电炉熔炼铸铁工艺特点及常见缺陷的防治新见解

电炉熔炼铸铁的工艺特点就在于铁液重熔后合金过冷度增大，同时过热温度较高，随之而来的铸铁质量控制遇到了新的问题。

电炉铁水重熔后，所含的杂质物相比冲天炉要少，也就是说纯净度要高，在其凝固过程中缺少了异质结晶核心，凝固时的成分起伏和浓度起伏要弱些，这使得过冷度加大，合金沿介稳定系凝固结晶的可能性加大，也就是结晶产物中Fe3C(渗碳体)的含量增多，而冲天炉铁水由于含较多的异质核心，凝固结晶时沿稳定系发展的倾向大，在铁碳合金相图上，稳定系结晶的产物就是铁素体和石墨。

电炉铸铁的熔炼特点，要求铸造工作者在铸铁的成分选择、炉料配比、废钢用量、孕育工艺、增碳脱碳、增硫脱硫、球化工艺、蠕化工艺、温度控制、浇注工艺等许多方面需要更新观念，采取符合实际的手段来保证和提高产品质量。

国际铸业技术专家夏振环先生，作客“百家铸造论坛”，与网友、粉丝一起，探讨“电炉熔炼铸铁工艺特点及常见缺陷的防治”。

夏振环先生根据三十年冲天炉生产和近十多年电炉生产实践，就上述10大问题谈谈经验教训。

一、电炉铸铁炉料配比及合成铸铁

在铸造行业，人们常说，铸造材料的成分决定组织，组织左右性能;这句话其实并不全面。我们在生产实践中发现许多铸铁，在相同成分时，机械性能却有较大差异。铁水的质量除与其成分有关联外，还与炉料配比，熔化与出炉温度，孕育工艺等有密切关系。所谓合成铸铁，就是指配料中使用50%以上的废钢，通过增碳合成的方法制取的铸铁材料，因为需要较高的熔化温度，只宜在电炉中熔炼。目前合成铸铁主要有合成灰铁和球铁。

通过大量实践，对于HT250、HT300等高强度灰铸铁来说，废钢左右强度、生铁影响组织.

1、配料禁忌：

ü 高比例废钢与高比例回炉料搭配，合成灰铁的废钢加入量不宜超过50%;

ü 高比例废钢与含硫磷高的生铁搭配;

ü 回炉料超过40%。

2、配料优化组合(%)

组成生铁废钢回炉料

配比A403030

配比B304030

配比C204040

配比D205030

3、锰硫含量

需要提高硬度时锰的含量可达1.0-1.2%，但不要求相应提高硫的含量。

某公司为了节约成本，多用废钢，在两个月内试制合成高牌号灰铸铁，废钢用量一度达60%，有一段时间除加入废钢外另加回炉料和少量铁屑，最初质量不错，但一段时间后发现铸件批量缩孔、缩松和有白色硬斑，并且持续不断越来越严重。

此缺陷成因：初步判断是铁水中MnS的含量过高而引起的铸件显微缩孔、缩松，MnS富集形成白色硬斑。这是由于高牌号灰铁HT300成分要求Mn含量较高，加之废钢自身锰也高，而废钢中的S以及回炉铁中的S和锰反应产生的MnS在炉料中的积累达到一定程度，就会产生过量，从而产生上述缺陷。

为了减少铁水中的MnS含量，一般用加入一定量的优质新生铁来调整，另外提高孕育效果，可使MnS细化，减弱其不良影响。

废钢加入量过大时，由于废钢熔点在1530度左右，而生铁和回炉料的熔点只是1230度左右，多用废钢增加了电耗，加大了铁水的过冷倾向，还吸附大量的氮气，一般来说合成铸铁工艺并不适用于灰铸铁，而比较适用于球铁

二、关于电炉灰铸铁增硫问题

前面已经说过，中频感应电炉熔炼铸铁工艺对比冲天炉熔炼，除了具有熔化温度高的优势外，却有不少缺点，主要有三个方面的问题：一是铁水过冷倾向较大，极易产生影响材料机械性能的D、E型石墨;二是铁水纯净，异质结晶核心较少，导致孕育效果差，在同等成分条件下，铸件强度偏低铁质偏硬;三是收缩倾向较大，在高牌号灰铸铁中锰含量较高时，容易产生显微缩孔、缩松。

针对上述问题，应对的措施是：

1、在熔化后期增加一个高温保持时间，尽可能使各种炉料熔化的铁水晶粒均匀，尤其是细化石墨;

2、适量增加外来异质核心，强化孕育效果，促进A型石墨的形成;

3、控制高牌号灰铸铁的硫、锰含量及其比例，控制回炉料比例，达到合适成分。

这些措施，对不同结构的铸件产品是有差别的，需在实践中掌握。

某公司某日，用电炉熔炼6炉灰铁HT300铁水，浇铸液压阀G03、G02等产品，经解剖内部组织发现大面积显微缩孔、缩松、缩裂，共830只全部报废。检测布氏硬度HBS241，化学成分C3.27，Si1.78，Mn0.83，S0.087，P0.04。珠光体98%，E形石墨达80%，石墨长度5级。据有关人员研究分析，应是铁水材质出了问题。

化学成分分析的结果，对一般的薄壁HT300铸件来说似乎是正常的，然而对于液压阀铸件却出了问题。此缺陷成因：初步判断是铁水中MnS的含量过高而引起的铸件显微缩孔、缩松、缩裂，也就是说铁水中的S、Mn含量超出铸件所适应的范围。

由于在熔炼中加入了一定量的增S剂，铁水中的S、Mn含量积累达到一定程度，就会导致铁水含S量超出铸件自身正常凝固结晶的要求，从而产生此类缺陷。对策：停止加入增S剂，调整Mn的含量，保证HT300灰铁的五元素的正常含量，调整后，缺陷全部消除。

在电炉灰铁铁水中通过加入增S剂形成一定量的MnS，作为异质核心，提高孕育效果，这从理论来说是正确的，但是近年来大多数文献资料所说，电炉高牌号灰铁的含S量需控制在0.05-0.10%比较合适，然而许多工厂的实践证明，当含Mn量在1%左右时，若铸件成分分析含S量超过0.05%，铸件就开始产生缩孔缺陷，当含S量超过0.07%时就会发生批量缩孔，这种现象如何解释呢?

灰铸铁中的S有两种存在形式，一种是单质，另一种是化合状态的MnS，灰铁中起结晶核心作用的硫，主要是化合状态的MnS，我们现在的化验手段，都只能分析出铸件和铁水中单质状态的S，而以化合状态存在的S是化验不出来的。当单质S含量超过0.05%时，化合态的S含量就比较高了，此时的铁水中：

　MnO+FeS=MnS+FeO，FeO+C=Fe+CO,或2FeO+C=2Fe+CO2

这时铁水在凝固过程中就在析出CO或CO2的同时产生部分棕色的MnS粉沫，形成铁渣反应气缩孔。只要具备一定的条件，这种气缩孔，不仅在电炉铁水也在冲天炉铁水中发生。其实我们在电炉熔化过程中，已经增加了一部分硫，这些硫来自于：

1、由回炉的浇注系统带来，浇注系统中的硫磷含量远高于铸件中的含量;

2、生铁中的硫，一般生铁中的硫含量是不高的，而我们购买的普通生铁上面都携带不同程度的炉渣，我们是不会化验的，但这些拉圾却含有较高的硫磷，会带入炉内;

3、废钢和生铁等炉料的铁锈，氧化铁含量较高，进入铁水中会增加硫的吸收率。在这样的情况下，如果我们再补加硫化铁来增S,就过分了。实际生产高牌号灰铸铁件时，铁水中的单质S控制在0.03-0.05%之间为妥。

三、电炉高牌号灰铁的孕育和变质处理

关于高牌号灰铁的孕育工艺，传统的孕育量是处理铁水量的0.3-0.4%，近年来随着电炉的普及，孕育量逐渐增加，最新资料推荐0.5-0.6%，本人通过长期实践，选择孕育量在0.8%左右，取得强度硬度和切削加工性能的全面提高，铸件加工后的内部缺陷大幅度减少。

某公司生产高牌号的电磁阀，技术要求铸件硬度大于HB200，强度大于300N/mm2,该产品主要壁厚超过50mm，通过多次试验，在加大一次孕育量的同时，采取二次随流孕育，消除了厚壁带来组织粗大的缺陷，提高了铸件致密度，保证了产品质量。

关于铁水二次随流孕育，在浇注前加入粒度0.2-0.7mm的均匀的孕育剂，比较适用于厚件，而用于小件时反而增大了铁水的收缩性能。

有一个时期，某公司部分产品加工后表面呈现白色亮斑硬度很高，刀具打滑，经分析，原来是孕育剂的块度过大，与铁水包容量不相适合，致使孕育剂在铁水浇注时未能完全熔解,铸件局部硅量富集形成硬化相;当在铁水温度偏低进行二次随流孕育时，也会产生同样的缺陷。

有一家专业生产HT300灰铁液压件的工厂，浇注一种KP泵体，铸件壁厚30mm左右，按照HT300的经验成分配料，铁水成分：C3.0-3.1%，Si1.7-1.8%，Mn0.95-1.05%，P0.05%，S0.04%，铸件本体解剖抗拉达300N/mm2，但是连续多批产品在内浇口附近发生缩陷和缩裂，无论对浇注系统如何调整，就是不见效果，

没有办法，只能提高碳当量降低强度，调整到C3.2-3.3%，Si1.8-2.0%时，缺陷消失，但产品经加工后试压，大部分产生膨胀渗漏，本体测试抗拉也不合格，造成主机厂批量退货。联想到以往有一批同类泵体，由于听了别人的建议，用硫铁增S，铁水含S在0.07%以上时，铸件大面积缩孔，积存大量废品，为了处理这批废品，根据稀土脱硫的原理，当加入此类废品时，在孕育过程中补加少量稀土镁硅铁，有效地降低了硫含量，解决了缩孔问题。

针对当时KP泵存在的缩陷和缩裂，虽然原铁水含硫并不高，在孕育时同样试加了少量稀土镁硅铁，也取得了理想的结果，缩孔问题完全解决。分析其机理，铸铁产生缩陷，主要还是铁水中的气体作怪，这些气体在凝固后期析出时，铁水无法补充，产生了缺陷，而稀土除了。

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