高频焊接机，高频退火机，淬火机，中频锻造透热炉，感应加热设备，金属打标机，电动

刻字笔，攻丝机，麻花钻头轧制机，现有设备四大类规格60余种；产品被广泛应用于金属

产品制造与加工行业。

 中频感应熔炼炉 主要特点：

（1） WDSZ系列中频电源，结构上采用并联谐振，控制上采用我公司第四代逆变控制技

术，采用IGBT为主要功率器件。

（2） 频率范围大，从200HZ—20KHZ，可根据具体加热工件的大小或透热的深度要求

进行匹配，适应范围大。

（3） 采用传统的中频并联谐振结构，负载匹配简单，设备效率高且利用率高。

（4） 采用我公司第四代逆变控制技术，全软开关精密控制，设备工作可靠性高，维修率

低。

 中频加热设备的结构特点：

WDSZ中频系列设备全部采用并联谐振电路，根据应用场合不同，可选择直接输出或用中

频变压器输出，基本结构有以下 ：

结构一：中频电源 + 补偿电容箱 + 中频感应圈

这种结构最为常用，如中频锻造炉、中频熔炼炉等都采用这种结构，设备简单，损耗低

工作效率高，且制造成本低。

这种结构时，感应圈比较长，通常要用3米—10米长的铜管绕制。由于中频电源直接输

出，所以感应圈上电压最高为550V，且不与主电隔离，所以感应圈必须良好绝缘，不能

直接暴露在外；

WDSZ 系列中频电源的工作原理

WDSZ系列中频电源采用IGBT功率器件和我公司第四代变流控制技术—并联谐振基础上

的双调控变流控制技术。在这种技术中，功率和变频独立调控，采用IGBT开关器件和非

晶态电感构成高频斩波电路调节功率，采用IGBT并联谐振及频率自动跟踪技术获得精确

的软开关控制逆变过程，使设备在大功率下的工作可靠性大大提高，使得设备在大功率领

域得到了发展，100%设备暂载率得以实现。

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保证感应器的质量最关键的是设计，如果设计的图样在施工时不能保证制造质量，这就是设计的缺陷。设计

包括：

1）材料的正确选择，如有效圈要用无氧纯铜（OFHC），绝缘件要选耐压、耐温材料，附件要用非磁性铜、

黄铜硬质合金等。

2）要有针对性的尺寸公差与制造精度，既不过高要求，也不能全部自由公差。例如：有效圈内（外）径，

一般应标注公差。V形导电面应注角度公差和相应级的表面粗糙度。中心距应有公差。有效圈端面与接触板

平面应垂直或平行，喷液孔间隔必须匀布与喷射角度（与垂直线夹角，圆角上的孔向心汇集）等。

3）钎焊要求，焊缝最好的是由毛细管作用形成的焊缝，其连接强度最好，对焊料的使用应考虑纯铜熔点最

高，黄铜次之，银焊料随银含量的增高而降低熔点，导电部分用银焊最好，其他部分用黄铜即可。纯铜焊料

常用于局部焊点,先作固定点用，还有锡焊也能使用于散热水管等部分，可根据实际需要选择，焊接点应尽可

能少，特别是在导电途径。

模具、夹具与检验夹具的必要性

现代企业管理要求减少待机时间，如果每换一次备用感应器就需重新调整一次工艺，这是不允许的，因此，

备品感应器必须与原来替换的感应器性能完全一个样，不但外形、重要的是主要尺寸等均须完全一致。还有

一种情况是一台淬火机床上多工位工作。例如左、右两个工位同时淬两个同样的工件，如果感应器有效圈尺

寸不一致或喷液器角度、流量不一致，左、右两工位淬火后的工件，质量即会不一致，为保证感应器的一致

性，必须有制造模具，焊接夹具与检具等，这样才能保证产品的一致性。

1）模具：如回线形曲轴有效圈必须有模具，以保证有效圈的半径与包角角度、开挡宽度等。

2）焊接夹具：保证有效圈的中心高及相关焊件的几何尺寸。

3）弯管夹具：保证各种连接管弯曲时的半径。

4）检验夹具：检测感应器底面与有效圈的中心高、垂直度、偏心差等，快换管接头则必须用管接头母套来

检验是否能自由套入或退出，松紧是否适度。

5）密封性检测器具：流量检测仪与绝缘检测更是必要的检具，不可缺少。有些制造厂甚至用光学投影仪测

量有效圈关键尺寸。

它也有很多短处。选用其作为熔炼设备，一定要进行全面的分析、研究，力求扬其所长、避其所短

，切不可凑热闹、赶潮流。设备选定以后，就应该对其特性有比较全面的了解，力求在节能、减排的

基础上不断提高铸件产品的质量。

以下，就感应电炉熔炼铸钢的长处和短处作简单的分析，供参考。

1、长处

在铸钢熔炼方面，与电弧炉熔炼相比，采用坩锅式感应电炉有不少长处，如：

（1）感应电炉虽然也是高功率的耗电设备，但是对电网的干扰比电弧炉小得多；

（2）在对环境的影响方面  熔炼过程中噪音小、排放的烟、气、粉尘和废渣都比较少；

（3）在资源的利用方面  装炉材料（包括加入的各种合金元素）的烧损少、收得率较高。造渣材料

的用量小得多，而且不用电极；

（4）在冶金功能方面  由于有电磁搅拌作用，钢液的成分比较均匀，钢液的温度也比较均匀，温度

控制也比较方便，没有因电极而致的增碳问题。由于没有电弧的高温作用，也没有氮在高温下离解而

易于被钢液吸收的问题；

（5）设备的投资较少，占用场地的面积也比较小；

（6）较易于实现作业的自动化。

2、短处

由于具有上述长处，自从上世纪80年代以来，坩锅式感应电炉在铸钢方面的应用发展很快，但是，

坩锅式感应电炉也有其特有的短处，制约它的发展。‘如何避短？’是工艺技术人员必需面对的课题。

要避短，就应该对这些短处有充分的了解。

（1）耐火炉衬方面的问题

耐火炉衬是坩锅式感应电炉的重要组成部分，确保其正常运行，对设备作业的可靠性、经济效益、安

全性乃至铸钢产品的冶金质量都至关重要。

坩锅式感应电炉熔炼所用的能量，是由感应线圈产生的磁通量、通过耐火炉衬传送到炉内金属的。耐

火炉衬的厚度增大，则漏磁通增大，感应器输出的功率、功率因数和电效率都随之降低。为了尽量减

少平衡电容对无功功率的补偿、提高电效率，必需尽可能地使耐火炉衬的厚度减到最小。因而，在炼

钢用的各种熔炉中，感应电炉耐火炉衬的厚度，比任何炉型的炉衬都小得多，但是，其作业条件却又

比其他炉型的炉衬苛刻得多。

1）炉衬的内表面接触熔融的钢液、温度很高，外表面则与水冷的感应线圈相接，薄薄的炉衬中温度

梯度却非常之大。

2）炉内的钢液因电磁作用而不断搅拌，增强了钢液对炉衬的冲涮，也增强了其中悬浮的氧化物对炉

衬的侵蚀，而且搅拌作用也使钢液吸收气体的可能性增大。

3）如果炉衬打结的紧实度不够，或烧结不好，熔炉过程中有钢液渗入炉衬的裂隙，渗入的钢液因为

有感应加热的作用，不会在裂隙中凝固，而要在裂隙中继续深入，直到接触线圈、引起短路，甚至造

成重大的安全事故。

因而，对炉衬耐火材料的性能、粒度级配、炉衬的修筑、炉衬的烧结都必须严格要求，不能有丝毫马

虎。

（2）冶金功能方面的问题

坩锅式感应电炉熔炼铸钢，其冶金功能比电弧炉熔炼差得多，因此，早期只能用于熔炼冶金质量要求

一般的钢种，制造小型铸钢件。上世纪80年代以后，随着设备和耐火材料的不断改进，可以在熔炼

过程中实施温和的氧化沸腾，增强其冶金功能，适用范围也逐步扩大到优质低合金钢、高合金钢，乃

至超低碳不锈钢和各种高温合金。但是，感应电炉熔炼在冶金功能低的问题仍然不能忽视。

1）感应电炉熔炼，炉渣是靠钢液传导的热量使之熔化的，炉渣的温度低于钢液的温度，不能像电弧

炉熔炼那样，经由钢液-炉渣之间的多种冶金反应，实施氧化精炼和扩散脱氧。

2）电弧炉熔炼，熔池是浅盆型，渣线部位的直径大约是熔池深度的4～5倍；坩埚式感应电炉熔炼，

熔池是圆筒形，熔池的直径小于其深度，二者之比大约0.6～0.75。由此可见，感应电炉熔炼时，钢

液-炉渣接触的界面比电弧炉熔炼时小得多，根本就不可能利用钢液-炉渣之间的冶金反应进行冶炼作

业。

因此，铸钢企业采用感应电炉熔炼时，对炉料的要求必须非常严格：各种原材料都要确知其化学成

分；装炉材料的用量都要由计算确定；废钢和回炉料都必须干燥、无泥沙、无油污；装炉材料的最大

尺寸不能大于坩埚内腔尺寸的1/2。

摘要：针对中频炉熔炼灰铁的特点和电炉铁水的特性，分析了原材料选用、炉料配比、化学

成分、增碳率、熔炼温度、孕育处理等对灰铁的强度和性能的影响，阐述了中频炉熔炼灰铁

的 工艺、质量控制及改进，指出高纯净度铁水对于确保灰铁铸件高质量和高性能的重要性，

希望 藉此达到提高灰铁铸件的质量和性能、减少或消除铸造缺陷、降低废品率的目的。   关

键词：灰铸铁；中频炉熔炼；工艺、质量控制

在现代铸铁生产中，冲天炉因环保问题正被逐步关停，大多数铸造企业改用中频炉熔炼铸铁

。 与冲天炉相比，中频炉熔炼工艺相对简单；铁水的化学成分和温度容易控制，不增碳不增

硫有利于 低硫铁水的获得；环境污染小，炉前冶炼的工作环境和劳动强度也大为改善；利用

夜间电价低谷熔 炼，生产成本可大致与冲天炉相当；同样化学成分的铁水、同样的铸型浇注

的铸件，中频炉比冲天 炉熔炼的灰铁强度和硬度高；中频炉铁水比冲天炉铁水过热温度高、

流动性差，并具有以下不良特 性：铁水的晶核数量少，过冷度、白口和收缩倾向大，铸件厚

壁处易产生缩孔和缩松，薄壁处易产 生白口和硬边等铸造缺陷。在亚共晶灰铸铁中,A 型石墨

数量极易减少,D、E 型石墨及其伴生的铁素 体数量增加,珠光体数量少。所有这些再加上日常

生产中的一些不当因素，都在生产中表现为铸件 质量的波动,影响了铸铁的正常生产。

针对中频炉熔炼灰铁出现的新问题,笔者克服了电炉熔炼工艺、技术资料少,实践、探索难

度大 等诸多困难，逐步摸索和总结积累了一些生产技术经验和体会,期望能对正处于艰难经营

和转型升 级阵痛中的中小铸造企业提供微薄帮助。

1．原材料的选用及炉料配比

炉料优劣直接影响铁水的质量,中频炉熔炼灰铁对于炉料的清洁程度和干燥要求较高,炉料

不 干净、含有有害元素或熔炼控制不好，会导致铁水氧化和纯净度低,严重恶化铁水的冶金质

量,影响铸铁的基体组织和石墨形态,引起孕育不良、白口和缩松倾向大、气孔多等问题。因此

应强化对原 辅材料的管理,严禁使用锈蚀严重、有油污的炉料。同时，为提高铁水的纯净度和

稳定铁水的化学 成分,应选用碳素钢废钢做炉料,并使其在炉料配比中占 50%以上；对于回炉

料应选用同材质铸件浇 冒口,并清理掉粘附的型砂和涂料后再使用,使用量以 40%左右为宜；废

铁屑也应是同材质铸件机加 工铁屑；对于生铁,因其中的杂质和微量元素以及组织缺陷都具有遗

传性,应选用来源稳定、干净少 绣、有害元素低、最好是 Z18 以上牌号的铸造生铁，这样的生铁

生产的铸件内在质量好且稳定,不 要轻易变换生铁的来源,否则对于使用存在不合格因素的炉料而

可能引起的质量问题将防不胜防, 并且生铁的加入应在熔炼初期加入为好,配比可占15%，以利于

改善铸铁的石墨形态；增碳剂应选用 商品石墨增碳剂或经高温石墨化处理过的增碳剂,并在熔炼

中尽量早加,使增碳剂与铁水直接接触, 且有充足的时间熔化吸收；铁合金和孕育剂应化学成分合

格、粒度适宜。配料时应预先根据炉料配 比及材料成分计算出 C、Si、Mn 等元素的含量,不足的

部分用增碳剂和铁合金调整。在熔炼后期成 分微调时，如果 C 含量偏低可加生铁增碳；若 C 含

量偏高可加入废钢降碳。

2．化学成分的影响

碳和硅是强烈促进石墨化元素，C、Si 偏高，会导致石墨粗化、铁素体量增多、珠光体量减少

， 铸铁的强度和硬度下降。铸铁基体的强度是随珠光体量的增加而提高的,因此，在高强度灰

铁中，C、 Si 含量应在一定范围内适当降低，在保证获得灰口的同时，有利于细化石墨、促进

形成珠光体、提 高力学性能。碳当量 CE 和 Si／C 比显著地影响灰铁的组织和性能，选定适当

的 CE 和 Si／C 比，对 改善铸铁的组织、提高铸铁的性能是有利的。CE 是影响灰铁铸件内在

质量的最主要的因素，CE 提 高可大大改善铸铁的铸造性能，减少白口、缩孔、缩松和渗漏缺

陷，降低废品率，这一点对于薄壁 铸铁件尤为重要。但 CE 过高，石墨析出数量增加，铁素体

化倾向明显，会降低铸件的抗拉强度和 硬度，铸件厚壁处因冷却速度慢，易产生晶粒粗大、组

织疏松缺陷；如果 CE 过低，铸件薄壁处易 形成局部硬区，导致加工性能变差。因低 CE，灰铁

组织中易出现共晶莱氏体及 D、E 型过冷石墨， 致使铸造性能降低、铸件断面敏感性增大和内

应力增加、硬度上升。适当的提高 Si／C 比，可提高 铸铁的强度，改善铸铁的切削加工性能。

在相同的条件下，不同的 Si／C 比能使铸铁的力学性能和 组织产生较大的差异。当 CE 一定时

，Si／C 值从 0.6 提高到 0.8，灰铁的强度和硬度出现峰值；当 Si／C 值一定时，灰铁的强度

和硬度随 CE 的增大而降低。在生产现场严格控制 CE 的同时，应选择 和控制适宜的 Si／C比。

中频炉熔炼灰铁的 CE应高于冲天炉 0.3%左右， C含量应高于冲天炉约 0.1%， 并控制 Si／C

比在 0.6~0.7 附近，使铸铁保持合适的硬度和较高的抗拉强度。

锰和硫是稳定珠光体、阻碍石墨化的元素，锰能促进和细化珠光体，锰量增加可提高铸铁的

强 度和硬度以及组织中的珠光体含量，锰能促进生成和稳定碳化物，并能抑制 FeS 的产生。

锰还和硫 形成高熔点的化合物作为异质形核，细化晶粒，所以锰在高牌号灰铁中使用量加大

。但锰量过高， 又影响铁水结晶时形核，减少共晶团数量，导致石墨粗大，并产生过冷石墨

，又会降低铸铁的强度。 硫在灰铁中属于限制元素，适量的硫在石墨的生核和成长中起积极

而有益的作用，可以改善灰铁的 孕育效果和机加工性能。中频炉熔炼灰铁，为了确保孕育效

果，一般要求 w(S)≥0.06%，S 含量适 当提高，能改善石墨形态、细化共晶团，使片状石墨

长度变短、形状变弯曲、端部变钝，减弱石墨 对基体的割裂破坏作用，从而提高铸铁的性能

。所以，硫在灰铁中不是越低越好。而磷在灰铁中一 般是有害元素，易在晶界形成低熔点的

磷共晶，造成铸铁冷裂。因此，在灰铁中通常磷越低越好， 对于有致密性要求的铸铁件，磷

量应低于 0.06%。

在实际生产中，应根据灰铁铸件的牌号、壁厚、结构复杂程度等因素优化化学成分设计，严

格 控制各元素的波动范围，这对于保证灰铁铸件的质量和性能非常关键。

3．中频炉熔炼灰铁的工艺、质量控制及改进

3.1  增碳率的控制和增碳剂的使用

对于中频炉熔炼灰铁，许多人都以为只要炉前控制住铁水的化学成分和温度，就能熔炼出优

质 铁水，但事实并非如此简单。中频炉熔炼灰铁的重中之重是控制增碳剂的核心作用，核心

技术是铁 水增碳。增碳率越高，铁水的冶金性能越好。这里所说的增碳率，是铁水中以增碳

剂形式加入的碳， 而不是炉料中带入的碳。生产实践表明，在炉料配比中生铁比例高，白口

倾向大；增碳剂比例增大， 白口倾向减小。这就要求在配料中要多用廉价的废钢和回炉料，

少用或不用新生铁，这种采用废钢 增碳工艺的铁水中存在大量细小的弥散分布的非均质晶核

，降低了铁水的过冷度，促使了以 A 型石 墨为主的石墨组织的形成。同时，生铁用量的减少

，也减小了生铁粗大石墨的不良遗传作用，而且 灰铁的性能也随着废钢用量的增加而提高。

在实际生产中就曾发现，在废钢用量约为 30%的情况下， 同样用废钢、回炉料、新生铁做炉

料，在化学成分基本相同时，中频炉熔炼的灰铁比冲天炉熔炼的 性能低，强化孕育效果也不

明显，这就是废钢用量少、增碳率低的缘故。由此足见增碳对于保证灰 铁的熔炼质量、改善

铸铁的组织与性能的重要性。

灰铁的性能是由基体组织和石墨的形态、大小、数量及分布决定的，改变石墨形态是改变铸

铁 性能的重要途径。相比而言，基体组织较容易控制，它主要取决于铁水的化学成分和冷却

速度。但 石墨形态却不容易控制，它要求铁水的石墨化程度要好。而奇怪的是只有新增碳才

参与石墨化，炉 料中的原始碳并不参与石墨化。如果不用增碳剂，熔炼出的铁水虽然化学成

分合格，温度也合适， 孕育也合理，但铁水却表现不佳：看似温度较高，流动性却不太好，

缩孔、缩松倾向大，易吸气， 易产生白口，截面敏感性大，铁水夹杂物多。这些都是铁水

增碳率和石墨化程度低造成的。

碳在原铁水中的存在形式主要为细小的石墨和碳原子，从细化石墨的角度考虑，原铁水中不

希 望有过多的碳原子，其势必会减少石墨的核心数，并且碳原子在冷却过程中更易形成渗碳

体，而细 小的石墨可以直接作为非均质形核核心。细化石墨、增加核心是实现铸铁高性能的

关键，增大增碳 剂用量可以增加形核核心数量，进而为细化石墨打下坚实的基础。

因此，在实际生产中应强调增碳 剂的使用和增碳效果：①增碳剂的吸收率与其 C 含量直接

相关，C 含量越高，则吸收率越高。②增 碳剂的粒度是影响其溶入铁水的主要因素，实践

证明，增碳剂的粒度应以 1~4mm 为好，有微粉和粗 粒增碳效果都不好。③硅对增碳效果

有较大影响，高硅铁水增碳性差，增碳速度慢，故硅铁应在增 碳到位后加入，要遵循先增

碳后增硅的原则。④硫能阻碍碳的吸收，高硫铁水比低硫铁水的增碳速 度迟缓很多。⑤石

墨增碳剂能提高铁水的形核能力，吸收率也比非石墨增碳剂高 10%以上，故应选 用低氮石

墨增碳剂。⑥增碳剂的使用方法推荐使用随炉装入法，即先在炉底加入一定量的小块回炉

料和废钢，然后把增碳剂按配料量需要全部加入，上面再压一层小块废钢和生铁，之后再

边熔化边 加炉料。此法简便易行，生产效率高，吸收率可达 90%。如果增碳剂的加入量很

大，可以分两批加 入，先加 60%~70%于炉底废钢垫层上，剩下的在继续加废钢的过程中

加入。在铁水温度 1400~1430 ℃时也可加增碳剂，目标是要把铁水 C 含量增至达到牌号

要求上限。⑦增碳剂的加入时间不可过迟， 在熔炼后期加入增碳剂有两方面不利：其一，

增碳剂易烧损，碳吸收率很低。其二，后期加入的增 碳剂需要额外的熔化、吸收时间，迟

缓了化学成分调整和升温时间，降低了生产效率，增加了电耗， 而且有可能带来由于过度

升温而造成的危害。⑧铁水的搅拌可以促进增碳，特别是附着在炉壁的石 墨团，如果不用

过度升温和一定时间的铁水保温，不易溶于铁水，中频炉较强的电磁搅拌对增碳有 利。

3.2 温度的控制

灰铁熔化期的温度不宜过高，一般控制在 1400℃以下。如果熔化温度过高，合金的烧损或

还原会影响熔炼后期的成分调整。在炉料熔清炉温达1460℃后，取样快速检验，然后扒净渣

，再加入铁 合金等剩余的炉料。扒渣温度对铁水质量的影响很大，它与稳定的化学成分、孕

育效果密切相关， 并直接影响到出炉温度的控制。扒渣温度过高，会加剧铁水石墨晶核的烧

损和硅的还原、偏高（酸 性炉衬中），并产生排碳作用，影响按稳定系结晶；若扒渣温度过

低，铁水长时间裸露，C、Si 烧损 严重，需再次调整成分，延长了冶炼时间，并使铁水过热，

增大过冷度，易使成分失控，破坏正常 结晶。

出炉温度的控制须保证孕育处理和浇注的最佳温度，一般应根据实际情况控制出炉温度为 1

460～1500℃，过热温度可控制在 1510～1530℃，并静置 5～8min。在 1500～1550℃

范围内，提高 铁水的过热温度，延长高温静置时间，会细化石墨和基体组织，提高铸铁的强

度，有利于孕育处理， 消除气孔、夹杂缺陷和炉料遗传性给铸铁的组织和性能带来的不良影

响。如果静置温度过低、时间 过短，增碳剂不能完全溶入铁水中，也不利于铁水的杂质上浮

被挑渣除去。但过热温度过高或高温 静置时间过长，反而会恶化石墨形态、粗化基体、增大

过冷度、加大白口倾向，使铁水已有的异质 核心消失，氧化严重，降低铸铁的性能，并影响

出炉温度的控制。如果出炉温度过高，尽管 C、Si 含量适中，浇注三角试块的白口深度会过

大或中心部位出现麻口。如果出现这种情况，需调低中频 功率，向炉内补加生铁降温增碳。

浇注温度也不宜高，否则会使铸件产生严重的粘砂缺陷，有的甚至难以清理而使铸件报废，

而 且浇注温度高，过冷度大，不利于 A 型石墨的形成。浇注温度如果过低，则不利于除气，

还会造成 铸件偏硬和出现冷隔、轮廓不清等问题。适当稍低的浇注温度，铁水液态收缩量较

小，有助于减少 缩孔，获得致密的铸件。不同壁厚，不同重量的铸件有着不同的理想浇注温

度，在日常生产中一般 控制浇注温度在 1450～1380℃。对于厚大铸件必须要确保“高温出炉

，低温快浇”。为了缩短等待 铁水温度降至浇注温度的时间，防止孕育衰退，可以通过倒包加

静置的方法使铁水快速降温，以防 止发生缩松，提高生产效率。

3.3 硫和氮的控制

中频炉熔炼铸铁没有增硫源，铁水的 S 含量较低，这一点对于生产球铁有很大的优势。但对

于 灰铁，低硫而较高的锰会增大铸造应力，使裂纹出现几率大大增加，而且铁水中适量的硫

可以改善 孕育效果。过去冲天炉生产灰铁，由于焦炭会对铁水增硫，不用担心硫低。而中频

炉生产灰铁，不 但不增硫，而且还因大量使用废钢，使 S 含量更低了（约 0.04％左右）。

灰铁中 w(S)≤0.06％，将 会导致石墨形态不好、难以孕育、缩松和白口倾向大。在以往的生

产中就发现，凡是有裂纹和白口 缺陷的铸件，其石墨形态大都以 D、E 型石墨为主。电炉铁

水要得到正常的石墨形态，必须要有合 适的 S 含量，硫及硫化物含量低，晶核数量会减少，

石墨形核能力降低，白口增大，A 型石墨减少， D、E 型过冷石墨和铁素体增加，晶粒粗大，

强度降低。而且随着高温铁水保温时间的延长，过冷度 继续增大，越是高牌号灰铁，保温温

度和时间对过冷度的影响越显著。有资料指出，铁水含量低， 共晶团数少，随着 S 含量的增

加，共晶团数急剧增加，而共晶团数目越多，尺寸越细小，铸铁的力 学性能越好。因此，中

频炉熔炼灰铁一般要把 S 含量提高到 0.06％～0.1％之间，以充分发挥硫的 有益作用，改善

孕育效果，使铁水的形核数量增加，铸件的金相组织以 A 型石墨为主，基体组织的 珠光体含

量增加，从而改善铸铁的强度和切削加工性能。具体做法是，在熔炼后期调整成分后加 FeS

增硫，也有采用焦炭作增碳剂，在增碳的同时，也把 S 含量增至大于 0.06％。但 S 含量也

不可过高， 因硫是阻碍石墨化元素，过高会增加白口，而且在 S 含量高时，随着 Mn 含量的

增加，生成的 MnS 充分起到了异质形核作用，为良好的孕育创造了条件。但当 Mn 含量大于

1％后，生成了过多的 MnS 偏聚在晶界，弱化了晶界，甚至产生夹渣，降低铸铁的强度。从

减少 MnS 夹渣的角度，应控制 S 含 量小于 0.1％，这样允许存在的锰量高一些，对提高灰铁

的性能有利。

由于中频炉熔炼灰铁大量使用废钢，并随着废钢配比的增加，增碳剂的用量也随之增大，加

之 增碳剂含氮较高，所以中频炉铁水的 N 含量较高。当铁水中 N 含量大于 100×10-6时，

铸件易出现龟 裂、缩松和裂隙状皮下气孔缺陷。控制铁水中 N 含量的最有效的方法是将铁水

在高温下保温，在保 温时随时间的延长，N 含量将逐渐下降。但高温铁水长时间保温会增大

过冷度和白口倾向，所以日 常生产中应选用 N 含量低的石墨增碳剂。在必要情况下，可在涂

料中加入 10％的氧化铁粉，以消除 高氮的影响。但灰铁中的氮和硫一样属于限制元素，铁水

中微量的氮能使灰铁的晶粒和共晶团细化， 基体中珠光体量增加，力学性能提高，对改善灰

铁的石墨形态，促进基体组织珠光体化能发挥积极 作用，氮化合物也能作为晶核，为石墨形

核创造成长条件。在实际生产中，一般应控制 N 含量在 0.008 ％以下。

3.4 强化孕育处理

孕育处理时，加入大量人工结晶核心，迫使铸铁在受控的条件下进行共晶凝固，其目的是促

进 石墨化，降低白口倾向和断面敏感性，控制石墨形态，减少过冷石墨和共生铁素体，适当

增加共晶 团数，促进形成珠光体，从而改善铸铁的强度和机加工性能。实际生产中的强化孕

育处理，是选择 合适的孕育剂和孕育方法，对 CE 在 3.9％～4.1％之间，温度在 1480℃左右

的高温铁水用高效孕育 剂强化孕育，以得到铸造性能好，力学性能高的灰铁铸件，并非是指

加大孕育量。不同的孕育剂有 不同的特点，必须根据孕育剂的特性，结合自身生产条件合理选

择孕育剂和孕育方法。通过试验选 定并确立最适合本企业特点的处理方法后，应严格控制工艺

过程，以确保铸件质量的稳定。  除随流加入孕育剂，控制加入量和随流时间外，防止孕育衰退

、提高孕育效果还要注意以下方 面：①因熔炼温度和保温时间的限制，生铁中粗大的石墨片不

可能完全消溶，未溶尽的粗大石墨性 状会遗传给铸铁，大大抵消孕育的作用，所以在实际生产

中应尽量减少生铁的用量，以消除生铁的 遗传性，改善孕育效果，提高灰铁的性能。②应选用

含钙、铝、有较多难熔非均质形核核心的孕育 剂，并控制孕育剂有合适的粒度，因孕育剂的粒

度对孕育效果的影响非常大。粒度过细，易被氧化 进入熔渣而失去作用；粒度太大，孕育剂熔

解不尽，不但不能充分发挥孕育作用，而且还会造成偏 析、硬点、过冷石墨等缺陷。孕育剂的

粒度一般控制在 3～8mm（1 吨以下的铁水量），孕育量控制 在约为铁水重量的 0.3％～0.5％

。过大的孕育量会使铸铁的收缩和夹渣倾向增大。③多次孕育能有 效防止孕育衰退，改善铸铁

内部石墨分布均匀程度，降低铁水过冷倾向，使 A 型石墨占有率高，长 度适中，并促使非自发

晶核数量增多，细化晶粒，强化基体，提高铸铁的强度和性能。例如二次孕 育选用具有很强促

进石墨化能力的硅钡长效孕育剂，可改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，增 加共晶团，促

进形成 A 型石墨，消除过冷石墨，抑制产生游离渗碳体，且可减缓孕育衰退。④铁水 温度对孕

育的影响，是在一定范围内提高铁水的过热温度，并保持适当的时间，可使铁水中残存的 未溶

石墨完全溶入铁水，消除遗传因素影响，充分发挥孕育剂的作用，提高铁水的受孕能力。过热

温度以提高到约 1520℃为宜，孕育处理温度控制在 1460～1420℃较佳。

3.5 工艺技术的调整与改进

（1）中频炉熔炼灰铁的工艺操作顺序：小块回炉料和废钢＋石墨增碳剂＋废钢和新生铁＋回

炉 料＋铁合金＋合适的孕育。为了改善铁水在高温长时间保温带来的不良影响，基于中频炉温

度易于 提高、可快速熔炼的优势，制定“快熔快出”的工艺操作方法，尽量缩短熔化时间，加快

熔化速度， 使铁水在炉内经化学成分调整、升温后尽快出炉，并加快浇注速度，力争 5min 左

右完成浇注，最 大限度地缩短铁水在炉内和包内的保温时间。

（2）夹渣对铸件质量的影响很大，轻则细小夹渣割裂基体，降低抗拉强度，严重的夹渣缺陷

能 直接导致铸件报废。存在较多夹渣的炉料熔化后，附着于炉壁和存在于铁水中的夹渣受电

炉电磁搅

拌和铁水浮力作用而陆续上浮，在熔炼后期需频繁、高效地挑渣，特别是高温静置时杂质上浮

，应 及时挑渣，直至铁水表面干净，无新增浮渣，这对去除夹渣、消除渣孔缺陷、减少夹渣

对基体的破 坏作用非常大。

（3）因中频炉熔炼灰铁使用了大量废钢和回炉铁，一方面会促成铸铁枝晶石墨的产生和白口

倾 向的增大、硬度升高，加工性能变差。因而应比冲天炉铁水更加注重孕育，以促进石墨化

，细化共 晶团，改变石墨形态，减少白口倾向，使白口或麻口组织变为细珠光体组织，D、E

型石墨变为均匀 分布的 A 型石墨，提高铸件不同壁厚处组织的均匀性，达到提高铸铁性能的

目的。另一方面，废钢 用量的增大，使铁水 S 含量变低，在 w(S)≤0.06％时，易导致孕育困

难，一般用 FeSi75 孕育处理 作用不明显，应采取增硫措施。

（4）薄壁铸件的白口缺陷严重，机加工困难，废品率高。解决这一突出问题首先要杜绝使用

合 金钢废钢，适当提高 CE，并控制处理前铁水的 Si 含量在 1.6％以上，S 含量大于 0.06％

，加大孕 育量至 0.5％，使铁水形核数量增加，石墨形核能力提高，促进 A 型石墨的形成，

抑制 D、E 型石墨 的产生，基体组织中珠光体量增加，铸铁的过冷度和白口倾向减小，强度和

切削加工性能改善。合 理地控制灰铁的微观组织是改善灰铁加工性能的关键所在，在必要情况

下，可在出铁前向包中加入 2％的干净无锈小块生铁，有效增加石墨质点，消除白口。

4．关于提高灰铁铸件质量和性能的一点看法

业内人士都知道：化学成分基本相同、金相分析基本一致的国产铸件与进口铸件的使用性能

和 光洁度相差很大；相同碳当量的进口铸件较国产铸件高 1～2 个牌号；硬度高于国产铸件的

进口铸 件，切削加工性能反而优于国产铸件。造成这些现象的原因是进口铸件的材质纯净度和

碳当量高， 夹杂物和游离碳化物少，组织均匀性好。

铸铁件的内在质量、外观质量以及是否会形成铸造缺陷与铁水的各方面因素密切相关，高品质

的铁水是获得优质铸件的最基本最重要的先决条件。而铁水品质又由铁水温度、化学成分、纯

净度 这些因素所决定。中频炉熔炼灰铁获得高于 1500℃高温和精确化学成分的铁水非常容易

，铁水中的 每个元素对铸铁的凝固结晶、组织和性能都有一定的影响和作用；铁水过热温度的

高低直接影响到 铁水成分和纯净度，其在一定范围内提高，能使石墨细化、基体组织致密、抗

拉强度提高、铸造性 能改善，铁水中的杂质也更易于上浮被清渣除去。只有铁水的纯净度，至

今仍停留在高温熔炼、聚 渣剂、过滤网这些层面上。其实业内专家都明白，通过这几种措施是

难以获的高洁净的铁水的，只 能使情况改善，而对于铁水的深度净化、铸造缺陷的发生机理分

析及预防却少有研究，鲜见对策。 存在于铁水中的各种有害气体和非金属夹杂物，在铁水凝固

后留存于铸件中，造成种种铸造缺陷， 影响了铸件的使用性能；由非金属夹杂物形成的硬质质

点，导致铸件切削加工困难；而铁水中含有 的杂质有害元素，更是直接影响了铸件的组织和性

能。正是这些因素造成了国产铸件的综合质量长 期低于进口铸件。因此，我们应大力提高铁水

的冶金质量，努力以获取有害元素和气体含量低、夹 杂物少的高洁净铁水为目的，在目前的灰

铁中频炉熔炼工艺基础上，进一步完善现代铁水净化技术 和工艺流程，确保用于浇注的铁水必

须是高纯净度铁水，进而才能确保铸件的高质量和高性能。

5．结语

（1）中频炉熔炼灰铁，废钢要有一定的配比，一般应占炉料的 50%以上。应选用低氮石墨增

碳 剂，并保证高增碳率，以利于获得石墨化程度好、白口和缩松倾向小的优质铁水。同时，大

量使用 废钢和回炉铁，少用或不用新生铁，消除粗大石墨的遗传影响。并利用生铁与废钢的价

差及夜间电 价低谷熔炼，可使生产成本大幅降低。

（2）中频炉铁水的 S 含量一般较低，应采取增硫措施把铁水 S 含量提高到 0.06%~0.1%之间

， 增大形核能力，增加晶核数量和珠光体含量，改善石墨形态，并细化石墨，促使形成 A 型

石墨，改 善孕育效果和切削加工性能，提高强度。

（3）通过采用废钢增碳工艺+适当提高 CE 和 Si／C 比+快熔快出的操作方法+强化孕育处理

等 生产技术，控制铁水过热温度在 1510~1530℃，出炉温度在 1480~1500℃，达到减少铸

造缺陷、增 强灰铁性能、提高铁水品质和铸件质量、降低废品率的目的。

（4）铁水品质是影响铸铁件质量的重要因素，没有高品质的铁水就不可能有高质量的铸件。

应在目前中频炉熔炼灰铁的工艺基础上，着力提高铁水的纯净度，进一步完善现代铁水净化

技术和 工艺流程，以确保灰铁铸件的高品质和高性能。

转自热加工行业论坛

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变形较大，尤其是椭圆度超差在诸多变形中最为严重。其中两个产品1

70F01齿套椭圆度超差占总数的30%，7A五齿套椭圆度超的占总数的

20%左右。为解决椭圆度超差不得不采用压淬处理，浪费大量的人力、

物力。为解决淬火后椭圆度超差变形问题，我们对产生变形的原因从原

材料、热处理工艺、设备情况几方面进行了分析。

1.对原材料检验

1）项目包括化学成分、硬度、低倍组织、带状组织、晶粒度、非金属

夹杂物等各项。检验结果表明：化学成分、硬度、低倍组织、非金属夹

杂物都在国标和图样要求的合格范围。而带状组织比较严重，已经达到

3级，晶粒如图1所示有混晶现象（图样要求不大于2级，最好是1级或0级）

（2）分析：严重的带状组织，是由成分的微观不均匀引起的，带状组织使材料产生

各向异性，使淬火变形增大。混晶也是一种组织不均匀现象，其成因同样与偏析有

关，对变形影响也很大，此二项必须严格控制，级别越小越好。

2.重新验证

对热处理工艺的合理性进行了重新验证，发现有些产品的渗层深度控制的不合理，如

7A三四档（见图2a）及五档齿套（见图2b）渗层要求0.4~0.7mm，结果实际深度

平均值达到0.6~0.8mm。其原因是渗碳时间过长，原工艺为860℃X220min，强

渗；860℃X70min，扩散，然后将温度降低到815℃X30min，淬火。

分析：经过大量的试验及理论分析后得知，强渗及扩散温度合适，而强渗时间过长，

导致渗层深度过深。

由于齿套的有效厚度只有2.5mm左右，而原来渗层单边0.8mm，两边加起来就是

1.6mm，几乎就要淬透，整个截面硬度很高，热处理应力很大，从而使淬火变形增

大，最终使椭圆变形超差。

3.热处理设备情况

（1）淬火油内的残渣及氧化皮和污泥由于长期没有清理，导致大量存在，这些残渣一

般沉到底部，会降低淬火油的流动性，造成淬火时各部位冷却不均，增大淬火变形。

（2）测量炉内温度的准确度和不均匀性。1号淬火加热炉：实际温度877℃，设定温

度860℃，实际温度比设定及显示温度高了17℃。

4.改进措施

（1）严格控制原材料带状组织级别，要达到≤2级。经过严格控制，现在的带状组织

如图3所示。

（2）把7A一二档齿套强渗时间减到200min，三四档及五档齿套强渗时间减到

180min，经过多炉的试验结果7A一二档齿套渗层平均为

0.65~0.9mm（0.6~0.9mm）和三四档及五档齿套0.46~0.65mm（要求

0.4~0.7mm）。得到的渗层深度比较满意。

（3）对淬火油内的残渣及氧化皮和污泥进行了清理。经过上面几方面的改进后，使

热处理变形降低，数据如下：7A五档椭圆度变形超差率从30%降到18.2%，

S170F01齿套从20%降低到7.1%。

5.结语

通过对原材料带状组织和晶粒度均匀性的控制、清理淬火油槽内的残渣，以及通过调

整热处理工艺参数后得到合理的渗层深度，最后使淬火椭圆度超差率降低了

10%~15%，减少了经济损失。

保证感应器的质量最关键的是设计，如果设计的图样在施工时不能保证制造质量，这就是设计的缺陷。

设计包括：

1）材料的正确选择，如有效圈要用无氧纯铜（OFHC），绝缘件要选耐压、耐温材料，附件要用非磁性

铜、黄铜硬质合金等。

2）要有针对性的尺寸公差与制造精度，既不过高要求，也不能全部自由公差。例如：有效圈内（外）径

，一般应标注公差。V形导电面应注角度公差和相应级的表面粗糙度。中心距应有公差。有效圈端面与接

触板平面应垂直或平行，喷液孔间隔必须匀布与喷射角度（与垂直线夹角，圆角上的孔向心汇集）等。

3）钎焊要求，焊缝最好的是由毛细管作用形成的焊缝，其连接强度最好，对焊料的使用应考虑纯铜熔点

最高，黄铜次之，银焊料随银含量的增高而降低熔点，导电部分用银焊最好，其他部分用黄铜即可。纯

铜焊料常用于局部焊点,先作固定点用，还有锡焊也能使用于散热水管等部分，可根据实际需要选择，焊

接点应尽可能少，特别是在导电途径。

模具、夹具与检验夹具的必要性

现代企业管理要求减少待机时间，如果每换一次备用感应器就需重新调整一次工艺，这是不允许的，因

此，备品感应器必须与原来替换的感应器性能完全一个样，不但外形、重要的是主要尺寸等均须完全一

致。还有一种情况是一台淬火机床上多工位工作。例如左、右两个工位同时淬两个同样的工件，如果感

应器有效圈尺寸不一致或喷液器角度、流量不一致，左、右两工位淬火后的工件，质量即会不一致，为

保证感应器的一致性，必须有制造模具，焊接夹具与检具等，这样才能保证产品的一致性。

1）模具：如回线形曲轴有效圈必须有模具，以保证有效圈的半径与包角角度、开挡宽度等。

2）焊接夹具：保证有效圈的中心高及相关焊件的几何尺寸。

3）弯管夹具：保证各种连接管弯曲时的半径。

4）检验夹具：检测感应器底面与有效圈的中心高、垂直度、偏心差等，快换管接头则必须用管接头母

套来检验是否能自由套入或退出，松紧是否适度。

5）密封性检测器具：流量检测仪与绝缘检测更是必要的检具，不可缺少。有些制造厂甚至用光学投影

仪测量有效圈关键尺寸。

当前，能源供应紧张已经成为经济社会发展的重要制约因素之一。中国能源消费总量占世界能源消

费总量的1/10，约为美国的1/3，居世界第二。但能源供给和能源安全问题已经显现。我国能源利

用率为33%，比国际先进水平低10个百分点，主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%；但是

另一方面，我国能源利用效率低，浪费大，污染严重；用电管理粗放，企业、机关、居民都还存在

很多不良消费习惯，节电潜力很大。

因此，必须高度重视节电工作，采取节电措施，提高电能利用效率，降低电力消耗。能源形势告诉

我们，全面实现小康社会的征程，也将是克服能源制约的历程，节约用电是全社会的共同责任，中

国特色的现代化道路必须是节能之路。

中频感应炉因其投资较少、见效快、操作方便等优点，被广泛使用。感应熔炼加热对于铸铁而言，

有利于获得低硫铁液，是冲天炉无法比拟的。熔炼速度快，感应电炉效率高，烧损少，热损失较小

，车间温度相对较低，减少产生烟尘，在节约能源，提高生产率，改善劳动条件，降低劳动强度，

以及净化车间环境等方面效果显著。

但是，感应电炉生产节能问题一直受到使用企业的关注。下面我们从感应电炉的生产特点及数十年

的生产实践经验中，从提高生产效率、提高熔化速度、减少熔炼时间等几方面入手，总结出中频感

应电炉生产节电的几个途径，与业界的各位同行探讨。

1  节能思路之一

通常感应炉中真正用于金属升温和熔化的功率只占输入总功率的60%～70%，铸铁较多，铸钢次之

，铜铝更低。其余30%～40%都以各种形式损耗掉。主要包括电源变压器，中频电源柜，铜排及水

冷电缆，以及炉衬和感应圈，其中感应圈热损失及补偿电容器组与感应圈之间一段导线（水电缆）

热损失占总输入功率的20%以上，炉口热辐射及炉体传导热损失达总功率的10%，因此合理设计感

应圈及其馈电线路，采用高压大吨位设计方案，可大大节约能源，提高熔炼速度，一达到温度即开

始浇注，减少保温时间，节能效果明显，炉子容量越大越节能。这就是高速熔炼大吨位高产低耗的

设计原理。

1.1  选购设备时应注意的事项

铸造企业在选择中频熔炼炉时应根据变压器容量，产量要求，以及投资额度等作为选择标准，在选

购设备时应注意以下事项。

对于1000kW以下的中频电源一般采用三相五线制380V，50Hz工业用电，配置6脉冲单整流中频

电源；对于1000kWY以上的中频电源则侧重于使用660V进线电压（有的厂家使用575V或750V

，由于是非标准的电压等级，配件不好选购，建议不要选择使用）配置12脉冲的双整流中频电源，

原因有两个：一是通过提高进线电压提高额定工作电压；二是大功率产生的谐波会干扰电网，通过

双整流可以获得较为平直的直流电流，负载电流为矩形波，负载电压接近正弦波，减少电网干扰对

其他设备的冲击。

有的用户盲目地追求高电压（有的1000kW使用900V进线电压），低电流以来达到节能的目的，岂

不知这样是以电炉的寿命为代价的，得不偿失，高电压容易造成电元器件寿命缩短，铜排、线缆疲乏

，使电炉寿命大打折扣。另外，高电压对于电炉生产厂家来说，在用材方面减少了原材料，节约了成

本。电炉厂家肯定是乐意这样做（高售价、低成本）。但最终吃亏的还是电炉的使用厂家。

在输配电项目建设环节中推广使用低损耗变压器。变压器的经济运行，变压器经济运行指在传输电量

相同的条件下，通过择优选取最佳运行方式和调整负载，使变压器电能损失最低。变压器经济运行无

需投资，只要加强供用电科学管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。每台变压器都存在有功功

率的空载损失和短路损失，无功功率的空载消耗和额定负载消耗。

变压器的容量、电压等级、铁芯材质不同，故上述参数各不相同，因此变压器经济运行就是选择参数

好的变压器和最佳组合参数的变压器运行。

功率利用率，指在一个工艺周期内，炉子通电时间与整个工艺周期之比，由于能量损耗与炉子停电时

见成正比关系，且停电时损失的能量，必须在下次通电时有点能补偿。因此，工艺周期内各工序占用

时间越少，功率利用率便越大，电耗就越低。

1.2  调整思路  注重节能

普通KGPS并联中频电源，IGBT串联中频电源及新型的KGPS并联中频电源的比较选择。

1.2.1  普通KGPS可控硅并联中频电源

优点：是过去几十年来一直最广泛使用的，价格低廉，易维修，配件便宜。

缺点：高耗能，吨钢液耗电大于700kW•h以上。采用调节直流电压方式调节功率，功率因数低（≤0

.85），有谐波干扰，对变电所无功补偿电容器运行有不同程度的影响。

1.2.2  IGBT串联中频电源

优点：整流采用全波整流，且采用电容及电感组成的LC滤波方式使得功率因数达到0.96以上，基本

无谐波干扰。逆变部分采用串联逆变工作模式，负载工作在高压小电流情况下，铜损小因而大大提

高了效率。吨钢液耗电小于600kW•h。

缺点：IGBT中频电源对工作环境要求高。

1.2.3  KGCL可控硅串联中频电源

KGCL晶闸管串联中频电源继承上述两种产品的优点，采用全波整流电源，在整个工作过程中整流始

终处于全开通状态（相当于二极管整流）；设备的功率因数始终处于最高状态（≥0.96）。不产生高

次谐波，对电网无污染，不影响变电所无功补偿电容器的运行。比普通晶闸管并联中频电源节能15%

左右。而且，配件便宜易采购，易维修。因此，KGCL晶闸管串联中频电源是重点推广的最新型节能

中频电炉产品。

1.2.4  铝壳炉与钢壳炉的选择

铝壳炉体优点是价格低廉，易维修，方便观察。缺点是效率低，电磁辐射无屏蔽。

钢壳炉体采用优质钢结构焊接，有防漏炉报警装置，感应器周围采用磁轭封闭，覆盖面积超过65%。

因为漏磁小，效率高，比铝壳炉体节约能耗近5％。

1.2.5  节能环保12脉晶闸管中频电源

12脉中频电源（即12脉晶闸管中频电源如果配上炉体就称为12脉中频电炉）。整流桥的输出电压

由原来的513V升到1026V，在没有改变原变压器输出电压的前提下，整流输出直流电压升高一倍

。在相同电炉功率条件下，主电路电流减小了一半，回路损耗降低到1/4，（大电流流过晶闸管、

铜排、电抗器、水冷电缆等产生的发热损耗）。而感应加热感应圈电压则由原来的1600V升到30

00V，进一步降低了感应圈的热损耗，达到了节能降耗的目的。

12脉整流电源产生的谐波影响大大小于普通KGPS中频电源。整机采用双整流电路，动态均压，具

有缺相、过压、过流、低水压和人为误操作保护，限流、限压，平衡，功能稳定，扫频启动性能良

好，操作维护简单。功率因数高于0.95。

12脉中频电源以晶闸管为主控元件实现较好节能效果，综合性能完全优于6脉普通晶闸管中频电

即（KGPS中频电源），其每吨铁液电耗可降低100kW•h，基本符合电网谐波要求。与IGBT中频

电源相比，具有节能效果明显、而且性能十分稳定，维护方便，谐波干扰小，过载能力强，吨位

容量大，以及维修成本低廉的优点。以上就是我们队12脉晶闸管中频电源的推荐理由。

1.3  选用感应电炉与铸造车间的配型

铸造企业熔炼设备，在决定选用中频感应电炉后，在型号选择时考虑以下几个方面：

（1）精密铸造及较小型工件一般选择0.5t以下的电炉，建议采用IGBT及KGCL串联中频电源设备

，电源配备变压器不大于315kVA。若使用普通KGPS并联中频电源则需要大于400kVA配电系统。

（2）双金属铸造时或连续不间断的熔炼模式时，建议选用一拖二的电源设备。一个熔炉熔炼，

另外一个熔炉保温。

（3）使用0.5T的电炉班产量(8h)一般情况3.5t左右，0.75T的设备班产量5t左右，1T的可达到6

.5t以上。客户可根据以上大的原则具体选择，在必要的情况下我建议先去同类铸造企业考察一下

、然后仔细咨询电炉生产厂家或咨询一下相关这方面的专家。

2   节能思路之二

生产中节约电能的几种途径和主要方法：合理组织生产，延长连续冶炼时间；科学管理炉料，做

好炉前熔炼操作；保证炉村质量，保持设备完好。

2.1  延长连续熔炼时间

电能单耗与熔炼方式有很大关系，炉子的工作方式可分为以下三种情况：

（1）连续熔炼  每日三班连续作业。

（2）断续熔炼  每日两班或一班作业，非作业期间，炉内铁液用保温功率进行保温。

（3）间歇熔炼  每日完成后全部出净。

显然以上三种情况作业时，连续熔炼电能单耗最低，断续冶炼次之，间歇熔炼最高。因此．有条

件的情况下应当尽可能地安排集中连续熔炼。尽量增加一次熔炼炉次延长持续熔炼时间降低电耗。

错峰用电：减少费用合理调整用电时间，积极利用峰谷电价差，将部分或全部的高峰用电时间，

转移到低谷时段。在这方面，可以采用间断保温技术，转移用电时间，尽管此法不节电，但可以

利用峰谷电价差而节省车间开支。

2.2  合理配料

炉料的科学管理对提高中频炉感应炉生产效率、降低能耗具有重要意义。首先必须掌握所用各

种炉料的化学成分，并进行仔细合理的的配料计算利用各种炉料的合理搭配，做到钢液中主要

化学成分符合要求，有害杂质元素含量尽可能少、不超标，避免因调整成分而拖延熔炼时间，

杜绝因成分不合格而使钢液报废，增加物耗、电耗。为此，炉料必须根据化学成分、含杂质情

况及块度大小进行适当分类，切割大的长形废钢，有条件应对轻薄料打包处理，保证顺利加料

，减少熔炼时间。炉料块度的大小应与电源频率相适应，感应电炉所用电源频率随炉子容量的

增大而降低。大容量感应炉可以使用大块炉料，小容量感应炉使用小块炉料。

2.3  合理的熔炼操作

为尽快熔化炉料，应掌握合理的熔炼操作技术。

2.3.1  炉料预热与余热利用

炉料料块直径大小与电耗相关，料块直径不同，融化时间与融化单位电耗也不同。以0.5T无心

工频感应炉为例，就单台炉子熔炼活塞环合金铸铁而言，料块直径/坩埚内径=0.3时效果最佳

。因此，希望在初融时尽量先用生铁快，并在快料之间嵌填上破碎的浇冒口碎料，以减少其空

隙。炉料在坩埚的填充度，即密实程度越好，堆密度越大，电耗越低。

应充分利用余热预热炉料，当炉料预热到600℃，节电效果显著，出铁温度为1460℃时，可使

电炉熔化能力增加30%，电耗降低20%。炉料预热要防止氧化烧损，以及为了延长预热装置寿

命，一般炉料预热温度取600℃以下为宜。间隙式预热料桶，由两层组成，外层用绝热材料填

满，内层缸料口内径应与坩埚口径相应，装料时用吊车把内套桶移到装料区，炉料预热后，底

部用开底机械开起。此预热桶制作简易。

2.3.2  科学装料

装料的松紧程度直接关系到炉料的熔化速度。为了实现迅速加热熔化，要求坩埚中部与下部炉料

的堆密度越大越好。因此，感应加热时磁力线在坩埚中部中央的密度最大，炉料堆积密度大，磁

力线穿过间隙的机会减少，加热效率相应提高，加热和熔化速度就相应提高。

2.3.3  合理的供电制度

开始通电时，先供给65％～75％左右的功率，待电流冲击停止后，迅速将功率增到最大值，以

加快炉料的熔化。

熔化全过程尽可能处在低温下，由于炉内温度较低，相应粘度也较高，这样可以适当仰制熔液的

电磁搅拌作用，以及降低金属液驼峰高度的作用。力戒有的操作人员加料后，远离工作台，造成

熔化过程中途升温。工频炉的结构通常感应器高低约为熔池高度的4/5，实际上，在炉内金属液

不少于熔池容积2/3时，工频炉便可接近全公率运行。因此，增大每次加料量，有利于改善熔炉

的负载功率状态，能使溶液温度上升速度加快，提高炉子的工作效率。

2.3.4  合理的炉前操作技术

（1）控制后续炉料每次加入量，采用每次少量、多次加入的加料方式，尽可能不使钢液温度下降

太多，造成炉内钢液结壳。

（2）勤观察、勤捣料，防止炉料“搭棚”。搭棚使炉内金属液温度过高，停留时间过长，以及搭棚

处理时撞击都会损坏炉，缩短炉衬寿命。有资料提及3T感应炉衬熔炼含3.5％碳量的灰铸铁．每炉

次在1500℃高温下作业20min时，正常状况下炉龄为400炉次，每炉次在1550℃高温下作业20m

in，正常状况下的炉龄将降低为240炉次，降低率为60％。因此熔炼作业中，采用浇注前短时间升

温，而其余时间铁液保持较低温度，可减少高温铁液对炉衬的侵蚀，延长炉衬使用寿命，降低电耗。

（3）关盖与控制铁液温度。炉子熔化过程中，除必要的操作打开炉盖外，应始终关紧炉盖。关盖与

敞开炉口的确大不一样，敞开炉口对高温铁液造成的辐射热损失相当大，特别是小炉子，往往运行时

不加炉盖，有的干脆拆除弃用，或者装料不合理使炉盖关不上，结果耗电大大增加。以熔化铸铁为例

，敞开炉盖时，1450℃的热辐射损失为354kW•h/m²，在1500℃时为397kW•h/m²。相反，要是

关紧炉盖，此时的热损失会下降90％。因此，无论从操作安全，改善环境条件，还是从节约能源，提

高熔化率来说，操作时关紧绝热性能好炉盖十分必要。

（4）充分发挥炉渣的作用，从熔化期开始就要加强造渣操作，经常检查有无裸露液面，使其覆盖良好

。冶炼时炉渣能将钢液与大气隔离，保护钢液减少大气污染。减少大气中的O2、N2、H2O对钢液的作

用，减少合金元素的氧化、氮化、挥发，以及减少钢液吸氢，如此可以减少钢液脱氧、净化时间，高温

钢液在渣层覆盖下减少了辐射热损失，对钢液起保温作用。

（5）合理控制出钢温度。根据钢液重量、盛钢包的烘烤情况，浇注时间等因素来确定。盛钢包必须经过

充分烘烤，保持较高温度，这样钢液温降减小。而浇注过程各工种的衔接协作好坏直接影响了浇注过程

用的时间，所用时间越长，温降越大出钢温度应越高。及时足量投放保温剂、覆盖剂、除渣剂。在钢液转

移到盛钢包后应立即投放适量的保温覆盖剂、除渣剂，可以减少钢液镇静浇注过程的热损失，出钢温度就

可以适当降低，以节约电耗。

1）配料时之所以化满后加入少量小块新生铁，是由于新生铁中所含的初生石墨能起晶核作用，促使石墨组

织也能朝着A型方向变化，可以有效地防止白口倾向。推荐采用入炉前先配好炉料，改变那种边配料边加工

方式，因其易发生差错，工作平台杂乱，且不易协调管理。

2）熔化设备与造型,浇注工段的关系要合拍。杜绝和避免“保温待型”,“高温待注”，这样即可能有效地节约能

源，又能保证浇注的铸件有较高的质量。

用感应炉熔炼如活塞环这样薄壁合金铸铁，熔化温度是获得所需材质性能的重要保证。往往需要过热，但过

热温度高低对电耗有很大影响，从节能的观点，在保证满足浇注质量的前提下，应按工艺要求把出炉温度控

制好，尽可能缩短和避免在过分提高过热温度下的运行时间；严格控制过热温度，反对超温熔炼。另外，提

倡用更先进的测温设施。

（6）保持设备完好，加强维护，减少损耗。通过采用更先进科学的维护设备和技术，减少用能设备损耗，

降低用能设备的维护成本，从而有效地减少企业的能源消耗支出。

首先应有一个优质的坩埚。优质的坩埚要求耐高温，耐冲刷、耐侵蚀，结构致密，有理想的烧结层，

使用寿命长。

为得到优质的坩埚，必须根据冶炼不同的金属材料选择合适的坩埚炉料，严格按打结工艺打结，烧结成

型。坩埚寿命的延长，不仅使打结坩埚材料、能耗减少了，也为提供连续冶炼提供了设备保证。坩埚的安全

性提高，出现穿炉次数就减少。

感应炉炉衬普遍采用整体打结而成，在选择炉衬的厚度上，我们从炉衬受金属液在电磁力的搅拌引起强烈冲

刷和加料时剧烈碰撞与振动蚀损考虑得多，因此希望炉衬比设计要求稍厚一些，这样才能有更好的强度，以

延长使用寿命。但从炉子的电气特性考虑，炉衬要在薄厚均匀条件下尽可能薄些，才能有更高的电效率和输

入更大的功率。在保证不超时变压器最大输出电流的条件下，炉衬厚从设计厚度减薄不超过15mm，一直可

使用额定电压运行，将不会超出变压器最大电流的规定值。

在此范围内，随着炉衬减薄，感应器功率增大，熔化速度加快，能耗随之减少。例如西安某厂1.5T炉子优选

95mm的炉衬厚度，既兼顾到感应炉电气特性又保持原有炉衬寿命，节能显著，说明在这方面还有潜力可挖

。改进筑炉工艺，确保打结质量，严格按工艺规程烘炉，提高炉龄，从而提高熔设备的利用率，对节能降耗

有明显效果。

在感应线圈内衬的耐热层与隔热层，选择有一定厚度、绝热性好的材料，可起到更好的耐热、隔热作用，有利

于减少热传导损失，从而提高感应器的热效率，实现热量的节约。

如酸性炉衬，由于矿产品本身性能的差异，筑炉和烘烤的控制不同，使用条件不同，其使用寿命相差甚大。

由此可见，一台中频感应电炉所用的材料、所耗的电能一般情况下，炉衬寿命长的每炉次所摊的筑炉电耗就

少。筑炉工艺、烘炉烧结工艺的选择应确保在炉衬烧结后获得合理的三层结构，即烧结层、半烧结层和缓冲

层，初始厚度大致各占1／3。制定正确的工艺应当注意以下几点:

1）选择优质炉衬材料(杂质少、水分低、颗粒粒度大小及其比例合适)。

2）选择合适的保温层厚度，可以有效地控制烧结层厚度，调节炉衬的热损失。

3）尽可能选用硼酐作粘结剂，可以缩短烘烤时间。采用硼酐作粘结剂的优点是减少烘炉时硼酸内结晶水的

析出。缩短烘炉时间，避免大量水分对感应器绝缘及炉衬耐火度的影响。

4）根据选用的材料、炉子容量及牯结剂类型确定烘烤速度以及保温温度和保温时间。这些因素既影响炉衬

质量，也影响能耗。其次应注意设备维护，检修。保持中频装置、感应炉、冷却水系统运行正常。减少故

障率，减少中途停炉次数,节约能耗，保障生产顺利进行。通过合理安排生产、合理配料炉，冶炼作业，以

及合理控制出钢液温度，都可以缩短熔炼时间。以每炉次平均冶炼时间80～90min计，每缩短1min的冶炼

时间，就可节约1％左右的电能。炉衬的质量和冶炼设备完好是安全生产、提高生产效率和节能降耗的基础

，必须科学管理，采取综合措施并切实加以落实，提高生产效率，提高熔化速度，减少熔炼时间，从而达到

节约电能的目的。

需指出的是，当采用单一感应炉熔炼时，由于炉料中不含焦炭、石灰石，同时加料后炉料不再受外界冲击，

因此，粉尘很少。可以配备简易抽风除尘系统，排放标准可达10mg/m3以下；炉渣处理无需像冲天炉那样

需要炉渣粒化处理，只要经常倒掉当班的炉渣就行，有利于环境保护，同时也减少了操作管理及日常的维护

保养工作量，因此环保设备的投入大大减少。

结束语

感应炉节能的基础是输配电项目建设环节推广使用低损耗变压器，选择节能型中频电源对铸造用感应炉的节

电影响较大。感应炉在生产中节约电能几种途径和方法有：延长连续冶炼时间；合理组织生产，科学管理炉

料；做好炉前熔炼操作；保证炉村质量，保持设备完好等。

感应电炉节能是一个系统工程，同样也是一项细致而艰辛的工作，不是单靠一两个节能措施就能完成的，要把

技术节能和管理节能相结合，从设备、原料、工艺和管理等全面综合掌控，才能取得显著的节能效果。

我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

1.一般过热

加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的

强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混

料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使

晶粒细化。

2.断口遗传

有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断

口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面，

而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出，受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。

3.粗大组织的遗传

有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些

，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或

多次高温回火处理。

二、过烧现象 　

加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢

过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

三、脱碳和氧化 　　

钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度

称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的

现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的

钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护

气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）

四、氢脆现象 　

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、

时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

当然，实际工作中有人利用此现象来为人服务（如合金的粉碎处理等）。