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
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不(bu)知不(bu)覺(jue)中，2018年(nian)已剩下六個來(lai)月了，新年(nian)許下的(de)心愿(yuan)，現在完成一半了嗎？生活苦不(bu)苦，大家都清楚，活著難(nan)不(bu)難(nan)，都說(shuo)難(nan)。酸甜苦辣五味俱全，追隨我們每(mei)天每(mei)月和每(mei)年(nian)！
趁(chen)自(zi)己還不(bu)老(lao)，千萬不(bu)要過老(lao)年人(ren)(ren)的生(sheng)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)！我們都是普通人(ren)(ren)，沒有(you)錢沒有(you)勢(shi)，只(zhi)有(you)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)才能改變(bian)命運！窮(qiong)人(ren)(ren)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)對了(le)， 是富人(ren)(ren)，如果折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)錯了(le)，大不(bu)了(le)做(zuo)回(hui)窮(qiong)人(ren)(ren)，與其老(lao)老(lao)實(shi)實(shi)混日子，不(bu)如大膽折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)變(bian)日子！
過去(qu)提高試(shi)驗平臺鑄鐵鐵液(ye)的冶金質(zhi)量時，一般只關(guan)注鐵液(ye)的出爐的溫度和化學成分的控(kong)制(zhi)，大(da)多沒(mei)有把鑄鐵鐵液(ye)的氣體含量作(zuo)為控(kong)制(zhi)指標，究其(qi)原因，其(qi)一，是對氣體含量對鑄鐵質(zhi)量的影響認(ren)識不足，其(qi)二是氣體含量的分析比較困難。
我們在試驗平臺灰鑄鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產實踐(jian)中(zhong)，常常會遇(yu)到這(zhe)種(zhong)情況，同樣的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產工(gong)藝，同樣的(de)(de)(de)(de)(de)化學成(cheng)分，生(sheng)產出(chu)來的(de)(de)(de)(de)(de)灰鑄鐵(tie)(tie)，其(qi)機械性(xing)能(neng)(neng)相(xiang)差很多(duo)，關于這(zhe)種(zhong)現(xian)象，至(zhi)今也沒有做出(chu)明晰的(de)(de)(de)(de)(de)解(jie)釋，但可(ke)以認(ren)為(wei)，這(zhe)是(shi)(shi)凝固過程(cheng)中(zhong)，由于石墨成(cheng)長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)大小形狀及分布，和基(ji)本組織的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同而(er)引(yin)起(qi)了這(zhe)種(zhong)差異，值得關心(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，工(gong)藝相(xiang)同，成(cheng)分相(xiang)近，而(er)引(yin)起(qi)這(zhe)些(xie)石墨和基(ji)體(ti)(ti)出(chu)現(xian)差異的(de)(de)(de)(de)(de)原因又是(shi)(shi)什么？現(xian)在多(duo)數的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究者(zhe)(zhe)認(ren)為(wei)或者(zhe)(zhe)懷疑，它是(shi)(shi)鑄鐵(tie)(tie)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氣體(ti)(ti)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)，或者(zhe)(zhe)是(shi)(shi)微量元(yuan)素引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)，以及還(huan)可(ke)能(neng)(neng)有其(qi)他的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)明原因。
由此，對氣體在鑄(zhu)鐵中(zhong)的(de)(de)(de)行為引起(qi)了(le)大(da)家的(de)(de)(de)注意，并進(jin)行了(le)研(yan)究，尤其是(shi)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)，高強度(du)(du)高碳當量試(shi)驗(yan)平臺的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)，都(dou)需(xu)要有所(suo)生(sheng)產(chan)(chan)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)高度(du)(du)穩定性和一致性，所(suo)以對需(xu)要對影響鑄(zhu)件(jian)強度(du)(du)的(de)(de)(de)氣體含量加以控制。
試驗(yan)平(ping)臺鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的氣(qi)體主(zhu)要有氧、氮、氫它們在(zai)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中都(dou)有一定的溶解度，現在(zai)研究表明，這些氣(qi)體對鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的組織和性(xing)能都(dou)有巨大的影響(xiang)，它們以下(xia)列(lie)三種狀態(tai)存在(zai)于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，1.溶于液態(tai)或固(gu)態(tai)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，2.與鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的其他元素(su)形成(cheng)化合物，3.凝(ning)固(gu)時呈氣(qi)相(xiang)析出，可能使鑄(zhu)(zhu)件產生氣(qi)孔缺陷。
氧
人們(men)提(ti)出了(le)很(hen)多鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中含(han)(han)(han)(han)(han)氧(yang)量的(de)(de)(de)分(fen)析資料，萬(wan)谷提(ti)出，Fe-C系為(wei)(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系為(wei)(wei)14-19ppm，佐藤測得為(wei)(wei)27-49ppm，Turkdogam提(ti)出30-40ppm，由于熔(rong)化(hua)(hua)方法的(de)(de)(de)不同，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)內的(de)(de)(de)含(han)(han)(han)(han)(han)氧(yang)量會有很(hen)大的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)，很(hen)多的(de)(de)(de)測定資料數據(ju)表明(ming)，試驗平(ping)臺沖天爐(lu)熔(rong)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中含(han)(han)(han)(han)(han)氧(yang)量30-60ppm，而感(gan)應電(dian)爐(lu)熔(rong)化(hua)(hua)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)，僅10-20ppm，這是由熔(rong)化(hua)(hua)機理(li)不同引起的(de)(de)(de)，而球鐵(tie)加(jia)鎂處理(li)后(hou)的(de)(de)(de)氧(yang)含(han)(han)(han)(han)(han)量 低(di)，只有5-10ppm。說(shuo)明(ming)鎂有強烈的(de)(de)(de)脫氧(yang)效(xiao)果。氧(yang)對鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)各(ge)種性能， 別(bie)是對石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)形狀有很(hen)大影響，它又為(wei)(wei)大家所熟知，本間(jian)和郝石(shi)(shi)堅提(ti)出了(le)下(xia)圖所示關(guan)(guan)系：說(shuo)明(ming)了(le)亞共(gong)晶(jing)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)含(han)(han)(han)(han)(han)氧(yang)量與抗拉強度的(de)(de)(de)關(guan)(guan)系，當含(han)(han)(han)(han)(han)氧(yang)量從3-5ppm增加(jia)到200ppm時，鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)組(zu)織按如下(xia)順序(xu)逐漸變化(hua)(hua)。含(han)(han)(han)(han)(han)3-5溶解氧(yang)時為(wei)(wei)白口(kou)組(zu)織—無石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)---反(fan)白口(kou)組(zu)織---點狀石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)-----E型(xing)共(gong)晶(jing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)---B型(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)----A型(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)（20-40ppm溶解氧(yang)）----B型(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)----E型(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)----反(fan)白口(kou)組(zu)織----白口(kou)組(zu)織（100-200ppm）
可(ke)見含氧量過(guo)高(gao)或過(guo)低都(dou)將導致白口組織(zhi)和反白口組織(zhi)，以生(sheng)成A型石(shi)墨（20-40ppm）為，當含氧量增加或減少時，都(dou)會(hui)石(shi)墨形態惡化。
從這里我們可以知(zhi)道，沖(chong)天(tian)(tian)爐(lu)除了底焦過(guo)(guo)低，風量(liang)過(guo)(guo)大，而(er)硅錳氧(yang)化(hua)嚴重，爐(lu)渣黑色(se)，鐵水發白(bai)(bai)，而(er)表明鑄(zhu)鐵鐵液嚴重氧(yang)化(hua)，流動性差，鑄(zhu)件產生白(bai)(bai)口以外，在正常熔化(hua)情況下，其(qi)含氧(yang)量(liang)都在30-60ppm范圍內，因(yin)此(ci)，適(shi)合A型石墨(mo)的析(xi)出，而(er)感應(ying)電爐(lu)在鐵水含氧(yang)量(liang)只有10-20ppm之間，因(yin)此(ci)，常常出現D型過(guo)(guo)冷石墨(mo)的原(yuan)因(yin)。而(er)由(you)此(ci)得(de)出，沖(chong)天(tian)(tian)爐(lu)的冶金質量(liang)好的結論。
很多人認為，試驗平臺沖天爐是熔(rong)煉設備，而(er)中頻電爐只是熔(rong)化設備，認為沖天爐內有很多的(de)冶金反(fan)應，而(er)感應電爐沒有。而(er)實際(ji)上，在感應爐內存在下列(lie)的(de)兩個化學反(fan)應，正(zheng)是它影響著鑄鐵內含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低溫時(shi)硅(gui)(gui)(gui)和錳(meng)等(deng)優先氧(yang)化生(sheng)成(cheng)二(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)(gui)，氧(yang)化錳(meng)，和氧(yang)化鐵(tie)(tie)等(deng)氧(yang)化物，而(er)高溫時(shi)二(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)(gui)等(deng)氧(yang)化物被碳(tan)還原，兩(liang)個(ge)反應的(de)交叉點，即平(ping)衡(heng)點的(de)溫度(du)(du)(du)， 是(shi)平(ping)衡(heng)溫度(du)(du)(du)。它依鑄鐵(tie)(tie)液中的(de)碳(tan)硅(gui)(gui)(gui)濃度(du)(du)(du)可(ke)以(yi)計(ji)算出來。一(yi)般(ban)我們可(ke)以(yi)根據爐內鐵(tie)(tie)液的(de)表面狀態來判斷，當鐵(tie)(tie)液溫度(du)(du)(du)低于(yu)平(ping)衡(heng)溫度(du)(du)(du)時(shi)，鐵(tie)(tie)液表面總是(shi)覆蓋著一(yi)層爐渣，當溫度(du)(du)(du)超過平(ping)衡(heng)溫度(du)(du)(du)時(shi)，這些渣膜(mo)慢慢消失并(bing)有火花冒出，這是(shi)一(yi)氧(yang)化碳(tan)燃燒產生(sheng)的(de)火焰，溫度(du)(du)(du)越(yue)(yue)高，時(shi)間越(yue)(yue)長，碳(tan)燒損越(yue)(yue)厲害。二(er)氧(yang)化硅(gui)(gui)(gui)等(deng)晶核損失越(yue)(yue)多，這也(ye) 是(shi)感應爐鐵(tie)(tie)水如果孕(yun)育(yu)不好，出現(xian)收縮(suo)缺陷(xian)大，激冷傾(qing)向大的(de)原因(yin)。
在美國(guo)有星期(qi)一鐵水(shui)一說(shuo)， 是保溫(wen)感(gan)應電(dian)爐內的鐵水(shui)，經過(guo)休(xiu)息日的保溫(wen)到周一生產時很(hen)難以孕育(yu)稱為(wei)“死鐵水(shui)”。
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。
氧對石(shi)墨的(de)(de)影響是雙方面的(de)(de) ，溶(rong)解(jie)氧多，激(ji)(ji)冷(leng)傾向(xiang)大，白口shendu層或(huo)寬度大，而氧化(hua)物成為(wei)二(er)氧化(hua)硅后，它可(ke)作為(wei)異質晶核而cujin石(shi)墨化(hua)，激(ji)(ji)冷(leng)傾向(xiang)，和(he)收縮傾向(xiang) 減少(shao)，其原因(yin) 是溶(rong)解(jie)氧和(he)化(hua)合氧的(de)(de)變(bian)化(hua)，知道了這些(xie)，現(xian)在(zai) 可(ke)以采取(qu)下(xia)面的(de)(de)措施。
1. 要(yao)快(kuai)速熔(rong)化(hua)，在(zai)高(gao)溫下(xia)不要(yao)過(guo)(guo)(guo)多(duo)停留，溫度(du)不能過(guo)(guo)(guo)高(gao)，灰鑄鐵(tie)石(shi)墨(mo)核(he)心是什么？鈴(ling)木和(he)中(zhong)(zhong)江都(dou)認為，在(zai)感(gan)應(ying)電爐中(zhong)(zhong)，錳(meng)和(he)硫不能成為核(he)心，因為在(zai)他們的(de)(de)實(shi)驗中(zhong)(zhong)，白(bai)(bai)口是隨著硫量的(de)(de)升(sheng)高(gao)而(er)增(zeng)加(jia)的(de)(de)，只有加(jia)入了增(zeng)碳劑(ji)或(huo)(huo)孕育(yu)劑(ji)，白(bai)(bai)口才急劇(ju)下(xia)降，沖(chong)天爐熔(rong)化(hua)速度(du)快(kuai)，鐵(tie)液又穿過(guo)(guo)(guo)焦炭(tan)層下(xia)落，自然會(hui)有大量的(de)(de)未(wei)溶石(shi)墨(mo)。而(er)感(gan)應(ying)爐 算(suan)加(jia)了生鐵(tie)錠，加(jia)了增(zeng)碳劑(ji)，只要(yao)爐料慢(man)慢(man)熔(rong)化(hua)，其未(wei)溶石(shi)墨(mo)也會(hui)消(xiao)失(shi)，亦即石(shi)墨(mo)結(jie)晶核(he)心消(xiao)失(shi)了，白(bai)(bai)口都(dou)很大，而(er)在(zai)快(kuai)速熔(rong)化(hua)下(xia)，或(huo)(huo)在(zai)熔(rong)化(hua)后期(qi)加(jia)點增(zeng)碳劑(ji)，或(huo)(huo)碳化(hua)硅(gui)預處理劑(ji)，石(shi)墨(mo)形態才會(hui)好，快(kuai)速熔(rong)化(hua)，保溫時間不長即出爐， 保證含氧量合適(shi)，波動范圍小。
2. 在爐(lu)料(liao)中(zhong)加(jia)入30以下的鐵(tie)屑，有助于含氧量的增加(jia)。
3. 在確(que)認鑄鐵(tie)(tie)中(zhong)的氧(yang)含量(liang)過低(di)的情況下， 應適當地增加氧(yang),含量(liang)方便的辦法是(shi)，利用氧(yang)硫(liu)(liu)孕育劑，BCIRA與埃肯合作 成的Superseed 屬于(yu)這種孕育劑，可用于(yu)灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)或球鐵(tie)(tie)氧(yang)，硫(liu)(liu)過低(di)（氧(yang)低(di)于(yu)0.001，硫(liu)(liu)小于(yu)0.006）時可用。
4. 采用廢鋼+增(zeng)(zeng)碳劑工(gong)藝(yi)，增(zeng)(zeng)加成核(he)能力。
5. 采(cai)用(yong)預處理劑，用(yong)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)代(dai)替硅(gui)(gui)鐵，由于(yu)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)fenjie慢等于(yu)changxiao孕(yun)育(yu)劑，另有資料顯示(shi)，冶(ye)金碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)含有5左右(you)的(de)二氧化(hua)(hua)硅(gui)(gui)微粒，可(ke)彌補感應電爐高溫(wen)及保持下的(de)晶核損失，可(ke) gaishan石(shi)(shi)墨(mo)形態，使灰鑄鐵A型石(shi)(shi)墨(mo)增(zeng)(zeng)多(duo)，減少過冷(leng)和(he)激冷(leng)傾向，對球(qiu)鐵能增(zeng)(zeng)加(jia)石(shi)(shi)墨(mo)球(qiu)數(shu)增(zeng)(zeng)加(jia)球(qiu)化(hua)(hua)率。加(jia)強爐前三(san)角試片檢驗(yan)，根據白口寬(kuan)度來(lai)調整孕(yun)育(yu)劑加(jia)入量。
