双联熔炼的主要形式分析

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：双联熔炼是对冲天炉、电弧炉或感应炉熔炼的铁液，放入感应电炉或电弧炉保温或进一步过热，进行二次熔炼。4）双联熔炼便于调整铁液成分和温度，易于满足有成分差异的多品种、小批量铸件生产要求。双联熔炼的主要形式见表4-1。双联熔炼工艺具有较高的经济性，越来越受到铸造工作者的重视。目前双联熔炼多采用后一种方式运送铁液。

双联熔炼是对冲天炉、电弧炉或感应炉熔炼的铁液，放入感应电炉或电弧炉保温或进一步过热，进行二次熔炼。其主要目的是：

1）严格控制铁液的化学成分和温度，适应高质量要求、大批量铸铁件生产需要。

2）在炉料中大量使用废钢，一次熔炼铁液成分、出炉温度不易达到铸件要求时，采用双联熔炼可以达到铸件要求。

3）采用高速造型线和自动浇注机时，对铁液的供应有较高的要求，双联熔炼不但便于提供成分均匀、温度稳定的铁液，也有助于调控铁液供应量。

4）双联熔炼便于调整铁液成分和温度，易于满足有成分差异的多品种、小批量铸件生产要求。

5）优化铸铁熔炼的能源结构，降低铸铁熔炼的成本。

双联熔炼的主要形式见表4-1。

表4-1 双联熔炼的主要形式

双联熔炼工艺具有较高的经济性，越来越受到铸造工作者的重视。H.W.Lownie对冲天炉、工频炉和电弧炉在预热、熔化和过热阶段的热效率研究后，发现冲天炉（热风）和感应电炉在预热阶段和熔化阶段的热效率相近，都在60%左右，低于电弧炉（热效率为75%左右），但感应电炉的过热效率为60%左右，大大高于冲天炉（7%）和电弧炉（25%）。可见，以感应电炉作为保温、储存、过热的第二熔炼设备，最为经济合理。

我国铸造生产中，以冲天炉—感应电炉双联熔炼效益最为显著，应用越来越广泛。由于生产条件的要求，也可以采用感应熔化电炉—感应保温电炉双联熔炼或电弧炉—感应电炉双联熔炼。近年来，使用高炉铁水，在坩埚式感应电炉中快速调整化学成分和温度，达到铸件的材质要求的铸造工艺，得到了研发和推广。

4.1.1.1 冲天炉—感应电炉双联熔炼

冲天炉—感应电炉双联熔炼是应用最广泛的双联熔炼形式。这种组合形式充分利用了冲天炉高效率连续熔化出铁的优点。出铁后的铁液直接进入感应电炉，避开了冲天炉过热效率低，大幅度调整化学成分能力差，铁液成分不稳定的缺点。冲天炉—感应电炉双联熔炼具有以下优点：

1）弥补冲天炉出铁温度不稳定的缺点，可以方便地调整、稳定铁液温度。

2）弥补冲天炉铁液成分不稳定、不均匀的缺点，易于调整铁液成分并使其均匀化。

3）克服冲天炉故障造成的铁液温度低、成分波动大，保持正常铁液供应。

4）变更材质方便。

5）降低铁液熔化成本。

冲天炉—感应电炉双联熔炼工艺，可以利用冲天炉熔化的原铁液，在感应电炉内熔炼出质量优良的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等。

双联熔炼时，适当降低冲天炉出铁温度，可提高熔化速度。英国人发现，内径为850mm的冲天炉在单炉作业时的熔化率为4t/h，当其与感应电炉联合作业时的熔化率可达到10t/h。降低冲天炉熔炼温度，可延长冲天炉的炉衬寿命，从而提高炉龄，有利于长时间作业和连续作业，铁焦比也可以提高。

双联作业时，炉子之间铁液的运送可以采用铁液包或流槽。当冲天炉和感应电炉分别单独设立时，一般采用铁液包，采用这种运送铁液的方式时，铁液的温度降低与包的结构、型式、容量和运送距离有关。采用流槽运送时，由于冲天炉和感应电炉距离一般较近，铁液温度降低较少。目前双联熔炼多采用后一种方式运送铁液。图4-1所示为采用流槽运送铁液的冲天炉—坩埚式感应电炉双联作业时的几种配置方式。图4-2所示为采用流槽运送铁液的冲天炉—沟槽式感应电炉双联作业时的几种配置方式。

当采用流槽输送铁液时，为了减少进入保温电炉的渣量，可以在冲天炉出铁口设置渣铁分离器，不同型式的分渣器会有不同的铁液温度降低，一般约50～80℃。

图4-1 冲天炉—坩埚式感应电炉双联作业的配置方式

a）进出铁液呈90°布置 b）通过转轴颈进铁液的布置 c）通过一侧轴颈进铁液，由另一侧轴颈出铁液的布置

图4-2 冲天炉—沟槽式感应电炉双联作业的配置方式

a）进出铁液呈90°布置 b）进出铁液呈直线布置 c）进出铁液在炉子一侧布置

4.1.1.2 感应熔化炉—感应保温炉双联熔炼

采用感应熔化炉—感应保温炉双联熔炼作业时，通常采用坩埚式感应电炉作为熔化炉，沟槽式感应电炉作为保温炉。坩埚式感应电炉可使用廉价的铁屑和废钢等原材料，并可调整铁液成分和温度，使铁液成分均匀。沟槽式感应保温电炉作为铁液储存器，主要是用来平衡熔化工部与造型工部间的生产能力，以适应造型自动线或流水线的连续浇注。

感应双联保温和过热铁液，能促使铁液中非金属夹杂物和气体排出，提高铸件致密性。采用双联作业熔炼铁液浇注的ϕ30mm的试样，其显微组织与冲天炉熔炼的铁液试样相比，平均增加10%以上的珠光体，且石墨较细小，石墨的形状和分布改善，铸铁的力学性能有所提高。

图4-3所示为分别采用冲天炉和沟槽式感应电炉熔炼铁液的温度、碳当量和含硅量变化的范围。从图可以看出，采用电炉熔炼的铁液的温度、碳当量和含硅量都较冲天炉的均匀，因此采用电炉进行二级熔炼时，铁液的成分和温度可以控制的较严格。

图4-3 冲天炉和沟槽式感应炉熔炼铁液的变化比较

a）碳当量 b）温度 c）含硅量

美国某公司把冲天炉—感应电炉双联与坩埚式感应电炉熔炼的可锻铸铁进行了对比，发现它们在铸造性能上几乎没有差别，其抗拉性能、冲击性能和断裂性能也非常接近。但是双联熔炼的铁液中，含氮量降低到0.01%以下。冲天炉熔炼的铁液在感应炉内过热一定温度还可使含氧量降低，如将铁液从1390℃过热到1500℃，其中的含氧量降低70%，含氮量降低21%，但高温下长时间保温将使铁液中气体含量复增，如在1500℃保温40min，含氧量增加3倍。因此高温下保温铁液弊多利少，应尽量避免。

实验表明，沟槽式感应电炉内铁液的白口倾向与铁液的保温温度有关。在铁液中，硅的还原反应平衡温度约为1420℃，其反应平衡式为

分别把铁液在1350～1400℃、1470～1520℃、1350～1500℃进行熔炼，如图4-4a所示。不同熔炼温度时，铸铁的白口倾向见图4-4b，从图中可以看出，铁液在1420℃熔炼时的白口倾向最小，超过1420℃，白口倾向增加。铸铁在不同熔炼温度进行熔炼时，铸铁中的共晶团数如图4-4c所示，从图中可以看出，共晶团数的变化趋势与相对白口倾向的变化趋势相反。

图4-4 不同熔炼温度时铸铁的相对白口倾向和共晶团数与保温时间的关系

a）熔炼温度 b）相对白口倾向与保温时间的关系 c）共晶团数与保温时间的关系

沟槽式感应电炉中铁液的白口倾向增大和共晶团数降低，是感应双联熔炼中要特别注意的问题。通过控制铁液的保温温度，并加入一定量的孕育剂进行孕育处理，可以有效地防止这些缺陷。

这种双联形式在大规模生产的现代化铸造车间中得到广泛应用。

4.1.1.3 电弧炉—感应电炉双联熔炼

电弧炉—感应电炉双联熔炼形式大多数是在原有电弧炉的基础上，增加感应电炉进行双联作业的。电弧炉熔化铸铁不但可对铸铁进行精炼，而且原材料可采用生锈的劣质材料和大块的废钢料。但是，电弧炉内不易调整铸铁的成分，铁液的保温和连续熔化作业也难以实现。电弧炉熔炼的缺点可由双联熔炼设备中的感应电炉来弥补。

这种双联熔炼组合形式，主要用来平衡熔化工部和造型工部间的铁液供应。

4.1.1.4 高炉—感应电炉双联熔炼

高炉—感应电炉双联熔炼，简称短流程双联熔炼，是近年发展较快的一种工艺流程。工艺特点是：将高炉铁水运输到铸造车间，直接倒入感应电炉或者先倒入保温炉保温待需要时再倒入感应电炉，与废钢、回炉料和配料中间合金一起熔配，经成分调整和熔炼后，出炉经变质处理后浇注铸铁件，这种高炉—感应电炉双联铸铁熔炼工艺将熔铁和铸造更紧密地结合起来，缩短了铸造生产链，省去了高炉铁水凝固和重熔环节，减少了重熔环节的热量损耗和粉尘、炉气的排放。

双联熔炼的主要形式分析

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