中頻感應(yīng)電爐熔煉關(guān)鍵控制點淺析

夏文國 楊 濤 楊紹同 李國鈞

昆明云內(nèi)動力股份有限公司

目前國內(nèi)鑄鐵熔煉設(shè)備逐步由沖天爐轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l感應(yīng)電爐，本文針對中頻電爐熔煉的過程控制，如爐襯檢驗、維修、爐料控制、加、配料控制、熔煉控制、鐵液質(zhì)量控制等方面，提出一些經(jīng)驗總結(jié)和看法，與同行分享、討論。

中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵與沖天爐相比，具有鐵液含硫低、化學(xué)成分控制精度高、環(huán)境污染少、工作環(huán)境好、勞動強度低等優(yōu)勢，因此目前國內(nèi)鑄造鐵液熔煉逐步由沖天爐熔煉轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l電爐熔煉。本文是筆者對中頻感應(yīng)電爐熔煉過程控制的一些經(jīng)驗總結(jié)和看法。

中頻感應(yīng)電爐爐襯檢查、日常修理

中頻感應(yīng)電爐每次熔煉結(jié)束爐襯冷卻后，必須對爐襯材料進行仔細(xì)的檢查，并把測量出的爐襯材料厚度記錄好，重點修理出鐵口和爐襯材料的結(jié)合部位。

爐料準(zhǔn)備

爐料主要有以下三方面的要求：塊度、清潔度、爐料安全性。爐料的塊度會影響熔化的效率。爐料應(yīng)在爐膛直徑的1/4～1/5 之間比較理想，若爐料過大，爐膛內(nèi)的間隙就大，熔化效率降低，還會增加搭棚的危險，導(dǎo)致爐襯材料過燒。

加、配料

配料時要考慮爐料的種類、形狀、尺寸、成分、加入量及對鐵液材質(zhì)的要求，進行綜合考慮。

（1）首先，根據(jù)爐料特性確定配料。（2）加料順序：先加入低熔點材料，同熔點的材料應(yīng)先加入塊度小的。電爐加料時要在爐底墊鐵屑，再加入增碳劑，再加入生鐵壓住增碳劑，生鐵上面加廢鋼或回爐料。（3）中頻感應(yīng)電爐的加料操作：電爐一旦開始加功率熔化，就不要隨意停止，加料時要遵循“盡量多次加料，每次加料盡量少”的原則。

熔煉控制

電爐冷爐啟動

中頻感應(yīng)電爐的耐火爐襯需要熱量來產(chǎn)生膨脹，以便封閉冷卻過程中產(chǎn)生的裂紋，因為金屬熔化前所有爐襯材料上的裂紋必須封閉以避免液態(tài)金屬滲漏。很好地封閉爐襯裂紋需要的時間因爐子大小的不同而不同。中頻感應(yīng)電爐每次非連續(xù)使用的冷爐啟動必須符合以下規(guī)定：

（1）用冷料填滿爐子，爐料應(yīng)干凈并密實地填充；（2）用低功率慢慢升溫，升溫速度應(yīng)控制在165℃/h；（3）升溫到1050-1100℃時開始保溫2h；（4）在上述過程中不允許產(chǎn)生液態(tài)金屬；（5）保溫結(jié)束后，可以進入正常熔化狀態(tài)。

正常熔煉操作

剛開始熔化時用較低功率。當(dāng)電流波動較小后，用最大功率熔清爐料。隨著爐料熔化，應(yīng)及時加入未加裝完的爐料，扒渣溫度應(yīng)控制在1520℃～1530℃之間。扒渣完成后關(guān)閉功率靜置10min 后，取樣分析并調(diào)整化學(xué)成分。

增碳劑控制

使用增碳劑增碳是中頻電爐熔煉的特點。增碳劑的使用方法和用量直接影響鐵液的質(zhì)量。增碳劑的使用一定要控制好，這樣才能確保感應(yīng)電爐熔煉的鐵液質(zhì)量。

（1）增碳劑的選擇及其性能指標(biāo)：增碳劑質(zhì)量對鐵液質(zhì)量的好壞有很大影響，決定了能否獲得好的石墨化效果。感應(yīng)電爐熔煉對增碳劑的要求是，固定碳含量越高越好，灰分、揮發(fā)分及硫等有害雜質(zhì)含量越低越好。

（2）增碳劑的使用方法：增碳劑的使用方法很多。對于5T 以上的電爐，一般使用爐內(nèi)投入法和分散加入法。爐內(nèi)投入法是在把增碳劑按配比或碳當(dāng)量要求隨爐料加入電爐中下部位。分散加入法是根據(jù)含碳量的要求，按配料比將增碳劑與金屬爐料隨各批料一同加入電爐中下部位，一層金屬爐料一層增碳劑。

中頻感應(yīng)電爐熔化的溫度控制

相對沖天爐來講，感應(yīng)電爐熔煉的溫度控制有方便、快速的優(yōu)點，可以隨時測量，隨時調(diào)整。但要使感應(yīng)電爐高效、安全、節(jié)能的熔煉出優(yōu)質(zhì)鐵液，必須精確、合理的控制感應(yīng)電爐中鐵液的溫度，特別在以下幾個環(huán)節(jié)：

（1）爐襯燒結(jié)過程中的溫度控制：爐襯燒結(jié)時，溫度要嚴(yán)格按耐火材料廠家提供的燒結(jié)曲線進行控制，特別是在1000℃的保溫階段，既要保持鐵料處于發(fā)紅狀態(tài)，又不能使鐵料熔化。爐襯高溫階段（1570℃）的保溫也很關(guān)鍵。（2）電爐熔煉時盡量采用滿功率熔化，既節(jié)能又高效，爐料熔清以后一定要嚴(yán)密、準(zhǔn)確的監(jiān)控溫度。因為爐料熔清后表面有一層渣，渣的溫度一般很低，測量鐵液溫度時測溫槍插入深度一定要穿過渣的厚度。扒渣溫度控制在1520℃～1550℃之間。（3）保溫過程中的溫度控制：應(yīng)盡量避免鐵液的保溫，比較理想的方法是快速熔煉、快速澆注。（4）電爐出鐵液時的溫度控制：由于電爐出鐵口和澆包之間總是有一定的距離，電爐內(nèi)的鐵液倒入澆包的過程總會有溫度下降，特別是帶后傾扒渣的電爐，這個問題更突出。電爐出鐵液時速度要盡量快，以盡量鐵液的溫度降，滿足工藝要求的澆注溫度，減少能源浪費。

中頻感應(yīng)電爐熔煉的鐵液質(zhì)量控制

鐵液成分的變化

（1）碳、硅：中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵一般采用酸性爐襯。當(dāng)鐵液溫度超過C-Si-O 系的平衡臨界溫度時，爐襯中的SiO2將被鐵液中的碳還原使鐵液脫碳增硅，從而使碳當(dāng)量減少，爐襯侵蝕加劇。（2）錳：在酸性爐襯中，錳有一定的燒損。我公司10 t電爐的錳燒損約4%～5%左右。C、P、S 含量變化比較小，對灰鑄鐵影響不大。

鐵液質(zhì)量特點和采取的措施

感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵雖然有調(diào)整成分和溫度方便、快速的優(yōu)點，但也有一些感應(yīng)電爐特有的鑄造性能缺陷，我公司10t 感應(yīng)電爐在調(diào)試階段也遇到了相同的情況。

（1）D 型和E 型石墨組織的出現(xiàn)：鐵液過熱時，并且在較高溫度保持較長的時間，在的得到的鑄鐵組織中，D 型或者E 型石墨與鐵素體的比例增加是如圖1 所示。

（2）白口的傾向增大：德國人Gopat V.Panchathan V 在1978年曾經(jīng)做過沖天爐、回轉(zhuǎn)爐、電爐熔煉的鐵液性能對比試驗，發(fā)現(xiàn)沖天爐熔煉的鐵液鑄件相對強度高。而電爐熔煉鐵液的相對強度低?；剞D(zhuǎn)爐居中。沖天爐熔煉的過程中，結(jié)晶過冷度比較小，白口不易產(chǎn)生，結(jié)晶的晶粒較細(xì)化，但是電熔爐煉鐵過程中，結(jié)晶過冷度的增大，會使鑄件的表面白口傾向增加，易于產(chǎn)生過冷石墨，所得鑄鐵的強度和硬度較高。在10 噸酸性中頻感應(yīng)電爐上進行試驗，其結(jié)論是：熔煉過程中，鐵液的溫度升高和鐵液的保溫時間延長時，體液中共晶團數(shù)會下降，且白口的深度也隨之增加直至飽和。白口深度的飽和水平隨著C、Si等促進石墨元素的增加而降低，隨著Cr 和Mo 等碳化物元素的增加而會同時上升。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)整理所得的圖2反映出了上述關(guān)系。

（3）硬度、抗拉強度的變化：綜上所述，當(dāng)基體組織析出鐵素體的時候，D 型、E 型石墨將會出現(xiàn)，鐵液保溫時間增加時，其強度和硬度都會有所降低。

（4）克服上述鑄造缺陷的主要方法是進行合理的作業(yè)和嚴(yán)格執(zhí)行熔化工藝和爐前控制，在10t 中頻感應(yīng)電爐的工藝調(diào)試中總結(jié)出了以下幾種措施：①確保澆注溫度的情況下降低感應(yīng)電爐內(nèi)的鐵液溫度。②盡量避免高溫儲存鐵液或保溫鐵液。③采取殘留液熔化法。④熔化后期加入生鐵。⑤爐前控制對鐵液進行嚴(yán)格的孕育處理。⑥爐前控制嚴(yán)格控制每包鐵液的澆注時間。⑦嚴(yán)格監(jiān)控澆注機的隨流孕育，孕育量控制在0.05%～0.1%之間。

圖1 石墨和基體組織隨時間的變化

圖2 白口深度和共晶團數(shù)的變化

結(jié)語

中頻感應(yīng)電爐的熔煉控制是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它受到原材料、冶金反應(yīng)、設(shè)備運行狀況、操作細(xì)節(jié)、車間管理等多方面的影響。以上是筆者在調(diào)試應(yīng)達公司一拖二10t/h 中頻感應(yīng)電爐過程中的一些體會和看法。不一定對每臺電爐都適用，在實際生產(chǎn)中要具體問題具體對待。