电炉熔炼质量控制方案

铸铁熔炼用电炉按频率分为工频、中频和高频感应电炉三类，按有芯、无芯分为坩埚式感应电炉和沟槽式感应电炉。

工频感应电炉的功率密度小，一般为300kW／t，搅拌作用大，“驼峰”现象严重，不易造渣覆盖保护，能耗高，电热效率低，功率调节范围宽。目前我国已运行的最大容量为20t。但是，由于电气特性、操作灵活性及经济性方面的不足，我国用于铸铁熔炼的数量在减少。

中频感应电炉功率密度高，一般为600～1400kW／t，起动快，熔化快，熔化率高，搅拌能力可调，“驼峰”现象可控，热效率比工频感应电炉高约8％，能耗低于工频感应电炉约10％，电源设备占地面积小，维修方便，便于与计算机相连，易于实现自动化、智能化操作。因此，中频感应电炉已成为铸铁熔炼的首选，使用量日益增加。

高频感应电炉电源频率高，线路复杂，电效率低，并存在电磁波污染，主要用于试验条件下的小容量熔炼。

除以上常用电炉外，还有一些用于特种钢、高温合金、耐蚀合金的特种电炉设备，如真空感应电炉、等离子感应电炉、增压感应电炉等，多用于铸铁的试验研究。

1.中频感应电炉的冶金特点

中频感应电炉在熔炼铸铁时，由于不用焦炭，不用鼓风，其熔炼过程中的冶金反应与冲天炉有着很大的不同。

（1）碳和硅的变化 当铁液达到1450℃以上时，酸性炉衬中的SiO₂将被铁液中的碳所还原，使铁液脱碳增硅，温度越高，保温时间越长，脱碳增硅现象越严重。

（2）锰含量的变化 酸性炉衬熔炼时，铁液中的锰含量变化较小，一般在5％（质量分数）以下。

（3）硫、磷的变化 电炉熔炼对硫、磷没有实质性影响。但高温长时间熔炼或保温时，铁液中的硫化物会上浮去除，使硫含量降低。对于高硫材料，采用脱硫剂，可以使硫的质量分数降低至0.01％以下。

（4）铁液气体含量的变化 铁液中的含气量（氮、氧、氢）比冲天炉熔炼少1／4～1／3，相应的非金属夹杂物少，元素烧损少。

（5）铁液宏观性能的变化 电炉熔炼铸铁合金时，流动性下降，白口及缩孔倾向性增大。

（6）石墨的变化 同样化学成分、同样浇注条件下，中频感应电炉熔炼铸铁合金的石墨长度较短，易产生D、E型石墨，白口倾向大。

2.无芯感应电炉结构参数的确定

无芯感应电炉由炉体、炉盖、炉架、倾炉机构、水冷系统及电器设备等部分组成。

（1）炉子容量及坩埚几何尺寸的确定 电炉容量G（t）一般根据铁液需求量或所浇注的最大铸件质量来定，其计算公式如下：

式中，m为每年所需熔化的铁液质量（t／a）；τ₁为每炉实际熔化时间（h）；τ₂为每炉的辅助时间（h），一般取0.15～0.5h；8为每班8h；b为每年工作日；c为每天工作班数；n为同时熔化时所采用的炉子台数；

坩埚的有效容积V（cm³）计算公式如下：

V＝1.4×105G

坩埚的平均直径d（cm）计算公式如下：(www.xing528.com)

式中，y为金属液高度h与坩埚平均直径d之比，一般为1.1～1.6，小容量炉取大值。

（2）无芯感应电炉变压器功率 炉子变压器功率P_b（kW）计算公式如下：

式中 P_y为熔化及升温所消耗的功率（kW）；P_τ为炉子的热损耗功率（kW）P_g为感应器的输入功率（kW）；η_d为感应器的电效率，一般取75％。

（3）补偿及平衡电容器容量的确定 补偿电容器容量P_Q（kvar）计算经验公式为：P_Q＝4.9P_g；平衡电容器容量P（kvar）计算经验公式为：P＝P_g／3。

3.无芯感应电炉熔炼的操作及控制

（1）坩埚的修筑材料的选择 修筑坩埚的常用耐火材料见表11-74。

表11-74 修筑坩埚的常用耐火材料

（2）铁液增碳工艺控制 电炉熔炼过程中，铁液成核能力差，白口倾向大易产生缩孔缩松缺陷。为了改进铸铁的凝固性能，一般需要对电炉铁液进行增碳处理。

增碳工艺主要包括增碳剂的选用和增碳处理方法两方面。常用增碳剂及其化学成分见表11-75。

表11-75 常用增碳剂及其化学成分

电炉熔炼的增碳处理工艺需注意以下几个方面：

1）增碳剂应去除微粉和粗颗粒，粒度分布在0.5～4.0mm时效果较好

2）原铁液硅含量会影响增碳效果，低硅含量有利于增碳。

3）电炉供电频率会影响增碳效果，工频炉效果好于中频炉。

4）增碳剂宜采用分步加入、多次加入。