天元二手材料与您分享杨群的《利用废钢和增碳剂生产球墨铸铁——冲天炉冶炼铁水》。本文主要介绍利用废钢和增碳剂，优化操作程序，调整合金成分，合理的焙烧工艺和球化处理，生产合格的球墨铸铁件，降低生产成本的实际工艺研究。笔者根据多年的经验，总结生产经验，并总结其流程，供同行参考。

受焦炭价格上涨、环保以及用户对铸件质量要求日益提高等因素影响，不少地方电炉已取代冲天炉。另外，由于生铁价格持续上涨，社会上残留大量废钢，价格较低。因此，近年来广泛采用添加废钢和增碳剂的方法来生产球墨铸铁和灰铸铁。如果工艺操作正确，不仅可以提高铸件的综合物理性能和质量，而且可以降低生产成本。

电炉用于冶炼废钢并添加渗碳剂生产铸铁零件。虽然电炉调节化学元素含量方便，主要元素可以在材质要求的范围内调节，但如果不采取有效的处理方法，生产的铸件质量就无法保证。冲天炉生产的铸件质量差异较大。主要区别在于，电炉熔化的铁水，无论是废钢加增碳剂还是铁屑作炉料，所生产的铸件白点倾向高，硬度高，精加工困难。本文谈谈我自己的实践经验和认识。

1、冲天炉和电炉生产的铁水质量差异

冲天炉以焦炭为燃料，对固体铁块和其他物料进行预热、熔化、过热和还原。最后，铁水通​​过炉底流入前炉膛。在冲天炉里停留的时间很短，大约10分钟。液体往往需要在前炉内停留一段时间。在此停留时间内，有利于熔融金属的形核。虽然冲天炉的出料温度一般在1450℃左右，但铁水通过过热区的瞬间，炉温在1700℃左右。铁水通过过热区的时间虽短，但以小熔滴形式通过，可以获得高温。过热有助于石墨溶解在铁水中，并消除新铁中继承的粗石墨片。碳是铸铁的主要元素，在冶炼过程中经历了减少烧损和吸收的过程。由于铁水滴在热焦炭上，铁水吸收了焦炭中的碳原子，所以在整个熔化过程中，碳的吸收大于烧损，最终的碳含量增加。同样，铁水也会吸收焦炭中的部分硫。

使用加压球化剂进行球化处理

在压球化剂进行球化之前，必须先将袋子熨平。由于冲天炉熔化速度快，当浇注第一袋球墨铸铁并加工下一袋时，袋内温度仍然很高球墨铸铁用废钢的作用，铁水倒入浇注袋冷却较少，所以当再次进行球化处理时，冲天炉内的温度很高。与电炉相比，温度可稍低，对球化工艺质量（球化剂的熔化和吸收、浇注温度）影响很小或没有影响。使用电炉熔化铁水。每炉熔化间隔约为50-60分钟。有时间隔可能会更长。浇包散热时间长，包内温度低。球化后，钢包内铁水温度下降80℃左右，冬季温度可能下降更多，因此用电炉熔化铁水加工球墨铸铁时球墨铸铁用废钢的作用，炉温应高于冲天炉的那个。

2、电炉冶炼铁水对材料性能的影响

我们知道，电炉是用来熔炼炉料的。感应线圈通过传​​导产生磁场，从而在电荷中产生涡流。涡流产生热量来熔化炉料。

对“自发晶核”的影响

废钢的熔点比铸铁高，增碳剂的熔点也更高。废钢在熔化时和熔化后，增碳剂受热，缓慢溶解和扩散，使增碳剂中的碳被钢水侵蚀和吸收。钢水逐渐变成铁水，通常称为“合成铸铁”。由于废钢的熔化温度较高，钢水变成铁水后的过热温度往往较高。在高温下，铁水中的碳很容易氧化成CO，因此有人认为铁水中的碳也是一种“发气元素”。 CO在铁水中的溶解度很小，形成后释放到液面附近的大气中。在生产实践中，我们会发现，当高温钢水倒入钢包时，钢包内会飞出放射状火花（俗称贼花），这可能是高温氧化引起的脱碳现象。

电炉在冶炼铁水的过程中，具有电磁搅拌摩擦的特点。当铁水过热温度高、过热时间长、以及感应电流引起的搅拌摩擦时，铁水中的细晶石墨，即自发晶核和外来晶核，会逐渐溶入铁水中。并消失；或浮于液面。与集渣剂捆扎后从炉内挑出。这样，铁水中在共晶结晶时可作为石墨异晶核的物质大大减少。

硫是铸铁尤其是球墨铸铁中的有害元素。但有资料称①：当硫含量低于0.06%时，硫的一些有益作用就无法发挥出来。铸铁中存在细小、分散的硫化物夹杂物，对石墨的形核和长大能起到积极有益的作用。用废钢和增碳剂经感应炉熔炼而成的合成铸铁的最终硫含量一般不超过0.03%。如果原铁水的硫含量太低，球化剂中的镁将无法与硫结合。过量的残留镁不仅会阻碍石墨化，还会造成铸件产生缩孔、气孔等铸造缺陷。如果减少球化剂的用量，综合考虑可能会影响球化率。

在合成铸铁感应电炉中，由于硫含量低、过热度高、电流的搅拌摩擦等因素，铁水中的石墨化芯大大减少。 ②这种缺乏石墨化结晶核的铁水过冷度大，对孕育处理的响应能力极差。采用常规孕育处理措施很难使铸铁具有符合要求的显微组织。因此，即使化学成分含量完全符合要求，铸件的硬度往往很高，导致机械加工困难。据资料显示：当硫含量从0.02%增加到0.06%时，抗拉强度增加50MPa以上，可提高一级以上，硬度值可提高HB20。进一步增加硫至0.1%，强度和硬度值变化不大。可以看出，灰铸铁中，硫控制在0.06-0.1%（我厂生产的汽车制动鼓采用HT250材质，硫控制在0.06-0.1%、0.07-0.09%）顺便说一下用电炉冶炼“铸铁屑”。即使熔炼后的铁屑干净无锈，不需要高温，过热温度也不是很高。但由于电磁搅拌的摩擦以及碳和硅的燃烧，会造成损坏。如果浇注前不掺合元素，不采取有效的孕育措施，生产出来的铸件也会有很高的硬度。

涡流热用于熔化炉料。

采用电炉冶炼对改善材料组织质量的影响

在感应炉熔炼中，铁水温度可升至1570℃以上，并可在高温下长时间保温。在此温度下，原料中带入的夹杂物以及熔炼过程中形成的夹渣和夹杂物都可以被消除，物料浮到铁水表面。对于废钢+增碳剂，尤其是颗粒钢+废钢+增碳剂+回收料，这些材料无论是废钢、颗粒钢还是颗粒铁，大多都具有白色结构，而白色结构具有很强的遗传性。要消除遗传性，需要适当提高熔炼温度，增加保温时间，以便更好地净化铁水，减少铸造缺陷。

合金元素烧损低，铁水中锰、硅的烧损比冲天炉熔炼低。有利于各元素的控制，稳定化学成分的含量。

生产球墨铸铁时，硫含量超标会直接影响球墨铸铁的质量。球化程度低、材料强度和韧性差、铸件夹渣等铸造缺陷。用电炉冶炼铸铁时不发生增硫反应。

用废钢+渗碳剂生产合成铸铁。由于废钢夹杂物含量低，成分稳定，添加增碳剂并高温冶炼，消除了炉料的遗传性，提高了铁水的纯净度。同时，增碳剂具有孕育作用，使石墨化效果更加稳定和突出，铸件的基体组织晶粒会更加均匀和细化，从而提高生产的铸造材料的韧性和强度。

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