高性能試驗平臺生產時關于鑄鐵氣體含量控制的要求
2018年07月12日
新聞詳情
不(bu)知不(bu)覺中，2018年已(yi)剩下六個來月了，新(xin)年許下的(de)心愿(yuan)，現在(zai)完成一半(ban)了嗎？生活苦不(bu)苦，大(da)家都(dou)清(qing)楚，活著(zhu)難不(bu)難，都(dou)說難。酸甜苦辣五味俱全，追隨我(wo)們每天每月和每年！
趁自己(ji)還不(bu)老(lao)，千萬不(bu)要過老(lao)年(nian)人(ren)的(de)生活，該(gai)拼 拼，該(gai)闖 闖，該(gai)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng) 大膽折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)！我們都是(shi)普通人(ren)，沒有錢沒有勢，只有折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)才能改變命運！窮(qiong)人(ren)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)對了(le)， 是(shi)富人(ren)，如(ru)果折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)錯(cuo)了(le)，大不(bu)了(le)做回窮(qiong)人(ren)，與其(qi)老(lao)老(lao)實實混日子，不(bu)如(ru)大膽折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)變日子！
過去(qu)提高試驗平(ping)臺(tai)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鐵(tie)液的冶金質量時，一般只關注鐵(tie)液的出爐(lu)的溫(wen)度和化學成分的控(kong)制，大多沒有把鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鐵(tie)液的氣體含量作為(wei)控(kong)制指標，究(jiu)其(qi)原(yuan)因，其(qi)一，是(shi)對氣體含量對鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)質量的影響認識(shi)不足(zu)，其(qi)二(er)是(shi)氣體含量的分析比較困(kun)難(nan)。
我們在試驗平(ping)臺(tai)灰(hui)鑄鐵(tie)的(de)(de)生產(chan)實踐中，常(chang)常(chang)會遇到這(zhe)種情(qing)況(kuang)，同(tong)(tong)樣的(de)(de)生產(chan)工藝，同(tong)(tong)樣的(de)(de)化學成分，生產(chan)出來的(de)(de)灰(hui)鑄鐵(tie)，其機械性能相差很多，關(guan)于這(zhe)種現(xian)象，至今也(ye)沒(mei)有做出明晰的(de)(de)解釋，但可以認為，這(zhe)是凝(ning)固過程中，由于石(shi)墨成長的(de)(de)大小形狀及分布(bu)，和基本組織的(de)(de)不同(tong)(tong)而(er)引起(qi)了這(zhe)種差異(yi)，值得關(guan)心的(de)(de)是，工藝相同(tong)(tong)，成分相近，而(er)引起(qi)這(zhe)些石(shi)墨和基體出現(xian)差異(yi)的(de)(de)原因又(you)是什么？現(xian)在多數的(de)(de)研(yan)究者(zhe)認為或(huo)者(zhe)懷(huai)疑，它是鑄鐵(tie)中的(de)(de)氣(qi)體引起(qi)的(de)(de)，或(huo)者(zhe)是微量元素(su)引起(qi)的(de)(de)，以及還可能有其他的(de)(de)不明原因。
由此，對氣體在鑄(zhu)鐵中(zhong)的行為(wei)引起了(le)(le)大家的注意，并進行了(le)(le)研究，尤其是鑄(zhu)件的生(sheng)產(chan)，高強(qiang)度高碳當(dang)量試驗平臺(tai)的生(sheng)產(chan)，都需要(yao)有所生(sheng)產(chan)鑄(zhu)件的高度穩定性和(he)一致性，所以對需要(yao)對影響鑄(zhu)件強(qiang)度的氣體含量加以控制。
試驗平臺(tai)鑄(zhu)(zhu)鐵中的(de)(de)(de)氣體(ti)主要有氧、氮、氫它們(men)在(zai)(zai)鑄(zhu)(zhu)鐵中都有一定的(de)(de)(de)溶解度，現(xian)在(zai)(zai)研究(jiu)表明，這些氣體(ti)對鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)(de)(de)組織和性能(neng)都有巨大的(de)(de)(de)影響(xiang)，它們(men)以下列三種狀(zhuang)態(tai)存在(zai)(zai)于鑄(zhu)(zhu)鐵中，1.溶于液(ye)態(tai)或固態(tai)鑄(zhu)(zhu)鐵中，2.與鑄(zhu)(zhu)鐵中的(de)(de)(de)其他元素形(xing)成化合物，3.凝(ning)固時呈氣相析出(chu)，可能(neng)使鑄(zhu)(zhu)件產生(sheng)氣孔缺陷。
氧
人們(men)提(ti)出了(le)很(hen)(hen)(hen)多(duo)鑄鐵(tie)中含(han)氧(yang)(yang)(yang)量的(de)分析資料，萬谷提(ti)出，Fe-C系(xi)為22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為14-19ppm，佐藤測得(de)為27-49ppm，Turkdogam提(ti)出30-40ppm，由于(yu)熔化方法的(de)不(bu)同，鑄鐵(tie)內的(de)含(han)氧(yang)(yang)(yang)量會有(you)很(hen)(hen)(hen)大(da)的(de)變化，很(hen)(hen)(hen)多(duo)的(de)測定(ding)資料數據(ju)表明，試驗平臺沖天爐熔化的(de)鑄鐵(tie)中含(han)氧(yang)(yang)(yang)量30-60ppm，而感應電爐熔化鑄鐵(tie)，僅10-20ppm，這是由熔化機理不(bu)同引起(qi)的(de)，而球鐵(tie)加鎂處理后的(de)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量 低(di)，只有(you)5-10ppm。說明鎂有(you)強烈的(de)脫(tuo)氧(yang)(yang)(yang)效(xiao)果。氧(yang)(yang)(yang)對鑄鐵(tie)的(de)各(ge)種性(xing)能(neng)， 別(bie)是對石(shi)墨(mo)(mo)形(xing)狀有(you)很(hen)(hen)(hen)大(da)影響，它又為大(da)家(jia)所熟知，本間和郝石(shi)堅提(ti)出了(le)下(xia)圖所示(shi)關系(xi)：說明了(le)亞(ya)共(gong)晶鑄鐵(tie)含(han)氧(yang)(yang)(yang)量與抗拉(la)強度的(de)關系(xi)，當含(han)氧(yang)(yang)(yang)量從3-5ppm增加到200ppm時(shi)，鑄鐵(tie)的(de)組織按(an)如下(xia)順序逐漸(jian)變化。含(han)3-5溶(rong)解氧(yang)(yang)(yang)時(shi)為白口組織—無石(shi)墨(mo)(mo)---反(fan)白口組織---點狀石(shi)墨(mo)(mo)-----E型共(gong)晶石(shi)墨(mo)(mo)---B型石(shi)墨(mo)(mo)----A型石(shi)墨(mo)(mo)（20-40ppm溶(rong)解氧(yang)(yang)(yang)）----B型石(shi)墨(mo)(mo)----E型石(shi)墨(mo)(mo)----反(fan)白口組織----白口組織（100-200ppm）
可見含氧(yang)(yang)量(liang)過高或過低(di)都將(jiang)導致白口組(zu)織(zhi)(zhi)和反白口組(zu)織(zhi)(zhi)，以生(sheng)成A型石(shi)墨(mo)（20-40ppm）為，當含氧(yang)(yang)量(liang)增(zeng)加(jia)或減少時，都會石(shi)墨(mo)形(xing)態(tai)惡(e)化。
從(cong)這里(li)我們可以知道，沖天爐除了底焦過低，風量(liang)(liang)過大，而(er)硅錳氧(yang)(yang)化(hua)嚴(yan)(yan)重(zhong)，爐渣黑色，鐵水(shui)發白，而(er)表(biao)明鑄(zhu)鐵鐵液嚴(yan)(yan)重(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)，流動(dong)性差，鑄(zhu)件產生白口以外，在(zai)正常熔化(hua)情況下(xia)，其含氧(yang)(yang)量(liang)(liang)都在(zai)30-60ppm范圍(wei)內，因(yin)(yin)此，適合A型石墨的析(xi)出(chu)，而(er)感應電爐在(zai)鐵水(shui)含氧(yang)(yang)量(liang)(liang)只(zhi)有10-20ppm之間，因(yin)(yin)此，常常出(chu)現D型過冷石墨的原因(yin)(yin)。而(er)由此得出(chu)，沖天爐的冶金(jin)質量(liang)(liang)好(hao)的結論。
很多(duo)人認(ren)為(wei)，試(shi)驗平臺沖(chong)天爐是(shi)熔煉設(she)備(bei)，而中頻電爐只(zhi)是(shi)熔化設(she)備(bei)，認(ren)為(wei)沖(chong)天爐內(nei)有很多(duo)的冶金反應，而感應電爐沒(mei)有。而實(shi)際(ji)上，在(zai)感應爐內(nei)存(cun)在(zai)下列(lie)的兩(liang)個化學反應，正是(shi)它影響著(zhu)鑄鐵內(nei)含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)硅(gui)(gui)和(he)錳等(deng)(deng)(deng)優先氧(yang)化生(sheng)成二氧(yang)化硅(gui)(gui)，氧(yang)化錳，和(he)氧(yang)化鐵等(deng)(deng)(deng)氧(yang)化物(wu)(wu)，而高溫(wen)(wen)時(shi)(shi)二氧(yang)化硅(gui)(gui)等(deng)(deng)(deng)氧(yang)化物(wu)(wu)被碳還(huan)原，兩個反應(ying)的交叉點(dian)(dian)，即平衡(heng)點(dian)(dian)的溫(wen)(wen)度(du)， 是(shi)平衡(heng)溫(wen)(wen)度(du)。它依鑄鐵液(ye)中(zhong)的碳硅(gui)(gui)濃度(du)可(ke)以計算(suan)出(chu)(chu)來(lai)。一般我們可(ke)以根(gen)據爐內鐵液(ye)的表面狀態來(lai)判(pan)斷，當鐵液(ye)溫(wen)(wen)度(du)低(di)于平衡(heng)溫(wen)(wen)度(du)時(shi)(shi)，鐵液(ye)表面總是(shi)覆蓋著一層爐渣(zha)，當溫(wen)(wen)度(du)超過平衡(heng)溫(wen)(wen)度(du)時(shi)(shi)，這些(xie)渣(zha)膜慢慢消失(shi)并有(you)火花冒出(chu)(chu)，這是(shi)一氧(yang)化碳燃燒(shao)產生(sheng)的火焰，溫(wen)(wen)度(du)越高，時(shi)(shi)間(jian)越長(chang)，碳燒(shao)損(sun)越厲害。二氧(yang)化硅(gui)(gui)等(deng)(deng)(deng)晶核損(sun)失(shi)越多，這也 是(shi)感(gan)應(ying)爐鐵水(shui)如果孕(yun)育(yu)不好，出(chu)(chu)現收縮(suo)缺陷(xian)大(da)(da)，激(ji)冷傾向大(da)(da)的原因。
在美(mei)國有星期一(yi)鐵(tie)水一(yi)說， 是保(bao)溫感(gan)應電爐內的鐵(tie)水，經過休息日的保(bao)溫到周一(yi)生產時很難以孕育稱為(wei)“死(si)鐵(tie)水”。
因此可以發現，感應爐與沖天爐兩種熔煉方法對氧含量的影響不同，試驗平臺（鑄鐵平臺）沖天爐從爐料開始熔化以液滴形式從上向下通過1700攝氏度左右的氧化帶高溫層然后通過1500攝氏度左右的還原帶，整個熔化時間只有十來分鐘，很快可去澆注，而感應爐屬于間隙式生產，鐵液在爐內熔化時間需40-60分鐘，而由于造型與熔化不配套，或電爐容量大，一爐鐵水在爐內保留時間長，而含溶氧量高，SiO2氧化低，當爐前不加控制 會出現金相組織的變化，而機械性能的波動。
氧(yang)對石(shi)墨(mo)的(de)(de)影響是雙方面(mian)的(de)(de) ，溶(rong)解氧(yang)多(duo)，激冷(leng)傾(qing)(qing)向大，白口shendu層或寬(kuan)度大，而氧(yang)化物成(cheng)為(wei)二氧(yang)化硅后，它可作為(wei)異質晶核(he)而cujin石(shi)墨(mo)化，激冷(leng)傾(qing)(qing)向，和收縮傾(qing)(qing)向 減少，其(qi)原因 是溶(rong)解氧(yang)和化合氧(yang)的(de)(de)變化，知道了(le)這些，現在 可以采取下面(mian)的(de)(de)措施。
1. 要快(kuai)(kuai)速熔(rong)化(hua)(hua)，在高(gao)溫下不(bu)要過(guo)多(duo)停留(liu)，溫度(du)(du)不(bu)能(neng)過(guo)高(gao)，灰鑄鐵石(shi)墨(mo)核(he)(he)心(xin)(xin)是(shi)什么？鈴(ling)木和中(zhong)江都認為(wei)，在感(gan)應(ying)電爐(lu)中(zhong)，錳和硫不(bu)能(neng)成為(wei)核(he)(he)心(xin)(xin)，因為(wei)在他們的(de)實(shi)驗中(zhong)，白(bai)(bai)口(kou)(kou)(kou)是(shi)隨著硫量的(de)升高(gao)而(er)(er)增(zeng)(zeng)加的(de)，只(zhi)有(you)加入了增(zeng)(zeng)碳劑(ji)或(huo)孕(yun)育劑(ji)，白(bai)(bai)口(kou)(kou)(kou)才急劇下降，沖天爐(lu)熔(rong)化(hua)(hua)速度(du)(du)快(kuai)(kuai)，鐵液又穿過(guo)焦炭層下落，自然會(hui)有(you)大量的(de)未溶石(shi)墨(mo)。而(er)(er)感(gan)應(ying)爐(lu) 算加了生(sheng)鐵錠(ding)，加了增(zeng)(zeng)碳劑(ji)，只(zhi)要爐(lu)料(liao)慢慢熔(rong)化(hua)(hua)，其未溶石(shi)墨(mo)也會(hui)消失(shi)，亦即(ji)石(shi)墨(mo)結晶核(he)(he)心(xin)(xin)消失(shi)了，白(bai)(bai)口(kou)(kou)(kou)都很(hen)大，而(er)(er)在快(kuai)(kuai)速熔(rong)化(hua)(hua)下，或(huo)在熔(rong)化(hua)(hua)后期加點增(zeng)(zeng)碳劑(ji)，或(huo)碳化(hua)(hua)硅預處理劑(ji)，石(shi)墨(mo)形態才會(hui)好(hao)，快(kuai)(kuai)速熔(rong)化(hua)(hua)，保(bao)溫時間不(bu)長即(ji)出爐(lu)， 保(bao)證(zheng)含氧量合適，波動范圍小。
2. 在(zai)爐料中加入30以(yi)下的鐵屑，有助(zhu)于含氧(yang)量(liang)的增(zeng)加。
3. 在確認(ren)鑄鐵(tie)中的氧含(han)量過低(di)(di)的情況下， 應(ying)適當地增(zeng)加氧,含(han)量方便的辦(ban)法是，利(li)用(yong)(yong)氧硫(liu)孕育劑，BCIRA與埃肯合作 成的Superseed 屬于(yu)這種孕育劑，可(ke)用(yong)(yong)于(yu)灰鑄鐵(tie)或球鐵(tie)氧，硫(liu)過低(di)(di)（氧低(di)(di)于(yu)0.001，硫(liu)小于(yu)0.006）時可(ke)用(yong)(yong)。
4. 采用廢鋼+增碳劑工藝，增加成核能力(li)。
5. 采用(yong)預處理(li)劑(ji)(ji)，用(yong)碳化硅代替(ti)硅鐵，由(you)于碳化硅fenjie慢等(deng)于changxiao孕育劑(ji)(ji)，另有(you)資料顯示(shi)，冶金(jin)碳化硅含有(you)5左右的二(er)氧化硅微粒，可(ke)(ke)彌補感應電(dian)爐(lu)高溫(wen)及(ji)保(bao)持下的晶核損失，可(ke)(ke) gaishan石(shi)(shi)墨(mo)形(xing)態，使灰鑄鐵A型(xing)石(shi)(shi)墨(mo)增多，減少過冷和激冷傾向，對球(qiu)鐵能增加石(shi)(shi)墨(mo)球(qiu)數增加球(qiu)化率。加強爐(lu)前三角(jiao)試片檢驗，根據白口寬度來(lai)調(diao)整孕育劑(ji)(ji)加入量。
