重視中頻感應(yīng)爐熔煉的冶金功能

錢(qián)立

（河北工業(yè)大學(xué)，天津300130）

·鑄造設(shè)備·

重視中頻感應(yīng)爐熔煉的冶金功能

錢(qián)立

（河北工業(yè)大學(xué)，天津300130）

感應(yīng)爐是重要的熔煉設(shè)備，其工藝過(guò)程并非簡(jiǎn)單的重熔。本文從冶金學(xué)的視角，討論了爐料的裝入與續(xù)料、溫度掌控、輔料使用等問(wèn)題，以圖引起業(yè)界對(duì)其冶金功能的重視。

感應(yīng)爐；熔煉；重熔；冶金功能

感應(yīng)爐依靠磁-電-熱的轉(zhuǎn)換進(jìn)行工作，熱量發(fā)自爐料內(nèi)部，熔清后升溫快，調(diào)質(zhì)期短；渣料不發(fā)熱，熔渣溫度低；爐型呈坩堝狀，相對(duì)而言，熔池深而熔渣-鐵液界面小。因此，中頻感應(yīng)爐的冶金功能遠(yuǎn)不如電孤?tīng)t。有人還將它與沖天爐相比，認(rèn)為沖天爐內(nèi)焦炭-爐氣-鐵（料）液一熔渣相互作用，物理化學(xué)過(guò)程較為豐富。其實(shí)，對(duì)于沖天爐內(nèi)多種物料間的反應(yīng)，既有正面效應(yīng)（如增碳，熔渣熔吸雜質(zhì)和調(diào)硫等）亦有負(fù)面效應(yīng)（如元素?zé)龘p，成分波動(dòng)，鐵液被污染等），而后者恰是感應(yīng)爐的優(yōu)勢(shì)所在。

對(duì)于感應(yīng)爐，不能簡(jiǎn)單地視為熔化爐，爐內(nèi)存在著的冶金過(guò)程，要恰當(dāng)?shù)匕盐?，?qiáng)化或發(fā)展其有利面，限制其不利面。以下就爐料的裝入與續(xù)料，溫度掌控，輔料的使用等有關(guān)冶金問(wèn)題，舉例加以說(shuō)明。

1 爐料的裝入與續(xù)料

現(xiàn)場(chǎng)的裝料，一般側(cè)重于操作性表述，如a）爐底要墊輕薄料。b）料塊要合理，切忌厚大（電頻率在100 Hz～500 Hz時(shí)，最佳平均料徑為230 mm～100 mm）。c）裝料要緊密，但不能在熔化中發(fā)生棚料，等等。這些規(guī)定，對(duì)于保護(hù)爐底免受大料撞擊，爐料順行和熱利用是必要的。

然而，從冶金學(xué)視角考慮，強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)更為重要。

1）爐料裝入順序，應(yīng)保證爐底盡早形成高碳熔池。令熔點(diǎn)低的回爐料先裝，再生鐵，熔點(diǎn)高的廢鋼放在上面。全功率供電后，爐底很快便形成熔池，廢鋼浸入其中，表面增碳，熔點(diǎn)降低，起了助熔作用。還須指出，廢鋼比生鐵易于氧化，當(dāng)溫度高于700℃后，廢鋼表面氧化加快。若廢鋼能盡快熔于鐵液，無(wú)疑對(duì)于減少氧化也是有益的。

化學(xué)成分對(duì)熔點(diǎn)的影響是基于Fe-C相圖中液相線的變化：隨含碳量的提高，鋼的熔點(diǎn)降低。同樣道理，一些鐵合金，可以利用表面的增鐵，降低液相線溫度，來(lái)達(dá)到助熔的目的。筆者在熔煉有Mo、W、B、V等的鑄鐵時(shí)，較早地將FeMo、FeW、FeB或FeV投入熔池，起到了助熔的作用［1］。借著電磁攪拌作用，合金成分很快就被均勻了。

2）熔煉初期切忌底部熔池過(guò)熱，以免爐底侵蝕，并發(fā)生SiO2（襯）+2C＝Si+2CO反應(yīng)而致的爐底化學(xué)侵蝕。鐵液的過(guò)熱還會(huì)加劇元素的燒損和含氣量的增加。

3）隨著爐料的逐步熔解，應(yīng)適時(shí)續(xù)料，前一批料尚未化盡前，投入后續(xù)料。投向熔池的爐料要干燥，無(wú)銹蝕，以防鐵液氧化和含氣量的增加。在冬季，往熔池中加冷廢鋼，還會(huì)造成“炸濺”，要注意防范。

切屑宜加入熔池。裝料期加，既影響電耗，又加大了元素?zé)龘p。

2 溫度掌控

感應(yīng)爐熔煉涉及到平衡溫度、沸騰溫度、臨界溫度和過(guò)熱溫度等不同概念。

平衡溫度（t平衡）是決定SiO2+2C＝Si+2CO反應(yīng)方向的溫度，大于平衡溫度，反應(yīng)向右進(jìn)行，反之則反應(yīng)向左進(jìn)行。單質(zhì)狀態(tài)下，t平衡為1 645.8℃。鐵液中，t平衡與C、Si含量有關(guān)：隨著C含量的增加或Si含量的減少，t平衡下降。在通?；诣T鐵和球墨鑄鐵鐵液成分下t平衡約在1 425℃～1 400℃，對(duì)低溫用鐵素體球墨鑄鐵鐵液則約在1 380℃左右。高于平衡溫度，反應(yīng)產(chǎn)物CO造成熔池“沸騰”。生產(chǎn)中為了保證足夠的沸騰力度，一般取t平衡+50℃，稱(chēng)為沸騰溫度（t沸騰）。此時(shí)鐵液的沸騰，有利于溫度和成分的進(jìn)一步均勻，能驅(qū)除氣體，降低鐵液中的溶氧量，排除夾雜物等。

當(dāng)鐵液溫度進(jìn)一步提高，超過(guò)了所謂臨界溫度（t臨界）時(shí)，鐵液中的石墨化核心數(shù)明顯減少，鐵液白口傾向增大，鑄件或試樣中石墨形態(tài)發(fā)生變異，產(chǎn)生過(guò)冷石墨甚至出現(xiàn)自由滲碳體。不同資料所提供的t臨界的數(shù)據(jù)不甚一致，一般為1 455℃～1 510℃。t臨界與爐料狀況及鐵液成分有關(guān)，如生鐵的牌號(hào)高則t臨界高，生鐵配比少?gòu)U鋼用量多則t臨界低；鐵液的C、Si含量低則t臨界低等。此外，t臨界還與增碳劑的使用有關(guān)。

顯然，熔煉后期鐵液的過(guò)熱溫度（t過(guò)熱）取多少，關(guān)系到鐵液的冶金質(zhì)量。從鐵液自沸騰，凈化鐵液考慮，過(guò)熱溫度應(yīng)該在t沸騰以上。這一溫度亦正好與酸性爐襯的方石英化溫度相一致［2］，對(duì)提高爐襯燒結(jié)層的耐火度和體積穩(wěn)定性是有益的。因此，過(guò)熱溫度至少要超過(guò)1 470℃。最終過(guò)熱溫度則視鑄鐵材質(zhì)、鑄件，以及爐料等情況的不同，一般為1 510℃～1 550℃。亦有少數(shù)企業(yè)［3］，把過(guò)熱溫度調(diào)低至1 480℃左右，以減少過(guò)熱過(guò)程中晶核的損失。

經(jīng)1 510℃～1 550℃過(guò)熱的鐵液，淡化了爐料的不良遺傳性影響。雖然，過(guò)熱鐵液的過(guò)冷傾向大，但只要作好孕育處理，孕育效果會(huì)發(fā)揮得更好，有利于鑄鐵中石墨及基體的細(xì)化。但過(guò)熱溫度不能過(guò)高，過(guò)熱停留時(shí)間不能長(zhǎng)。否則，會(huì)加重爐襯的侵蝕和鐵液中SiO2的喪失；鐵液降C增Si，會(huì)增加化學(xué)成分波動(dòng)的不確定性；鐵液在高溫裸露下，溶氧量有回升的可能。

3 輔料的使用

在感應(yīng)爐煉的不同時(shí)期，需加入各種輔料。

1）增碳。廢鋼配比多，鑄鐵增碳量大時(shí)，大部分增碳劑應(yīng)在裝料時(shí)加于輕薄料之上，上面再壓其他爐料。這樣，既防止了增碳劑的漂浮，又加強(qiáng)了鐵液的助熔作用。后期于鏡面加入細(xì)粒增碳劑補(bǔ)碳，此時(shí)應(yīng)調(diào)低電頻率，加大電磁攪拌作用。

2）造渣。筆者習(xí)慣于在熔化前期，通過(guò)爐料間的空擋加入渣劑（一般的珍珠巖類(lèi)清渣劑），以便及時(shí)在熔池上形成熔渣層，防止氧化吸氣。熔煉后期，可補(bǔ)充清渣劑，根據(jù)渣量和渣況，換1～2次渣。熔煉末期，爐溫高，用一般的商品清渣劑，熔渣稀，聚渣效果不好，熔渣成殼性差，難以挑起渣殼。此時(shí)，應(yīng)通過(guò)復(fù)配，調(diào)高清渣劑的融熔溫度。

3）增硫。感應(yīng)爐鐵液的硫含量低，用于灰鑄鐵，孕育效果差，而且在低硫鐵液中新生的石墨晶核很容易重新溶解消失?；诣T鐵合適的硫含量為0.07%～0.10%。增硫作業(yè)可在爐內(nèi)或爐外進(jìn)行。

4）預(yù)處理。感應(yīng)爐鐵液的自發(fā)形核能力差，白口傾向大。可通過(guò)預(yù)處理加以克服。常用的預(yù)處理劑有晶型石墨、SiC、Inoculin390和Preseed TM等。

5）其他。廢鋼中的含氮量較多，當(dāng)爐料中廢鋼配比大時(shí)，鐵液中溶氮量較多，經(jīng)過(guò)短期“自沸騰”可以降低氮的含量，如若氮含量仍偏多，應(yīng)以FeTi固氮，即令溶解氮轉(zhuǎn)化為T(mén)iN。固氮工作可以爐內(nèi)或爐外進(jìn)行。生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在熔煉后期，向熔池投入少量的鑄鐵切屑（無(wú)油污及切屑液），有促進(jìn)孕育的作用。

本節(jié)中關(guān)于增碳劑、清渣劑、增硫劑和預(yù)處理等，可查閱資料［4］。

必須指出，本文的目的在于提請(qǐng)讀者重視感應(yīng)爐的冶金功能，使每一操作都能發(fā)揮有利的冶金作用，而限制或削弱不利面。本文所列舉的一些做法，僅供參考。

［1］虞覺(jué)奇，易文質(zhì)，陳邦迪，等.二元合金狀態(tài)圖集［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1987.

［2］吳德海、錢(qián)立、胡家聰.灰鑄鐵、球墨鑄鐵及其熔煉［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

［3］楊順來(lái).電爐熔煉D型石墨分析與解決［C］//第二屆中國(guó)環(huán)海經(jīng)濟(jì)區(qū)鑄造論壇文集.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)市鑄造協(xié)會(huì)，2010.

［4］錢(qián)立.鑄鐵熔煉材料選用及其對(duì)鑄鐵件質(zhì)量的影響［C］//鑄鐵熔煉及鐵液處理技術(shù)論文集.揚(yáng)州：現(xiàn)代鑄鐵編輯部，2010.

Great Attention to Metallurgical Function of Mid-frequency Furnace Process

QIAN Li
（Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China）

Induction furnace is an important melting equipment.In the article，the charging，temperature control，use of auxiliary materials and others were discussed as viewed from metallurgy.

induction furnace，melting，remelting，metallurgical function

TG232.3

A

1674-6694（2010）06-0001-02

2010-10-27

錢(qián)立（1936-），男，教授。