【热坛学习】从五家铸造厂实例，看感应电炉铁水熔炼温度控制
之前，应铸造工厂要求，先后走访了一些工厂，这些工厂要求解决的质量问题主要是球铁缩松和灰铁白口问题。经过在工厂铸造现场跟班和详细交流，最终发现其主要原因都与铁水熔炼温度太高有关。这些铸造工厂大概有3-5家，铁水熔炼温度偏高，严重的有出炉温度在1600度以上，而且炉内铁水高温下保持时间很长，铁水出炉时没有任何预处理操作。笔者汇总,想起此类问题有一定的共性，感觉有必要谈谈自己的想法。
很久以前，铸造行业都是冲天炉熔炼铁水，老师傅们有一句行话叫：“高温熔炼，低温浇注”。这是在当时冲天炉熔炼条件下，最高出炉温度只有1400多度，是有它的道理的，是前辈们铸造的宝贵经验。当今铸造熔炼条件，已经今非昔比了，现在的冲天炉如果使用固定碳超过88%的铸造焦炭，铁水出炉温度可以达到1500多度。
近几年由于国内冲天炉的环保问题，各地政府都明令禁止，严禁使用环保不合格的冲天炉熔炼铁水，代之以大量感应电炉熔炼铁水。感应电炉在铸造行业使用，带来了很多冲天炉熔炼所没有的优势，比如成分和温度都可以控制得比较准确，铁水可以很容易的快速达到1500-1550度，但同时也带来了它的很多劣势，比如：铁水的结晶核心减少，铸件容易白口，加工困难；生铁里的有害微量元素残存较多，影响铸件性能等等，给铸造工厂带来很多铸件质量问题。主要表现在：1.灰铁铸件石墨形态问题，出现大量过冷石墨，A型石墨不足；渗碳体较多出现，严重影响机械加工，有时检测硬度反而比较低，主要是同时出现了铁素体。2.球墨铸铁石墨球数减少，球径较大；由于高温熔炼出现的渗碳体，虽然有大量的孕育，也难以消除，球铁延伸率明显受到影响。3.球铁铸件缩松缺陷增加，多次改变浇冒口系统，而且难以消除。发现铁水温度问题的情况如下：
１．洛阳某铸造工厂反映，灰铁250壳体铸件白口严重。去工厂之后，看见他们以垂直造型线,潮模粘土砂生产拖拉机变速箱，离合器壳体，以合成铸铁配料熔炼灰铁250，因为铸件壁厚较薄，铁水转运环节增加了转运包，分别有1-2次倒包，再倒入线上的自动浇注包内，同时为保证开始浇注温度在1400度以上，所以造成铁水出炉温度经常在1600度以上。实际熔炼温度有时更高，在浇注包内测温，都在1500度以上，铁水同时高温留炉时间更长。工厂生产情况是，铸件严重白口，客户无法加工，废品留厂库存上百吨。
2. 林州某铸造工厂，铸造生产汽车方向机球铁铸件，使用1-3吨电炉。铁水熔炼温度也与上面工厂一样，因为生产环节的难处，必须倒包2-3次，造成球铁原铁水出炉温度很高，每次处理铁水才500公斤，转运，倒包，过程温度损失很大，最后要保证浇注温度不低于1410度，所以造成铁水出炉温度偏高，一般都在1580度以上。造成铸件缩松废品较高，多次改变浇冒口系统，无法解决缩松难题，甚至经常出现渗碳体，影响力学性能。
3. 山东龙口某汽车零部件工厂，粘土砂，机器造型，也是铸造生产汽车方向机球铁铸件，因为缩松质量问题，开发的新产品无法被客户认可，无法交货。铁水出炉球化温度在1570度以上，因为检测不准确，或送电控制时间不准，经常在1600度以上出炉球化，每次球化铁水1200公斤，10分钟浇注完成。
4. 焦作某铸造工厂，铸造生产历史较长，其球铁生产工艺都很正规，但是对电炉高温下石墨核心减少，容易产生缩松和渗碳体认识不足，铸件缩松和力学性能问题经常发。该厂球化处理是以转运包从电炉往球化包倒包处理球铁，只在转运包内检测铁水温度，而对电炉熔炼铁水的温度不做检测，更不可理喻的是炉前没有任何快速碳硅的检测，而是取样送实验室以化学分析方法去检测碳硅，造成铁水在炉内高温等待时间长达20分钟以上。
5. 新乡某大型自动流水线铸造工厂，感应电炉配置5吨熔化量，每次出炉球化处理1吨铁水，一炉铁水要分五次出完，铁水高温下保持时间长达一小时以上，没有任何预处理措施。该厂铸造生产工艺控制也很正规，铸件成本核算精益求精，唯独对电炉铁水熔炼的石墨核心问题认识不足，缩松问题经常发生，有时损失惨重。
上述铸造工厂都具有一定的规模，熔炼检测，配料，粘土砂造型等等各方面都有一定的水平，对待球铁石墨化膨胀的常规工艺措施都执行的很好。但是在铁水的冶金质量和熔炼温度控制上不够重视，局限于工厂自己生产流程或方式的条件，迫使把熔炼温度，出炉温度提的很高。有的工厂，炉前操作工人对温度超高带来的危害认识不足，电炉升温断电控制稍微晚几分钟，铁水温度就可能超出规定温度上百度。有的工厂电炉配置容量较大，铁水第一包出炉去浇注，一直到最后一包出炉的延续高温保持时间在一个小时以上。这些操作都给他们带来各种铸件质量问题。
当今，铸造工厂铁水熔炼绝大部分都是感应电炉生产，而感应电炉熔炼对铁水温度可以极快的，无限制升温，过高的熔炼温度或高温留炉时间过长，危害都很大。资料（郝石坚：“现代铸铁学”）介绍，“成分相同的铁水，碳的活度随温度提高而降低，C-C原子集团稳定性相应下降，铁液在过热度高的铁水中保持时，C-Fe原子团易于形成。这种原子集团在铁液快速冷却下可以大量保留到凝固温度，促使渗碳体析出。”这段文字表述的意思是铁水高温下，未溶石墨微粒越来越少，石墨结晶核心数量大量减低，渗碳体容易产生，铁水收缩加大，带来的害处很难在后期炉前处理中解决！现在看主要有以下危害：
（1）铁水结晶核心大大减少，对球墨铸铁来讲，石墨球数大大减少，球径比较大，同时伴生渗碳体出现。收缩较大，铸件缩松问题顽固发生，并且难以从浇冒口方面解决。
（2）铁水结晶核心大大减少，对灰铸铁来讲，A型石墨大大减少，而D，E型石墨大量出现，珠光体减少，渗碳体增加，伴随出现铁素体，铸件加工困难，刀具磨损严重，严重时硬度检测却发现不高。
现在很多先进的铸造工厂在电炉熔炼中，特别注意结晶核心减少的问题，除了改变配料等工艺措施之外，已经对每炉铁水质量的考核，增加了铁水高温留炉时间的规定。即铁水温度，成分合格之后，不能作为其合格的条件，还要加上铁水高温留炉时间的考核要求。各种成分的铁水，炉子的大小，留炉时间的长短要求不一，一般在15-30分钟之间。留炉时间过长铁水的解决的办法是采取各种预处理操作，增加铁水的结晶核心。他们这种做法应该引起我们的重视。
那么感应电炉熔炼中，怎么控制铁水温度？铸造工厂都有自己的做法，有的情况很特别，都要根据自己的实际情况来把握。一般规律性的控制应该是以下一些特点和方法：
（1）感应电炉的配套电源，功率要大一些，即功率密度高，正常情况要满足50-60分钟一炉铁水熔炼需要的功率。
（2） 一般熔炼温度都应该在1500-1550度控制。大件因为浇注温度低，但最高熔炼温度不允许较低，可以干净的回炉料来快速降低铁水出炉时的温度。小件或特别要求的铁水，可以适当提高出炉温度，但是要充分注意带来的坏处。要采取非常好的预处理措施来增加铁水的结晶核心。
（3）铁水在炉内1500-1550度高温下，除短时间的静置之后，要快速出炉，严禁留炉时间过久。如果电炉容量较大，铁水要分多包次出炉，则正确的做法是：浇注时间短，铁水炉内等待时间短，加强预处理；浇注时间长，则马上加入相同牌号干净的回炉料，降低炉内温度，待空包回来时，再升温，做预处理后出炉。这样可以减少铁水高温留炉时间。
（4）大量采用覆膜砂工艺造型的铸件，考虑气孔废品的防止，有的需要很低的浇注温度，而多数情况是采取较高浇注温度，解决气孔缺陷，此时要非常注意，谨慎升温，充分做好预处理，增加铁水石墨核心。
（5）多数高温熔炼的铸造工厂，都是因为铁水倒包多次，造成温度降低，而以提高出炉温度来弥补，保证最后的浇注温度。这种做法可以想办法，减少倒包次数，同时对铁水包的包衬修复，要讲究一些，要在包衬内铺设保温层，耐火砖，最后贴附含碳耐火层，减少铁水在包内的温降。
（6） 铁水包冷包接盛铁水的温度较低很多，出炉前一定要把包内层烤干，烤热，烤红。实在没有办法的工厂，可以考虑铁水烫包，来减少铁水包的温降。
（7）感应电炉熔炼，都有石墨核心要减少的特性，即便是正常熔炼的铁水，最好都做预处理后出炉，把预处理的操作作为铁水熔炼的必备操作来执行。
以上想法和意见是针对所看见的工厂缩松，白口废品而产生，难免有偏僻。但是所谈的情况真实，仅供大家参考。
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