昨天辽宁兴城的李总向我询问了灰铁 250 加废钢的铸造事宜，今天，我将针对这个问题进行系统的答复。

灰铁废钢的加入量需依据各生产厂对废钢纯净度的要求以及对成本的考量来确定。因为生铁成本价一直处于高位。如今很多企业基本上都不使用生铁了，在铸造过程中全部采用废钢并添加一部分回炉料。并且大部分企业会将废钢的加入量控制在 40%左右。

废钢原料用于进灰铁的铸造生产时，增碳在工艺里是极为重要的。因此，挑选与废钢类型相契合的增碳剂就特别重要。如今市场上的增碳剂质量高低不一。优质的增碳剂能够达到稳定增碳以及促进吸收的作用。然而，增碳的比例需依据废钢的成份来确定。

增碳剂在灰铁铸造中需要注意的事项

增碳剂的成分需以氮含量的多少来区分。就感应炉加入 50 - 60%以上废钢并熔炼合成铸铁而言，废钢加入量越大，铁水氮含量就越大。因为合成铸铁铁液中钛、铅、锑等有害元素低，所以应使用低氮的增碳剂。若增碳剂氮含量较高，就容易使铸件出现氮气孔。通常来讲，低端增碳剂含氮都较高。

铁水中钛的含量很低，所以无法通过 Ti 消耗大量的氮。这样一来，铸件容易因氮含量过高而出现氮气孔、裂隙状氮气孔或相关缺陷。这种现象曾在我以前工作过的单位出现过，许多专家在他们发表的文章中也提及过增碳剂质量不好给他们带来的重大损失，并且特别强调在合成铸铁熔炼中，关键在于使用质量好、氮含量低的煅烧石油焦。很多铸造朋友认为，增碳剂硫量较高的话，不会对普通灰铁（孕育铸铁）的质量产生影响。然而，实际上增碳剂硫量高的同时，其中的氮也会很高，从而会带来质量问题。

国际上增碳剂标牌注明只有高氮、中氮、低氮这三种类别。增碳剂的氮含量是极为重要的指标。目前在国内，对于铸造使用的增碳剂还没有制定相关标准。普通煤以及未煅烧的石油焦铁水消耗和废钢加入量，其氮含量很高，通常会超过 500 - （0.05 - 0.40%）。高温煅烧后的石油焦，其氮含量通常是小于的。然而，供应商在生产增碳剂时，由于煅烧温度等控制措施有所不同，导致氮含量也存在差异。尤其在氮含量的检测方面，很多工厂并不具备相关能力，这使得工厂在验收时比较盲目，仅仅通过观察碳的石墨化成度，以及用增碳剂颗粒在白纸上书写，感受手感是否舒适、笔画是否清晰等来进行判断。最好的石油焦增碳剂，其氮含量是小于的。

当然各种增碳剂在国内仍在逐渐适应。尤其是高氮增碳剂，因为牵涉到铸件成本，所以也在被大量使用。像石墨化不好的石油焦、精煤等这些低端产品，它们针对哪些铸铁熔炼在使用呢？是用于高含钛铸铁吗？还是在铁水熔炼保温过程中用于排出气体呢？这些都需要今后逐步积累经验。石墨化不好的增碳剂加入铁水后，会出现以下情况：一是吸收率较低，仅能达到 40 - 60%；二是吸收速度较为缓慢；三是会使炉内产生较多的渣子。这些情况容易导致铁水氮含量超标，进而产生氮气孔。有时即便没有出现大量的气孔缺陷，其原因估计与铁水中的钛、锆等元素有关，因为这些元素与氮的亲和力较强，希望大家予以注意，并逐步总结经验。

增碳剂的加入方法如下：在做合成铸铁时，增碳剂的加入量较大。可在电炉熔炼加料的前期或中期加入，与废钢同时加入，同时配合加入碳化硅。在熔炼后期也有加入量的涉及，其作用是进行预处理，增加石墨核心。此时必须加入氮含量低的增碳剂，加入量最好不要超过 0.2%，以免石墨粗大。先补充增碳剂，理想的铁水温度大约在 1500 度。将增碳剂加在扒净渣子后的干净液面上。过几分钟后，当温度合适时就可以出炉。不用在意液面未吸收的残余增碳剂，因为在出炉铁水的冲击搅拌过程中，它也能起到孕育作用。

氮含量高的增碳剂在熔炼灰铁铁水时，很容易产生氮气孔缺陷。对于球铁铁水，也会出现氮气孔缺陷，其出现的几率比灰铁要低，推测是因为球化剂里面含有的稀土等除气元素起到了作用。

[]

03 年起，日本人要求对冲天炉熔炼的灰铁 300 铁水不定期检测氮含量。当时检测出的氮含量通常在 100 - 。很多中国铸造人当时并不清楚日本人为何要检测氮，他们对此很盲目。

06 年初，日本工厂新建的工厂开始进行试生产。在试生产过程中，新建工厂使用感应电炉进行熔炼，而老厂则依然使用冲天炉进行熔炼。在新厂的整个试生产期间，电炉使用的生铁以及废钢等原材料与老厂所使用的完全相同，并且成分控制也基本一致。然而，新厂生产出的灰铁 300 的力学性能却低于老厂冲天炉生产出的灰铁 300 的性能。

追查原因，大家采取了孕育、增加硫含量等措施之后，电炉灰铁 300 的力学性能依然没有改善。最后只好降低碳含量，以提高其力学性能。从光谱仪分析结果来看，冲天炉的碳含量从 3.2 - 3.2%改为电炉的 2.9 - 3.0%，其余成分保持不变。

我在这个工厂一个月的时间里，将新厂和老厂光谱仪的化验结果进行了对比。通过对比发现，冲天炉的钛含量通常低于 0.025%，而电炉的钛含量在 0.04%至 0.06%之间。钛含量的不同是一种表面现象，其本质问题是钛含量较高，它与强化灰铁基体的氮结合在一起，从而影响了力学性能。从那之后，一直将灰铁钛当作控制的主要元素来对待，以便分析一些质量问题。

5.普什铸造的工作经历。

08 - 09 年，与天源二手物资商讨生产灰铁汽缸体铸件的事宜。美国人要求对铁水进行氮和其他微量元素的检测，比如钛、铅等。其中钛的要求是小于等于 0.025%，氮含量要求在 60 - 。这些要求与自己在熔炼灰铁过程中所积累的经验相符，也就是从冲天炉转变成电炉熔炼后遇到的问题。

灰铁熔炼从冲天炉转为电炉后，非合成铸铁配料且原材料相同，碳当量也一样，但电炉铁水的强度性能总是比冲天炉的低。仔细查找原因，在冶金原理方面存在差异，然而却没有可供学习和介绍的资料。不过从成分角度来看，可以查出微量元素含量有所不同，尤其是钛含量不同。冲天炉铁水的钛含量与美国人的要求相同，有时甚至更低，通常小于 0.025%。电炉铁水的钛含量一般在 0.04%至 0.05%以上。后来经过学习得知，钛能强烈地与氮结合，而氮可以强化基体，它是影响灰铁强度的因素之一。然而，对于冶金质量不同的情况，目前还没有可靠的解释。

现在，国内专家在铸造技术会议上多次提及，在灰铁当中，需将氮当作合金元素来对待。这使大家逐渐认识到，对于影响氮的合金元素，如钛，甚至锆，都要加以注意并进行控制。在铸铁领域，随着氮含量的上升，铸铁的强度也会随之增加，而当氮含量超过之前出现气孔的那个含量时，铸铁的强度会大幅提高。郝石坚在“现代铸铁学”一书中介绍，在铁水中，当 W（C ）为 3.12%，W(Si）为 1.35%，W（Mn)为 0.71%，W(S)为 0.09%，W(P)为 0.13%时，随着氮含量的增加，铸铁强度也逐步增加。

9.氮对灰铸铁抗拉强度的影响含量

氮含量

[]

PPM

0.008%

287

80

0.010%

305

100

0.014%

328

140

0.015%

361

150

该试验以加入氰化钠改变铁水氮含量，以0.3%硅钙孕育。

大量合成铸铁配料被用于电炉熔炼灰铁中，通过加入增碳剂配料来增加铁水碳含量，这导致铁水氮含量大幅增加。尤其是那些质量不佳的增碳剂，其氮含量极高。同时，还加入了很多废钢，使得铁水氮含量综合累积。再加上孕育以及树脂砂型芯等因素，最终导致铸件出现氮气孔问题，对铸件质量产生了影响。很多文章在介绍解决氮气孔缺陷时，会加入钛或锆的合金，从而成功克服了灰铁铸件的氮气孔。然而，从氮增加铸件强度的角度来看，目前大量铸造企业准确分析铁水氮含量存在困难，这导致最终难以将铁水氮控制在合理的含量，这也是存在问题的。

最近看见章舟老师的一本书，书中介绍了增碳剂的成分。书中谈到增碳剂含有氢，并且提到氧是有新意的。

氮含量过高会引起铸件产生气孔。当氮进一步增加时，会出现裂隙状氮气孔。在实际铸造中，熔炼过程难免会有其他气体溶入铁水，一旦有氢溶入，产生气孔缺陷的氮最高含量就会降低。通常要求氮含量不要超过一定数值。氮含量越高，灰铁的强度越高，直到最后因为气孔的出现，强度会突然降低。氢含量会产生气孔缺陷，并且它同时在起作用。然而，氢在铁水中的最高允许含量比氮含量低一个数量级。在灰铁中，主要引起气孔缺陷的是氮。

国外铸件采购客户在十多年前就提出要检测灰铁中的氮含量，如今这些客户对灰铁铁水中氮含量的检测要求变得更加频繁。牧野机床铸件采购的日本人现在要求这个铸造工厂每个月检测一次铁水氮含量。目前，很多灰铁铁水是通过感应电炉进行熔炼的，配料大多采用合成铸铁，会添加较多的废钢和高温煅烧的石油焦增碳剂，而较少使用生铁进行配料。这种熔炼工艺情况下，一般氮含量在80-90PPM左右。

然而，他们的灰铁力学性能并没有出现很大的问题。我曾用 60%的废钢、30%的回炉料以及 10%的生铁进行配料来合成铸铁，其中有灰铁 300。过去这种合成方式一直很稳定，钛的含量通常小于 0.025%。然而在一个常年使用硅 - 锆孕育剂的工厂里，连续 2 到 3 炉的铁水力学性能都不合格，其碳含量为 3.0，孕育前硅含量为 1.4，钛含量为 0.02。取消硅锆孕育剂，改用硅 - 钡 - 钙孕育剂后，力学性能突然从 270 提升。当时我们并不知晓原因，过了几天，在青岛的一个铸造会议上，遇到了张文和老师，他解释道：锆的固氮作用比钛更强。至此我们才恍然大悟。就目前来看，我们对这方面的认识还很浅薄，因为很多熔炼实际情况较为复杂，影响因素众多，会出现不同结果，所以需要继续学习和深入认识。（见照片新乡氮含量）

氮含量会对灰铁的力学性能产生影响，然而许多实际情况却难以进行解释。a.氧氮仪所分析出的结果是全氮含量，而对力学性能产生影响的是溶解氮，化合氮所产生的影响较小（王云昭老师要求对氮进行分析，与力可技术人员进行交流后得知是全氮含量，烟台 52 分所将试样送至天源二手物资处，使用美国力可氧氮仪进行分析，采用热导法，得到的是全氮含量）。d.根据个人经历，当钛的含量高于 0.05%时，肯定会明显影响灰铁的力学性能。锆也会对其产生严重影响。（以天源二手物资试验合成铸铁为例。）碳含量为 3.0%，硅含量为 1.4%，孕育之后变为 1.7%，钛含量小于 0.02%。这是南方一家知名铸造工厂，用 90%的废钢和 10%的回炉料进行试验合成铸铁，有详细报告给到我。该铸铁的钛含量非常低，力学性能只是勉强合格，估计使用了含锆的随流孕育剂。

最近观看了由庞凤荣老师组织翻译、王云昭老师审校的日本人所写的“反应论铸铁学”。在书中看到，专门有一个章节论述了铸铁中氮的行为。十几年前，日本人、美国人就已经注重铸铁中氮会引起性能的变化和产生影响，而我们国内现在也已经开始关注这一情况。今年五月的“铸造工业”技术会议上，王云昭老师提出，要将氮当作铸铁中的合金元素来对待。王云昭老师要求后，我在会议结束后前往烟台的铸造工厂，追查铸铁氮含量的分析情况，得知分析的氮为全氮含量。铸铁中的氮含量包含溶解氮和化合氮，对力学性能有影响的是溶解氮，化合氮包含与硅、钛、锆等形成的化合物。区分溶解氮和化合氮估计较为困难。

补充内容：

灰铁熔炼从冲天炉转变为感应电炉。简单来说，感应电炉熔炼时间较长，高温会使石墨结晶核心越来越少，容易形成白口，所以总体上冶金质量不如冲天炉。然而，具体详细的理论解释却很少。但在两种熔炼设备的微量元素含量不同方面，有不少理论说法。

感应电炉熔炼时，生铁等原材料中的各种元素烧损比冲天炉少很多。这意味着它保留了原材料，特别是生铁中的各种微量元素。其中危害元素有钛、铅、碲等。而冲天炉熔炼时，各种元素烧损较大，其中危害元素的烧损也较多。为减少生铁中有害元素对铁水的影响，铸造界现在多采用合成铸铁工艺和高纯生铁材料来熔炼铁水。

感应电炉熔炼铁水时，怎样让它的冶金特性接近冲天炉铁水呢？近些年来，铸造工作者提出了以下一些正在使用的方法：

感应电炉的功率密度配置较大，这样能保证熔炼时间得以缩短，也就是要实现快速熔炼。沧州工厂的 10 吨熔炼需要 3 至 4 小时。

严禁铁水在平衡温度以上保持高温的时间过长，这样能减少高温下石墨结晶核心的减少。（关于二氧化硅微晶的问题）。

在生产过程中，倘若需要将铁水分几次出炉，且铁水在炉内保存的时间过长，那么就会采取增加铁水石墨核心的各种处理措施，对铁水进行“预处理”。通常而言，在大件铸造车间里，当一炉铁水的温度和成分都合格后，要么立即出炉，要么一包铁水全部出完，要么分 2 至 3 包出完，然后马上浇注铸件。而在流水线铸造车间中，如果炉子的配置较大，就需要分几次出完铁水。并且每天要用 20 吨铁水进行浇注。10 吨的炉子分 4 次才出完。之后等待了 1 个多小时。这是南方工厂的一个例子，并且可以看到彩色金相照片。

预处理的操作有多种方法。可以留部分生铁，也可以使用回炉料（需进行除锈和除砂处理），还可以加入 0.05%-0.1%（若添加量过高会影响石墨粗大）的高质量增碳剂。这些操作都在熔炼后期进行，其目的是增加结晶核心。

铁水温度和成分合格后，在准备出炉之前，会加入含锆和含钡的预处理剂，也会加入少量细颗粒的冶金碳化硅作为预处理剂，然后再进行出炉操作铁水消耗和废钢加入量，这样做的目的是增加石墨核心。

灰铁汽缸体的缸盖铸造流水线车间，每次从大电炉出铁水后，会立即在炉内加入同牌号的回炉料，接着降低炉内温度至平衡温度以下。当下一包铁水准备出炉孕育时，再将炉温升温至规定温度出炉。这些同牌号的回炉料，一方面降低了炉内保温温度，另一方面也对铁水起到了预处理的作用。万仁芳老师介绍，天源二手物资就是按照这样的方式进行操作的。否则铸件要出问题。

g.介绍++工厂流水线浇注灰铁250汽缸体情况。金相照片。

废钢的分类及物理参数

废钢在废金属回收中被称作黑色金属废料。它包含废钢、废铁、渣钢、氧化废料等类别，还有碳素废钢、合金废钢、钢屑、铁屑、氧化屑、轻薄料、钢渣等十几个品种。按照不同的规格标准和质量要求进行合理规划并分清品种，这样既便于充分利用，也有利于生产。目前习惯上，废钢铁大体分为四大类十几个品种。

1、废钢类；2、废铁类；3、氧化废料；4、渣钢。

一、废钢铁的分类

1.碳素废钢

板材的厚度要在 2mm 及以上，线材的直径需在 4mm 及以上，单重达到 0.25 公斤及以上的各种碳素废钢。这类碳素废钢包含废次钢材、边角余料、钢制品、铸钢件、废旧机器零件以及钢制农具等。同时要注意，不得混入合金废钢。

2.合金废钢

规格要求和碳素废钢一样，包含各种合金钢材的边角料、机械零部件以及合金钢铸件等。对于合金钢，要按照各种不同的钢号进行分开，不能混杂有碳素废钢。

3.轻薄料

厚度小于 2mm 的薄板边角料，还有硅钢片、铁桶、包装铁皮以及汽车驾驶室等。直径小于 4mm 的废钢丝、铁丝、钢丝绳等。吨收得率低于 60%，转炉钢生产不接受回吃。一般像轻薄料、打包、压块之类的，专门供给电炉钢生产使用，但转炉钢生产要根据资源情况来决定。

4.钢屑

不得混杂铁屑，要保证无杂质、无氧化块、无有色金属。同时，要将长短屑分开，并且碳素钢屑与合金钢屑也要分开。

5.废灰口铁

废灰口铁铸件，包括机床床体、低压阀门、钢锭模、沙箱、暖气片等，不论大小块，均包含在内。

6.废白口铁

铁锅、犁铧钢磨等废白口铁铸件，大小块不分。

7.再生铁（俗称土铁）

高硫铁以及土高炉冶炼产出的条块状生铁，其中包含土钢锭和铁渣等，这些生铁不分大小块。

8.火烧铁

铸铁件经过长期火烧后，其表面会氧化变质，像炉具、炉条、熔炼罐等这类物品。

9.可锻造铁（玛钢）

各种管接头、扳手、汽车后桥以及机械上的可锻造铸件等。

10.生铁屑

不得混入钢屑、有色金属及其它杂质，未氧化结块。

11.氧化铁皮

轧钢厂在轧制钢材时脱落的铁鳞，含铁量在 60%以上，且无杂质、无结块、无有色金属；炼钢厂在清理钢锭摸时脱落的铁鳞，同样含铁量在 60%以上，也无杂质、无结块、无有色金属。

12.铁泥

炼钢厂氧气顶吹转炉吹出的炉尘，其含铁量在 55%左右；研磨厂研磨下来的铁泥，含铁量也在 55%左右。

13.钢渣

含钢量要求在60%以上，大小不分。

14.一级压块

密度大于1.5t/m3。

15.二级压块

密度大于1t/m3。

16.一级生铁屑压块

密度大于3t/m3。

17.二级生铁屑压块

密度大于2t/m3。

18.一级热压块

密度大于2t/m3、压块氧化过烧不超过5%。

19.二级热压块

密度大于1.5t/m3、压块氧化过烧不超过1%-15%。

20.轻料手捆

捆紧、装卸车不松、不散、捆的大小能方便入炉填滩料。

二、回炉废钢的验收标准

回炉碳素废钢涵盖普通碳素废钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢以及碳素弹簧钢等。本公司的废钢验收标准为首钢所制定的《企业标准》，也就是 SG/JS010-1996 所规定的：

1.统料废钢

厚度2mm以上，长度不限。

2.合格废钢

厚度2mm以上，长度700mm以下。

3.精料废钢

厚度4mm以上，长度300mm以下。

4.重型废钢

厚度大于等于 10mm，长度小于某个值，宽度小于 400mm。（外廓尺寸≦×500mm×400mm）。其形体呈块状，像钢轨、火车轮轴、大型齿轮、钢坯、切头、切尾、铸钢件、大型槽钢、工字钢等，这些都依据实际情况被判定为重型废钢，若型体外廓尺寸超过规定长度则判定为超长重型废钢。

5.轻薄料

2mm以下，直径4mm以下的乱丝等。

6.杂铁

指废锅铁，灰口铁、白口铁、铸铁管件等。

7.压块、炒钢等随转炉、电炉钢生产的需要确定标准。