中频感应电炉熔炼稀土铸铁的实践

齐重数控装备股份有限公司 （齐齐哈尔 161005） 袁洪志

我公司自主研发的10m铣齿机床是一台高端产品，可替代进口。机床对关键大型铸件的力学性能要求极高，材质为HT350，机加后导轨硬度≥190HBW，从而使机床具有很高的稳定性、精度保持性和使用寿命。4个大型铸件分别是立柱31t、床身32t、工作台65t、工作台底座48t。现有的灰铸铁材质达不到要求，如何满足强度和硬度技术要求，熔炼铁液则是解决问题的关键。合金铸铁材质对该类铸件来说是非常难控制的，特别是这些大型铸件的导轨厚度都在140mm以上，易产生缩孔、缩松、裂纹和变形等缺陷。

经分析讨论，根据经验和查阅相关资料，决定对稀土铸铁进行生产试验。稀土元素在铸铁中可以脱氧、去硫，改变石墨形态，改善铸造性能，减少铸件缺陷，合金化及细化组织，提高力学性能，用于机床铸件可提高导轨面硬度，提高使用寿命，工艺和操作上易于控制，而且生产成本较低。另外，为达到预期的强度要求，试验了加铜的合金化措施。

1.试验方法、结果及分析

使用150kg中频感应电炉熔炼铁液，按预定成分做了6炉试样，原铁液成分、孕育剂加入量如表1所示。配料为生铁15%、废钢50%、回炉料35%，增碳剂为类石墨，纯铜板块度20～40mm，出铁前加入到炉内，铁液过热精炼温度为1500℃，孕育处理温度1450℃，使用可控制时间的专用出铁孕育装置。试块尺寸为400mm×300mm×180mm，每炉浇注3个试块，树脂砂造型，砂型24h抗拉强度大于1MPa，自然冷却后打箱。稀土孕育剂Ce24-37，成分为：wRE＝24%～37%、wSi＝35%～45%、wCa＝5%、wMn＝5%～7%、wTi＝6%，余量为Fe，粒度5～10mm，稀土孕育剂和75SiFe孕育剂混合并烘干后使用。试验检测结果如表2所示。

表1 炉前原铁液化学成分及孕育剂

表2 试样检测结果

由表2可以看出，与普通灰铸铁相比，强度和硬度都有很大提高。1～4号试块加工后有不同程度的缩松，而且加工性能差一些，6号是综合性能最好的。稀土起到了脱氧、去硫，促进石墨化，细化晶粒，以及促进珠光体形成的作用。铜起到了减少铸铁对断面的敏感性，改善石墨形态，促进珠光体的形成，细化珠光体并提高珠光体的显微硬度，以及提高强度和耐磨性的作用。

2.生产应用

通过试验过程，初步掌握了稀土铸铁的熔炼工艺，下面以铣齿机床工作台为例简述生产过程。

使用一台20t中频感应熔炼炉和一台20t中频感应保温炉进行熔炼铁液，配备撒布浪斯NSP—6000型炉前快速成分分析仪，德国M20型直读光谱分析仪，NSP—305MTX快速测温仪，OCS—XS（F3）无线传输电子吊秤，两台20t保温浇包，两台20t普通浇包。保温包能储存铁液3h，共准备80t铁液，4个包同时浇注并同时补浇。铸造工艺设计了有利于补缩和提高补浇效果的浇注系统，并在导轨的3个使用面设计了专用石墨冷铁，以提高导轨面硬度，防止产生缩松类缺陷。

熔炼炉熔化的第一炉铁液成分调整合格后，用一台20t保温包倒到20t保温炉内，同时预热保温包。然后马上熔炼第二炉铁液，在调整原铁液成分时，将保温炉中的铁液（温度提至1500℃）出到已预热的保温包中存放，这时用第二台20t保温包将调整好成分的第二炉铁液倒至保温炉内。之后再开始熔炼第三炉铁液，在调整铁液成分时，将保温炉中的铁液（温度提至1500℃）出到第二台保温包中，并将第一台保温包中的铁液合到保温炉中提温至1500℃，再出到保温包中，这时将熔炼炉中的第三炉铁液用普通包出到保温炉中提温，熔炼炉开始熔炼第四炉铁液。在第四炉铁液高温精炼前，将保温炉中的第三炉铁液出到普通包中，并分别将两个保温包中的铁液合到保温炉中提温至1500℃后再出到两个保温包中，并将第三炉铁液合回保温炉中提温。待第四炉铁液成分调整合格时，提温至1500 ℃，精炼后扒净渣，与保温炉内的铁液同时加铜孕育处理，处理完成后待浇注。随即将两个保温包中的铁液分别合到熔炼炉和保温炉中，立刻同时加铜孕育处理，准备好的铁液同时扒一次渣，尽快进行浇注，浇注温度（1330±10）℃，第一次处理至浇注间隔10min，浇满后补浇3次。经对附铸试块的检测，化学成分和力学性能都达到了技术要求。

3.结语

通过试验证明，稀土在铸铁中发挥了很好的作用，有很大的应用潜力，尚需进一步试验，完善成分范围和熔炼工艺。使用稀土孕育剂要获得良好的孕育效果，原铁液的碳当量和含硫量要低。稀土元素的熔点较高，熔解速度慢，孕育处理温度应在1420～1450℃，粒度在5～10mm。稀土孕育剂加入量按0.4%计算，回收率约为40%，残留量应≤0.05%。在试验和生产过程中，充分体现了中频感应电炉的优越性，熔化速度快，便于调整化学成分，在提倡创建节能环保型企业的现代工业发展过程中，中频感应电炉的制造技术和应用技术也必将迅猛发展。

（20121215）