PDF《高铬铸铁的感应炉熔炼技术》

高铬铸铁的感应炉熔炼技术 西安交通大学(陕西省西安市 710049) 徐学武 邢建东 摘要 :介绍了感应炉熔炼高铬铸铁过程中的五个技术要领.

用热力学的方法计算了熔化时坩埚反应的平衡温 度与测试结果基本相符.为高铬铸铁的熔炼制度提供了理论根据. 关键词 : 高铬铸铁 熔炼 热力学 表4水淬准等温处理磨球的性能 Tab.

4 Properties of the grinding ball by quasi2austemper2 ing after queched in water 机械性能 淬火态 回火态 HRC 59.

3 ,59.

8 56.

3 ,57.

5 α k , J/ cm2 5.

0 6.

0 ,7.

0 应该注意的是 ,应用水淬准等温处理工艺应有 一套设施来保证磨球不在水中被淬火到 Ms 点以 下 ,否则会出现磨球被淬裂的现象.

4 结论 4.

1 准等温处理工艺可以使贝氏体/ 马氏体磨球获 得很好的韧性与硬度的结合 ,在文中给定成分下 ,水 淬后 Ms +

110 ℃ 左右准等温处理的大量实践表明 , 回火态磨球 HRC55 以上 ,冲击值大于 6J/ cm2 . 4.

2 采用准等温淬火工艺 ,水可以作为淬火介质. 参考文献

1 王 琥等. 铸造 ,1989(10) ,7

2 魏秉庆等. 机械工业工程学报 ,1991(6) ,51

3 吴德海等. 球铁 ,1984(4) ,1

4 周庆德. 球铁 ,1989(1) ,1~4

5 黄勇. 机械工程材料 ,1991(5) ,56

6 方鸿生等. 金属热处理 ,1985(9) ,3

7 潘洪革. 西安理工大学硕士研究生论文. 1993.

8 范志康等. 铸造技术 ,1995(3) ,36~38

9 刘汉生等. 铸造技术 ,1995(1) ,36 Induction Furnace Smelting Technology of High Chromium Cast Irons Xu Xuewu Xing Jiandong (Xian Jiaotong University) Abstract :Main factors affecting smelting quaulity of high chromium cast irons in induction furnace are dis2 cussed in this paper. A thermodynamical method is used to calculate the equilibrium temperature of crucible reac2 tion when the alloys are melted. The results are agreement with measured temperature very well and provide a fundamental basis for obtaining good quality high chromium cast irons by using induction furnace semlting method. Key words :High chromium Cast iron melting Thermodynamics 我校从事高铬铸铁的研究已有近

20 年的历史 , 先后出版过两本高铬铸铁方面的专著[1 、

2 ] ,但涉及 关于熔炼方面的内容较少 ,因此 ,本文拟从理论与实 践结合的角度 ,介绍有关感应炉熔炼高铬铸铁中若 干应引起注意的技术要领.

1 感应炉熔炼中的技术要领

111 高铬铸铁熔炼的合适炉衬 研究结果表明 ,高铬铸铁可以在任何电炉中熔 化 ,也可以在反射炉中熔化 ,炉衬可以是碱性、 中性 或酸性[2 ] .说明高铬铸铁生产的适应性很强 ,各单 位可根据自己的生产条件选择炉衬材料.但这绝不 意味着采用什么炉衬熔炼高铬铸铁效果都一样.就 纯粹高铬铸铁而言 ,根据我们的经验 ,采用酸性炉 衬 ,最为经济和实用.因为酸性炉衬材料成本较低 , 若配合合理的熔炼制度 ,能维持较长的炉龄 ,在正常 情况下 ,可达

90 炉以上.采用碱性材料打结的坩 埚 ,在高铬铸铁及其普通铸铁熔炼中 ,难以达到较高 的烧结温度 ,由于烧结不充分往往使炉壁过早产生 龟裂而作废.据以往的使用情况统计 ,镁砂炉衬的 寿命约是石英砂炉衬寿命的三分之一.加之碱性材 料的价格比酸性材料高得多 ,按照目前的市场价格 , 镁砂至少是石英砂的两倍.通过价格和寿命的比 较 ,酸性炉衬的优越性就明显地表现出来了.另外 , 石英砂在高温时的电阻值小于镁砂 ,磁力线穿过时 的损失也小 ,这就使得酸性炉衬的电效率比碱性炉 衬高.因此 ,在可能的条件下应尽量使用酸性炉衬 , ―

3 2 ― 《铸造技术》 2/

1997 ? 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 除非要配合某些材质的生产(如高锰钢) .表1为我 们使用的炉衬材料及配比. 表1炉衬材料配比表 Tab.

1 Compound of lining % 炉衬性质 碱性酸性 材料镁砂 石英砂 配比12 目40 目70 目140 目200 目25

20 10

20 25

20 15

15 20

30 112 配料的最佳成本 高铬铸铁是一种高合金铸铁 ,其主要合金元素 是铬和钼.铬多以铬铁形式加入 ,铬铁又有高、 中、 低碳及微碳之分 ,由于其加入量大 ,采用不同的铬铁 配料 ,成本相差很大.应在满足成分的前提下 ,以尽 量多用高碳铬铁为宜 ,其次是中碳铬铁.因其铬铁 价格随含碳量增高而递减.以常用的 15Cr 为例 : 用废钢 ,高碳铬铁及少量低硅生铁既可满足 C 和Cr 成分的要求又可降低成本.对28Cr 铸铁来讲 ,其含 碳量一般在 2.

5 %~3.

0 %.由于铬量高达

28 % ,仅 用高碳铬铁就唯以满足要求 ,高碳铬铁的含碳量通 常在

8 %以上 ,含铬量为

65 %左右 ,即使用纯铁也无 能为力.在这种情况下 ,可将中碳铬铁与高碳铬铁 并用 ,以中碳铬铁用量最少为佳.表2是我校

150 kg 中频感应炉熔炼高铬铸铁的配料结果.需要说 明的是 :钼通常以钼铁的形式加入 ,配料时应根据具 体的铸件壁厚 ,在保证有足够淬透性的前提下 ,尽可 能减低其用量 ,不要拘束于标准牌号 ,这样做对降低 成本 ,稳定耐磨性都有利[2 ] . 表2中频炉配料结果 Tab.

2 Burden specifcation of medium frequency induction furnace % 原材料 牌号15CrMo 28Cr 生铁20.

3 废钢56.

2 57.

7 高碳铬铁 22.

7 28.

5 中碳铬铁 13.

8 钼铁0.

8 备注 生铁应用低硅生铁 ,铬铁硅应低于

2 %

3 合理的加料顺序 一般认为 :铬的烧损比较大 ,约为

5 %~15 % , 应在熔炼后期加入 ,我们认为 ,不能一概而论 ,要根 据炉料的具体情况而定 ,特别是在没有回炉料或回 炉料较少的情况下 ,一开始加入大量的废钢 ,由于钢 的熔点较高 ,就使得熔炼状况比较恶劣 ,如果废钢的 质量较差 ,熔炼就变得非常困难.根据感应炉的温 度分布图(图1) ,我们采取的方法是 : 一开始在坩埚 底部( Ⅳ 区) ,放入部分铬铁 ,再放入全部生铁和回炉 料 ,然后加入废钢及其余铬铁.这样可保证熔炼初 期不出现过高温度 ,防止搭桥棚料 ,减少氧化.由于 28Cr 铸铁不加生铁 ,根据文献[3 ]介绍 ,铁水中铬含 量在0.

3 %以下时不烧损 ,只有达到 1.

92 %时 ,铬的 烧损才稍明显.因此 ,一开始放入铬铁的多少 ,应使 熔化的铁水的铬含量以不超过

2 %为宜 ,这可基本 保证开始熔化温度不超过

1450 ℃(原因后面还要谈 到) .钼铁熔点较高 ,含Mo55 %的钼铁的熔点为

1750 ℃,正常熔炼时几乎不烧损 ,可在熔炼初期加 入. 图1感应炉温度分布图 Fig.

1 Temperature distribution of medium frequency induction furnace Ⅰ 区1为低温区 ,主要用于炉料预热烘烤 Ⅱ、 Ⅲ 区1高温区 ,主要用于金属熔化 Ⅳ 区1中温区 ,主要用于均匀成分

114 理想的熔炼温度 从图

2 Fe2Cr2C 合金系的液相面图[4 ] 可知 ,高 铬铸铁的熔点随含铬量和含碳量变化 ,但在实际应 用范围内受铬的影响较小,当含碳量从3.

5 %~2.

5 %之间变化时 ,其熔点约在

1240 ℃~

1230 ℃ 之间变化.文献[2 ]推荐的熔炼温度为

1480 ℃,其原因是在感应炉熔化时 ,本身具有搅拌作用 , 不必担心成分不均匀 ,出炉温度过高 ,一方面加剧了 铬和碳的烧损 ,一方面则对炉衬造成较严重的浸蚀. 从感应炉熔炼过程中相的相互作用可知 ,金属 熔体中的碳会与酸性炉衬中的硅发生还原反应 ,即 通常所指的坩埚反应 ,这是高铬铸铁熔炼时最重要 的一个反应.反应按下式进行 : (SiO2) + 2[ C] [ Si ] + 2CO(g) 当反应的自由能为负值时 ,反应由左向右进行 ,表现 为炉衬蚀损 ;

当反应的自由能为正时 ,反应由右向左 进行 ,表现为炉壁结瘤.在反应的自由能为零时 ,反―42―《铸造技术》 2/

1997 ? 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 本期责任编辑 魏兵方亮魏振双 应处于平衡状态.在标准状态下 ,铁水中碳还原二 氧化硅炉衬反应的自由能与温度 T 的关系为 : ΔF° =

549778 - 309.

24 T [5 ] 式中 T ― ― ― 绝对温度( K) 令ΔF° =

0 得549778 - 309.

24 T =

0 T =

1778 K =

1505 ℃ 在非标准状态下 ,ΔF = ΔF° + 19.

147 Tlg K K = f Si [ %Si ] P

2 CO f

2 C[ %C]2 αSiO2 设反应产物 SiO2 为纯物质 ,即α(SiO2) =

1 , PCo =

1 大气压 则lg K = lg f Si [ %Si ] - 2lg f C[ %C] 对于成分为 C = 2.

8 % , Si = 0.

9 % , Mn = 0.

9 % , Cr =

15 % 的铁水 ,经计算 lg K = - 0.

595 ∴ ΔF =

549778 - 309.

24 T + 19.

147 T * ( - 0. 595) 令ΔF........