中頻感應電爐熔煉關鍵控制點淺析

夏文國 楊 濤 楊紹同 李國鈞

昆明云內動力股份有限公司

目前國內鑄鐵熔煉設備逐步由沖天爐轉變為中頻感應電爐，本文針對中頻電爐熔煉的過程控制，如爐襯檢驗、維修、爐料控制、加、配料控制、熔煉控制、鐵液質量控制等方面，提出一些經驗總結和看法，與同行分享、討論。

中頻感應電爐熔煉鑄鐵與沖天爐相比，具有鐵液含硫低、化學成分控制精度高、環境污染少、工作環境好、勞動強度低等優勢，因此目前國內鑄造鐵液熔煉逐步由沖天爐熔煉轉變為中頻電爐熔煉。本文是筆者對中頻感應電爐熔煉過程控制的一些經驗總結和看法。

中頻感應電爐爐襯檢查、日常修理

中頻感應電爐每次熔煉結束爐襯冷卻后，必須對爐襯材料進行仔細的檢查，并把測量出的爐襯材料厚度記錄好，重點修理出鐵口和爐襯材料的結合部位。

爐料準備

爐料主要有以下三方面的要求：塊度、清潔度、爐料安全性。爐料的塊度會影響熔化的效率。爐料應在爐膛直徑的1/4～1/5 之間比較理想，若爐料過大，爐膛內的間隙就大，熔化效率降低，還會增加搭棚的危險，導致爐襯材料過燒。

加、配料

配料時要考慮爐料的種類、形狀、尺寸、成分、加入量及對鐵液材質的要求，進行綜合考慮。

（1）首先，根據爐料特性確定配料。（2）加料順序：先加入低熔點材料，同熔點的材料應先加入塊度小的。電爐加料時要在爐底墊鐵屑，再加入增碳劑，再加入生鐵壓住增碳劑，生鐵上面加廢鋼或回爐料。（3）中頻感應電爐的加料操作：電爐一旦開始加功率熔化，就不要隨意停止，加料時要遵循“盡量多次加料，每次加料盡量少”的原則。

熔煉控制

電爐冷爐啟動

中頻感應電爐的耐火爐襯需要熱量來產生膨脹，以便封閉冷卻過程中產生的裂紋，因為金屬熔化前所有爐襯材料上的裂紋必須封閉以避免液態金屬滲漏。很好地封閉爐襯裂紋需要的時間因爐子大小的不同而不同。中頻感應電爐每次非連續使用的冷爐啟動必須符合以下規定：

（1）用冷料填滿爐子，爐料應干凈并密實地填充；（2）用低功率慢慢升溫，升溫速度應控制在165℃/h；（3）升溫到1050-1100℃時開始保溫2h；（4）在上述過程中不允許產生液態金屬；（5）保溫結束后，可以進入正常熔化狀態。

正常熔煉操作

剛開始熔化時用較低功率。當電流波動較小后，用最大功率熔清爐料。隨著爐料熔化，應及時加入未加裝完的爐料，扒渣溫度應控制在1520℃～1530℃之間。扒渣完成后關閉功率靜置10min 后，取樣分析并調整化學成分。

增碳劑控制

使用增碳劑增碳是中頻電爐熔煉的特點。增碳劑的使用方法和用量直接影響鐵液的質量。增碳劑的使用一定要控制好，這樣才能確保感應電爐熔煉的鐵液質量。

（1）增碳劑的選擇及其性能指標：增碳劑質量對鐵液質量的好壞有很大影響，決定了能否獲得好的石墨化效果。感應電爐熔煉對增碳劑的要求是，固定碳含量越高越好，灰分、揮發分及硫等有害雜質含量越低越好。

（2）增碳劑的使用方法：增碳劑的使用方法很多。對于5T 以上的電爐，一般使用爐內投入法和分散加入法。爐內投入法是在把增碳劑按配比或碳當量要求隨爐料加入電爐中下部位。分散加入法是根據含碳量的要求，按配料比將增碳劑與金屬爐料隨各批料一同加入電爐中下部位，一層金屬爐料一層增碳劑。

中頻感應電爐熔化的溫度控制

相對沖天爐來講，感應電爐熔煉的溫度控制有方便、快速的優點，可以隨時測量，隨時調整。但要使感應電爐高效、安全、節能的熔煉出優質鐵液，必須精確、合理的控制感應電爐中鐵液的溫度，特別在以下幾個環節：

（1）爐襯燒結過程中的溫度控制：爐襯燒結時，溫度要嚴格按耐火材料廠家提供的燒結曲線進行控制，特別是在1000℃的保溫階段，既要保持鐵料處于發紅狀態，又不能使鐵料熔化。爐襯高溫階段（1570℃）的保溫也很關鍵。（2）電爐熔煉時盡量采用滿功率熔化，既節能又高效，爐料熔清以后一定要嚴密、準確的監控溫度。因為爐料熔清后表面有一層渣，渣的溫度一般很低，測量鐵液溫度時測溫槍插入深度一定要穿過渣的厚度。扒渣溫度控制在1520℃～1550℃之間。（3）保溫過程中的溫度控制：應盡量避免鐵液的保溫，比較理想的方法是快速熔煉、快速澆注。（4）電爐出鐵液時的溫度控制：由于電爐出鐵口和澆包之間總是有一定的距離，電爐內的鐵液倒入澆包的過程總會有溫度下降，特別是帶后傾扒渣的電爐，這個問題更突出。電爐出鐵液時速度要盡量快，以盡量鐵液的溫度降，滿足工藝要求的澆注溫度，減少能源浪費。

中頻感應電爐熔煉的鐵液質量控制

鐵液成分的變化

（1）碳、硅：中頻感應電爐熔煉鑄鐵一般采用酸性爐襯。當鐵液溫度超過C-Si-O 系的平衡臨界溫度時，爐襯中的SiO2將被鐵液中的碳還原使鐵液脫碳增硅，從而使碳當量減少，爐襯侵蝕加劇。（2）錳：在酸性爐襯中，錳有一定的燒損。我公司10 t電爐的錳燒損約4%～5%左右。C、P、S 含量變化比較小，對灰鑄鐵影響不大。

鐵液質量特點和采取的措施

感應電爐熔煉鑄鐵雖然有調整成分和溫度方便、快速的優點，但也有一些感應電爐特有的鑄造性能缺陷，我公司10t 感應電爐在調試階段也遇到了相同的情況。

（1）D 型和E 型石墨組織的出現：鐵液過熱時，并且在較高溫度保持較長的時間，在的得到的鑄鐵組織中，D 型或者E 型石墨與鐵素體的比例增加是如圖1 所示。

（2）白口的傾向增大：德國人Gopat V.Panchathan V 在1978年曾經做過沖天爐、回轉爐、電爐熔煉的鐵液性能對比試驗，發現沖天爐熔煉的鐵液鑄件相對強度高。而電爐熔煉鐵液的相對強度低。回轉爐居中。沖天爐熔煉的過程中，結晶過冷度比較小，白口不易產生，結晶的晶粒較細化，但是電熔爐煉鐵過程中，結晶過冷度的增大，會使鑄件的表面白口傾向增加，易于產生過冷石墨，所得鑄鐵的強度和硬度較高。在10 噸酸性中頻感應電爐上進行試驗，其結論是：熔煉過程中，鐵液的溫度升高和鐵液的保溫時間延長時，體液中共晶團數會下降，且白口的深度也隨之增加直至飽和。白口深度的飽和水平隨著C、Si等促進石墨元素的增加而降低，隨著Cr 和Mo 等碳化物元素的增加而會同時上升。根據試驗數據整理所得的圖2反映出了上述關系。

（3）硬度、抗拉強度的變化：綜上所述，當基體組織析出鐵素體的時候，D 型、E 型石墨將會出現，鐵液保溫時間增加時，其強度和硬度都會有所降低。

（4）克服上述鑄造缺陷的主要方法是進行合理的作業和嚴格執行熔化工藝和爐前控制，在10t 中頻感應電爐的工藝調試中總結出了以下幾種措施：①確保澆注溫度的情況下降低感應電爐內的鐵液溫度。②盡量避免高溫儲存鐵液或保溫鐵液。③采取殘留液熔化法。④熔化后期加入生鐵。⑤爐前控制對鐵液進行嚴格的孕育處理。⑥爐前控制嚴格控制每包鐵液的澆注時間。⑦嚴格監控澆注機的隨流孕育，孕育量控制在0.05%～0.1%之間。

圖1 石墨和基體組織隨時間的變化

圖2 白口深度和共晶團數的變化

結語

中頻感應電爐的熔煉控制是一個復雜的系統工程，它受到原材料、冶金反應、設備運行狀況、操作細節、車間管理等多方面的影響。以上是筆者在調試應達公司一拖二10t/h 中頻感應電爐過程中的一些體會和看法。不一定對每臺電爐都適用，在實際生產中要具體問題具體對待。