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)(bu)知不(bu)(bu)覺(jue)中，2018年(nian)已剩下(xia)(xia)六個來月了，新年(nian)許下(xia)(xia)的心(xin)愿(yuan)，現(xian)在完成一半了嗎？生活(huo)苦(ku)不(bu)(bu)苦(ku)，大(da)家都清楚，活(huo)著(zhu)難(nan)不(bu)(bu)難(nan)，都說難(nan)。酸(suan)甜(tian)苦(ku)辣五(wu)味俱全，追隨我們每(mei)天每(mei)月和每(mei)年(nian)！
趁自己還不老(lao)，千萬不要過(guo)老(lao)年人(ren)的生活，該拼 拼，該闖 闖，該折騰(teng) 大(da)(da)膽折騰(teng)！我們(men)都(dou)是(shi)普通人(ren)，沒有錢(qian)沒有勢，只有折騰(teng)才能改變(bian)命運(yun)！窮人(ren)折騰(teng)對了， 是(shi)富(fu)人(ren)，如(ru)果折騰(teng)錯(cuo)了，大(da)(da)不了做回窮人(ren)，與其老(lao)老(lao)實實混日(ri)子，不如(ru)大(da)(da)膽折騰(teng)變(bian)日(ri)子！
過去(qu)提(ti)高試驗平臺鑄鐵鐵液(ye)的(de)冶金質(zhi)量時(shi)，一般(ban)只(zhi)關注(zhu)鐵液(ye)的(de)出爐的(de)溫度(du)和(he)化學成分(fen)的(de)控制(zhi)，大多沒有把鑄鐵鐵液(ye)的(de)氣體(ti)含量作為控制(zhi)指(zhi)標，究其原因，其一，是(shi)對(dui)氣體(ti)含量對(dui)鑄鐵質(zhi)量的(de)影響認識不足(zu)，其二是(shi)氣體(ti)含量的(de)分(fen)析(xi)比較困(kun)難。
我們(men)在試(shi)驗平臺(tai)灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)的(de)生產實踐中，常常會遇到這(zhe)(zhe)(zhe)種情況，同(tong)樣(yang)(yang)的(de)生產工藝，同(tong)樣(yang)(yang)的(de)化學成(cheng)分(fen)，生產出(chu)來(lai)的(de)灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)，其(qi)機械性能相差(cha)很多(duo)，關于這(zhe)(zhe)(zhe)種現象，至(zhi)今也沒(mei)有做出(chu)明晰(xi)的(de)解釋，但可以認為，這(zhe)(zhe)(zhe)是凝固過程中，由于石墨(mo)成(cheng)長的(de)大小形(xing)狀及分(fen)布(bu)，和基本組織的(de)不(bu)同(tong)而引起了(le)這(zhe)(zhe)(zhe)種差(cha)異，值得關心的(de)是，工藝相同(tong)，成(cheng)分(fen)相近(jin)，而引起這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)石墨(mo)和基體出(chu)現差(cha)異的(de)原因又是什么(me)？現在多(duo)數的(de)研(yan)究者認為或者懷疑，它(ta)是鑄鐵(tie)(tie)中的(de)氣體引起的(de)，或者是微量元(yuan)素引起的(de)，以及還可能有其(qi)他的(de)不(bu)明原因。
由此，對(dui)氣體在(zai)鑄鐵中的(de)(de)行(xing)為引起(qi)了大(da)家的(de)(de)注意，并進行(xing)了研究，尤其是鑄件的(de)(de)生產(chan)，高(gao)(gao)強度高(gao)(gao)碳當量(liang)試(shi)驗(yan)平臺的(de)(de)生產(chan)，都需要有所生產(chan)鑄件的(de)(de)高(gao)(gao)度穩定性和(he)一(yi)致(zhi)性，所以(yi)(yi)對(dui)需要對(dui)影響鑄件強度的(de)(de)氣體含(han)量(liang)加以(yi)(yi)控制。
試驗平臺鑄鐵(tie)中的(de)氣(qi)體(ti)主要有(you)氧、氮、氫(qing)它們在(zai)鑄鐵(tie)中都有(you)一定的(de)溶解度，現(xian)在(zai)研究(jiu)表明，這些氣(qi)體(ti)對鑄鐵(tie)的(de)組織和性能都有(you)巨大的(de)影(ying)響(xiang)，它們以下列三種(zhong)狀態(tai)存在(zai)于鑄鐵(tie)中，1.溶于液態(tai)或固態(tai)鑄鐵(tie)中，2.與鑄鐵(tie)中的(de)其他元素形(xing)成化合物，3.凝(ning)固時呈(cheng)氣(qi)相析出，可能使鑄件(jian)產(chan)生氣(qi)孔缺(que)陷。
氧
人(ren)們提(ti)出(chu)了(le)很(hen)(hen)多鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)含(han)氧量(liang)(liang)的(de)分析(xi)資(zi)料，萬谷提(ti)出(chu)，Fe-C系為(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系為(wei)14-19ppm，佐藤測得為(wei)27-49ppm，Turkdogam提(ti)出(chu)30-40ppm，由于(yu)熔(rong)化(hua)方法的(de)不同，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)內的(de)含(han)氧量(liang)(liang)會有(you)很(hen)(hen)大的(de)變化(hua)，很(hen)(hen)多的(de)測定資(zi)料數據表(biao)明，試驗平臺沖天爐熔(rong)化(hua)的(de)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)含(han)氧量(liang)(liang)30-60ppm，而感應電爐熔(rong)化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)，僅10-20ppm，這是(shi)由熔(rong)化(hua)機(ji)理不同引起的(de)，而球鐵(tie)(tie)(tie)加鎂處理后的(de)氧含(han)量(liang)(liang) 低(di)，只有(you)5-10ppm。說明鎂有(you)強烈的(de)脫氧效(xiao)果。氧對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的(de)各種性能， 別是(shi)對石墨形狀有(you)很(hen)(hen)大影響，它(ta)又為(wei)大家所(suo)熟知，本間和郝(hao)石堅提(ti)出(chu)了(le)下圖所(suo)示關系：說明了(le)亞(ya)共晶(jing)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)含(han)氧量(liang)(liang)與抗拉強度的(de)關系，當含(han)氧量(liang)(liang)從3-5ppm增加到200ppm時，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的(de)組(zu)織按(an)如下順序(xu)逐漸(jian)變化(hua)。含(han)3-5溶解氧時為(wei)白(bai)口(kou)(kou)組(zu)織—無石墨---反(fan)白(bai)口(kou)(kou)組(zu)織---點狀石墨-----E型(xing)共晶(jing)石墨---B型(xing)石墨----A型(xing)石墨（20-40ppm溶解氧）----B型(xing)石墨----E型(xing)石墨----反(fan)白(bai)口(kou)(kou)組(zu)織----白(bai)口(kou)(kou)組(zu)織（100-200ppm）
可見含(han)氧(yang)量(liang)過高或過低都(dou)將導致白(bai)口組(zu)織和反白(bai)口組(zu)織，以生(sheng)成A型(xing)石墨(mo)（20-40ppm）為，當(dang)含(han)氧(yang)量(liang)增加或減少時，都(dou)會石墨(mo)形態惡化。
從這(zhe)里我們可以知(zhi)道(dao)，沖天爐(lu)(lu)除(chu)了底焦過低，風量(liang)過大，而硅錳(meng)氧(yang)化嚴重，爐(lu)(lu)渣黑色，鐵(tie)水(shui)發白，而表明鑄鐵(tie)鐵(tie)液嚴重氧(yang)化，流動(dong)性差，鑄件產(chan)生白口以外，在正常(chang)(chang)熔化情況下，其含氧(yang)量(liang)都在30-60ppm范圍內，因(yin)此(ci)(ci)，適合A型石墨(mo)的(de)析出(chu)，而感(gan)應電(dian)爐(lu)(lu)在鐵(tie)水(shui)含氧(yang)量(liang)只有10-20ppm之間，因(yin)此(ci)(ci)，常(chang)(chang)常(chang)(chang)出(chu)現D型過冷石墨(mo)的(de)原因(yin)。而由此(ci)(ci)得出(chu)，沖天爐(lu)(lu)的(de)冶金質量(liang)好(hao)的(de)結論。
很(hen)多人認為(wei)，試驗平(ping)臺(tai)沖(chong)天爐是熔(rong)煉設備(bei)，而中頻(pin)電爐只是熔(rong)化(hua)(hua)設備(bei)，認為(wei)沖(chong)天爐內(nei)有(you)很(hen)多的冶金反(fan)應，而感應電爐沒有(you)。而實(shi)際上，在感應爐內(nei)存在下列的兩個化(hua)(hua)學反(fan)應，正是它(ta)影響著鑄鐵內(nei)含(han)氧量(liang)，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)時(shi)(shi)硅和(he)(he)錳等(deng)(deng)優先氧化生成(cheng)二氧化硅，氧化錳，和(he)(he)氧化鐵(tie)(tie)等(deng)(deng)氧化物(wu)，而(er)高(gao)溫(wen)時(shi)(shi)二氧化硅等(deng)(deng)氧化物(wu)被碳還(huan)原，兩(liang)個反應的(de)交叉點(dian)，即(ji)平衡點(dian)的(de)溫(wen)度(du)， 是(shi)平衡溫(wen)度(du)。它依(yi)鑄鐵(tie)(tie)液(ye)中(zhong)的(de)碳硅濃度(du)可(ke)以計算出來。一般我(wo)們(men)可(ke)以根據爐(lu)內鐵(tie)(tie)液(ye)的(de)表(biao)面狀態來判斷，當鐵(tie)(tie)液(ye)溫(wen)度(du)低(di)于平衡溫(wen)度(du)時(shi)(shi)，鐵(tie)(tie)液(ye)表(biao)面總是(shi)覆(fu)蓋著一層爐(lu)渣，當溫(wen)度(du)超過平衡溫(wen)度(du)時(shi)(shi)，這些(xie)渣膜慢慢消失并有火(huo)花(hua)冒(mao)出，這是(shi)一氧化碳燃燒(shao)產生的(de)火(huo)焰，溫(wen)度(du)越高(gao)，時(shi)(shi)間(jian)越長，碳燒(shao)損(sun)越厲害。二氧化硅等(deng)(deng)晶核損(sun)失越多，這也(ye) 是(shi)感(gan)應爐(lu)鐵(tie)(tie)水如果孕育不好(hao)，出現收縮缺陷大，激冷傾向大的(de)原因(yin)。
在美國有(you)星期一(yi)鐵(tie)水(shui)(shui)一(yi)說(shuo)， 是保(bao)溫感應電爐內(nei)的鐵(tie)水(shui)(shui)，經(jing)過休息日(ri)的保(bao)溫到周一(yi)生產時很難以(yi)孕育稱為(wei)“死鐵(tie)水(shui)(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(dui)石(shi)墨的影響是雙方面的 ，溶解氧多，激冷傾向(xiang)(xiang)大，白口(kou)shendu層或寬度大，而氧化物成(cheng)為二氧化硅后，它可作為異(yi)質(zhi)晶核而cujin石(shi)墨化，激冷傾向(xiang)(xiang)，和(he)收(shou)縮傾向(xiang)(xiang) 減少，其原因 是溶解氧和(he)化合氧的變化，知(zhi)道了這些，現在 可以采取下面的措施。
1. 要快(kuai)速(su)熔(rong)化(hua)，在(zai)(zai)高(gao)溫下(xia)不(bu)(bu)要過(guo)多停留，溫度(du)不(bu)(bu)能(neng)過(guo)高(gao)，灰鑄鐵石墨(mo)(mo)核心是(shi)什么(me)？鈴木和(he)中江(jiang)都認為(wei)，在(zai)(zai)感應(ying)電爐中，錳和(he)硫不(bu)(bu)能(neng)成為(wei)核心，因為(wei)在(zai)(zai)他們的實驗中，白口(kou)(kou)是(shi)隨(sui)著(zhu)硫量(liang)的升高(gao)而(er)增加的，只有加入了(le)增碳(tan)(tan)劑(ji)或(huo)孕育劑(ji)，白口(kou)(kou)才急劇下(xia)降(jiang)，沖天爐熔(rong)化(hua)速(su)度(du)快(kuai)，鐵液又穿過(guo)焦(jiao)炭層(ceng)下(xia)落，自然會(hui)有大(da)量(liang)的未溶石墨(mo)(mo)。而(er)感應(ying)爐 算加了(le)生鐵錠，加了(le)增碳(tan)(tan)劑(ji)，只要爐料慢(man)(man)慢(man)(man)熔(rong)化(hua)，其未溶石墨(mo)(mo)也會(hui)消(xiao)失，亦即石墨(mo)(mo)結晶核心消(xiao)失了(le)，白口(kou)(kou)都很大(da)，而(er)在(zai)(zai)快(kuai)速(su)熔(rong)化(hua)下(xia)，或(huo)在(zai)(zai)熔(rong)化(hua)后期加點增碳(tan)(tan)劑(ji)，或(huo)碳(tan)(tan)化(hua)硅(gui)預處理劑(ji)，石墨(mo)(mo)形態才會(hui)好，快(kuai)速(su)熔(rong)化(hua)，保溫時間不(bu)(bu)長即出(chu)爐， 保證(zheng)含氧量(liang)合適(shi)，波動(dong)范圍小。
2. 在(zai)爐料中加入30以下的鐵屑，有助于含氧量的增加。
3. 在確認鑄鐵中的(de)氧(yang)含量過(guo)低(di)的(de)情(qing)況下， 應(ying)適(shi)當地增加(jia)氧(yang),含量方便(bian)的(de)辦法是(shi)，利用(yong)氧(yang)硫(liu)孕育劑，BCIRA與(yu)埃肯合(he)作 成的(de)Superseed 屬于這(zhe)種孕育劑，可(ke)用(yong)于灰(hui)鑄鐵或球(qiu)鐵氧(yang)，硫(liu)過(guo)低(di)（氧(yang)低(di)于0.001，硫(liu)小于0.006）時(shi)可(ke)用(yong)。
4. 采(cai)用廢鋼+增碳劑(ji)工藝，增加成核能力。
5. 采用預(yu)處理(li)劑(ji)(ji)，用碳(tan)化(hua)硅(gui)(gui)代替硅(gui)(gui)鐵，由于碳(tan)化(hua)硅(gui)(gui)fenjie慢等于changxiao孕育劑(ji)(ji)，另(ling)有(you)資料顯示(shi)，冶金碳(tan)化(hua)硅(gui)(gui)含有(you)5左右的二氧化(hua)硅(gui)(gui)微(wei)粒，可(ke)彌(mi)補感應電(dian)爐高溫及(ji)保持下的晶(jing)核損失，可(ke) gaishan石墨形態，使(shi)灰鑄鐵A型石墨增(zeng)多，減少過冷和激冷傾向，對球(qiu)鐵能增(zeng)加石墨球(qiu)數(shu)增(zeng)加球(qiu)化(hua)率。加強爐前三角(jiao)試片(pian)檢驗(yan)，根(gen)據白口寬度來調(diao)整孕育劑(ji)(ji)加入量。
