南京麒麟科学仪器集团有限公司希望与各位一同探讨杨群收先生提出的“通过废钢与增碳材料制造球墨铸铁—熔炼球铁工艺需发挥优势弥补不足”的观点这项工作重点阐述了通过运用废旧钢材并添加适量补碳材料，对实际生产流程进行深入分析，改进了作业步骤，修正了合金配比，制定了恰当的熔炼方法和球化操作，最终制造出符合标准的球墨铸铁产品，同时有效控制了制造成本，作者凭借丰富的制造实践经验，对这一工艺流程进行了归纳，旨在为行业内的同仁提供参考和启示。

用电炉熔炼废钢并添加增碳材料制造铸铁产品，虽然电炉有助于化学成分的调控，多数关键元素也能控制在符合标准的规定区间内，然而若未运用得当的干预措施，所获得的铸件品质，显然会与采用冲天炉冶炼出的铸件品质存在明显差别。最显著的差异在于：采用电炉熔炼的铁水，不论是以废钢搭配燃料添加剂，抑或是利用铁粉作为原料，制造出的铸件都容易呈现白口状态，其硬度偏高，但在进行精密加工时会遇到阻碍。

扬长补短、优化操作程序

用炉子加热废钢（铁粉）和加碳材料制造球墨铸铁，要想品质稳定，必须弥补其不足之处，关键在于处理金属在冷却成型的过程中，自然形成的晶核数量不足、冷却时温差过大、石墨化效果不佳、成品硬度偏高且难以进行切削加工这些缺点。实施改进措施的具体步骤包括：

冶炼后期要关注“自发晶核”的形成。通过投放适量的废钢让铁液快速降温，并且搭配加入硅铁和细小的增碳材料，再覆盖上隔热材料，减少功率或暂时断电进行保温，从而促使产生细小的晶体石墨。

出钢或者铸锭期间，要反复实施孕育操作，以便提供“外来形核点”，能够掺入细小的富碳材料、碎块硅铁颗粒和复合孕育材料，即便投放量轻微，却能使成核作用非常显著。

当硫元素含量偏低时，尤其是制造HT产品期间，可以适当添加硫铁，不过务必确保其在规定值以内，总而言之，改进工艺流程主要涉及：物料装入高炉的次序，熔化过程中的温度以及出铁时的温度管理，化学配方的精确调控，还有增强孕育效果和实施复合孕育措施。

我们制造的物件是车圈，其形态通过铁模涂砂方法塑造，原料选用QT450－10，这种材料的坚硬程度介于HB160－210之间，归类为铁素体核心球墨铸铁。不过客户为了方便设备切削并加快制造进程，除了对材质的拉伸能力及延展性有合格标准外，还规定铸件的硬度不能超过HB200。

化学成分的选择﹙％﹚：

碳含量为四点六至四点八，磷含量不超过零点零五，硫含量初始值在零点零三五以下，最后调整至零点零二二以下，锰含量介于零点二至零点四之间，硅含量在一点二至一点三区间，镍含量原规格为二点六五至二点九，最终调整范围为二点六五至二点九

关于0.02到0.04的（残留）镁，其含量在0.03至0.06之间（也是残留的）

配料单

材料名称

新生铁

废钢

回炉料

QT铁屑

粒子钢

增碳剂

加入量（％）

20

20

10

10

40

2.8

我们先前一直选用河南省禹州市恒利来合金厂制造的球化剂和孕育剂，其关键成分的具体比例见下表所示，

球化剂及孕育剂的主要成分含量﹙％﹚：

实际生产过程中，碳当量尽量维持在中间值左右，硅含量则力图达到最高标准，这样做是为了增强铁液的石墨化效果。

炉料的加入顺序、操作方法及温度控制：

先往炉膛底部投放初炼铁，随后投入废旧钢材，同时投放补碳材料，投放量需依据炉料状况并凭借经验确定，以防补碳材料堆积导致局部高温，在熔化过程中持续投放废旧钢材和补碳材料，务必在颗粒状钢铁料投放前，将所需补碳材料的60至70分之几投放完毕，最终将炉料全部投放回去，在此期间，为提升补碳材料的吸收效果，消除铁水中的遗传影响，适宜采用高功率高温熔化方式。

但上述加料方法也存在着两个问题:

①当铁水含碳量达到一定量时，再提高铁水含碳量就困难了。

熔炼后期投入颗粒状生铁，会导致炉中液态金属飞溅加剧，危及作业安全，因此也可以尝试调整投料流程，先熔化颗粒状生铁，在熔化过程中持续清除浮渣，待熔化过程完成，需要补加剩余量（通常占总量40到50个百分点）并确保温度达标后，切断电源，消除炉内液面凸起，使液面变得平缓，熔渣便会向液面中心区域汇集，这样就能更容易地清除全部浮渣。清渣作业完成后，需适量增加一些补碳材料，然后开启电源，采用高功率熔炼，同时逐步投放回炉废钢和补碳材料，直至熔池填满，接着投放部分硅铁进行取样化验。

球铁金属液是含有饱和Fe－C－Si－O成分的铁水混合物，其中发生着化学反应，存在反应平衡问题

铁水热度超出平衡热度时，反应朝向右侧，碳物质被氧化释出CO气体，实现降碳过程，属于还原性反应。铁水热度低于平衡热度时废钢铁的合理损耗，反应朝向左侧，硅物质被氧化，生成SiO2黑色渣料，属于氧化性反应。平衡热度范围介于1390至1420度摄氏。因此建议球化处理热度控制在1450度上下波动20度摄氏。资料表明增碳剂适宜的加热温度需要确定废钢铁的合理损耗，假如加热温度超出平衡温度，铁液中的碳将会被氧化而损失更多，增碳剂的吸收效果也会减弱。倘若加热温度低于平衡温度，由于温度偏低，增碳剂的溶解和扩散速率会减慢，因此增碳剂的吸收效果同样不佳。而且，在实际生产过程中，将炉温精确控制在平衡温度线上非常困难。提升炉内温度能够促进增碳材料的溶解和传播，有助于铁水快速吸收碳元素，从而减少碳的损失过程，并且能够增强熔化进程的效率。因此，在熔化过程的初始阶段，我们选用高能量输出的高温熔化方式。

粒子钢里杂质成分很高，熔化这种材料时，必须借助专用工具将杂质清除，因此不能把增碳材料与粒子钢一同熔化处理，以免影响效果，当炉内物质完全融化并且杂质已经清理干净，要保留十分之一的增碳材料作为备用调整，其余的全部投入，同时盖上保温材料以保持温度。

炉内温度上升时，增碳材料会逐渐融化，随后被铁水接纳，此时需要使用净化保温材料来处理熔渣，接着要投放适量的硅铁，并在硅铁上方覆盖保温材料，硅铁的投放量大约要达到硅含量的1.2%，这是考虑到废钢和颗粒钢中的硅含量普遍偏低，投放部分硅铁的目的主要有三个，首先是为了实现脱氧效果，其次是为了减小后续调整的幅度，让成分数值更加精确，最后是为了确保铁水成分数值不会超出热分析仪的检测区间，防止检测过程中出现差错。必须指出的是，在各个时期如果同时需要加入增碳材料与硅铁，应当首先投放增碳材料，等其完全融化并均匀分布且被铁水接纳之后，才能继续投放增碳材料。之所以这样做，是因为硅元素具有驱碳的效应，即硅含量的提升会减小碳在铁水中的溶解程度。这样做的主要意图是为了提升增碳材料的接纳效率。

综上所述，影响增碳剂吸收的因素有：

综上所述，影响增碳剂吸收的因素有：

①增碳剂的质量；

②铁水的含碳量；

③铁水含硅量：

④炉料和铁水质量（是否严重氧化）；

⑤炉工操作；

⑥加入时间及加入方法；

⑦炉温控制。

当炉温接近1320℃时，纯净液体表面会融化杂质，将取样放入南京麒麟科学仪器集团有限公司制造的炉前在线热分析仪QL-TS6专用容器内，这个容器用来盛放样品。取样前后，需要先将液体表面融化的杂质清除干净，再适当添加一些返回炉内的材料；等到热分析仪的检测结果出来之后，要对原有铁水的碳和硅成分进行修正；进行球化操作时，采用注入法，具体的装料方式参照附图所示。

采取有效措施强化孕育：

孕育剂的类型包括硅铁75﹟、添加碳物、硅钙钡混合助熔剂。添加碳物用于炉中和包内双重助熔，硅铁用于注入式助熔及漂浮硅助熔，从大包倒入抬包过程中掺入硅钙钡混合助熔剂以实施随流助熔。只要热分析仪检测碳含量未达上限，可在出炉前向炉内液面，即预处理或预孕育区，或球化包底部，以及球化反应完成扒渣后的铁液表面，适量投放一些0.5至1.0毫米的细颗粒碳化物。虽然这种做法导致碳化物利用率不高，却能有效形成众多“外来晶核”，推动石墨化进程，对石墨的形成十分有益。

温度调整方法因铸件尺寸、壁厚及材质而异，需灵活掌握，且各企业有独特操作规范。例如山东临沭兴华机械厂采用十吨包处理球铁，当包内积累一定铁水时，为减缓底部铁液热度，推迟球化剂反应速度，避免剧烈沸腾，沿包边投放“热铁块”，既利于降温，也方便向大型铸件浇注，成效显著。濮阳有一家铸造作坊，以废钢为原料制造球铁，熔炼温度达到1550度，当球化包中液态铁料盛满四分之三时，便终止注铁作业，让球化包内展开球化反应，在包内进行球化反应期间，熔炉中尚存四分之一的铁料持续加热升温，包内反应完成并去除表面浮渣，投入孕育剂之后再次倒出熔炉中剩余的四分之一铁料，此时熔炉内液态铁料的温度已攀升至1570度，采用这种球化工艺，制造出的铸件内部品质优良，不存在气孔等成型瑕疵。熔化时，温度先要高，这样能去除铁液里残留的影响，也能帮助吸收增碳材料，温度再稍微降一点，有利于形成新的晶体，还能让铁液变成球状。实际生产过程中，先前球化处理温度维持在1560至1570℃，借助南京麒麟集团的直插式测温仪进行监测，导致铸件硬度普遍偏大，硬度值常在HB200附近波动，偶尔还会出现超出标准的情况，进而对产品品质造成不良影响。2010年下半年起，逐步下调球化处理温度，目前出炉温度稳定在1520℃上下浮动10℃。

配套炉前铁水快速检测设备