未經(jīng)球化和孕育的球墨鑄鐵原鐵水質(zhì)量對鑄件組織、性能和鑄造缺陷的形成都有重要影響。優(yōu)良的原鐵水應該符合以下質(zhì)量要求：

        1.常存元素和合金元素的質(zhì)量分數符合要求。

        2.鐵水經(jīng)過(guò)適當過(guò)熱后，在合適溫度出爐。一般原鐵水出爐溫度不低于1420℃。有些合金球墨鑄鐵熔點(diǎn)較高，需在更高溫度出爐。

        3.含有所需要的微量元素。干擾石墨球化元素的質(zhì)量分數在允許范圍內。

        4.爐料在熔煉過(guò)程中氧化輕微。氧、氮、氫等氣體含量適當。

        5感應爐、沖天爐、電弧爐都能用來(lái)熔煉球墨鑄鐵原鐵水。本章介紹目前國內最常用的兩種熔爐：感應爐和沖天爐。

一、感應爐熔煉

上圖（4—1）是感應爐爐體基本結構簡(jiǎn)圖。這種熔爐是使用耐火材料搗制的坩堝盛裝爐料和鐵水。坩堝外圍裝有異形銅管或矩形銅管制成的螺旋形線(xiàn)圈。當交流電通過(guò)感應線(xiàn)圈，由于交變磁場(chǎng)的作用，裝入坩堝的爐料內產(chǎn)生很大的感應電流，使爐料加熱、熔化并使鐵水過(guò)熱。按照輸入爐子的電流頻率，感應熔爐分為工頻爐（50HZ）、中頻爐（150---8000HZ）和高頻爐（大于10000HZ）。按坩堝的耐火材料性質(zhì)，爐子分為酸性爐、堿性爐和中性爐。按爐子結構，有無(wú)芯感應爐和有芯感應爐。

我國自20世紀70年代以來(lái)廣泛使用感應爐熔煉鑄鐵。大型鑄造廠(chǎng)（如汽車(chē)鑄件鑄造廠(chǎng)）多使用以大型感應爐為主體的雙聯(lián)熔煉。

感應爐爐料包括生鐵、廢鋼、鑄件回爐料、鐵合金、切屑和增碳劑等。鐵水中非金屬夾雜物含量少。元素燒損率較低，鐵水溫度和成分易于調整和控制而達到均勻穩定。有些鑄造廠(chǎng)還采用廢鋼和增碳劑熔煉合成鑄鐵。

由于鐵水溫度、成分容易控制，合金元素損耗少，感應爐可以用來(lái)熔煉高合金鐵水，如高鉻鑄鐵、高鎳奧氏體鑄鐵原鐵水等。鐵水比較純凈，過(guò)熱溫度能達到1700℃以上，元素的熔損少于沖天爐，對環(huán)境污染較輕，勞動(dòng)條件相對較好，而且可使用大量廢鋼作為爐料，因此感應爐用于熔煉各種球墨鑄鐵原鐵水。但是感應爐生產(chǎn)的原鐵水與沖天爐鐵水相比，石墨晶核和石墨球數較少，鐵水的共晶過(guò)冷度較大，產(chǎn)生白口傾向較強。溫度和碳當量相同時(shí)，鐵水流動(dòng)性比沖天爐鐵水稍差。

1.感應爐坩堝

爐料在耐火材料搗制的坩堝內熔化。熔化一般球墨鑄鐵的坩堝加熱溫度在1550℃以下。熔煉熔點(diǎn)更高的鐵水時(shí)，坩堝還要承受更高溫度。如高鎳奧氏體球鐵的原鐵水，熔煉溫度需要達到1700攝氏度。坩堝材料應能在高溫下保持足夠的化學(xué)穩定性、良好的高溫強度和抗熱沖擊能力。酸性爐襯采用高純石英砂或電熔石英砂。電熔石英砂熔點(diǎn)1700攝氏度、鐵水熔煉溫度最高可達1600攝氏度，適用于熔化一般球墨鑄鐵爐料。熔化溫度更高時(shí)，還可采用鋯砂或鋁鎂尖晶石。鋯英砂的主要成分是二氧化鋯，其中含有少量二氧化硅。

二氧化鋯+二氧化硅大于或等于95%的鋯英砂熔點(diǎn)2500攝氏度，最高工作溫度1650攝氏度。鎂鋁尖晶石是中性耐火材料。采用燒結或電熔方法把含有三氧化二鋁和氧化鎂的礦物原料熔合在一起，制成合成耐火材料。其理論礦物組成為三氧二鋁=71.8%、氧化鎂=28.2.熔點(diǎn)為2135攝氏度，用以制成的坩堝耐火度能達到1900攝氏度。

熔煉偏堿性球墨鑄鐵（如無(wú)磁性?shī)W氏體錳鎳球墨鑄鐵）需要用堿性或中性耐火材料制造的坩堝。常用的耐火材料是燒結鎂砂、電熔鎂砂和鎂鋁尖晶石。

菱鎂礦經(jīng)過(guò)1300---1400攝氏度高溫燒結能得到的一種以氧化鎂為主要成分的塊狀物，經(jīng)過(guò)破碎、篩選后制成燒結鎂砂。一般燒結鎂砂含95%--97%的氧化鎂。氧化鏟平熔點(diǎn)2800攝氏度，優(yōu)質(zhì)燒結鎂砂在電弧爐內再經(jīng)高溫熔化而制成含氧化鎂更高、雜質(zhì)含量更少，熱穩定性和抗熱沖擊性能更佳的電熔鎂砂。

坩堝采用粒狀耐火材料經(jīng)過(guò)搗筑、燒結后制成。粒狀耐火材料的粒度需有合適配比。使各種粒度的顆?；ハ嗲逗?，使坩堝具有良好的緊實(shí)度和高溫強度。

下表（4---1）列出兩組坩堝耐火材料的粒度配比實(shí)例。經(jīng)過(guò)多年實(shí)際應用，效果很好，可供參考。

堝耐火材料中需加入有助于燒結的添加劑。添加劑多采用硼酸，加入添加劑可降低燒結溫度、使坩堝容易燒結成形。

搗筑前需先在感應器內側和爐底鋪設隔熱層和絕緣層。并放置定位坩堝胎具。然后把混拌均勻的耐火材料分批加入，由爐底開(kāi)始分層搗筑。需要注意控制好影響輸入功率的爐底、爐壁厚度和均勻度。爐底或爐壁過(guò)厚會(huì )限限制輸入爐內的電功率，使鐵水升溫緩慢或達不到應有的過(guò)熱溫度。過(guò)薄則縮短坩堝壽命。

大型感應爐多使用電動(dòng)或氣動(dòng)筑爐機搗筑坩堝。機械筑爐效率遠高于手工筑爐，勞動(dòng)條件好，而且坩堝質(zhì)量比較可靠，會(huì )用壽命長(cháng)。

搗筑結束后進(jìn)行爐襯燒結。燒結使顆粒狀耐火材料形成能夠承受爐料撞擊、抵抗鐵水和爐渣侵蝕的整體強固耐火坩堝。燒結開(kāi)始階段滿(mǎn)意的以低功率向爐送電，使鋼制的坩堝成形模具升溫并加熱耐火材料。坩堝溫度保持在900攝氏度以下，砂料及硼酸中的水分逐漸蒸發(fā)。石英砂在870攝氏度發(fā)生阿爾法石英向阿爾法磷石英的同素異構轉變，石英砂粒會(huì )出現很大的體積變化，因此在此區間緩慢升溫十分必要。900攝氏度升溫到1200攝氏度是燒結的主要階段，在此階段可向爐內加入一些爐料，利用爐粒吸收的熱量使坩堝升溫。直到1300攝氏度時(shí)，坩堝已經(jīng)形成表面燒結層，此階段可適當提高升溫速度。在1300---1500攝氏度區間燒結層隨燒結時(shí)間加長(cháng)而增厚。

新坩堝燒結后應連續進(jìn)行首次熔煉，其次熔煉需將鐵水緩慢加熱到1500攝氏度，保溫數小時(shí)后即可結束燒結。此時(shí)燒結硬化層應達到爐壁厚度25%以上，半燒結層應超過(guò)50%。下表（4—2）列出熔煉普通球墨鑄鐵的石英砂坩堝加熱燒結時(shí)間，可供參考。

當前有些鑄造廠(chǎng)使用專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng)預制好的坩堝。更換坩堝時(shí)，先預制坩堝放置在搗筑的爐層上，再搗筑周?chē)Ｗo層。采用預制坩堝顯著(zhù)縮短更換時(shí)間，而且預制坩堝質(zhì)量較好，使用壽命長(cháng)。比較適用于大型感應爐。

2.爐料

（1）生鐵

下表（4—3）列出我國球墨鑄鐵專(zhuān)用生鐵化學(xué)成分（BG/T1412—2005）。目前國內鑄造廠(chǎng)制造球墨鑄鐵多使用這種生鐵，也有少數工廠(chǎng)使用L04、L08、L10煉鋼生鐵。所列球墨鑄鐵專(zhuān)用生鐵所規定硅的質(zhì)量分數 是為了避免爐前處理使用含硅高的球化劑和孕育劑時(shí)鐵水含硅量超過(guò)標準。標準規定生鐵含碳量大于3.4%，全球使鐵水碳當量達到共晶成分或過(guò)共晶成分。錳促進(jìn)共晶碳化物和晶間碳化物生成，標準中規定處于較低水平。生鐵的磷、硫以及強烈干擾球化的鈦含量都很低。

用于熔煉鐵素體球墨鑄鐵水應采用1級含磷量，生鐵中磷的質(zhì)量分數對球墨鑄鐵的塑韌性有很大的影響。一般球墨鑄鐵件含磷量不應超過(guò)0.07%。塑韌性要求較的鑄件通常規定磷小于0.06%。因此需使用4---3表中所列2級或1 級生鐵。

Q10生鐵含硫量很低，1類(lèi)不超過(guò)0.02%。這種生鐵含錳量也很低，可用于生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵。球光體球墨鑄鐵則宜采用含錳較高的Q12，根據鑄件要求的力學(xué)性能選用2組或3組生鐵。

干擾元素含量也是選擇熔煉球墨鑄鐵所用生鐵的重要因素。下表（4---4）列出我國一些鋼鐵廠(chǎng)所產(chǎn)生鐵的干擾元素含量。

鋼用天降低原鐵水含碳量或用于生產(chǎn)合成鑄鐵。選用廢鋼主要應注意它的來(lái)源、化學(xué)成分和清潔度。鋼結構邊角料或鑄鋼回爐料是常用廢鋼。軋制件多數是低碳鋼，含碳量一般不超過(guò)0.35%但要注意有些軋制件為合金鋼，例如鋼軌的含磷量遠超過(guò)普通結構鋼，不宜用于生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵。廢鋼必須經(jīng)過(guò)化驗才能使用。再如使用40鉻鋼鑄件作為回爐料，該鋼的含鉻量為1.05%，加入20%就會(huì )帶入鐵水0.21%鉻。而普通球墨鑄鐵允許含鉻為0.15%。使用鉻鋼作為部分回爐料時(shí)，鑄件可能因晶間碳化物含量超過(guò)標準而報廢。使用高錳鋼回爐料也會(huì )發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題。爐料中混入2%高錳鋼就能使鐵水含錳量超過(guò)標準，已不適于澆注高韌性球墨鑄鐵件。鑄鐵件回爐料也應注意化學(xué)成分問(wèn)題。

（3）鐵合金

鐵合金種類(lèi)繁多，應該實(shí)行分類(lèi)管理。保管中注意勿使其受潮或沾染泥少、油污。使用前需根據產(chǎn)品出廠(chǎng)成分化驗單配料。鐵合金加入熔爐前均需在加熱爐內烘烤，清除沾附的水分和油污。

3.加料與熔化

中頻感應爐修爐結束后即可把爐料分批加入。工頻爐冷起熔時(shí)，需首先加入起熔塊（重量占爐子容量10%--30%）。熱爐則需保留前一爐部分鐵水。分批加料時(shí)應先加入熔點(diǎn)較低的爐料，盡快熔出鐵水，這樣可以縮短熔煉時(shí)間，減少熔化電耗。

鐵合金可在爐料熔化三分之二或四分之三時(shí)隨最后一批爐料加入。熔點(diǎn)高、燒損率大的鐵合金應盡早加入。熔點(diǎn)低，燒損率小的合金可后加入。加入鐵合金時(shí)盡量避免與爐渣接觸，減少鐵合金損失。所有爐料均需經(jīng)過(guò)清理。黏砂、潮濕、銹蝕、涂過(guò)油漆的爐料必須清理干凈后再加入鐵水。切屑可在爐料熔化一半后加入，一次加入不要超過(guò)爐子容量的10%。切屑必須清潔、無(wú)油污、無(wú)銹蝕，確知其來(lái)源和成分。

熔化中應避免爐料在坩堝下部交叉支撐，防止“搭橋”，搭橋是感應爐熔化作業(yè)中的危險狀況。因為爐料不能下降到坩堝下部已熔鐵水中。輸入爐內的電功率集中在坩堝下部少量鐵水，使底部鐵水過(guò)度加熱，急劇侵蝕坩堝下部的爐襯，可能造成漏爐事故。發(fā)現紅熱狀態(tài)爐料交叉支撐阻礙爐料下落時(shí)，必須及時(shí)將期分離。

爐料化清后應及時(shí)除潭，然后開(kāi)始提高鐵水溫度，測定和調整鐵水成分、進(jìn)行爐前檢測。扒潭應在1400---1500攝氏度以前進(jìn)行，因為超過(guò)1450攝氏度，部分熔渣變稀，較難扒除。

鐵水化學(xué)成分合格并達到預期過(guò)熱溫度后，應盡快扒渣出爐。鐵水在鐵水包中靜默數分鐘后即可開(kāi)始澆注。

（本文轉載出自制造工業(yè)聯(lián)盟）