如今合成鑄鐵并不是什么新鮮東西，在中頻電爐中大量利用廢鋼、鋼鐵屑、機(jī)雜鐵、回爐料和增碳劑等低值爐料通過(guò)電爐熔煉，配合直讀光譜儀在線檢測(cè)技術(shù)確定其化學(xué)成分來(lái)生產(chǎn)合成鑄鐵，這一鑄鐵生產(chǎn)方法對(duì)鑄造企業(yè)來(lái)說(shuō)確實(shí)是不錯(cuò)的選擇，而且由于廢鋼、鋼鐵屑等的大量使用，鑄造生產(chǎn)成本也相應(yīng)降低，新生鐵等原材料價(jià)格一路瘋漲的勢(shì)頭得到了有效遏制，極大地緩解了企業(yè)的生存壓力。

如今合成鑄鐵并不是什么新鮮東西，在中頻電爐中大量利用廢鋼、鋼鐵屑、機(jī)雜鐵、回爐料和增碳劑等低值爐料通過(guò)電爐熔煉，配合直讀光譜儀在線檢測(cè)技術(shù)確定其化學(xué)成分來(lái)生產(chǎn)合成鑄鐵，這一鑄鐵生產(chǎn)方法對(duì)鑄造企業(yè)來(lái)說(shuō)確實(shí)是不錯(cuò)的選擇，而且由于廢鋼、鋼鐵屑等的大量使用，鑄造生產(chǎn)成本也相應(yīng)降低，新生鐵等原材料價(jià)格一路瘋漲的勢(shì)頭得到了有效遏制，極大地緩解了企業(yè)的生存壓力。

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(xué)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。最主要的不同之處就是：用電爐熔化的鐵液，無(wú)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?wù)勛约旱膶?shí)踐體會(huì)和認(rèn)識(shí)。

 

 

用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵，與傳統(tǒng)方法有何區(qū)別？

生產(chǎn)合成鑄鐵的主要原材料概況

1、廢鋼：相對(duì)來(lái)說(shuō)就是廢舊的鋼鐵結(jié)構(gòu)件、邊角余料，A3、45#、40Cr等普通的含CW≤1%、 SiW≤1%、MnW≤1%、低S、低P的材料;廢舊的壓力容器要通過(guò)解體，薄小的廢鋼料要打包，零散的或者是通過(guò)打包成塊的，要能直接加入到熔爐內(nèi)，不能卡爐影響布料更不能殘存汽、液體引起爆炸；最好是不要生銹，能清除油污，國(guó)外介紹甚至要清除掉油漆和鍍層的。它可以在爐料中占比到50%以上，做到少用甚至不用新生鐵。

2、鋼鐵屑：在機(jī)加工過(guò)程中鋼鐵件因加工去掉的屑，其中，鋼屑的化學(xué)成分與廢鋼相同，鐵屑因鑄鐵的材質(zhì)是普通灰鑄鐵還是球墨鑄鐵而有所不同，其主要化學(xué)成分在CW2.5～4.0%之間，SiW1.5～3.5%之間，MnW0.3～2.0%之間；鋼鐵屑碎小零散，要裝袋或做成屑餅以方便司爐和節(jié)省能源，同樣要清除油污和切削液，最好不生銹；若散裝料將會(huì)在熔爐內(nèi)占較大空間，一爐鐵水要多次在不同的狀態(tài)、不同的溫度下加料，特別是在爐料已融化、鐵水已生成時(shí)再加入的鐵屑料極易氧化發(fā)渣，影響熔煉過(guò)程正常進(jìn)行，而即使是氧化嚴(yán)重的鐵屑，在熔爐內(nèi)沒(méi)有鐵水出現(xiàn)的早期加入，也能正常熔煉；一般情況下鑄件的切削余量也即鐵屑量占比不過(guò)20%左右；

3、機(jī)雜鐵：拆卸的報(bào)廢的機(jī)器設(shè)備鋼鐵零部件、機(jī)身、底座等，化學(xué)成分相對(duì)復(fù)雜，可能含有少量合金元素或非金屬雜質(zhì)，一般情況下可清除其中的鋁、鋅、鉛、錫等輕質(zhì)低熔點(diǎn)金屬和銅等有色金屬以及油污坭后再使用；生產(chǎn)時(shí)根據(jù)產(chǎn)品的要求其用量可以控制到20%左右，生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)盡量少用或不用；

4．回爐料：就是鑄造生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的澆冒系統(tǒng)、飛邊、毛刺、鐵豆、鍋巴鐵以及廢品等，其化學(xué)成分可以方便掌握，但要除掉其表面的粘砂以及除銹后才能使用。它的占比在15～20%左右；

5、增碳劑：應(yīng)該說(shuō)在合成鑄鐵的生產(chǎn)中增碳劑是一個(gè)比較關(guān)鍵的角色——熔煉過(guò)程中由于廢鋼量的加大，鐵水含碳低，必須采用非常手段進(jìn)行增碳，由此用到了增碳劑；增碳劑——無(wú)論是其材料本身還是其使用方法都對(duì)生產(chǎn)合成鑄鐵起到至關(guān)重要的作用。

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(guò)預(yù)熱、熔化、過(guò)熱、還原，最后鐵液經(jīng)爐底流入前爐缸，所經(jīng)歷的時(shí)間很短，大約10min左右，鐵液往往要在前爐缸中停留一段時(shí)間，在這段停留時(shí)間里，對(duì)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(guò)過(guò)熱區(qū)的瞬間，爐溫約1700℃，盡管鐵液通過(guò)過(guò)熱區(qū)的時(shí)間很短，卻是以細(xì)小液滴通過(guò)的，能得到高溫過(guò)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(guò)程中有一個(gè)燒損和吸收的減增過(guò)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(gè)熔化過(guò)程中，碳的吸收大于燒損，最終含碳量是增。同樣鐵液也會(huì)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(dāng)?shù)谝话蜩F澆注完畢后，再處理下一包時(shí)，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(jìn)行球化處理時(shí)，出爐溫度與電爐相比較可以稍低些，對(duì)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(méi)有影響。用電爐熔化鐵液，每爐熔化間隔時(shí)間約50－60分鐘，有時(shí)間隔的時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)些，澆包散熱時(shí)間長(zhǎng)，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(huì)更多，所以用電爐熔化鐵液處理球鐵時(shí)，出爐溫度要比沖天爐的溫度高些。

 

 

用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵，與傳統(tǒng)方法有何區(qū)別？

用電爐熔煉鐵液對(duì)材質(zhì)性能的影響

我們知道用電爐熔煉爐料，是由感應(yīng)圈經(jīng)導(dǎo)電產(chǎn)生磁場(chǎng)，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(duì)“自發(fā)晶核”的影響

廢鋼的熔點(diǎn)比鑄鐵高，增碳劑的熔點(diǎn)更高，當(dāng)廢鋼在熔化過(guò)程中以及熔化之后，增碳劑被加熱緩慢的溶解和擴(kuò)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(guò)程中，有短暫時(shí)間過(guò)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(rèn)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(shí)踐中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(huì)影響到材質(zhì)的質(zhì)量。

電爐在熔煉鐵液過(guò)程中，具有電磁攪拌摩擦的特性。鐵液過(guò)熱溫度高、過(guò)熱時(shí)間長(zhǎng)、且又有感應(yīng)電流的攪拌摩擦，鐵液中微細(xì)的晶態(tài)石墨即自發(fā)晶核和外來(lái)結(jié)晶核心，都會(huì)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(shí)作為石墨外來(lái)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(shuō)①：在灰鑄鐵中當(dāng)含硫量小于0.06﹪時(shí)，硫的一些有益作用就無(wú)法得到發(fā)揮。在鑄鐵中存在有細(xì)小而分散的硫化物夾雜，能在石墨的生核和成長(zhǎng)中起積極而有益的作用。用感應(yīng)電爐熔煉廢鋼加增碳劑的合成鑄鐵，其最終含硫量一般不會(huì)超過(guò)0.03％的。如果原鐵水的含硫量過(guò)低，球化劑中的鎂就無(wú)從與硫化合，過(guò)多的殘余鎂量不但阻礙石墨化，而且還會(huì)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(huì)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，以保證球鐵的球化質(zhì)量。

合成鑄鐵在感應(yīng)電爐中，因含硫量過(guò)低、過(guò)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(guò)冷度很大，對(duì)孕育處理的回應(yīng)能力極差，很難通過(guò)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(xué)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(jī)械加工。有資料介紹：硫從0.02％增加到0.06％，抗拉強(qiáng)度增加50MPa以上，即可提高一個(gè)牌號(hào)以上，硬度值即可增加HB20。進(jìn)一步增加硫到0.1％，強(qiáng)度值和硬度值變化不大，有此可見(jiàn)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(dòng)鼓，材質(zhì)是HT250，硫控制在0.07-0.09％）.順便也談?wù)動(dòng)秒姞t熔煉“鑄鐵屑”，即便熔煉的鐵屑干凈無(wú)銹蝕，不需要高溫，過(guò)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(jìn)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(yīng)電爐熔煉對(duì)提高材感質(zhì)質(zhì)量的影響

感應(yīng)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(zhǎng)時(shí)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(guò)程形成的夾渣及夾雜物上浮至鐵液表面。對(duì)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(wú)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(qiáng)的遺傳性，要消除遺傳性就需要適當(dāng)?shù)奶岣呷刍瘻囟?，增加保溫時(shí)間，才能夠比較好的凈化鐵液，減少鑄件缺陷。

合金元素?zé)龘p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(xué)成分含量。

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

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(shí)增碳劑具有孕育作用，促使石墨化的效果更加穩(wěn)定突出，鑄件的基體組織晶粒會(huì)更加均勻、細(xì)化，所以生產(chǎn)出鑄件材質(zhì)的韌性和強(qiáng)度均得到提高。

揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)化操作程序

用廢鋼生產(chǎn)球墨鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)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(bǔ)的“短”，主要是解決金屬液在凝固結(jié)晶時(shí)，自發(fā)晶核少、鐵液過(guò)冷度大、石墨化能力差、鑄件硬度高而不便于機(jī)械加工的問(wèn)題。具體的“補(bǔ)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(shí)適量的加入硅鐵以及細(xì)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(shí)間，以促使析出微細(xì)的晶態(tài)石墨。②在出爐或澆注過(guò)程中，進(jìn)行充分的多次孕育處理，以補(bǔ)充“外來(lái)晶核”，可以添加小顆粒的增碳劑、碎硅鐵粉粒以及復(fù)合孕育劑，雖然加入量很少，但是促進(jìn)生核的效果很好。③如果含硫量過(guò)低（特別是生產(chǎn)HT時(shí)）可適量加入些硫鐵，但必須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(xué)成分的選控、以及強(qiáng)化孕育和復(fù)合孕育。

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