中頻感應電爐熔煉稀土鑄鐵的實踐

齊重數(shù)控裝備股份有限公司 （齊齊哈爾 161005） 袁洪志

我公司自主研發(fā)的10m銑齒機床是一臺高端產(chǎn)品，可替代進口。機床對關鍵大型鑄件的力學性能要求極高，材質(zhì)為HT350，機加后導軌硬度≥190HBW，從而使機床具有很高的穩(wěn)定性、精度保持性和使用壽命。4個大型鑄件分別是立柱31t、床身32t、工作臺65t、工作臺底座48t?，F(xiàn)有的灰鑄鐵材質(zhì)達不到要求，如何滿足強度和硬度技術要求，熔煉鐵液則是解決問題的關鍵。合金鑄鐵材質(zhì)對該類鑄件來說是非常難控制的，特別是這些大型鑄件的導軌厚度都在140mm以上，易產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋和變形等缺陷。

經(jīng)分析討論，根據(jù)經(jīng)驗和查閱相關資料，決定對稀土鑄鐵進行生產(chǎn)試驗。稀土元素在鑄鐵中可以脫氧、去硫，改變石墨形態(tài)，改善鑄造性能，減少鑄件缺陷，合金化及細化組織，提高力學性能，用于機床鑄件可提高導軌面硬度，提高使用壽命，工藝和操作上易于控制，而且生產(chǎn)成本較低。另外，為達到預期的強度要求，試驗了加銅的合金化措施。

1.試驗方法、結果及分析

使用150kg中頻感應電爐熔煉鐵液，按預定成分做了6爐試樣，原鐵液成分、孕育劑加入量如表1所示。配料為生鐵15%、廢鋼50%、回爐料35%，增碳劑為類石墨，純銅板塊度20～40mm，出鐵前加入到爐內(nèi)，鐵液過熱精煉溫度為1500℃，孕育處理溫度1450℃，使用可控制時間的專用出鐵孕育裝置。試塊尺寸為400mm×300mm×180mm，每爐澆注3個試塊，樹脂砂造型，砂型24h抗拉強度大于1MPa，自然冷卻后打箱。稀土孕育劑Ce24-37，成分為：wRE＝24%～37%、wSi＝35%～45%、wCa＝5%、wMn＝5%～7%、wTi＝6%，余量為Fe，粒度5～10mm，稀土孕育劑和75SiFe孕育劑混合并烘干后使用。試驗檢測結果如表2所示。

表1 爐前原鐵液化學成分及孕育劑

表2 試樣檢測結果

由表2可以看出，與普通灰鑄鐵相比，強度和硬度都有很大提高。1～4號試塊加工后有不同程度的縮松，而且加工性能差一些，6號是綜合性能最好的。稀土起到了脫氧、去硫，促進石墨化，細化晶粒，以及促進珠光體形成的作用。銅起到了減少鑄鐵對斷面的敏感性，改善石墨形態(tài)，促進珠光體的形成，細化珠光體并提高珠光體的顯微硬度，以及提高強度和耐磨性的作用。

2.生產(chǎn)應用

通過試驗過程，初步掌握了稀土鑄鐵的熔煉工藝，下面以銑齒機床工作臺為例簡述生產(chǎn)過程。

使用一臺20t中頻感應熔煉爐和一臺20t中頻感應保溫爐進行熔煉鐵液，配備撒布浪斯NSP—6000型爐前快速成分分析儀，德國M20型直讀光譜分析儀，NSP—305MTX快速測溫儀，OCS—XS（F3）無線傳輸電子吊秤，兩臺20t保溫澆包，兩臺20t普通澆包。保溫包能儲存鐵液3h，共準備80t鐵液，4個包同時澆注并同時補澆。鑄造工藝設計了有利于補縮和提高補澆效果的澆注系統(tǒng)，并在導軌的3個使用面設計了專用石墨冷鐵，以提高導軌面硬度，防止產(chǎn)生縮松類缺陷。

熔煉爐熔化的第一爐鐵液成分調(diào)整合格后，用一臺20t保溫包倒到20t保溫爐內(nèi)，同時預熱保溫包。然后馬上熔煉第二爐鐵液，在調(diào)整原鐵液成分時，將保溫爐中的鐵液（溫度提至1500℃）出到已預熱的保溫包中存放，這時用第二臺20t保溫包將調(diào)整好成分的第二爐鐵液倒至保溫爐內(nèi)。之后再開始熔煉第三爐鐵液，在調(diào)整鐵液成分時，將保溫爐中的鐵液（溫度提至1500℃）出到第二臺保溫包中，并將第一臺保溫包中的鐵液合到保溫爐中提溫至1500℃，再出到保溫包中，這時將熔煉爐中的第三爐鐵液用普通包出到保溫爐中提溫，熔煉爐開始熔煉第四爐鐵液。在第四爐鐵液高溫精煉前，將保溫爐中的第三爐鐵液出到普通包中，并分別將兩個保溫包中的鐵液合到保溫爐中提溫至1500℃后再出到兩個保溫包中，并將第三爐鐵液合回保溫爐中提溫。待第四爐鐵液成分調(diào)整合格時，提溫至1500 ℃，精煉后扒凈渣，與保溫爐內(nèi)的鐵液同時加銅孕育處理，處理完成后待澆注。隨即將兩個保溫包中的鐵液分別合到熔煉爐和保溫爐中，立刻同時加銅孕育處理，準備好的鐵液同時扒一次渣，盡快進行澆注，澆注溫度（1330±10）℃，第一次處理至澆注間隔10min，澆滿后補澆3次。經(jīng)對附鑄試塊的檢測，化學成分和力學性能都達到了技術要求。

3.結語

通過試驗證明，稀土在鑄鐵中發(fā)揮了很好的作用，有很大的應用潛力，尚需進一步試驗，完善成分范圍和熔煉工藝。使用稀土孕育劑要獲得良好的孕育效果，原鐵液的碳當量和含硫量要低。稀土元素的熔點較高，熔解速度慢，孕育處理溫度應在1420～1450℃，粒度在5～10mm。稀土孕育劑加入量按0.4%計算，回收率約為40%，殘留量應≤0.05%。在試驗和生產(chǎn)過程中，充分體現(xiàn)了中頻感應電爐的優(yōu)越性，熔化速度快，便于調(diào)整化學成分，在提倡創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型企業(yè)的現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中，中頻感應電爐的制造技術和應用技術也必將迅猛發(fā)展。

（20121215）