未經(jīng)球化和孕育的球墨鑄鐵原鐵水質(zhì)量對(duì)鑄件組織、性能和鑄造缺陷的形成都有重要影響。優(yōu)良的原鐵水應(yīng)該符合以下質(zhì)量要求：

1.常存元素和合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合要求。

2.鐵水經(jīng)過(guò)適當(dāng)過(guò)熱后，在合適溫度出爐。一般原鐵水出爐溫度不低于1420℃。有些合金球墨鑄鐵熔點(diǎn)較高，需在更高溫度出爐。

3.含有所需要的微量元素。干擾石墨球化元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在允許范圍內(nèi)。

4.爐料在熔煉過(guò)程中氧化輕微。氧、氮、氫等氣體含量適當(dāng)。

5感應(yīng)爐、沖天爐、電弧爐都能用來(lái)熔煉球墨鑄鐵原鐵水。本章介紹目前國(guó)內(nèi)最常用的兩種熔爐：感應(yīng)爐和沖天爐。

一、感應(yīng)爐熔煉

上圖（4—1）是感應(yīng)爐爐體基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。這種熔爐是使用耐火材料搗制的坩堝盛裝爐料和鐵水。坩堝外圍裝有異形銅管或矩形銅管制成的螺旋形線圈。當(dāng)交流電通過(guò)感應(yīng)線圈，由于交變磁場(chǎng)的作用，裝入坩堝的爐料內(nèi)產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，使?fàn)t料加熱、熔化并使鐵水過(guò)熱。按照輸入爐子的電流頻率，感應(yīng)熔爐分為工頻爐（50HZ）、中頻爐（150---8000HZ）和高頻爐（大于10000HZ）。按坩堝的耐火材料性質(zhì)，爐子分為酸性爐、堿性爐和中性爐。按爐子結(jié)構(gòu)，有無(wú)芯感應(yīng)爐和有芯感應(yīng)爐。

我國(guó)自20世紀(jì)70年代以來(lái)廣泛使用感應(yīng)爐熔煉鑄鐵。大型鑄造廠（如汽車(chē)鑄件鑄造廠）多使用以大型感應(yīng)爐為主體的雙聯(lián)熔煉。

感應(yīng)爐爐料包括生鐵、廢鋼、鑄件回爐料、鐵合金、切屑和增碳劑等。鐵水中非金屬夾雜物含量少。元素?zé)龘p率較低，鐵水溫度和成分易于調(diào)整和控制而達(dá)到均勻穩(wěn)定。有些鑄造廠還采用廢鋼和增碳劑熔煉合成鑄鐵。

由于鐵水溫度、成分容易控制，合金元素?fù)p耗少，感應(yīng)爐可以用來(lái)熔煉高合金鐵水，如高鉻鑄鐵、高鎳奧氏體鑄鐵原鐵水等。鐵水比較純凈，過(guò)熱溫度能達(dá)到1700℃以上，元素的熔損少于沖天爐，對(duì)環(huán)境污染較輕，勞動(dòng)條件相對(duì)較好，而且可使用大量廢鋼作為爐料，因此感應(yīng)爐用于熔煉各種球墨鑄鐵原鐵水。但是感應(yīng)爐生產(chǎn)的原鐵水與沖天爐鐵水相比，石墨晶核和石墨球數(shù)較少，鐵水的共晶過(guò)冷度較大，產(chǎn)生白口傾向較強(qiáng)。溫度和碳當(dāng)量相同時(shí)，鐵水流動(dòng)性比沖天爐鐵水稍差。

1.感應(yīng)爐坩堝

爐料在耐火材料搗制的坩堝內(nèi)熔化。熔化一般球墨鑄鐵的坩堝加熱溫度在1550℃以下。熔煉熔點(diǎn)更高的鐵水時(shí)，坩堝還要承受更高溫度。如高鎳奧氏體球鐵的原鐵水，熔煉溫度需要達(dá)到1700攝氏度。坩堝材料應(yīng)能在高溫下保持足夠的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的高溫強(qiáng)度和抗熱沖擊能力。酸性爐襯采用高純石英砂或電熔石英砂。電熔石英砂熔點(diǎn)1700攝氏度、鐵水熔煉溫度最高可達(dá)1600攝氏度，適用于熔化一般球墨鑄鐵爐料。熔化溫度更高時(shí)，還可采用鋯砂或鋁鎂尖晶石。鋯英砂的主要成分是二氧化鋯，其中含有少量二氧化硅。

二氧化鋯+二氧化硅大于或等于95%的鋯英砂熔點(diǎn)2500攝氏度，最高工作溫度1650攝氏度。鎂鋁尖晶石是中性耐火材料。采用燒結(jié)或電熔方法把含有三氧化二鋁和氧化鎂的礦物原料熔合在一起，制成合成耐火材料。其理論礦物組成為三氧二鋁=71.8%、氧化鎂=28.2.熔點(diǎn)為2135攝氏度，用以制成的坩堝耐火度能達(dá)到1900攝氏度。

熔煉偏堿性球墨鑄鐵（如無(wú)磁性?shī)W氏體錳鎳球墨鑄鐵）需要用堿性或中性耐火材料制造的坩堝。常用的耐火材料是燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂和鎂鋁尖晶石。

菱鎂礦經(jīng)過(guò)1300---1400攝氏度高溫?zé)Y(jié)能得到的一種以氧化鎂為主要成分的塊狀物，經(jīng)過(guò)破碎、篩選后制成燒結(jié)鎂砂。一般燒結(jié)鎂砂含95%--97%的氧化鎂。氧化鏟平熔點(diǎn)2800攝氏度，優(yōu)質(zhì)燒結(jié)鎂砂在電弧爐內(nèi)再經(jīng)高溫熔化而制成含氧化鎂更高、雜質(zhì)含量更少，熱穩(wěn)定性和抗熱沖擊性能更佳的電熔鎂砂。

坩堝采用粒狀耐火材料經(jīng)過(guò)搗筑、燒結(jié)后制成。粒狀耐火材料的粒度需有合適配比。使各種粒度的顆?；ハ嗲逗?，使坩堝具有良好的緊實(shí)度和高溫強(qiáng)度。

下表（4---1）列出兩組坩堝耐火材料的粒度配比實(shí)例。經(jīng)過(guò)多年實(shí)際應(yīng)用，效果很好，可供參考。

坩堝耐火材料中需加入有助于燒結(jié)的添加劑。添加劑多采用硼酸，加入添加劑可降低燒結(jié)溫度、使坩堝容易燒結(jié)成形。

搗筑前需先在感應(yīng)器內(nèi)側(cè)和爐底鋪設(shè)隔熱層和絕緣層。并放置定位坩堝胎具。然后把混拌均勻的耐火材料分批加入，由爐底開(kāi)始分層搗筑。需要注意控制好影響輸入功率的爐底、爐壁厚度和均勻度。爐底或爐壁過(guò)厚會(huì)限限制輸入爐內(nèi)的電功率，使鐵水升溫緩慢或達(dá)不到應(yīng)有的過(guò)熱溫度。過(guò)薄則縮短坩堝壽命。

大型感應(yīng)爐多使用電動(dòng)或氣動(dòng)筑爐機(jī)搗筑坩堝。機(jī)械筑爐效率遠(yuǎn)高于手工筑爐，勞動(dòng)條件好，而且坩堝質(zhì)量比較可靠，會(huì)用壽命長(zhǎng)。

搗筑結(jié)束后進(jìn)行爐襯燒結(jié)。燒結(jié)使顆粒狀耐火材料形成能夠承受爐料撞擊、抵抗鐵水和爐渣侵蝕的整體強(qiáng)固耐火坩堝。燒結(jié)開(kāi)始階段滿意的以低功率向爐送電，使鋼制的坩堝成形模具升溫并加熱耐火材料。坩堝溫度保持在900攝氏度以下，砂料及硼酸中的水分逐漸蒸發(fā)。石英砂在870攝氏度發(fā)生阿爾法石英向阿爾法磷石英的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，石英砂粒會(huì)出現(xiàn)很大的體積變化，因此在此區(qū)間緩慢升溫十分必要。900攝氏度升溫到1200攝氏度是燒結(jié)的主要階段，在此階段可向爐內(nèi)加入一些爐料，利用爐粒吸收的熱量使坩堝升溫。直到1300攝氏度時(shí)，坩堝已經(jīng)形成表面燒結(jié)層，此階段可適當(dāng)提高升溫速度。在1300---1500攝氏度區(qū)間燒結(jié)層隨燒結(jié)時(shí)間加長(zhǎng)而增厚。

新坩堝燒結(jié)后應(yīng)連續(xù)進(jìn)行首次熔煉，其次熔煉需將鐵水緩慢加熱到1500攝氏度，保溫?cái)?shù)小時(shí)后即可結(jié)束燒結(jié)。此時(shí)燒結(jié)硬化層應(yīng)達(dá)到爐壁厚度25%以上，半燒結(jié)層應(yīng)超過(guò)50%。下表（4—2）列出熔煉普通球墨鑄鐵的石英砂坩堝加熱燒結(jié)時(shí)間，可供參考。

當(dāng)前有些鑄造廠使用專業(yè)工廠預(yù)制好的坩堝。更換坩堝時(shí)，先預(yù)制坩堝放置在搗筑的爐層上，再搗筑周?chē)Ｗo(hù)層。采用預(yù)制坩堝顯著縮短更換時(shí)間，而且預(yù)制坩堝質(zhì)量較好，使用壽命長(zhǎng)。比較適用于大型感應(yīng)爐。

2.爐料

（1）生鐵

下表（4—3）列出我國(guó)球墨鑄鐵專用生鐵化學(xué)成分（BG/T1412—2005）。目前國(guó)內(nèi)鑄造廠制造球墨鑄鐵多使用這種生鐵，也有少數(shù)工廠使用L04、L08、L10煉鋼生鐵。所列球墨鑄鐵專用生鐵所規(guī)定硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 是為了避免爐前處理使用含硅高的球化劑和孕育劑時(shí)鐵水含硅量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生鐵含碳量大于3.4%，全球使鐵水碳當(dāng)量達(dá)到共晶成分或過(guò)共晶成分。錳促進(jìn)共晶碳化物和晶間碳化物生成，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定處于較低水平。生鐵的磷、硫以及強(qiáng)烈干擾球化的鈦含量都很低。

用于熔煉鐵素體球墨鑄鐵水應(yīng)采用1級(jí)含磷量，生鐵中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)球墨鑄鐵的塑韌性有很大的影響。一般球墨鑄鐵件含磷量不應(yīng)超過(guò)0.07%。塑韌性要求較的鑄件通常規(guī)定磷小于0.06%。因此需使用4---3表中所列2級(jí)或1 級(jí)生鐵。

Q10生鐵含硫量很低，1類不超過(guò)0.02%。這種生鐵含錳量也很低，可用于生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵。球光體球墨鑄鐵則宜采用含錳較高的Q12，根據(jù)鑄件要求的力學(xué)性能選用2組或3組生鐵。

干擾元素含量也是選擇熔煉球墨鑄鐵所用生鐵的重要因素。下表（4---4）列出我國(guó)一些鋼鐵廠所產(chǎn)生鐵的干擾元素含量。

（2）廢鋼

廢鋼用天降低原鐵水含碳量或用于生產(chǎn)合成鑄鐵。選用廢鋼主要應(yīng)注意它的來(lái)源、化學(xué)成分和清潔度。鋼結(jié)構(gòu)邊角料或鑄鋼回爐料是常用廢鋼。軋制件多數(shù)是低碳鋼，含碳量一般不超過(guò)0.35%但要注意有些軋制件為合金鋼，例如鋼軌的含磷量遠(yuǎn)超過(guò)普通結(jié)構(gòu)鋼，不宜用于生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵。廢鋼必須經(jīng)過(guò)化驗(yàn)才能使用。再如使用40鉻鋼鑄件作為回爐料，該鋼的含鉻量為1.05%，加入20%就會(huì)帶入鐵水0.21%鉻。而普通球墨鑄鐵允許含鉻為0.15%。使用鉻鋼作為部分回爐料時(shí)，鑄件可能因晶間碳化物含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)而報(bào)廢。使用高錳鋼回爐料也會(huì)發(fā)生類似問(wèn)題。爐料中混入2%高錳鋼就能使鐵水含錳量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，已不適于澆注高韌性球墨鑄鐵件。鑄鐵件回爐料也應(yīng)注意化學(xué)成分問(wèn)題。

（3）鐵合金

鐵合金種類繁多，應(yīng)該實(shí)行分類管理。保管中注意勿使其受潮或沾染泥少、油污。使用前需根據(jù)產(chǎn)品出廠成分化驗(yàn)單配料。鐵合金加入熔爐前均需在加熱爐內(nèi)烘烤，清除沾附的水分和油污。

3.加料與熔化

中頻感應(yīng)爐修爐結(jié)束后即可把爐料分批加入。工頻爐冷起熔時(shí)，需首先加入起熔塊（重量占爐子容量10%--30%）。熱爐則需保留前一爐部分鐵水。分批加料時(shí)應(yīng)先加入熔點(diǎn)較低的爐料，盡快熔出鐵水，這樣可以縮短熔煉時(shí)間，減少熔化電耗。

鐵合金可在爐料熔化三分之二或四分之三時(shí)隨最后一批爐料加入。熔點(diǎn)高、燒損率大的鐵合金應(yīng)盡早加入。熔點(diǎn)低，燒損率小的合金可后加入。加入鐵合金時(shí)盡量避免與爐渣接觸，減少鐵合金損失。所有爐料均需經(jīng)過(guò)清理。黏砂、潮濕、銹蝕、涂過(guò)油漆的爐料必須清理干凈后再加入鐵水。切屑可在爐料熔化一半后加入，一次加入不要超過(guò)爐子容量的10%。切屑必須清潔、無(wú)油污、無(wú)銹蝕，確知其來(lái)源和成分。

熔化中應(yīng)避免爐料在坩堝下部交叉支撐，防止“搭橋”，搭橋是感應(yīng)爐熔化作業(yè)中的危險(xiǎn)狀況。因?yàn)闋t料不能下降到坩堝下部已熔鐵水中。輸入爐內(nèi)的電功率集中在坩堝下部少量鐵水，使底部鐵水過(guò)度加熱，急劇侵蝕坩堝下部的爐襯，可能造成漏爐事故。發(fā)現(xiàn)紅熱狀態(tài)爐料交叉支撐阻礙爐料下落時(shí)，必須及時(shí)將期分離。

爐料化清后應(yīng)及時(shí)除潭，然后開(kāi)始提高鐵水溫度，測(cè)定和調(diào)整鐵水成分、進(jìn)行爐前檢測(cè)。扒潭應(yīng)在1400---1500攝氏度以前進(jìn)行，因?yàn)槌^(guò)1450攝氏度，部分熔渣變稀，較難扒除。

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