重视中频感应炉熔炼的冶金功能

钱立

（河北工业大学，天津300130）

·铸造设备·

重视中频感应炉熔炼的冶金功能

钱立

（河北工业大学，天津300130）

感应炉是重要的熔炼设备，其工艺过程并非简单的重熔。本文从冶金学的视角，讨论了炉料的装入与续料、温度掌控、辅料使用等问题，以图引起业界对其冶金功能的重视。

感应炉；熔炼；重熔；冶金功能

感应炉依靠磁-电-热的转换进行工作，热量发自炉料内部，熔清后升温快，调质期短；渣料不发热，熔渣温度低；炉型呈坩埚状，相对而言，熔池深而熔渣-铁液界面小。因此，中频感应炉的冶金功能远不如电孤炉。有人还将它与冲天炉相比，认为冲天炉内焦炭-炉气-铁（料）液一熔渣相互作用，物理化学过程较为丰富。其实，对于冲天炉内多种物料间的反应，既有正面效应（如增碳，熔渣熔吸杂质和调硫等）亦有负面效应（如元素烧损，成分波动，铁液被污染等），而后者恰是感应炉的优势所在。

对于感应炉，不能简单地视为熔化炉，炉内存在着的冶金过程，要恰当地把握，强化或发展其有利面，限制其不利面。以下就炉料的装入与续料，温度掌控，辅料的使用等有关冶金问题，举例加以说明。

1 炉料的装入与续料

现场的装料，一般侧重于操作性表述，如a）炉底要垫轻薄料。b）料块要合理，切忌厚大（电频率在100 Hz～500 Hz时，最佳平均料径为230 mm～100 mm）。c）装料要紧密，但不能在熔化中发生棚料，等等。这些规定，对于保护炉底免受大料撞击，炉料顺行和热利用是必要的。

然而，从冶金学视角考虑，强调以下几点更为重要。

1）炉料装入顺序，应保证炉底尽早形成高碳熔池。令熔点低的回炉料先装，再生铁，熔点高的废钢放在上面。全功率供电后，炉底很快便形成熔池，废钢浸入其中，表面增碳，熔点降低，起了助熔作用。还须指出，废钢比生铁易于氧化，当温度高于700℃后，废钢表面氧化加快。若废钢能尽快熔于铁液，无疑对于减少氧化也是有益的。

化学成分对熔点的影响是基于Fe-C相图中液相线的变化：随含碳量的提高，钢的熔点降低。同样道理，一些铁合金，可以利用表面的增铁，降低液相线温度，来达到助熔的目的。笔者在熔炼有Mo、W、B、V等的铸铁时，较早地将FeMo、FeW、FeB或FeV投入熔池，起到了助熔的作用［1］。借着电磁搅拌作用，合金成分很快就被均匀了。

2）熔炼初期切忌底部熔池过热，以免炉底侵蚀，并发生SiO2（衬）+2C＝Si+2CO反应而致的炉底化学侵蚀。铁液的过热还会加剧元素的烧损和含气量的增加。

3）随着炉料的逐步熔解，应适时续料，前一批料尚未化尽前，投入后续料。投向熔池的炉料要干燥，无锈蚀，以防铁液氧化和含气量的增加。在冬季，往熔池中加冷废钢，还会造成“炸溅”，要注意防范。

切屑宜加入熔池。装料期加，既影响电耗，又加大了元素烧损。

2 温度掌控

感应炉熔炼涉及到平衡温度、沸腾温度、临界温度和过热温度等不同概念。

平衡温度（t平衡）是决定SiO2+2C＝Si+2CO反应方向的温度，大于平衡温度，反应向右进行，反之则反应向左进行。单质状态下，t平衡为1 645.8℃。铁液中，t平衡与C、Si含量有关：随着C含量的增加或Si含量的减少，t平衡下降。在通常灰铸铁和球墨铸铁铁液成分下t平衡约在1 425℃～1 400℃，对低温用铁素体球墨铸铁铁液则约在1 380℃左右。高于平衡温度，反应产物CO造成熔池“沸腾”。生产中为了保证足够的沸腾力度，一般取t平衡+50℃，称为沸腾温度（t沸腾）。此时铁液的沸腾，有利于温度和成分的进一步均匀，能驱除气体，降低铁液中的溶氧量，排除夹杂物等。

当铁液温度进一步提高，超过了所谓临界温度（t临界）时，铁液中的石墨化核心数明显减少，铁液白口倾向增大，铸件或试样中石墨形态发生变异，产生过冷石墨甚至出现自由渗碳体。不同资料所提供的t临界的数据不甚一致，一般为1 455℃～1 510℃。t临界与炉料状况及铁液成分有关，如生铁的牌号高则t临界高，生铁配比少废钢用量多则t临界低；铁液的C、Si含量低则t临界低等。此外，t临界还与增碳剂的使用有关。

显然，熔炼后期铁液的过热温度（t过热）取多少，关系到铁液的冶金质量。从铁液自沸腾，净化铁液考虑，过热温度应该在t沸腾以上。这一温度亦正好与酸性炉衬的方石英化温度相一致［2］，对提高炉衬烧结层的耐火度和体积稳定性是有益的。因此，过热温度至少要超过1 470℃。最终过热温度则视铸铁材质、铸件，以及炉料等情况的不同，一般为1 510℃～1 550℃。亦有少数企业［3］，把过热温度调低至1 480℃左右，以减少过热过程中晶核的损失。

经1 510℃～1 550℃过热的铁液，淡化了炉料的不良遗传性影响。虽然，过热铁液的过冷倾向大，但只要作好孕育处理，孕育效果会发挥得更好，有利于铸铁中石墨及基体的细化。但过热温度不能过高，过热停留时间不能长。否则，会加重炉衬的侵蚀和铁液中SiO2的丧失；铁液降C增Si，会增加化学成分波动的不确定性；铁液在高温裸露下，溶氧量有回升的可能。

3 辅料的使用

在感应炉炼的不同时期，需加入各种辅料。

1）增碳。废钢配比多，铸铁增碳量大时，大部分增碳剂应在装料时加于轻薄料之上，上面再压其他炉料。这样，既防止了增碳剂的漂浮，又加强了铁液的助熔作用。后期于镜面加入细粒增碳剂补碳，此时应调低电频率，加大电磁搅拌作用。

2）造渣。笔者习惯于在熔化前期，通过炉料间的空挡加入渣剂（一般的珍珠岩类清渣剂），以便及时在熔池上形成熔渣层，防止氧化吸气。熔炼后期，可补充清渣剂，根据渣量和渣况，换1～2次渣。熔炼末期，炉温高，用一般的商品清渣剂，熔渣稀，聚渣效果不好，熔渣成壳性差，难以挑起渣壳。此时，应通过复配，调高清渣剂的融熔温度。

3）增硫。感应炉铁液的硫含量低，用于灰铸铁，孕育效果差，而且在低硫铁液中新生的石墨晶核很容易重新溶解消失。灰铸铁合适的硫含量为0.07%～0.10%。增硫作业可在炉内或炉外进行。

4）预处理。感应炉铁液的自发形核能力差，白口倾向大。可通过预处理加以克服。常用的预处理剂有晶型石墨、SiC、Inoculin390和Preseed TM等。

5）其他。废钢中的含氮量较多，当炉料中废钢配比大时，铁液中溶氮量较多，经过短期“自沸腾”可以降低氮的含量，如若氮含量仍偏多，应以FeTi固氮，即令溶解氮转化为TiN。固氮工作可以炉内或炉外进行。生产实践发现，在熔炼后期，向熔池投入少量的铸铁切屑（无油污及切屑液），有促进孕育的作用。

本节中关于增碳剂、清渣剂、增硫剂和预处理等，可查阅资料［4］。

必须指出，本文的目的在于提请读者重视感应炉的冶金功能，使每一操作都能发挥有利的冶金作用，而限制或削弱不利面。本文所列举的一些做法，仅供参考。

［1］虞觉奇，易文质，陈邦迪，等.二元合金状态图集［M］.上海：上海科学技术出版社，1987.

［2］吴德海、钱立、胡家聪.灰铸铁、球墨铸铁及其熔炼［M］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［3］杨顺来.电炉熔炼D型石墨分析与解决［C］//第二届中国环海经济区铸造论坛文集.沈阳：沈阳市铸造协会，2010.

［4］钱立.铸铁熔炼材料选用及其对铸铁件质量的影响［C］//铸铁熔炼及铁液处理技术论文集.扬州：现代铸铁编辑部，2010.

Great Attention to Metallurgical Function of Mid-frequency Furnace Process

QIAN Li
（Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China）

Induction furnace is an important melting equipment.In the article，the charging，temperature control，use of auxiliary materials and others were discussed as viewed from metallurgy.

induction furnace，melting，remelting，metallurgical function

TG232.3

A

1674-6694（2010）06-0001-02

2010-10-27

钱立（1936-），男，教授。