鑄鐵的預(yù)處理工藝，是為適應(yīng)感應(yīng)電爐熔煉的冶金特點(diǎn)而導(dǎo)出的。大約在上世紀(jì)70年代后期開(kāi)始應(yīng)用于歐洲，隨后，差不多與感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵的工藝同步發(fā)展。
感應(yīng)電爐熔煉組織中含石墨的鑄鐵，采用預(yù)處理工藝，可以改善石墨結(jié)晶析出的生核條件，從而使鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變溫度提高，減輕過(guò)冷度，增加共晶團(tuán)數(shù)量，還可以使鑄鐵力學(xué)性能參數(shù)值的波動(dòng)范圍減小，改善鑄件的加工性能。
預(yù)處理工藝的良好作用，已經(jīng)由很多研究工作和實(shí)際生產(chǎn)條件下的考核所確認(rèn)。目前，一些工業(yè)國(guó)家中，預(yù)處理工藝的應(yīng)用面很廣，可以說(shuō)已經(jīng)是感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵的常態(tài)工藝。1980年、82年，筆者曾經(jīng)在美國(guó)造訪過(guò)好幾家用感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵的鑄造廠，就沒(méi)有見(jiàn)到一家不采用預(yù)處理工藝的。
2013年，我國(guó)灰鑄鐵件的產(chǎn)量為2055萬(wàn)噸，占全世界灰鐵鑄件總產(chǎn)量的43％，但是，據(jù)我所知，采用預(yù)處理工藝的鑄造廠卻很少很少。
預(yù)處理工藝的效果是肯定的，但是，這項(xiàng)工藝從開(kāi)始研發(fā)至今，畢竟只有四十多年，盡管一些工業(yè)國(guó)家進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作，迄今為止，對(duì)其作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)，最多也不過(guò)是知其梗概而已。工藝過(guò)程中，許多變數(shù)的影響都還有待深入的探索。
1、預(yù)處理工藝的興起
從上世紀(jì)60年代起，中頻感應(yīng)電爐有了重大的改進(jìn)，晶閘管靜態(tài)變頻電源、逆變變頻電源相繼問(wèn)世，熱效率可達(dá)70％，加以靈活方便、有利于環(huán)境保護(hù)等方面的優(yōu)點(diǎn)，感應(yīng)電爐的應(yīng)用日益增多。
沖天爐熔煉鑄鐵，已經(jīng)有二百多年的歷史，我們對(duì)于鑄鐵質(zhì)量的控制已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)。一旦轉(zhuǎn)而改用感應(yīng)電爐，鑄鐵熔煉的過(guò)程大不相同，簡(jiǎn)單地沿用老經(jīng)驗(yàn)就難以確保鑄件的冶金質(zhì)量，生產(chǎn)中就會(huì)不斷出現(xiàn)新的問(wèn)題，如：白口傾向大，石墨化程度不符合要求等。尤其令人頭痛的是，即使在爐料配比不變、原鐵液的成分符合要求、鐵液溫度相同的條件下，也很難保持鑄鐵的性能穩(wěn)定、一致。
預(yù)處理是針對(duì)上述問(wèn)題研發(fā)的重要技術(shù)措施之一，上世紀(jì)70年代，歐洲鑄造行業(yè)率先先采用這項(xiàng)工藝。誰(shuí)是這項(xiàng)工藝的創(chuàng)始人？我沒(méi)有辦法確切地查證，但是，廣為人知的是，英國(guó)S. Russell公司鑄造部對(duì)于開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)是有貢獻(xiàn)的。
Russell公司1952年開(kāi)始生產(chǎn)鑄鐵件。60年代末，考慮到需求量增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)很強(qiáng)，而且環(huán)保的要求將日益嚴(yán)格，在原有沖天爐的基礎(chǔ)上，裝設(shè)了2臺(tái)1.5噸感應(yīng)電爐，1972年又增加了2臺(tái)8噸感應(yīng)電爐。
改用感應(yīng)電爐熔煉后，為了解決鑄鐵冶金質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題，公司進(jìn)行了多方面的分析研究，逐步認(rèn)識(shí)到：?jiǎn)栴}在于鑄鐵中微細(xì)的SiO2顆粒少了，共晶轉(zhuǎn)變時(shí)石墨化的生核條件不充分。據(jù)此，決定進(jìn)行預(yù)處理的試驗(yàn)研究工作，預(yù)先在爐內(nèi)加入預(yù)處理劑，使鐵液中存在的SiO2顆粒增加。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室工作和生產(chǎn)考核，都表明預(yù)處理的效果很好，鑄鐵性能的穩(wěn)定性明顯改善。
1978年美國(guó)鑄造師學(xué)會(huì)的年會(huì)上，Russell公司的B. C. Godsell ，介紹了研發(fā)預(yù)處理工藝的經(jīng)驗(yàn)，受到了廣泛的關(guān)注。
此后，對(duì)預(yù)處理工藝的試驗(yàn)、研究一直沒(méi)有間斷。用感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵和球墨鑄鐵的企業(yè)，熔煉過(guò)程中采用預(yù)處理的日見(jiàn)增多，甚至還進(jìn)一步推廣到?jīng)_天爐熔煉。
2、在熔煉灰鑄鐵方面的應(yīng)用
用感應(yīng)電爐熔煉灰鑄鐵時(shí)，在保持原鐵液中硫含量不低于0.06％，且有一定的氧含量的條件下，采用預(yù)處理工藝，可使鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變時(shí)的過(guò)冷度減小，避免組織中出現(xiàn)B型、D型和E型石墨，組織中共晶團(tuán)數(shù)量增多，從而，鑄鐵的力學(xué)性能得以提高，而且比較穩(wěn)定。
如果預(yù)處理工藝得當(dāng)，還可以明顯減緩孕育作用的衰退。
生產(chǎn)薄壁鑄件時(shí)，不僅可避免組織中出現(xiàn)碳化物，而且可使過(guò)冷石墨（B型和D型）減至最少。經(jīng)預(yù)處理工藝的鐵液，可用于砂型鑄造，也可用于金屬型鑄造和離心鑄造。
3、預(yù)處理劑及加入方法
1）碳化硅 從預(yù)處理工藝開(kāi)始研發(fā)之日起，幾十年來(lái)廣泛用于灰鑄鐵的預(yù)處理劑是碳化硅，主要是碳化硅含量75％左右的冶金碳化硅。今后，隨著對(duì)預(yù)處理作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)逐漸深化，當(dāng)然會(huì)不斷有效果更好的新品種問(wèn)世。
碳化硅是將硅砂和焦炭（或石油焦）置于電極加熱的電阻爐內(nèi)，在1450～1900℃的高溫下，由碳將SiO2還原而制得的。在制造、破碎、燒結(jié)過(guò)程中，SiC表面都會(huì)形成很薄的SiO2保護(hù)膜。一般的碳化硅，都含有5％左右的游離SiO2，這也就是SiC抗氧化能力特別強(qiáng)，能用作耐火材料和電熱組件的原因。
碳化硅溶于鐵液后，游離SiO2以非常微細(xì)的顆粒分散于鐵液中，對(duì)于異質(zhì)晶核的生成非常有益。國(guó)外有研究者認(rèn)為，碳化硅的預(yù)處理作用主要在于含有這種游離SiO2。
碳化硅的熔點(diǎn)很高，在2700℃以上，2600℃以下相當(dāng)穩(wěn)定。在熔煉鑄鐵的溫度下，燒損量很少，而且不可能‘熔化’，只能逐步‘溶解’、擴(kuò)散，因而其作用的時(shí)效相當(dāng)長(zhǎng)。
碳化硅加入后需要一定的時(shí)間使之溶于鐵水，而且需要攪拌，以加速其溶解。用感應(yīng)電爐熔煉時(shí)，可在出鐵前將預(yù)處理劑加入爐中?？紤]到碳化硅的密度低，約為3.2％～3.3％，熔清后加入，易浮在液面，還是隨固體爐料一并加入為好。
作為預(yù)處理劑，碳化硅的加入量一般為金屬爐料的0.5％～1％。由于預(yù)處理的效果受鐵液的成分、爐況條件以及作業(yè)方式等多種因素的影響，鑄造廠最好是通過(guò)試驗(yàn)，求得適合企業(yè)具體條件的最佳用量。
（2）預(yù)處理劑的發(fā)展 十多年前，瑞典Elkem公司基于T. Skaland等人對(duì)鑄鐵中石墨生核進(jìn)行的研究工作，考慮到Al、Ca、Zr等元素的硫化物、氧化物，都是異質(zhì)晶核中的主要組成物，研制了一種新型預(yù)處理劑“Preseed”，其化學(xué)成分如下：
Si 62％～69 ％，Ca 0.6％～1.9 ％，Zr 3.0～5.0 ，Al 3.0％～5.0％。
據(jù)稱(chēng)這種預(yù)處理劑的效果很好，用量比碳化硅少得多，只是金屬爐料的0.1％左右。
此外，也有用晶態(tài)石墨作預(yù)處理劑的報(bào)道。
