4.1　感應爐熔煉

圖4-1是感應爐爐體基本結構簡圖。這種熔爐使用耐火材料搗制的坩堝盛裝爐料和鐵水。坩堝外圍裝有由異形銅管或矩形銅管制成的螺旋形線圈。當交流電通過感應線圈，由于交變磁場的作用，裝入坩堝的爐料內產生很大的感應電流，使爐料加熱、熔化并使鐵水過熱。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，爐子分為酸性爐、堿性爐和中性爐。按爐子結構，有無芯感應爐和有芯感應爐。

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

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，感應爐可以用來熔煉高合金鐵水，如高鉻鑄鐵、高鎳奧氏體球墨鑄鐵原鐵水等。鐵水比較純凈，過熱溫度能達到1700℃以上，元素的熔損少于沖天爐，對環境污染較輕，勞動條件相對較好，而且可使用大量廢鋼作為爐料，因此感應爐適用于熔煉各種球墨鑄鐵原鐵水。但是感應爐生產的原鐵水與沖天爐鐵水相比，石墨晶核和石墨球數較少，鐵水的共晶過冷度較大，產生白口傾向較強。溫度和碳當量相同時，鐵水流動性比沖天爐鐵水稍差。

4.1.1　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。熔煉熔點更高的鐵水時，坩堝還要承受更高溫度。如高鎳奧氏體球鐵的原鐵水，熔煉溫度需達到1700℃。坩堝材料應能在高溫下保持足夠的化學穩定性、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1700℃、鐵水熔煉溫度最高可達1600℃，適用于熔化一般球墨鑄鐵爐料。熔化溫度更高時，還可采用鋯英砂或鋁鎂尖晶石。鋯英砂的主要成分是ZrO2，其中含有少量SiO2。ω（ZrO2+SiO2）≥95%的鋯英砂熔點2500℃，最高工作溫度1650℃。鎂鋁尖晶石是中性耐火材料。采用燒結或電熔方法把含有Al2O3和MgO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ω（Al2O3）=71.8%、ω（MgO）=28.2%。熔點為2135℃，用以制成的坩堝耐火度能達到1900℃。

熔煉偏堿性球墨鑄鐵（如無磁性奧氏體錳鎳球墨鑄鐵）需采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（MgCO3）經過1300～1400℃高溫燒結能得到的一種以MgO為主要成分的塊狀物，經過破碎、篩選后制成燒結鎂砂。一般燒結鎂砂含MgO95%～97%。MgO熔點2800℃，優質燒結鎂砂在電弧爐內再經高溫熔化而制成含MgO更高、雜質含量更少，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過搗筑、燒結后制成。粒狀耐火材料的粒度需有合適配比。使各種粒度的顆粒互相嵌合，使坩堝具有良好的緊實度和高溫強度。

表4-1列出兩組坩堝耐火材料的粒度配比實例。經過多年實際應用，效果很好，可供參考。

注：篩號按ASTME11-170（77）。

坩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（H3BO3），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。爐底或爐壁過厚會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熱溫度。過薄則縮短坩堝壽命。

大型感應爐多使用電動或氣動筑爐機搗筑坩堝。機械筑爐效率遠高于手工筑爐，勞動條件好，而且坩堝質量比較可靠，使用壽命較長。

搗筑結束后進行爐襯燒結。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。

燒結開始階段，應以低功率向空爐送電，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℃以下，砂料及硼酸中的水分逐漸蒸發。石英砂在870℃發生α石英向α鱗石英的同素異構轉變，石英砂粒會出現很大的體積變化，因此在此區間緩慢升溫十分必要。900℃升溫到1200℃是燒結的主要階段，在此階段可向爐內加入一些爐料，利用爐料吸收的熱量使坩堝升溫。直到1300℃時，坩堝已經形成表面燒結層，此階段可適當提高升溫速度。在1300～1500℃區間燒結層隨燒結時間加長而增厚。

新坩堝燒結后應連續進行首次熔煉。首次熔煉需將鐵水緩慢加熱到1500℃，保溫數小時后即可結束燒結。此時燒結硬化層應達到爐壁厚度25%以上。半燒結層應超過50%。

表4-2列出熔煉普通球墨鑄鐵的石英砂坩堝加熱燒結時間，可供參考。

當前有些鑄造廠使用專業工廠預制好的坩堝。更換坩堝時，先把預制坩堝放置在已搗筑的爐底層上，再搗筑周圍保護層。采用預制坩堝顯著縮短更換時間，而且預制坩堝質量較好，使用壽命長。比較適用于大型感應爐。

4.1.2　爐料

（1）生鐵　表4-3列出我國球墨鑄鐵專用生鐵化學成分（GB/T1412—2005）。目前國內鑄造廠制造球墨鑄鐵多使用這種生鐵，也有少數工廠使用L04、L08、L10煉鋼生鐵。所列球墨鑄鐵專用生鐵所規定硅的質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鐵水含硅量超過標準。標準規定生鐵含碳量大于3.40%，便于使鐵水碳當量達到共晶成分或過共晶成分。錳促進共晶碳化物和晶間碳化物生成，標準中規定錳處于較低水平。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。一般球墨鑄鐵件的含磷量不應超過0.07%。塑韌性要求較高的鑄件通常規定ω（P）<0.06%。因此需使用表4-3中所列2級或1級生鐵。

Q10生鐵含硫量很低，1類不超過0.020%。這種生鐵含錳量也很低，可用于生產鐵素體球墨鑄鐵。珠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。表4-4列出我國一些鋼鐵廠所產生鐵的干擾元素含量。

（2）廢鋼　廢鋼用于降低原鐵水含碳量或用于生產合成鑄鐵。選用廢鋼主要應注意它的來源、化學成分和清潔程度。鋼結構件邊角余料和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0.35%。但要注意有些軋制件為合金鋼，例如鋼軌的含錳量遠超過普通結構鋼，不宜用于生產鐵素體球墨鑄鐵。廢鋼必須經過化驗才能使用。再如使用40Cr鋼鑄件作為回爐料，該鋼的含鉻量為1.05%，加入20%就會帶入鐵水0.21%鉻。而普通球墨鑄鐵允許含鉻量為0.15%。使用鉻鋼作為部分回爐料時，鑄件可能因晶間碳化物含量超過標準而報廢。使用高錳鋼回爐料也會發生類似問題。爐料中混入2%高錳鋼就能使鐵水含錳量超過標準，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成分問題。

（3）鐵合金　鐵合金種類繁多。應該實行分類保管。保管中注意勿使其受潮或沾染泥沙、油污。使用前均需根據產品出廠成分化驗單配料。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。

4.1.3　加料與熔化

中頻感應爐修爐結束后即可把爐料分批加入。工頻爐冷爐起熔時，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。分批加料時應先加入熔點較低的爐料，盡快熔化出鐵水，這樣可以縮短熔煉時間，減少熔化電耗。

鐵合金可在爐料熔化2/3～3/4時或隨最后一批爐料加入。熔點高、燒損率大的鐵合金應盡早加入。熔點低、燒損率小的合金可后加入。加入鐵合金時盡量避免與爐渣接觸，減少鐵合金損失。

所有爐料均需經過清理。黏砂、潮濕、銹蝕、涂過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，一次加入量不要超過爐子容量的10%。切屑必須清潔、無油污、無銹蝕，確知其來源和成分。

熔化中應避免爐料在坩堝內交叉支撐，防止“搭橋”。搭橋是感應爐熔化作業中的危險狀況。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的少量鐵水，使底部鐵水過度加熱，急劇侵蝕坩堝下部的爐襯，可能造成漏爐事故。發現紅熱狀態爐料交叉支撐阻礙爐料下落時，必須及時將其分離。

爐料化清后應及時除渣，然后開始提高鐵水溫度，測定和調整鐵水成分、進行爐前檢測。扒渣應在1400～1500℃以前進行，因為超過1450℃，部分熔渣變稀，較難扒除。

鐵水化學成分合格并達到預期過熱溫度后，應盡快扒渣出爐。鐵水在鐵水包中靜置數分鐘后即可開始澆注。

4.1.4　感應爐坩堝損傷與維修

熔煉過程中，坩堝不斷遭受爐料撞擊、鐵水沖刷、爐渣和鐵水中元素與爐襯間的化學反應以及熱應力作用后、將會受到侵蝕和損傷。侵蝕和損傷可能發生在不同部位，如圖4-2所示。

圖4-2（a）顯示加料時爐料對爐口多次撞擊造成的損傷。這種損傷常出現在分批加料的坩堝上。與其他類型損傷相比，這種損傷對坩堝壽命影響相對較小。圖4-2（b）顯示爐內鐵水強烈攪動對爐壁劇烈沖刷產生的侵蝕。爐料在坩堝內搭橋（棚料），造成坩堝下部鐵水過熱，并在爐內較長時間停留時發生的損傷如圖4-2（c）所示。這種損傷容易造成漏爐事故，操作者需要注意及時處理搭橋爐料。圖4-2（d）顯示鐵水表面爐渣對坩堝的侵蝕。如果鐵水表面擾動劇烈，這類侵蝕加重。圖4-2（e）和（f）類損傷形成的原因相同，只是圖4-2（e）類液面波動劇烈。圖4-2（g）是由于感應器線圈與爐底的相對高度不合適或爐料搭橋造成坩堝下部鐵水過熱所致，也是一種比較危險的損傷。

長期使用感應熔爐的經驗告訴我們，化學侵蝕、坩堝內壁結瘤、坩堝開裂是直接影響坩堝壽命的三個原因。下面以酸性爐襯（石英砂坩堝）為例說明。

酸性坩堝的化學侵蝕實質上是坩堝材料（二氧化硅顆粒）在高溫下熔入爐渣的過程。構成爐渣的主要成分是鐵水氧化產生的氧化物或銹蝕爐料帶入的氧化鐵（FeO）、三氧化二鋁（Al2O3，富含于膨潤土中，隨回爐料中未清除干凈的型砂帶入）以及鐵水氧化形成或爐料中含有的熔渣帶入的二氧化硅組成。組成物達到一定比例時，爐渣熔點下降。例如當渣中含有40%SiO2、10%Al2O3、50%FeO時，渣的熔點只有1083℃。而新形成的渣中SiO2含量不足，在渣與爐襯表面接觸時，爐襯中的SiO2最易熔入渣中，加快爐襯損耗。當渣中含有MnO、CaO等堿性化合物時，SiO2熔入渣中的速度加快，導致坩堝更快損耗。鐵水含碳量較高時，能減少SiO2向爐渣轉移。有助于延長坩堝壽命。

爐子使用一段時間后坩堝內表面可能出現局部凸出，該部分壁厚增加。爐膛內徑隨之縮小，這種現象稱為結瘤。結瘤現象來源于石英砂、鐵水和（或）其中Al2O3、MnO等化合物的反應。形成的復合化合物熔點高于鐵水過熱溫度，便沉積在坩堝內壁，形成結瘤。為了避免產生結瘤，應盡量減少爐渣中Al2O3含量。Al2O3主要來自回爐料中未清除干凈的膨潤土或含鋁的鑄鐵回爐料。另外需要避免低溫鐵水在爐中停留時間過久，因為鐵水溫度較低時，結瘤的生成顯著加快。

冷態下難以鏟除結瘤。可以采用“洗爐”方法去除結瘤[2]。方法是在爐內裝入生鐵，當鐵水溫度達到1200℃時加入適量冰晶石，冰晶石加入量以熔化后能在鐵水表面形成薄層熔渣為準。鐵水繼續升溫到1500℃時，進行保溫20min至1h，保溫期間應使爐體前后傾動。由于鐵水在坩堝內不斷上下循環流動，冰晶石形成的稀溶液不斷沖刷爐壁上的結瘤，使結瘤中的氧化物，硅酸鹽等物溶入渣中，結瘤將會減小，最終消失。

冰晶石對酸性爐襯有較強烈的侵蝕性，在高溫下侵蝕速度很快。因此在浸洗爐襯過程中，操作者要仔細觀察爐壁結瘤的變化情況。一旦發現結瘤消除，必須盡快降低輸入爐內的電功率，并在液面加入除渣劑，迅速扒除熔渣。

鐵水出爐后，爐襯溫度會發生驟然變化。導致坩堝內產生熱應力。這種熱應力是造成爐壁開裂的重要原因。爐壁開裂是嚴重的坩堝損傷。

爐壁裂紋有兩種基本形式。沿爐壁圓周的環狀裂紋或沿爐壁高度的軸向裂紋。環狀裂紋通常是不連續的。這種裂紋隨熔煉次數增多而不斷擴展。比較容易造成事故，因為鐵水可能向裂紋縫隙中滲透，當裂紋穿透坩堝壁時，將會發生漏爐事故。而軸向裂紋通常發生在停爐后坩堝冷卻過程中，在熱應力作用下，因爐襯材料發生較大的不均勻收縮而產生。這種裂紋可能在再次加熱時因耐火材料熱膨脹而閉合。經過合理修補的軸向裂紋不致迅速擴展。

為了避免裂紋的產生，要注意坩堝搗實的緊實度。內部孔隙過大的坩堝容易出現開裂。烘爐和燒結過程中，一定要嚴格遵守加熱規范，避免過快升溫。達到燒結溫度并保持一定時間后要及時開始熔化作業。新爐襯初次熔化應使鐵水盡可能達到最高過熱溫度、并連續熔化多爐，使爐襯充分燒結。

日常熔化時，應避免坩堝驟冷驟熱以及爐內儲存鐵水成分頻繁變化。澆注完畢而不再連續熔化時要及時蓋好爐蓋，并適當加入一部分下次開爐所需爐料。

每次熔煉后，操作者都要對爐襯侵蝕程度、有無開裂和裂紋是否擴大、有無結瘤和結瘤程度進行檢查。發現坩堝內部出現以下情況，要及時修補。

①爐子冷卻后，坩堝上部出現深度超過爐壁厚度1/3；下部出現深度超過爐壁厚度1/4的軸向開裂。

②坩堝內部出現斷續的環狀裂隙，多處裂隙的總長度不超過坩堝內壁展開長度1/5。

③爐壁侵蝕深度超過新爐襯壁厚1/4；爐底及其與周邊爐壁連接處的侵蝕深度超過爐底厚度1/4。

修補前需將損傷部位清理干凈，不能存在爐渣、殘鐵。然后在酸性爐襯修補處的表面涂刷硼酸水溶液，再將混拌好的修爐材料（與新爐所用材料相同）填入被侵蝕部分（或裂隙中），并用木槌將填入的材料搗實。然后及時裝入爐料，通電升溫（升溫不宜過快）至1500℃左右，使修補處的耐火材料燒結。如果修補面積不大的話，經過適當高溫保溫后，即可繼續進行熔化作業。為了防止發生漏爐事故，超過上述損傷程度的爐襯，需要更換爐襯。將坩堝拆除，按前述方法，重新搗筑新爐襯。

4.1.5　熔煉中常存元素含量的變化

常存元素在熔化過程中受到氧化或與其他元素化合，形成的化合物進入熔渣或形成氣態化合物逸出鐵水。這是造成元素減失的主要原因之一。

（1）碳、硅質量分數的變化　在鐵水熔化溫度下，鐵及其中的碳和硅都要受到氧化。分別生成FeO、CO、SiO2。鐵水中過飽和氧與鐵反應生成的FeO以及爐料帶入的FeO參加SiO2和CO之間的轉換。這種反應處于平衡狀態時，SiO2和CO轉換反應可寫為：

（4-1）

根據熱力學可以計算出這個反應的平衡溫度，或者在一定溫度下反應達到平衡時的碳、硅含量。圖4-3為根據計算參數繪成的線圖[1]。由右側成分軸上的ω（C）成分點和左側成分軸上的ω（Si）成分點連接線與中間坐標線相交，交點顯示反應轉換的理論溫度（左側坐標值）與實際測定的轉換溫度（右側坐標值）。

實驗表明：在低溫階段的硅氧反應到達某一臨界溫度后即停止下來，超過此溫度后繼續加熱，則溶解氧與碳開始碳氧反應CO）此臨界溫度與鐵水中碳和硅的含量有關。根據熱力學計算，此值在1350～1450℃之間。例如，ω（C）=3.0%，ω（Si）=2.0%時，此反應的平衡溫度為1425℃，此溫度是氧存在狀態的溫度界限。低于此溫度硅以SiO2狀態存在，碳仍存在于鐵水中。高于此溫度SiO2被還原，碳被氧化生成CO逸出鐵水。這表明超過平衡溫度時，鐵水中碳質量分數減少，硅質量分數增加。

經過實際測定，此反應轉換溫度總是超過計算溫度約50℃。這是因為氧由SiO2中轉入CO要經過還原過程，而CO氣泡需要經過形核和生長過程，此過程在高于平衡溫度下才能完成。因此對于球墨鑄鐵原鐵水來說，此溫度界限通常定為1450℃。

了解和掌握兩種反應的轉換規律和轉換溫度，對于球墨鑄鐵原鐵水的熔煉是重要的。因為這種轉換對于原鐵水的含氧量有影響，而且也可據此預測鐵水的碳、硅含量變化，合理判斷鐵水的預期成分，正確掌握鐵水過熱溫度和澆注溫度，在合適的溫度進行除渣作業。這些對于球墨鑄鐵的爐前處理以及鑄件的最終質量都有重要影響。

圖4-4顯示酸性感應爐鐵水在1350～1630℃保溫過程中碳和硅質量分數變化的實測數據。1350℃保溫時、碳和硅含量幾乎都沒有發生變化。1450℃時碳含量下降、硅量略有上升，表明硅開始還原，碳被氧化為CO。進一步提高保溫溫度時，含碳量顯著下降，說明此時鐵水中的碳已經大量氧化而隨CO逸出鐵水，SiO2也大量還原（包括石英砂爐襯和外來的SiO2粒子），導致鐵水含硅量急劇上升。此圖可以反映上述由熱力學計算得出的結果[2]。

表4-5顯示另一組實驗數據，也顯示出溫度對ω（Si）=1.8%～2.2%鐵水中碳和硅質量分數變化的影響。

（2）錳質量分數的變化　氧與錳的親和力弱于氧與硅的親和力。錳在鐵水中的損失主要來源于錳和氧、錳和硫的化合。錳與耐火材料及鐵水氧化提供的酸性化合物相結合形成穩定化合物并轉入爐渣，使錳遭到損失。在酸性爐襯中熔化時，爐料中錳的總損耗量為3%～8%。

加入鐵水的錳鐵中錳的損耗約為10%。堿性爐中錳的總損耗高于酸性爐，約為15%。

磷質量分數在鐵水熔煉過程中沒有明顯變化。

（3）硫質量分數的變化　球墨鑄鐵原鐵水含硫量是鐵水質量的一項指標。感應爐熔煉過程中硫的變化并不顯著，硫主要消耗于球化處理時與鎂、鈰、錳的化合，所形成的化合物進入熔渣。加鎂處理后，硫將降低到0.02%以下。如果原鐵水含硫過高，可能與硅酸鎂結合，在鑄件中形成夾渣缺陷。而且在球化處理（加鎂和稀土）后，容易發生回硫現象，使球化處理效果變得不穩定。但是硫的質量分數不能過小，因為硫化物是球狀石墨形核基質中的主要組成物。

4.1.6　鐵水中加入的合金料

為了改善球墨鑄鐵性能，球墨鑄鐵中還需含有一些合金元素。這些元素以純金屬錠或鐵合金方式加入爐中。

表4-6列出幾種純金屬的密度和熔點。有一些元素熔點較低，沸點高，直接加入鐵水就能熔化，不會過度氧化，無需制成合金。表4-6中所列鎳錠、銅錠都是如此。

表4-7列出常用鐵合金品種、合金元素質量分數范圍、熔點。硅、錳和鉻雖然都已制成鐵合金，但在配料需要時，也可直接把它們加入鐵水。

難熔鐵合金可在初次裝料時加入爐中。一般鐵合金則在爐料熔化達3/4左右時加入。精細調整成分所需的鐵合金應在扒除爐渣后加入。

鐵合金一般應破碎至50～80mm塊度，并篩除細粒。加入前需要預熱。潮濕的鐵合金不可加入鐵水，以避免鐵水飛濺傷及操作者。

常用鐵合金的燒損率列于表4-8。鎳、銅錠不易氧化，其回收率接近100%。但有時會被卷入爐渣，出現少量損耗。

4.1.7　鐵水爐前檢驗

（1）快速金相檢驗　爐前處理完畢后，從鐵水包中取鐵水澆注φ25mm試棒。待試棒冷卻凝固后淬入水中。拋光后在顯微鏡下觀察磨面（100×）。如試樣淬水冷卻球徑太小難以辨別，可放大到200×觀察磨面。此項檢驗只用于爐前檢驗石墨球化情況，不用于評定整個鑄件質量。

（2）三角試片檢驗　三角試片如圖4-5所示。試片在干坭芯鑄型中澆出。待表面呈暗紅色淬入水中。冷卻后觀察斷口，測量白口寬度。球化良好的試樣表面均有縮沉，斷口細密，呈銀白色，中心有縮松，尖端白口清晰。敲擊發出金屬聲。此試驗可探查球化情況，基體中碳化物存在情況。特別是用于檢測孕育處理質量，效果最明顯。圖4-5顯示處理前（左圖）及鍶硅鐵處理后（右圖）試片斷面。試片白口寬度沒有統一規定，應按所澆注鑄件厚度和現場積累的經驗判斷。

（3）光電直讀光譜儀分析鑄件化學成分　當前爐前快速分析多采用光電直讀光譜儀。這種儀器智能化程度高，只要選擇和調整好光道數量、分析元素含量范圍、分析線和內標線，就可以同時準確快速測定多種元素含量，包括微量元素含量。

光電直讀光譜儀分析過程比較簡單，只需在爐前澆注φ20mm試棒，把斷面磨光、拋光后，放在儀器上即可進行分析。分析時間很短，非常適用于球墨鑄鐵爐前快速分析。

4.1.8　感應爐熔煉電耗

感應熔煉電能消耗量較大。在熔化工作中設法節約電能是鑄造廠一項重要工作。感應爐設計和使用上都有很大節能空間，下列幾方面值得鑄造工作者注意。

（1）供電　與熔爐配套的供電變壓器應盡量選用較高的輸出電壓，以便降低輸出電流，減少整個供電系統的銅損。例如向工頻感應爐供電的變壓器輸出電壓由380V提高到650V，供電系統的銅損可降低30%。

（2）冷卻水　要對感應器冷卻水進行處理，避免結垢，結垢降低感應器散熱能力，減少循環水流通面積。感應器銅管可能因結垢而過熱，甚至造成事故，增加電能損耗。

（3）爐襯　爐襯與感應爐的電能消耗關系很密切。操作者應按照規定厚度搗筑坩堝底部和爐壁。較厚的爐底和爐壁會降低電功率輸入，影響爐料和鐵水的加熱速度，使整個熔煉時間延長，電能損耗加大，熔爐生產率降低。表4-9列出感應爐容量與坩堝合理壁厚。

注：d為坩堝平均內徑。

（4）生產組織　為了減少熔化電耗，應該盡最大可能組織熔爐連續作業。連續開爐與間斷開爐相比，電能節約可達10%以上，是節能方面的重要措施。

鐵水的溫度管理也是節能的有效措施。在爐料熔化和鐵水升溫階段要輸入較大功率，使鐵水溫度盡快達到出爐溫度。縮短澆注時間對節能也十分有利。接近出爐溫度時測定鐵水溫度，達到出爐溫度時要及時出爐。鐵水在1300℃加熱到1500℃，鐵水每升高100℃，每噸鐵水的電耗增加35～45kW·h。因此，在出爐前的高溫階段要力爭提高升溫速度。

延長爐襯壽命有顯著的節能效果。因此，要選用優質耐火材料、按合理工藝仔細進行搗筑和燒結爐襯。合理裝料和熔化，都能延長爐襯壽命。經驗告訴我們，這些方面的付出，都能在延長爐襯壽命方面得到經濟補償。

表4-10列出無芯中頻感應爐合理能耗指標。

4.1.9　感應爐熔制合成球墨鑄鐵

以廢鋼+增碳劑+鐵合金作為主要爐料在感應爐或電弧爐中熔制的鑄鐵常被稱為“合成鑄鐵”。世界上許多國家，鋼鐵工業及機械制造業產生的大量邊角余料以及汽車、船舶等報廢后拆解下來的鋼料數量很大，這些廢鋼為生產合成球墨鑄鐵提供了有利條件。工業發達國家已有相當多的鑄造廠采用這種方法熔煉球墨鑄鐵原鐵水。

表4-11所列數據比較了沖天爐鐵水（以生鐵為基本爐料）和合成鑄鐵鐵水（以廢鋼為基本爐料）制成的鎂球墨鑄鐵力學性能。

由表中所列數據作比較，成分近似的合成鑄鐵水制取的球墨鑄鐵拉伸強度、伸長率、硬度都稍高于沖天爐鐵水制取的球墨鑄鐵。

合成鑄鐵必須使用增碳劑提高含碳量，使鐵水中碳的質量分數達到球墨鑄鐵要求。常用的增碳劑有石墨型及焦炭型兩種類型，其化學成分見表4-12。

為了增強合成鑄鐵原鐵水的石墨化能力，最好選用石墨增碳劑。這類增碳劑含碳量高，具有多孔隙結構，碳在鐵水中容易被吸收；含氮量及含硫量均較低。更重要的是石墨增碳劑具有與鑄鐵中石墨晶體相同的六方晶格結構，因此能有效地增加鐵水中石墨晶核數量，促進合成鑄鐵石墨化，增碳速度和碳的吸收率均優于焦炭型增碳劑。最佳的石墨增碳劑是經過高溫提純處理的石墨。電弧爐使用的石墨電極在成型時為了改善強度加入一定數量的黏結物質，影響增碳劑純度和增碳效果。

增碳劑的粒度對于碳的吸收率和增碳速度都有影響。使用石墨增碳劑時，增碳劑粒度以1～4mm尺寸的粒子增碳效果最好。使用前要篩去破碎后存在的細粉和超過5mm的粗粒。根據試驗，細粉和粗粒都降低碳溶入鐵水的速度。

增碳劑應隨爐料分批加入爐中。在爐料加入量達到80%時，將所需的增碳劑添加完畢。含硅量較低的鐵水，碳的吸收率較高。因此鐵水增碳之前，不宜加鐵合金調節含硅量。

在3T中頻爐進行的試驗表明，經過增碳后，預期含碳量不超過4%時，經過篩選的石墨增碳劑中碳的正常回收率可達到90%～98%，加入增碳劑后應適當加大爐子輸入功率，盡快提高鐵水熔化速度，以避免增碳劑卷入爐渣，造成損耗。