄件。如果［N］不是很高，又(yòu)無妨于機加工(gōng)性能，則加Ti等使［N］生(shēng)成TiN等,進行固N處理，則是最簡捷的辦法。

⑶ 控制有害微量元素

有害微量元素是通過異化石墨形态，産生(shēng)脆性相和影響基體(tǐ)組織等而起不利作用的，它們主要由某些地方生(shēng)鐵和廢鋼帶來。控制有害微量元素的辦法，一(yī)是把好爐料關，防止有害元素混入。二是采用鑄造用高純生(shēng)鐵，稀釋有害微量元素含量。

有關有害微量元素的不利影響和限量，可參閱《現代鑄鐵》2014.2期86—88頁，筆者所寫的<灰鑄鐵,球墨鑄鐵中(zhōng)的微量雜(zá)質元素>一(yī)文。

⑷ 石墨核心的布控

衆所周知(zhī)，感應爐鐵液的過冷傾向大(dà)，因此白(bái)口傾向大(dà)，收縮傾向大(dà)，影響切削加工(gōng)性能。追根溯源是感應爐的熔煉時間長，使生(shēng)鐵及回爐料中(zhōng)帶來的石墨，殘存少或全部消溶了，而鐵液中(zhōng)某些SiO2之類可作爲石墨外(wài)來核心的數量又(yòu)不足，導緻鐵液過冷傾向增大(dà)。

解決的辦法有兩個方面。一(yī)方面是快速熔煉，特别是占熔煉時間70%的化清過程要快。後期過熱溫度不要過高（一(yī)般視不同情況取1490-1540℃），保溫時間不要過長。目的都是爲了多保留些爐料中(zhōng)的細微石墨。另一(yī)方面更重要，就是如何用好增碳劑。前已述及，感應爐用了較多廢鋼是需要增C的，應選用晶型好的石墨增碳劑。如果增C量大(dà)，可以搭用一(yī)部分(fēn)碳素增碳劑，在裝料期加，但一(yī)定要留一(yī)些石墨型增碳劑在化清後加。冶金型SiC,可以增C增Si，并起到石墨形核的作用。在國際上SiC是很受推崇的預處理劑。

以上是爐内石墨核心布控的思路。至于爐外(wài)的各種處理則另當别論了

筆者這兩年曾寫過幾篇有關感應爐熔煉的文章，讀者可從《鑄造》、,《今日鑄造》、《鑄造工(gōng)業》和《百鑄網》上查找，以資(zī)補充。

2. 感應爐工(gōng)作中(zhōng)常見問題及對策

感應爐工(gōng)作中(zhōng)出現的問題很多，以下(xià)僅就若幹常見問題作一(yī)介紹。

⑴元素燒損偏大(dà)

感應爐中(zhōng)Si、Mn、Cr等易氧化元素的燒損，多在3%-5%。燒損超值，鑄鐵化學成分(fēn)波動，必然要引起一(yī)系列的組織和性能問題。元素燒損大(dà)，一(yī)般發生(shēng)在熔清時間過長，又(yòu)未注意造渣保護的時侯。若廢鋼用量大(dà)，輕薄料多，爐料帶水帶鏽，問題更是加重。避免元素燒損過大(dà)的辦法是：①爐料盡量幹淨，形狀不要枝叉，尺寸不能過大(dà)、過薄。②杜絕架料，并創造一(yī)切能快熔的條件。③熔煉前期要及時造渣，後期高溫下(xià)有熔渣覆蓋。充分(fēn)發揮熔渣的保護作用。④如果工(gōng)廠有切屑要利用，爐底可鋪一(yī)些，熔清向熔池分(fēn)批添加一(yī)些。

⑵鐵液中(zhōng)O偏高

感應爐沒有沖天爐的氧化性氣氛，而且由于鐵液中(zhōng)的［O］和［FeO］與［C］産生(shēng)反應，使Fe受到了C的保護，鐵液中(zhōng)的溶氧是不多的（數據見2(5)）。可是熔煉後期爲了促使增C劑溶吸，常調低電頻(pín)率以加強熔池攪動。如果“駝峰”過高，調頻(pín)時間過長，鐵液與大(dà)氣接觸幾率增加，被離(lí)解的O離(lí)子将進入鐵液。熔煉後期添加料未經烘烤，也會使［O］、［H］增加。近期，有業内人士提出：“在1500℃以上保溫，［O］不會降低，而是提高。”的觀點，可供參考。防止O偏高的辦法是：①熔煉後期調頻(pín)不要過度。②後期不要使用潮濕的物(wù)料和工(gōng)具。③過熱溫度不要過高。切忌高溫下(xià)長時間保溫。

⑶鐵液C量低于預期

鐵液溫度超過平衡溫度，反應SiO2+2C=Si +2CO向右進行，造成鐵液降C增Si。所以配料時不能忘了補C。要掌握本廠的降C量，把C量如數補足。還要提醒一(yī)點，灰鑄鐵後期調整成分(fēn)，要采取先Mn再C後Si的順序。

⑷鑄件機加工(gōng)後，發現有裂隙狀氣孔

裂隙狀氣孔是N氣孔的特征。當［N］超限（見1⑵）時容易發生(shēng)，鐵液中(zhōng)非金屬夾雜(zá)物(wù)多，發生(shēng)的幾率更高。“病從口入”，所以要限制電弧爐廢鋼用量，電弧爐廢鋼的［N］高，而轉爐廢鋼則不然。更要防止混入含N高的廢合金鋼料，如高錳鋼、耐熱的高鉻鐵素體(tǐ)鋼和鉻錳氮鋼，以及奧化體(tǐ)鋼等。當然這些合金鋼帶來的Mn、Cr、N、Ni對于鐵素體(tǐ)球鐵也是忌諱的。不同增C劑的含N量差别很大(dà)，煅燒石油焦的N量要比人造石墨增C劑高出許多，取某兩種産品比較其含N量，前者爲500ppm，後者僅爲20-25ppm。SiC含N量比人造石墨的還少，用之也是放(fàng)心的。若發現鐵液中(zhōng)N量高，應當機立斷，用Ti（Fe）、Al、Zr(Fe)等進行固N處理。

必須說明，裂隙狀氣孔當然要防，但并不是N越低越好。對于灰鑄鐵，N可縮短石墨長度，有使石墨端部圓滑的趨勢，N溶于固溶體(tǐ)可促使珠光體(tǐ)細化，并增加珠光體(tǐ)數量。N還有孕育作用，促進石墨化。因此，可溶性N對灰鑄鐵有利用價值。在美國GE特殊合金灰鑄鐵的技術要求中(zhōng)，規定N量在60-120ppm，Ti要限制在0.025%以下(xià)。埃肯公司在談到汽車(chē)行業中(zhōng)灰鑄鐵時，認爲［N］的理想含量是95-160ppm，并指出不要用Ti、Al、Zr進行固N。

⑸灰鑄鐵孕育效果不佳

在一(yī)些工(gōng)廠，灰鑄鐵孕育效果不好，即使多加孕育劑亦無濟于事。這與感應爐鐵液中(zhōng)的O、S含量低有關。不同資(zī)料，數據雖有出入，但很接近：［O］＜10ppm,＜15ppm,在20ppm左右；［S］＜0.06%，＜0.05%，在0.02%-0.04%。基本的解決辦法是用FeS系增S劑，把S提高至0.07%-0.10%。少數工(gōng)廠後期還加增O劑，例如用海綿鐵或燒結鐵或切屑，使［O］達到30ppm以上。亦有工(gōng)廠使用氧硫孕育劑。這些方法無非是生(shēng)成氧硫化物(wù)，起石墨核心的作用。必須指出，在低S鐵液中(zhōng)，形成了的石墨是比較容易消失的。這恐怕也是低S灰鑄鐵鐵液“孕育不上”的一(yī)個原因。

關于MnS,長期以來，常說MnS是石墨的核心。然而人們在顯微鏡下(xià)觀察，不乏淡灰藍(lán)色的MnS質點。因此MnS是否是石墨核心，在什麽條件下(xià)才能成爲核心，需要實證。況且，灰鑄鐵中(zhōng)常有0.6%-1.2%的Mn,增S至0.07%-0.10%，這點S是遠不足以滿足Mn=1.73S的平衡需要的。顯然該S不是爲了去(qù)平衡Mn，不是爲了生(shēng)成簡單的化合物(wù)MnS去(qù)起什麽核心作用，S與O隻有與更活潑的元素，如Ba、Ce、Zr、Al等一(yī)起生(shēng)成硫氧化合物(wù)，才能起到石墨的外(wài)來核心作用。

⑹球墨鑄鐵球化等級波動大(dà)

某廠球墨鑄鐵的球化等級出現較大(dà)波動。經分(fēn)析檢查，原鐵液S爲0.01991,0.02872,0.02399,0.02660,0.03338,0.03885,0.01559，含量起起伏伏，球化自然不穩定。隻有加強管理，穩住了原鐵液S含量，球化等級才可能穩定。

筆者了解到一(yī)個鄉鎮企業，原來用沖天爐生(shēng)産低鉻磨球，後來改用感應爐，低鉻磨球照幹，又(yòu)接了球墨鑄鐵任務。但爐子合用，既不分(fēn)用爐體(tǐ)，又(yòu)不懂得洗爐。球化反應，光煙俱有，液面亦竄“火(huǒ)苗”，但澆出的鑄件有碳化物(wù)，石墨球稀少，基體(tǐ)組織面目全非。經整頓，嚴格爐料管理，灰鑄鐵和球墨鑄鐵的回爐料不再相混，分(fēn)爐體(tǐ)熔煉，問題就解決了。

⑺石墨球數較少，球徑大(dà)小(xiǎo)不勻

有球狀石墨，說明殘留Mg量沒問題。毛病出在孕育不好或孕育衰退，如果鑄件未産生(shēng)白(bái)口，說明孕育差距尚不大(dà)。從熔煉而言，應該使用人造石墨增C劑布控好石墨核心。業内人士推薦SiC比人造石墨更好。并指出SiC質輕，易上浮，且表面有SiO2膜阻隔，影響溶解。因此，SiC在加料期加爲好。如果以喂絲法處理，孕育務必要在球化結束後，稍滞後進行，以免孕育加速衰退。

常常有人問到，石墨球數以多少爲合适。在球墨鑄鐵标準中(zhōng)，對石墨球數未作規定。根據石墨大(dà)小(xiǎo)6級推算，大(dà)體(tǐ)球數＞150個/m㎡。ADI的工(gōng)藝控制中(zhōng)規定石墨球數不低于100個/m㎡。

說到石墨增C劑，是容易從直覺上與碳素增C劑相區别的。但近年來發現，直覺判斷爲石墨增C劑，但使用效果卻不好。看來，今後制定增C劑标準需要仔細推敲。

⑻鑄件切削加工(gōng)性能不好

切削加工(gōng)性能是一(yī)個複雜(zá)的命題，涉及被加工(gōng)對象，刀具，切削工(gōng)藝參數和操作者對加工(gōng)性能優劣的認知(zhī)等。僅就鑄鐵而言，切削加工(gōng)性不好，可能是多方面的原因：①有自由滲碳體(tǐ)，②有硬質點（如磷化物(wù)，钛化物(wù)...），③有未熔盡的FeSi,④鐵素體(tǐ)球墨鑄鐵中(zhōng)殘留珠光體(tǐ)量多，⑤在熱節處因RE偏聚引起的反白(bái)口，不一(yī)而足。讀者利用基本的專業知(zhī)識，對症下(xià)藥，即可藥到病止。

⑼光譜分(fēn)析，殘Mg量在0.06%以上，但鑄件并無白(bái)口

一(yī)般中(zhōng)等壁厚件，殘Mg量在0.035%-0.045%即可球化。光譜分(fēn)析出殘Mg量在0.06%以上，金相檢驗又(yòu)無白(bái)口，說明該廠光譜分(fēn)析出了問題。光譜分(fēn)析一(yī)定要經常用标樣校正，用化學分(fēn)析法作比對。光譜分(fēn)析樣的制備和打磨要認真按規程去(qù)做。Mg,以及P、C和S對操作手法很敏感，不可大(dà)意。

⑽球墨鑄鐵的沖擊韌度低

鐵素體(tǐ)球墨鑄鐵和等溫淬火(huǒ)球墨鑄鐵中(zhōng)的QTD800-10R（需方有要求時）對V型缺口試樣的最小(xiǎo)沖擊功有規定。若沖擊功達不到要求，必須報廢。确定他們的化學成分(fēn)很關鍵。以鐵素體(tǐ)球墨鑄鐵中(zhōng)的QT350-22L和QT400-18L爲例，要求低P低Mn，并對Si量作相應的限制。這些專業性問題，在此從略。從熔煉角度看，應：①選用碳素廢鋼，并使用一(yī)定量的鑄造用高純生(shēng)鐵。②按照“1”節中(zhōng)的提示，作好鐵液質量控制的四方面工(gōng)作。③把爐前處理作好。這樣即可防患于未然。

⑾出現不明原因的毛病

有時候，覺得生(shēng)産中(zhōng)啥也沒變，鑄件卻出了毛病。怎麽去(qù)深入找原因？建議運用先進的檢測手段，比如用光譜儀查微量元素，用氧氮儀測總氧和總氮，用能譜分(fēn)析作相成分(fēn)，用X射線衍射作結構分(fēn)析等。本廠若做不了，應委托有關單位去(qù)做。然後請專家一(yī)起進行診斷。

⑿熔煉時間長，電耗高

熔煉時間長，電耗高，通常是感應爐先天不足造成的。進入21世紀，中(zhōng)頻(pín)感應爐發展很快。随着可控矽技術和電力電容器技術的發展，串聯節能型中(zhōng)頻(pín)爐異軍突起；“可控矽串聯的一(yī)拖二運行”理念深入人心。球墨鑄鐵噸電耗可低于570kwh。而傳統并聯中(zhōng)頻(pín)爐，噸電耗在800kwh以上。

調查發現，有的企業從變電站到中(zhōng)頻(pín)電源，再經過銅排及電纜到爐體(tǐ)系統，每一(yī)環上都有無謂的電能浪費(fèi)。亟須通過技術改造，節能增效。筆者對“電“不甚了了，鑄造廠可找供應商(shāng)作更新改造，亦可以在原有并聯設備的基礎上請其作專項改進。

⒀爐子小(xiǎo)毛病不斷

爐子的小(xiǎo)毛病都出在電氣系統和機械系統的零配件上面。購爐子不能貪圖便宜，購爐時要了解供應商(shāng)的資(zī)質和口碑。一(yī)流的供應商(shāng)會根據鑄造廠的情況，提出詳細的項目書(shū)，其中(zhōng)對電源部分(fēn)、爐子部分(fēn)和選購部分(fēn)列有清單，對外(wài)構件及輔機配套廠也有明白(bái)的交代。三流的供應商(shāng)往往除爐子本體(tǐ)自制外(wài)，其餘是串組起來的。與他們打交道，購貨要注意細節。要問清楚可控矽、控制闆、集成塊、元器件、絕緣材料以及缸泵的來源，還要檢查線圈水循環系統的接頭是否可靠、水溫能否巡查報警、有無漏電報警，電路系統是否防結露等等。以上各點有所疏忽，爐子工(gōng)作起來就會頻(pín)繁出毛病，耽誤生(shēng)産，帶來經濟損失。

⒁爐齡低

熔煉灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵采用酸性爐襯材料，由石英岩破碎過篩後的石英砂爲其骨料。石英岩遍布全國各地，但由于地質年代和成礦條件的不同，質地并不相同。精制石英砂應該：①SiO2含量大(dà)于98%。②伴生(shēng)堿性金屬氧化物(wù)小(xiǎo)于0.2%，Fe2O3小(xiǎo)于0.5%，Al2O3小(xiǎo)于0.5%。。③地質年代久遠。此種石英的晶格完整，缺陷少，晶粒均勻。

爐襯質量事關爐齡和生(shēng)産安全性，也影響鐵液的純淨度和産量，千萬不要撿便宜的買。有次行業活動中(zhōng)，有人問：“加硼酸幹啥？加多少合适？”我(wǒ)反問他，爐子大(dà)小(xiǎo)和鑄件産品情況。他答不上來，這才知(zhī)道他是賣爐襯材料的。爐襯材料市場門檻低，膽大(dà)的，配配料，弄個像樣的包裝，就可堂而皇之叫賣了。所以，我(wǒ)主張，如果想把你的鑄造廠搞長久搞好，應該上網搜一(yī)搜，找好的公司，它們的産品粒度有合理級配，礦化劑用量會根據用戶實際情況進行調整，對燒結和養護能提供技術支持。必須指出，第一(yī)爐鐵液的液面位置、最高溫度和保持時間等對爐齡很重要。燒結溫度應高于1550℃，以保證燒結層中(zhōng)石英完成方石英化。液面應處于爐口高度附近，使坩埚内表面上下(xià)燒結一(yī)緻。

⒂大(dà)象腳

所謂大(dà)象腳是指坩埚内腔底部，有一(yī)圈向内凹陷，呈大(dà)象腳狀。它是熔化期架料，底部熔池過熱，使爐襯中(zhōng)的SiO2與鐵液中(zhōng)的C反應，造成該處爐襯嚴重侵蝕所緻。爐子容量大(dà)，爐子底部所受的鐵液靜壓力大(dà)，更容易出現大(dà)象腳。對策是：①不許胡亂加料，不許用大(dà)料，不許用整個廢鑄件。②勤通料，助爐料下(xià)行。③發現有大(dà)象腳傾向，應及時進行修補。