電爐熔煉鐵液氣體含量特點

電爐熔煉利用交流電感應原理，將金屬爐料熔化，整個熔煉冶金基礎(chǔ)就在于金屬爐料、爐襯材料、爐渣以爐內(nèi)氣體的相互作用。與沖天爐熔煉相比較，由于金屬爐料與爐氣的接觸時間比較短，熔化鐵液與爐氣的接觸界面較小，熔化后的鐵液中氫、氧含量較低。

1電爐鐵液氫含量

氫元素是反石墨化元素，在鐵液中屬于有害元素，其含量越低越好。相關(guān)資料表明，電爐熔煉鐵液中的氫含量約為2PPm，因此，在熔煉過程中，只要控制原材料干燥無水分、潔凈無污染，鑄件產(chǎn)生由氫元素導致的皮下氣孔、針孔的可能性較小。

2電爐鐵液氧含量

氧元素一般以結(jié)合氧與溶解氧的形式存在鐵液之中，它對石墨在鐵液凝固過程中的形核有著重要作用。在熔煉的過程中，鐵液與空氣接觸，不斷吸附、溶解，直到飽和為止。相關(guān)資料表明，沖天爐熔煉鐵液的含氧量約為40-60ppm，而電爐熔煉鐵液的含氧量為20ppm，如高溫過熱時間長，鐵液的含氧量可能更低。傳統(tǒng)理論認為石墨形核是異質(zhì)形核，靠外來質(zhì)點（氧化物、氮化物、硫化物等）形核生長，孕育劑中的（Si，Ba、Ca、Zr等元素）要和氧結(jié)合生成氧化物形成核心，并且只有凝固時期析出的SiO2，它的結(jié)晶表面才能作為石墨的形核核心，有效地對石墨起到孕育作用。如果鐵液氧化嚴重，SiO2的結(jié)晶表面隨著時間延長而溶解，活性降低，可能變?yōu)槿墼ピ杏男Ч?。對于灰鐵而言，鐵液中的氧含金量在20-30ppm范圍內(nèi)時，有助于提高鑄件的冶金質(zhì)量，如果含氧量低于10ppm，則不利于鐵液中的石墨形核，可能產(chǎn)生過冷石墨，增加孕育劑的加入量，效果也不明顯。目前最簡便的方法就是加入含氧、硫的孕育劑，也可以加入適量的鑄鐵鐵屑，提高鐵液中的含氧量，降低鐵液的過冷度。

3電爐鐵液氮含量

氮通常以下三種形式存在于鑄鐵中：

1）以間隙方式固溶于鑄鐵中的鐵素體或滲碳體中；

2）在鐵液中以氮化物的形式存在；

3）以單質(zhì)N2的形式從鐵液中析出，形成氮氣孔。在鑄鐵生產(chǎn)過程中，如果原材料或工藝控制不當，可能會產(chǎn)生氮氣孔缺陷，造成鑄件報廢。鑄鐵中的氮元素主要來源于廢鋼中的碳素鋼、增碳劑以及樹脂砂型或砂芯等材料，一般鑄件的氮元素含量在40-70ppm，由于高牌號鑄件的生產(chǎn)，廢鋼和增碳劑的使用量不斷增加，在熔化過程中，氮的溶解度隨著鐵液溫度升高而增大，氮含量不斷在鐵液中積累。另外，呋i喃樹脂在澆注的高溫鐵水中能夠分解成氨，氨又可以分解成氮和氫，在砂芯—鐵液界面的氮和氫溶解量急劇增加，從而使鐵液中的氮含量富集而達到過飽和狀態(tài)，在鑄件凝固的過程中，過飽和的氮從鐵液中析出，形成氣泡并沿著奧氏體枝晶間隙長大，最終形成裂隙狀的氮氣孔。相關(guān)文獻表明，在灰鐵鑄件的生產(chǎn)中，鑄件薄壁部位含氮量超過130ppm，厚壁部位含氮量超過80ppm時，鑄件可能產(chǎn)生氮氣孔。在含氮量較高的鐵液中，通常加入少量的鈦鐵和硅鋯孕育劑，利用Ti、Zr元素和氮形成氮化物，從而進行固氮，消除氮氣孔缺陷，這不但會增加生產(chǎn)成本，而且會提高鑄件硬度，影響其加工性能，因此，最i有效的預防措施在于降低鐵液中氮含量的來源，減少奧氏體相廢鋼加入量；盡量使用低含氮量的優(yōu)質(zhì)高溫石墨化增碳劑；在使用呋i喃樹脂制芯時，盡量采用低氮的優(yōu)質(zhì)樹脂；在冬季生產(chǎn)時，適當提高鐵液的澆鑄溫度，防止鐵液溫度降低過快而析出氣體。

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電爐熔煉是利用電流通過熔融爐料產(chǎn)生的高溫進行熔煉的過程，只能熔煉干燥過的生精礦或焙燒礦，20世紀初（1903年）電爐在銅工業(yè)中開始應用。其優(yōu)點是：可利用爐氣的SO2，適合處理難熔物料，電能效率高。其缺點是：不能利用精礦反應的熱能，電能消耗大，費用高。因此，電爐熔煉僅在電能供應方便的地區(qū)采用。

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