用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵

用電爐冶煉廢鋼加增碳劑生產(chǎn)鑄鐵件，盡管電爐便于化學元素含量的調(diào)整，而且主要元素可以調(diào)整到材質(zhì)要求的范圍之內(nèi)，但是如果不采取有效的處理手段，生產(chǎn)出鑄件的質(zhì)量，確與用沖天爐生產(chǎn)出的鑄件質(zhì)量有較大差異。主要的不同之處就是：用電爐熔化的鐵液，無論是廢鋼加增碳劑或者是用鐵屑作爐料，生產(chǎn)出的鑄件白口傾向大，硬度高而精加工困難。本文就此談談自己的實踐體會和認識。

一． 沖天爐和電爐熔煉出鐵液質(zhì)量的不同之處

1.沖天爐熔煉的鐵液

沖天爐是用焦炭作燃料，將固體的鐵塊和其它爐料，經(jīng)過預熱、熔化、過熱、還原，后鐵液經(jīng)爐底流入前爐缸，所經(jīng)歷的時間很短，大約10min左右，鐵液往往要在前爐缸中停留一段時間，在這段停留時間里，對金屬液的增核是有利的。雖然沖天爐的出爐溫度一般在1450℃左右，但是鐵液經(jīng)過過熱區(qū)的瞬間，爐溫約1700℃，盡管鐵液通過過熱區(qū)的時間很短，卻是以細小液滴通過的，能得到高溫過熱，有助于石墨溶于鐵液，消除新生鐵中粗大石墨片的遺傳性。鑄鐵中的主要元素碳，在熔煉過程中有一個燒損和吸收的減增過程，由于鐵液滴在灼熱的焦炭上，鐵液就吸收了焦炭中的碳原子，所以在整個熔化過程中，碳的吸收大于燒損，終含碳量是增。同樣鐵液也會從焦炭中吸收部分硫。

在壓球化劑作球化處理之前，都要先燙包。由于沖天爐的熔化速度快，當包球鐵澆注完畢后，再處理下一包時，包內(nèi)溫度還很高，沖天爐內(nèi)鐵水倒入澆包內(nèi)降溫少，所以再進行球化處理時，出爐溫度與電爐相比較可以稍低些，對球化處理質(zhì)量（球化劑的熔化及吸收、澆注溫度），影響不大或沒有影響。用電爐熔化鐵液，每爐熔化間隔時間約50－60分鐘，有時間隔的時間可能會更長些，澆包散熱時間長，包內(nèi)溫度低，經(jīng)球化處理后，包內(nèi)鐵水溫度約下降80℃，冬天溫度下降的可能會更多，所以用電爐熔化鐵液處理球鐵時，出爐溫度要比沖天爐的溫度高些。

2.用電爐熔煉鐵液對材質(zhì)性能的影響

我們知道用電爐熔煉爐料，是由感應圈經(jīng)導電產(chǎn)生磁場，在爐料中產(chǎn)生電渦流，由電渦流發(fā)熱藉以熔化爐料。

（1）、對“自發(fā)晶核”的影響

廢鋼的熔點比鑄鐵高，增碳劑的熔點更高，當廢鋼在熔化過程中以及熔化之后，增碳劑被加熱緩慢的溶解和擴散，增碳劑中的碳才能被鋼液侵蝕吸收。鋼液逐漸的變成鐵液，即常稱之為“合成鑄鐵”。由于廢鋼熔化溫度高，鋼液從增碳劑中吸收碳原子之后，在變成鐵液的過程中，有短暫時間過熱溫度往往很高。在高溫下，鐵液中的碳易于被氧化成CO，因此有人認為鐵液中的碳也是一種“氣體形成元素”。CO在鐵液中的溶解度很少，形成后即釋放于鄰近液面的大氣中。在生產(chǎn)實踐中我們會發(fā)現(xiàn)，當高溫鋼液倒入抬包后，抬包中有放射狀火花飛出（俗稱賊花），即可能是高溫氧化的釋碳現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都會影響到材質(zhì)的質(zhì)量。

電爐在熔煉鐵液過程中，具有電磁攪拌摩擦的特性。鐵液過熱溫度高、過熱時間長、且又有感應電流的攪拌摩擦，鐵液中微細的晶態(tài)石墨即自發(fā)晶核和外來結(jié)晶核心，都會逐漸溶于鐵液而消失；或浮經(jīng)液面與集渣劑粘裹在一起被挑出爐外。這樣，使鐵液中可在共晶結(jié)晶時作為石墨外來晶核的物質(zhì)大幅度減少。

硫在鑄鐵中，尤其是在球墨鑄鐵中是有害元素。但有資料介紹說①：在灰鑄鐵中當含硫量小于0.06﹪時，硫的一些有益作用就無法得到發(fā)揮。在鑄鐵中存在有細小而分散的硫化物夾雜，能在石墨的生核和成長中起積極而有益的作用。用感應電爐熔煉廢鋼加增碳劑的合成鑄鐵，其終含硫量一般不會超過0.03％的。如果原鐵水的含硫量過低，球化劑中的鎂就無從與硫化合，過多的殘余鎂量不但阻礙石墨化，而且還會使鑄件產(chǎn)生縮孔、氣孔等鑄造缺陷。如果減少球化劑的加入量，綜合考慮又恐會影響到球化率。所以在原鐵水含硫量很低的情況下，要從球化劑的選擇、球化劑的加入量、球化處理操作工藝上采取措施，以球鐵的球化質(zhì)量。

合成鑄鐵在感應電爐中，因含硫量過低、過熱溫度高、電流的攪拌摩擦等因素影響，鐵液中石墨化的核心大幅度減少。②這種缺乏石墨化結(jié)晶核心的鐵液，過冷度很大，對孕育處理的回應能力極差，很難通過常規(guī)孕育處理措施，使鑄鐵具有符合要求的微觀組織。因而即使化學成分含量完全符合要求，往往澆注出的鑄件硬度高，不便于機械加工。有資料介紹：硫從0.02％增加到0.06％，抗拉強度增加50MPa以上，即可提高一個牌號以上，硬度值即可增加HB20。進一步增加硫到0.1％，強度值和硬度值變化不大，有此可見在灰鑄鐵中，硫控制在0.06-0.1％為宜（我廠生產(chǎn)的汽車制動鼓，材質(zhì)是HT250，硫控制在0.07-0.09％）.順便也談談用電爐熔煉“鑄鐵屑”，即便熔煉的鐵屑干凈無銹蝕，不需要高溫，過熱溫度并不是很高，但是由于電磁攪拌的摩擦作用以及碳、硅的燒損，如果澆注前不進行元素調(diào)配和采取有效的孕育措施，生產(chǎn)出的鑄件同樣是硬度高。

（2） 用感應電爐熔煉對提高材感質(zhì)質(zhì)量的影響

感應電爐熔煉，鐵水溫度可升以提到1570℃以上，并可以在高溫狀態(tài)下長時間的保溫，在該溫度下，可以使原材料帶入的夾雜物，以及在熔煉過程形成的夾渣及夾雜物上浮至鐵液表面。對于廢鋼＋增碳劑、尤其是粒子鋼＋廢鋼＋增碳劑＋回爐料，這些爐料無論是廢鋼、粒子鋼或者是粒子鐵，大都是白口組織，白口組織具有較強的遺傳性，要消除遺傳性就需要適當?shù)奶岣呷刍瘻囟?，增加保溫時間，才能夠比較好的凈化鐵液，減少鑄件缺陷。

合金元素燒損量低，鐵水中錳、硅的燒損低于沖天爐熔煉。便于各元素的調(diào)控，能夠穩(wěn)定化學成分含量。

生產(chǎn)球墨鑄鐵時，含硫量過高將會直接影響到球鐵的質(zhì)量。如球化級別低下、材質(zhì)強韌性差、鑄件有夾渣等鑄造缺陷。用電爐熔煉鑄鐵時不存在有增硫反應。

用廢鋼＋增碳劑生產(chǎn)合成鑄鐵，由于廢鋼的夾雜物含量低，成分穩(wěn)定，加增碳劑經(jīng)高溫熔煉之后，消除了爐料的遺傳性，鐵液的純凈度得到提高，同時增碳劑具有孕育作用，促使石墨化的效果更加穩(wěn)定，鑄件的基體組織晶粒會更加均勻、細化，所以生產(chǎn)出鑄件材質(zhì)的韌性和強度均得到提高。

(二)、揚長補短、優(yōu)化操作程序

用廢鋼生產(chǎn)球墨鑄鐵的優(yōu)點前面已談，就不再贅述。

用電爐熔煉廢鋼（鐵屑）＋增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵，欲想穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，需要補的“短”，主要是解決金屬液在凝固結(jié)晶時，自發(fā)晶核少、鐵液過冷度大、石墨化能力差、鑄件硬度高而不便于機械加工的問題。具體的“補短”操作方法是：①在冶煉后期要注意“自發(fā)晶核”的培養(yǎng)。加入適量的廢鋼使鐵液激冷，同時適量的加入硅鐵以及細顆粒的增碳劑，上面覆蓋保溫劑，降低功率或停電保溫一段時間，以促使析出微細的晶態(tài)石墨。②在出爐或澆注過程中，進行充分的多次孕育處理，以補充“外來晶核”，可以添加小顆粒的增碳劑、碎硅鐵粉粒以及復合孕育劑，雖然加入量很少，但是促進生核的效果很好。③如果含硫量過低（特別是生產(chǎn)HT時）可適量加入些硫鐵，但控制在要求的范圍內(nèi)?？傊畠?yōu)化操作程序指的就是：爐料入爐的先后順序、熔煉中的溫度和出爐溫度的控制、化學成分的選控、以及強化孕育和復合孕育。

（三）、化學成分的選擇

我們的產(chǎn)品是汽車輪轂，造型采用的是鐵模覆砂工藝，材質(zhì)是QT450－10，其硬度是HB160－210，屬于鐵素體基體球鐵。但是用戶為了便于機械加工提高生產(chǎn)速度，除要求材質(zhì)的抗拉強度及延長率合格之外，還要求鑄件的硬度≦HB200。所以在化學成分含量的選擇上，進行了大量的試驗和研究：碳（C）碳之所以能促進石墨化，是由于碳本身就是構(gòu)成石墨的元素（是石墨化膨脹的內(nèi)部因素），所以，碳高則析出的石墨數(shù)量多，提高含碳量石墨化膨脹量大，可以減少縮孔體積，使鑄件組織致密。但是碳量過高，鑄件易出現(xiàn)石墨漂浮,還可能產(chǎn)生開花狀石墨，降低力學性能。根據(jù)鑄件的大小和厚薄，控制在3.6―3.9％硅(Sī) 硅是促進石墨化元素（是石墨化膨脹的外部因素），尚若以孕育劑方式加入，則其石墨化能力更強烈。硅之所以能促進石墨化，是因為硅能降低碳在液相和固相中的溶解（排碳現(xiàn)象）度①，阻礙Fe原子和C原子的化合，從而增加了碳的活度，能夠使碳充分的以游離狀結(jié)晶碳，即以石墨的形態(tài)析出；硅能夠提高共晶和共析轉(zhuǎn)變溫度，有利于石墨核心的成長和延長成長時間②；硅具有使液相線下降的特性，在碳當量一定時，提高硅的含量，在相同的澆注溫度下，相對提高了鐵液的過熱度，增加了鐵水的流動性，便于鑄件成型。以上這些，都是硅在促進石墨化過程中起到的諸多作用。

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