表2-10 冲天炉炉渣成分2）炉渣的性质①渣的黏度。图2-24所示为不同成分炉渣的熔化性温度，可供调整渣成分及温度的参考。2）被炉气中的O2氧化。铁料在熔化带一开始熔化即会被渣中FeO氧化脱碳，表面锈蚀的铁料会增加渣中的FeO含量，导至铁液脱碳加剧。4）被铁液中溶解氧氧化。......
2023-06-24
铁液成分变化的探究
【摘要】：金属液在1380℃时，反应受Si支配，Si的氧化损伤最大。3）出炉时飞溅在炉壁上的小铁豆，在高温下生成的氧化物。至于每一个具体的感应电炉内铁液化学成分的变化情况，应根据开炉实践进行多次的检测、校验和调整，最终才能基本上确定下来。表3-6 酸性无芯感应电炉内化学成分的变化在取样分析后，先调C，然后调Si和添加合金成分。
1）金属液的搅动。搅拌强弱随电炉功率、频率、坩埚几何形状及感应器结构不同而不同，工频电炉搅动大于中频电炉。
金属液搅动有利于合金元素的迅速熔化和均匀化，但剧烈的搅动加剧了金属液与炉衬材料、大气的冶金反应。
2）熔渣温度低。中频感应电炉熔池表面的熔渣是借助金属液的传热间接获取热量，加上熔池表面不断循环的冷空气冷却着熔渣，因此熔渣温度偏低，使它很难在金属液与熔渣界面之间保持温度平衡，以利于冶金反应的进行。
3）金属液温度控制方便。由于能量高度集中用于熔池内金属液搅拌，因此金属液过热迅速，能方便地进行成分调整和均匀化，合金元素迅速熔化使元素烧损较小。
4）对金属液的净化强。随着能量传递和电磁力对金属液的作用，正确控制金属液运动可以起到对非金属夹杂物的净化作用。
根据上述冶金方面的特点，感应电炉可以实现以下几方面冶金处理，原材料的熔化、调整化学成分、调整出铁和浇注温度、金属液的存储和保温、金属液的升温和过热、进行脱氧和脱硫反应。
2.炉内反应及成分变化
感应炉内熔化铸铁时，许多因素具有与氧反应的倾向，从而引起金属液内成分变化，主要有四个反应
|C|+|O|→CO
|Si|+2|O|→SiO2
|Mn|+|O|→MnO
SiO2（s）+2|C|→|Si|+2CO
由于感应炉熔化操作在大气气氛中进行，加入的炉料有铁锈，因此氧进入铁液达到平衡值以上时起氧化反应，其结果是铁液中的C、Si、Mn都减少。参与SiO2和C之间反应的SiO2大部分是炉衬耐火材料中的SiO2部分，一般坩埚式感应炉几乎都是含石英砂的酸性炉衬，其SiO2含量达98%以上。根据反应式|Mn|+|O|→MnO反应平衡时的氧浓度最高，因此可以认为C、Si、Mn并存条件下Mn对氧的亲和力较其他两者小。金属液在1380℃时，反应受Si支配，Si的氧化损伤最大。金属液温度越高，C和Si含量变化不明显，超过1450℃，会发生明显的C损伤和增Si现象，因为SiO2还原反应温度为1470℃以上。锰合金加入量太大或块度太大，会使熔化前局部形成锰的富集区，将使炉衬受到严重侵蚀。感应炉熔炼铸铁时会产生相当数量的熔渣，熔渣来源是：
1）炉料本身的锈蚀和氧化物。
2）炉料中带入的未清净的型砂、芯砂及炉衬局部剥落物SiO2或Al2O3。
3）出炉时飞溅在炉壁上的小铁豆，在高温下生成的氧化物。
因此感应炉熔炼铸铁时，对炉料进行认真高强度清理，去除炉料的锈蚀和氧化物、型砂、芯砂，可大大减少熔渣量，节约大量电能。
酸性无芯感应电炉熔炼铸铁整个期间的元素变化不是很大，一般正常情况下符合表3-6所列的烧损范围。工频炉的C、Si烧损稍高于中频炉，配料时可取表中烧损范围的中上限。至于每一个具体的感应电炉内铁液化学成分的变化情况，应根据开炉实践进行多次的检测、校验和调整，最终才能基本上确定下来。
表3-6 酸性无芯感应电炉内化学成分的变化
在取样分析后，先调C，然后调Si和添加合金成分。调C时，除去铁液表面熔渣后，加入增碳剂，利用电磁搅拌使增碳剂迅速熔解并被铁液均匀吸收。常用的增碳剂有石墨电极、天然石墨和石油焦等。石墨电极成分较纯，固定碳质量分数大于99.5%，硫质量分数小于0.03%，氮质量分数小于0.001%，完全适用于灰铸铁和球墨铸铁的增碳。从铁液液面加入增碳剂，其回收率为85%～92%，增碳剂粒度为1～5mm。
如果生产高牌号灰铸铁或球墨铸铁时，准备采用大量废钢作炉料，增碳量较大。一般可将一部分或大部分增碳剂随炉料装入炉子的底部与下部，其余的增碳剂再随后续炉料陆续加入。增碳剂粒度为5～10mm。正常熔炼时，一般回收率可达95%左右。调整成分添加合金元素时，合金元素的回收率见表3-7。
表3-7 酸性无芯感应电炉精炼期添加合金元素的回收率
据统计，感应电炉单独熔炼铸铁，硫的质量分数一般为0.03%～0.05%。若需要进一步降硫，则可采用炉内脱硫措施。为了减少碱性脱硫熔渣对酸性炉衬的损害，应制作一个直径小于炉子内径的耐火圈，将加入圈内的脱硫剂与炉衬隔开。一旦处理完毕，应迅速除渣。炉内脱硫虽温度条件好，但电磁搅拌力度不如多孔塞脱硫包的气动搅拌大，故炉内脱硫的效果不如多孔塞气动脱硫，但要优于普通的包内脱硫。
感应电炉熔炼铸铁应遵循“快速熔炼、一步到位”的原则，切忌拖拉反复、操作延误或输送功率不当。当铁液温度超过了C-O-Si的平衡临界温度时，将发生SiO2+2|C|→|Si|+2CO的“沸腾”反应，可能造成降碳增硅和炉衬侵蚀。特别对于高牌号灰铸铁和球墨铸铁，当温度超过1420～1440℃时，应加快精炼操作速度，以防上述反应发生。根据铸铁种类和牌号的不同，精炼温度在1420～1520℃间选取。
出铁经检查，铁液化学成分和温度合格，炉前三角试样合乎要求，即可停电、扒渣、倾炉出铁。出铁最好一次完成。如果分包出铁，则炉内的剩余铁液烧损会加大，因而造成前后铁液化学成分有较大偏差；如果由于意外等待，需对剩余铁液供电保温，而没有熔渣保护的铁液，其氧化烧损和吸气更为严重。
必须指出，与冲天炉铁液相比，相同化学成分感应电炉铁液的过冷倾向大，若熔炼灰铸铁，则容易产生D型和E型石墨，三角试样白口大，铸件缩孔、缩松倾向大。因此，一定要加强孕育处理，充分发挥孕育的作用。
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