無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵的幾個(gè)問(wèn)題
無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵，從上世紀(jì)30年代采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻電源開(kāi)始，隨后用50/60 Hz的工頻電源，后來(lái)又進(jìn)而發(fā)展到采用變頻中頻電源。
上世紀(jì)60年代后期，晶閘管靜態(tài)變頻電源的應(yīng)用，導(dǎo)致鑄鐵行業(yè)中采用無(wú)芯感應(yīng)電爐作為熔煉設(shè)備的企業(yè)逐漸增多，尤其是70年代逆變電源的開(kāi)發(fā)，中頻無(wú)心感應(yīng)電爐的電源有了重大的改進(jìn)，頻率轉(zhuǎn)變效率可提高到97%～98%，熔化鑄鐵時(shí)熱效率可達(dá)到70%，同時(shí)，電爐設(shè)備和所用的耐火材料也在不斷發(fā)展，因而其應(yīng)用日益廣泛。
對(duì)于不適于采用長(zhǎng)爐齡大型沖天爐的中、小型鑄造廠，用無(wú)心感應(yīng)電爐熔煉有很多優(yōu)點(diǎn)，主要如：
l 熔煉時(shí)排出的廢氣、煙塵和爐渣大幅度減少，便于治理環(huán)境和改善作業(yè)條件；
l 可利用廉價(jià)的金屬爐料，尤其是便于循環(huán)回用加工的切屑和邊角余料；
l 生產(chǎn)安排的靈活性較好；
l 鑄鐵的化學(xué)成分和溫度比較均勻且易于控制。
但是，感應(yīng)電爐熔煉的冶金過(guò)程與沖天爐有很大的的差別，如果不能切實(shí)了解其冶金特點(diǎn)，從而正確安排熔煉和各項(xiàng)后處理作業(yè)，則生產(chǎn)灰鑄鐵件時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)顯微組織不符合要求、鑄件的加工性能惡化等各種問(wèn)題，不能確保鑄件的質(zhì)量要求。
一、感應(yīng)電爐與沖天爐熔煉過(guò)程中的不同之處
沖天爐是以焦炭為燃料的豎爐，無(wú)芯感應(yīng)電爐則是以電感應(yīng)加熱的坩堝爐，熔煉過(guò)程當(dāng)然會(huì)有很大的的差別，即使熔煉得到的鐵液化學(xué)成分相近，其在凝固過(guò)程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的條件卻有很大的差異，因而，鑄件的微觀組織和某些性能也會(huì)有頗大的差異。
這兩種熔煉設(shè)備，不同之處主要有以下幾點(diǎn)。
1、沖天爐內(nèi)有高溫的過(guò)熱區(qū)
沖天爐熔煉過(guò)程中，在底焦層內(nèi)氧化帶和還原帶之間，有一高溫過(guò)熱區(qū)，溫度一般都在1700℃左右，高溫運(yùn)行的沖天爐還會(huì)更高一些。
感應(yīng)電爐熔煉時(shí)，爐內(nèi)不存在這樣的過(guò)熱區(qū)。
2、鐵液中的硫含量
沖天爐熔煉時(shí)，爐料中生鐵錠所占的配比較高，生鐵錠的硫含量一般都高于廢鋼。而且，爐料在熔化區(qū)熔融后，以細(xì)小液滴狀態(tài)下落的過(guò)程中，流經(jīng)硫含量較高的焦炭，二者接觸的界面面積大。液滴到達(dá)爐缸后，所有的鐵液都積存于焦炭塊之間的空隙中。因此，熔煉灰鑄鐵時(shí)，鐵液中的硫含量較高，通常都在0.1%左右。
無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵時(shí)，由于爐料中廢鋼多而生鐵錠少，配料中硫含量本來(lái)就低，再加以熔煉過(guò)程中完全不與焦炭接觸，沒(méi)有自焦炭吸收硫的過(guò)程，如果不特意在配料中加硫，則熔煉得到的鐵液中硫含量較低，一般都在0.04%以下。
3、鐵液中的氧含量
沖天爐熔煉過(guò)程中，未熔的金屬爐料、鐵液與爐氣接觸的界面大、時(shí)間長(zhǎng)，熔煉制得的鐵液中氧含量較高，一般為0.004%～0.006%。
無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵時(shí)，金屬爐料與爐氣接觸的時(shí)間很短，熔融的鐵液與爐氣接觸的界面很小，鐵液中的氧含量相當(dāng)?shù)?，一般?.002%左右，甚至更低一些。
高爐熔煉的鑄造生鐵，氧含量比廢鋼高得多。少用或不用生鐵，代之以廢鋼，也是感應(yīng)電爐熔煉的鐵液中氧含量較低的重要原因。
4、鐵液中的氮含量
沖天爐熔煉過(guò)程中，雖然鐵液與爐氣接觸的時(shí)間長(zhǎng)，接觸的界面大，但是，由于鑄鐵中的碳、硅含量較高，溶于鐵液中的氮并不很多，含量一般為0.004%～0.007%。鑄鐵中含有少量的氮，鑄件中不至于產(chǎn)生氣孔，卻有促成珠光體的作用，有助于改善鑄鐵的力學(xué)性能。
無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵時(shí)，爐料中配用的廢鋼量較多。廢鋼中的碳、硅含量都低，氮含量比鑄鐵中的高得多，因此，感應(yīng)電爐熔煉的鐵液中氮含量要高一些。一般說(shuō)來(lái)，爐料中廢鋼用量為15%時(shí)，鑄鐵中的氮含量約為0.003%~0.005%；廢鋼用量為50%時(shí)，氮含量可達(dá)0.008%~0.012%；爐料全部為廢鋼時(shí)，氮含量可高達(dá)0.014%以上。
如果鐵液中氮含量在0.01%以上，鑄件就易于因氮析出而產(chǎn)生氣孔。因此，用感應(yīng)電爐熔煉時(shí)，要注意防止因氮而致的氣孔。
5、對(duì)鐵液的攪拌作用
沖天爐熔煉過(guò)程中，爐料熔化后，只在液滴下落的短暫時(shí)間內(nèi)有些擾動(dòng)。鐵液進(jìn)入爐缸或前爐后，除內(nèi)部有輕微的對(duì)流外，基本上沒(méi)有攪拌作用。
感應(yīng)電爐熔煉過(guò)程中，熔融的鐵液內(nèi)部自始至終都有感應(yīng)電流的攪拌作用。
上世紀(jì)60年代后期，晶閘管靜態(tài)變頻電源的應(yīng)用，導(dǎo)致鑄鐵行業(yè)中采用無(wú)芯感應(yīng)電爐作為熔煉設(shè)備的企業(yè)逐漸增多，尤其是70年代逆變電源的開(kāi)發(fā)，中頻無(wú)心感應(yīng)電爐的電源有了重大的改進(jìn)，頻率轉(zhuǎn)變效率可提高到97%～98%，熔化鑄鐵時(shí)熱效率可達(dá)到70%，同時(shí)，電爐設(shè)備和所用的耐火材料也在不斷發(fā)展，因而其應(yīng)用日益廣泛。
對(duì)于不適于采用長(zhǎng)爐齡大型沖天爐的中、小型鑄造廠，用無(wú)心感應(yīng)電爐熔煉有很多優(yōu)點(diǎn)，主要如：
l 熔煉時(shí)排出的廢氣、煙塵和爐渣大幅度減少，便于治理環(huán)境和改善作業(yè)條件；
l 可利用廉價(jià)的金屬爐料，尤其是便于循環(huán)回用加工的切屑和邊角余料；
l 生產(chǎn)安排的靈活性較好；
l 鑄鐵的化學(xué)成分和溫度比較均勻且易于控制。
但是，感應(yīng)電爐熔煉的冶金過(guò)程與沖天爐有很大的的差別，如果不能切實(shí)了解其冶金特點(diǎn)，從而正確安排熔煉和各項(xiàng)后處理作業(yè)，則生產(chǎn)灰鑄鐵件時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)顯微組織不符合要求、鑄件的加工性能惡化等各種問(wèn)題，不能確保鑄件的質(zhì)量要求。
一、感應(yīng)電爐與沖天爐熔煉過(guò)程中的不同之處
沖天爐是以焦炭為燃料的豎爐，無(wú)芯感應(yīng)電爐則是以電感應(yīng)加熱的坩堝爐，熔煉過(guò)程當(dāng)然會(huì)有很大的的差別，即使熔煉得到的鐵液化學(xué)成分相近，其在凝固過(guò)程中發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的條件卻有很大的差異，因而，鑄件的微觀組織和某些性能也會(huì)有頗大的差異。
這兩種熔煉設(shè)備，不同之處主要有以下幾點(diǎn)。
1、沖天爐內(nèi)有高溫的過(guò)熱區(qū)
沖天爐熔煉過(guò)程中，在底焦層內(nèi)氧化帶和還原帶之間，有一高溫過(guò)熱區(qū)，溫度一般都在1700℃左右，高溫運(yùn)行的沖天爐還會(huì)更高一些。
感應(yīng)電爐熔煉時(shí)，爐內(nèi)不存在這樣的過(guò)熱區(qū)。
2、鐵液中的硫含量
沖天爐熔煉時(shí)，爐料中生鐵錠所占的配比較高，生鐵錠的硫含量一般都高于廢鋼。而且，爐料在熔化區(qū)熔融后，以細(xì)小液滴狀態(tài)下落的過(guò)程中，流經(jīng)硫含量較高的焦炭，二者接觸的界面面積大。液滴到達(dá)爐缸后，所有的鐵液都積存于焦炭塊之間的空隙中。因此，熔煉灰鑄鐵時(shí)，鐵液中的硫含量較高，通常都在0.1%左右。
無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵時(shí)，由于爐料中廢鋼多而生鐵錠少，配料中硫含量本來(lái)就低，再加以熔煉過(guò)程中完全不與焦炭接觸，沒(méi)有自焦炭吸收硫的過(guò)程，如果不特意在配料中加硫，則熔煉得到的鐵液中硫含量較低，一般都在0.04%以下。
3、鐵液中的氧含量
沖天爐熔煉過(guò)程中，未熔的金屬爐料、鐵液與爐氣接觸的界面大、時(shí)間長(zhǎng)，熔煉制得的鐵液中氧含量較高，一般為0.004%～0.006%。
無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵時(shí)，金屬爐料與爐氣接觸的時(shí)間很短，熔融的鐵液與爐氣接觸的界面很小，鐵液中的氧含量相當(dāng)?shù)?，一般?.002%左右，甚至更低一些。
高爐熔煉的鑄造生鐵，氧含量比廢鋼高得多。少用或不用生鐵，代之以廢鋼，也是感應(yīng)電爐熔煉的鐵液中氧含量較低的重要原因。
4、鐵液中的氮含量
沖天爐熔煉過(guò)程中，雖然鐵液與爐氣接觸的時(shí)間長(zhǎng)，接觸的界面大，但是，由于鑄鐵中的碳、硅含量較高，溶于鐵液中的氮并不很多，含量一般為0.004%～0.007%。鑄鐵中含有少量的氮，鑄件中不至于產(chǎn)生氣孔，卻有促成珠光體的作用，有助于改善鑄鐵的力學(xué)性能。
無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵時(shí)，爐料中配用的廢鋼量較多。廢鋼中的碳、硅含量都低，氮含量比鑄鐵中的高得多，因此，感應(yīng)電爐熔煉的鐵液中氮含量要高一些。一般說(shuō)來(lái)，爐料中廢鋼用量為15%時(shí)，鑄鐵中的氮含量約為0.003%~0.005%；廢鋼用量為50%時(shí)，氮含量可達(dá)0.008%~0.012%；爐料全部為廢鋼時(shí)，氮含量可高達(dá)0.014%以上。
如果鐵液中氮含量在0.01%以上，鑄件就易于因氮析出而產(chǎn)生氣孔。因此，用感應(yīng)電爐熔煉時(shí)，要注意防止因氮而致的氣孔。
5、對(duì)鐵液的攪拌作用
沖天爐熔煉過(guò)程中，爐料熔化后，只在液滴下落的短暫時(shí)間內(nèi)有些擾動(dòng)。鐵液進(jìn)入爐缸或前爐后，除內(nèi)部有輕微的對(duì)流外，基本上沒(méi)有攪拌作用。
感應(yīng)電爐熔煉過(guò)程中，熔融的鐵液內(nèi)部自始至終都有感應(yīng)電流的攪拌作用。
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