球墨铸铁熔炼工艺讲解.docx

一、感应炉熔炼上图（41）是感应炉炉体基本结构简图。这种熔炉是使用耐火材料捣制的坩埚盛装炉料和铁水。坩埚外围装有异形铜管或矩形铜管制成的螺旋形线圈。当交流电通过感应线圈，由于交变磁场的作用，装入坩埚的炉料内产生很大的感应电流，使炉料加热、熔化并使铁水过热。按照输入炉子的电流频率，感应熔炉分为工频炉（50HZ）、中频炉（150-8000HZ）和高频炉（大于 10000HZ）。按坩埚的耐火材料性质，炉子分为酸性炉、碱性炉和中性炉。按炉子结构，有无芯感应炉和有芯感应炉。我国自 20 世纪 70 年代以来广泛使用感应炉熔炼铸铁。大型铸造厂（如汽车铸件铸造厂）多使用以大型感应炉为主体的双联熔炼。感应炉炉料包括生铁、废钢、铸件回炉料、铁合金、切屑和增碳剂等。铁水中非金属夹杂物含量少。元素烧损率较低，铁水温度和成分易于调整和控制而达到均匀稳定。有些铸造厂还采用废钢和增碳剂熔炼合成铸铁。由于铁水温度、成分容易控制，合金元素损耗少，感应炉可以用来熔炼高合金铁水，如高铬铸铁、高镍奥氏体铸铁原铁水等。铁水比较纯净，过热温度能达到 1700以上，元素的熔损少于冲天炉，对环境污染较轻，劳动条件相对较好，而且可使用大量废钢作为炉料，因此感应炉用于熔炼各种球墨铸铁原铁水。但是感应炉生产的原铁水与冲天炉铁水相比，石墨晶核和石墨球数较少，铁水的共晶过冷度较大，产生白口倾向较强。温度和碳当量相同时，铁水流动性比冲天炉铁水稍差。1.感应炉坩埚炉料在耐火材料捣制的坩埚内熔化。熔化一般球墨铸铁的坩埚加热温度在 1550以下。熔炼熔点更高的铁水时，坩埚还要承受更高温度。如高镍奥氏体球铁的原铁水，熔炼温度需要达到 1700 摄氏度。坩埚材料应能在高温下保持足够的化学稳定性、良好的高温强度和抗热冲击能力。酸性炉衬采用高纯石英砂或电熔石英砂。电熔石英砂熔点 1700 摄氏度、铁水熔炼温度最高可达 1600 摄氏度，适用于熔化一般球墨铸铁炉料。熔化温度更高时，还可采用锆砂或铝镁尖晶石。锆英砂的主要成分是二氧化锆，其中含有少量二氧化硅。二氧化锆+二氧化硅大于或等于 95%的锆英砂熔点 2500 摄氏度，最高工作温度 1650 摄氏度。镁铝尖晶石是中性耐火材料。采用烧结或电熔方法把含有三氧化二铝和氧化镁的矿物原料熔合在一起，制成合成耐火材料。其理论矿物组成为三氧二铝=71.8%、氧化镁=28.2.熔点为 2135摄氏度，用以制成的坩埚耐火度能达到 1900 摄氏度。熔炼偏碱性球墨铸铁（如无磁性奥氏体锰镍球墨铸铁）需要用碱性或中性耐火材料制造的坩埚。常用的耐火材料是烧结镁砂、电熔镁砂和镁铝尖晶石。菱镁矿经过 1300-1400 摄氏度高温烧结能得到的一种以氧化镁为主要成分的块状物，经过破碎、筛选后制成烧结镁砂。一般烧结镁砂含 95%-97%的氧化镁。氧化铲平熔点 2800 摄氏度，优质烧结镁砂在电弧炉内再经高温熔化而制成含氧化镁更高、杂质含量更少，热稳定性和抗热冲击性能更佳的电熔镁砂。坩埚采用粒状耐火材料经过捣筑、烧结后制成。粒状耐火材料的粒度需有合适配比。使各种粒度的颗粒互相嵌合，使坩埚具有良好的紧实度和高温强度。下表（4-1）列出两组坩埚耐火材料的粒度配比实例。经过多年实际应用，效果很好，可供参考。坩埚耐火材料中需加入有助于烧结的添加剂。添加剂多采用硼酸，加入添加剂可降低烧结温度、使坩埚容易烧结成形。捣筑前需先在感应器内侧和炉底铺设隔热层和绝缘层。并放置定位坩埚胎具。然后把混拌均匀的耐火材料分批加入，由炉底开始分层捣筑。需要注意控制好影响输入功率的炉底、炉壁厚度和均匀度。炉底或炉壁过厚会限限制输入炉内的电功率，使铁水升温缓慢或达不到应有的过热温度。过薄则缩短坩埚寿命。大型感应炉多使用电动或气动筑炉机捣筑坩埚。机械筑炉效率远高于手工筑炉，劳动条件好，而且坩埚质量比较可靠，会用寿命长。捣筑结束后进行炉衬烧结。烧结使颗粒状耐火材料形成能够承受炉料撞击、抵抗铁水和炉渣侵蚀的整体强固耐火坩埚。烧结开始阶段满意的以低功率向炉送电，使钢制的坩埚成形模具升温并加热耐火材料。坩埚温度保持在 900 摄氏度以下，砂料及硼酸中的水分逐渐蒸发。石英砂在 870 摄氏度发生阿尔法石英向阿尔法磷石英的同素异构转变，石英砂粒会出现很大的体积变化，因此在此区间缓慢升温十分必要。900 摄氏度升温到 1200 摄氏度是烧结的主要阶段，在此阶段可向炉内加入一些炉料，利用炉粒吸收的热量使坩埚升温。直到 1300 摄氏度时，坩埚已经形成表面烧结层，此阶段可适当提高升温速度。在 1300-1500 摄氏度区间烧结层随烧结时间加长而增厚。新坩埚烧结后应连续进行首次熔炼，其次熔炼需将铁水缓慢加热到 1500 摄氏度，保温数小时后即可结束烧结。此时烧结硬化层应达到炉壁厚度 25%以上，半烧结层应超过 50%。下表（42）列出熔