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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不知(zhi)不覺中，2018年已剩下(xia)六(liu)個來月了，新(xin)年許(xu)下(xia)的心愿(yuan)，現在(zai)完成一半(ban)了嗎？生活(huo)苦(ku)不苦(ku)，大家都(dou)清楚，活(huo)著難(nan)(nan)不難(nan)(nan)，都(dou)說難(nan)(nan)。酸甜苦(ku)辣(la)五味俱全(quan)，追(zhui)隨我們每天每月和每年！
趁自己還不(bu)老(lao)，千萬不(bu)要過老(lao)年人(ren)的生(sheng)活，該拼(pin) 拼(pin)，該闖(chuang) 闖(chuang)，該折(zhe)(zhe)騰(teng) 大(da)膽折(zhe)(zhe)騰(teng)！我們(men)都是普通(tong)人(ren)，沒(mei)有錢沒(mei)有勢，只有折(zhe)(zhe)騰(teng)才能改(gai)變命運！窮(qiong)人(ren)折(zhe)(zhe)騰(teng)對(dui)了(le)(le)， 是富人(ren)，如果折(zhe)(zhe)騰(teng)錯了(le)(le)，大(da)不(bu)了(le)(le)做回窮(qiong)人(ren)，與(yu)其老(lao)老(lao)實實混日(ri)(ri)子，不(bu)如大(da)膽折(zhe)(zhe)騰(teng)變日(ri)(ri)子！
過去提(ti)高試驗平臺鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鐵(tie)液(ye)的(de)冶金質量(liang)時，一般(ban)只關(guan)注鐵(tie)液(ye)的(de)出(chu)爐的(de)溫(wen)度(du)和(he)化(hua)學(xue)成分的(de)控制，大(da)多沒有(you)把(ba)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鐵(tie)液(ye)的(de)氣體(ti)含量(liang)作為控制指標，究(jiu)其原(yuan)因，其一，是(shi)對(dui)氣體(ti)含量(liang)對(dui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)質量(liang)的(de)影響認(ren)識(shi)不足，其二是(shi)氣體(ti)含量(liang)的(de)分析比較困難。
我們在試驗平臺灰鑄鐵的(de)生產實踐中(zhong)，常常會(hui)遇到這(zhe)種(zhong)情況，同(tong)(tong)樣的(de)生產工藝(yi)，同(tong)(tong)樣的(de)化學成(cheng)分，生產出(chu)來的(de)灰鑄鐵，其機械性能相(xiang)(xiang)差很多，關于(yu)這(zhe)種(zhong)現(xian)象，至今也沒有(you)(you)做出(chu)明(ming)(ming)晰的(de)解釋，但(dan)可以認為(wei)，這(zhe)是(shi)凝固過程中(zhong)，由于(yu)石墨成(cheng)長的(de)大小形狀及分布，和基本組織的(de)不同(tong)(tong)而引(yin)起(qi)(qi)了(le)這(zhe)種(zhong)差異，值得關心(xin)的(de)是(shi)，工藝(yi)相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)，成(cheng)分相(xiang)(xiang)近，而引(yin)起(qi)(qi)這(zhe)些石墨和基體出(chu)現(xian)差異的(de)原(yuan)(yuan)因(yin)又(you)是(shi)什么？現(xian)在多數的(de)研究者(zhe)認為(wei)或(huo)者(zhe)懷疑，它是(shi)鑄鐵中(zhong)的(de)氣(qi)體引(yin)起(qi)(qi)的(de)，或(huo)者(zhe)是(shi)微量元素引(yin)起(qi)(qi)的(de)，以及還可能有(you)(you)其他的(de)不明(ming)(ming)原(yuan)(yuan)因(yin)。
由此(ci)，對氣體在鑄鐵中的(de)(de)行為引起了大(da)家的(de)(de)注意，并進(jin)行了研究(jiu)，尤其是鑄件的(de)(de)生(sheng)產，高(gao)強度高(gao)碳當量試驗(yan)平臺的(de)(de)生(sheng)產，都需要有所生(sheng)產鑄件的(de)(de)高(gao)度穩(wen)定性和(he)一致(zhi)性，所以對需要對影(ying)響鑄件強度的(de)(de)氣體含量加以控(kong)制。
試(shi)驗(yan)平臺鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的氣(qi)(qi)體(ti)主(zhu)要有氧(yang)、氮(dan)、氫它(ta)們(men)在(zai)(zai)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中都有一定的溶(rong)解度(du)，現在(zai)(zai)研(yan)究表明，這些氣(qi)(qi)體(ti)對鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的組織和(he)性能都有巨大的影響(xiang)，它(ta)們(men)以下列三種狀態存在(zai)(zai)于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，1.溶(rong)于液態或固(gu)態鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，2.與鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的其他元素形(xing)成化合物，3.凝固(gu)時呈(cheng)氣(qi)(qi)相析出(chu)，可(ke)能使鑄(zhu)(zhu)件產生氣(qi)(qi)孔缺陷。
氧(yang)
人們提出(chu)了很(hen)多鑄(zhu)鐵中含氧(yang)(yang)量的(de)分析資(zi)料，萬(wan)谷提出(chu)，Fe-C系(xi)為(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為(wei)14-19ppm，佐藤測得為(wei)27-49ppm，Turkdogam提出(chu)30-40ppm，由(you)于熔化(hua)方法的(de)不(bu)同(tong)，鑄(zhu)鐵內的(de)含氧(yang)(yang)量會(hui)有很(hen)大(da)的(de)變(bian)化(hua)，很(hen)多的(de)測定資(zi)料數據(ju)表明，試(shi)驗平臺(tai)沖天爐熔化(hua)的(de)鑄(zhu)鐵中含氧(yang)(yang)量30-60ppm，而(er)感(gan)應電爐熔化(hua)鑄(zhu)鐵，僅10-20ppm，這(zhe)是由(you)熔化(hua)機理(li)不(bu)同(tong)引起的(de)，而(er)球鐵加鎂處理(li)后的(de)氧(yang)(yang)含量 低，只有5-10ppm。說(shuo)明鎂有強烈的(de)脫氧(yang)(yang)效果。氧(yang)(yang)對(dui)鑄(zhu)鐵的(de)各種性能， 別是對(dui)石墨(mo)(mo)形狀(zhuang)有很(hen)大(da)影響(xiang)，它又(you)為(wei)大(da)家所(suo)熟知，本間和郝石堅(jian)提出(chu)了下圖所(suo)示關系(xi)：說(shuo)明了亞(ya)共晶(jing)鑄(zhu)鐵含氧(yang)(yang)量與抗拉強度的(de)關系(xi)，當含氧(yang)(yang)量從3-5ppm增加到(dao)200ppm時，鑄(zhu)鐵的(de)組(zu)織按如下順(shun)序(xu)逐漸變(bian)化(hua)。含3-5溶解氧(yang)(yang)時為(wei)白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織—無石墨(mo)(mo)---反白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織---點狀(zhuang)石墨(mo)(mo)-----E型(xing)共晶(jing)石墨(mo)(mo)---B型(xing)石墨(mo)(mo)----A型(xing)石墨(mo)(mo)（20-40ppm溶解氧(yang)(yang)）----B型(xing)石墨(mo)(mo)----E型(xing)石墨(mo)(mo)----反白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織----白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織（100-200ppm）
可見(jian)含(han)氧量過高(gao)或過低都(dou)將導致白口(kou)組織和反白口(kou)組織，以生成A型石(shi)墨(mo)(mo)（20-40ppm）為，當(dang)含(han)氧量增加(jia)或減少時，都(dou)會石(shi)墨(mo)(mo)形態惡化。
從這(zhe)里我們可以知道，沖(chong)天爐除了(le)底焦過(guo)(guo)低，風(feng)量過(guo)(guo)大(da)，而(er)硅錳(meng)氧(yang)化(hua)嚴重(zhong)，爐渣黑色(se)，鐵水(shui)發白，而(er)表(biao)明鑄鐵鐵液嚴重(zhong)氧(yang)化(hua)，流動性差，鑄件產(chan)生白口以外，在正常熔化(hua)情況下，其含(han)氧(yang)量都在30-60ppm范圍內(nei)，因此(ci)，適合A型(xing)石(shi)墨的析出(chu)，而(er)感應電爐在鐵水(shui)含(han)氧(yang)量只有(you)10-20ppm之間，因此(ci)，常常出(chu)現(xian)D型(xing)過(guo)(guo)冷(leng)石(shi)墨的原因。而(er)由此(ci)得出(chu)，沖(chong)天爐的冶(ye)金(jin)質(zhi)量好的結論(lun)。
很多人認(ren)為(wei)，試(shi)驗平臺沖天(tian)爐是(shi)熔(rong)煉設備(bei)，而中(zhong)頻電爐只是(shi)熔(rong)化設備(bei)，認(ren)為(wei)沖天(tian)爐內有(you)很多的(de)冶(ye)金反(fan)應(ying)，而感(gan)應(ying)電爐沒有(you)。而實際上(shang)，在感(gan)應(ying)爐內存在下列(lie)的(de)兩(liang)個化學反(fan)應(ying)，正是(shi)它(ta)影響著鑄鐵內含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫時(shi)硅(gui)(gui)(gui)和錳(meng)等優(you)先氧(yang)化(hua)生成(cheng)二(er)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)，氧(yang)化(hua)錳(meng)，和氧(yang)化(hua)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)等氧(yang)化(hua)物，而(er)高溫時(shi)二(er)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)等氧(yang)化(hua)物被碳(tan)(tan)還原，兩個反應(ying)的(de)交(jiao)叉點，即平(ping)衡(heng)點的(de)溫度(du)(du)， 是(shi)平(ping)衡(heng)溫度(du)(du)。它依鑄鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)液中的(de)碳(tan)(tan)硅(gui)(gui)(gui)濃度(du)(du)可以計(ji)算出(chu)來。一般我(wo)們可以根據爐內鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)液的(de)表面狀態來判斷，當(dang)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)液溫度(du)(du)低(di)于(yu)平(ping)衡(heng)溫度(du)(du)時(shi)，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)液表面總是(shi)覆(fu)蓋著一層爐渣(zha)(zha)，當(dang)溫度(du)(du)超(chao)過(guo)平(ping)衡(heng)溫度(du)(du)時(shi)，這(zhe)(zhe)些渣(zha)(zha)膜慢慢消失并有(you)火(huo)花(hua)冒出(chu)，這(zhe)(zhe)是(shi)一氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)燃燒產生的(de)火(huo)焰，溫度(du)(du)越(yue)高，時(shi)間越(yue)長，碳(tan)(tan)燒損(sun)越(yue)厲害。二(er)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)等晶核損(sun)失越(yue)多，這(zhe)(zhe)也 是(shi)感應(ying)爐鐵(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)(tie)水如(ru)果孕育(yu)不(bu)好，出(chu)現(xian)收縮缺陷大，激冷傾向大的(de)原因。
在美國有星期一(yi)鐵(tie)水(shui)一(yi)說， 是保溫感應電爐內的(de)鐵(tie)水(shui)，經過休息日的(de)保溫到周一(yi)生產時很難以孕育稱為“死鐵(tie)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(yang)對石墨的影響(xiang)是雙方面的 ，溶解氧(yang)多，激(ji)冷傾向大，白口shendu層(ceng)或寬度大，而(er)氧(yang)化(hua)物成為二氧(yang)化(hua)硅后(hou)，它可作為異質(zhi)晶(jing)核而(er)cujin石墨化(hua)，激(ji)冷傾向，和收(shou)縮傾向 減(jian)少，其原因(yin) 是溶解氧(yang)和化(hua)合(he)氧(yang)的變(bian)化(hua)，知道了(le)這(zhe)些，現在 可以采取(qu)下(xia)面的措施。
1. 要(yao)快(kuai)速(su)熔(rong)化(hua)，在高溫(wen)(wen)下不(bu)要(yao)過多停留，溫(wen)(wen)度不(bu)能(neng)過高，灰鑄鐵石墨(mo)核心是什么？鈴木(mu)和中江都認為，在感(gan)應電爐中，錳和硫(liu)不(bu)能(neng)成為核心，因為在他(ta)們(men)的實驗(yan)中，白(bai)口(kou)是隨著硫(liu)量(liang)(liang)的升高而(er)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)的，只有加(jia)(jia)入了(le)(le)增(zeng)(zeng)碳劑(ji)(ji)或孕育劑(ji)(ji)，白(bai)口(kou)才(cai)急劇下降，沖天爐熔(rong)化(hua)速(su)度快(kuai)，鐵液又(you)穿過焦炭層下落，自然會有大量(liang)(liang)的未溶石墨(mo)。而(er)感(gan)應爐 算加(jia)(jia)了(le)(le)生鐵錠(ding)，加(jia)(jia)了(le)(le)增(zeng)(zeng)碳劑(ji)(ji)，只要(yao)爐料慢(man)慢(man)熔(rong)化(hua)，其(qi)未溶石墨(mo)也會消失，亦即石墨(mo)結晶(jing)核心消失了(le)(le)，白(bai)口(kou)都很大，而(er)在快(kuai)速(su)熔(rong)化(hua)下，或在熔(rong)化(hua)后期加(jia)(jia)點增(zeng)(zeng)碳劑(ji)(ji)，或碳化(hua)硅(gui)預(yu)處(chu)理劑(ji)(ji)，石墨(mo)形態才(cai)會好，快(kuai)速(su)熔(rong)化(hua)，保溫(wen)(wen)時間不(bu)長即出爐， 保證含氧量(liang)(liang)合適，波動范圍小(xiao)。
2. 在(zai)爐料(liao)中(zhong)加入30以(yi)下的鐵屑，有助于(yu)含氧量的增加。
3. 在(zai)確(que)認(ren)鑄(zhu)鐵中的(de)氧含量過低(di)的(de)情況下， 應適當地增加氧,含量方(fang)便的(de)辦法是，利用(yong)氧硫孕育(yu)(yu)劑，BCIRA與(yu)埃(ai)肯(ken)合作 成的(de)Superseed 屬于這(zhe)種孕育(yu)(yu)劑，可用(yong)于灰鑄(zhu)鐵或(huo)球鐵氧，硫過低(di)（氧低(di)于0.001，硫小于0.006）時可用(yong)。
4. 采用廢鋼+增(zeng)(zeng)碳劑工藝，增(zeng)(zeng)加成(cheng)核能力。
5. 采用預(yu)處理劑，用碳(tan)化(hua)硅代替硅鐵，由于碳(tan)化(hua)硅fenjie慢等(deng)于changxiao孕(yun)育劑，另有資(zi)料顯示，冶金(jin)碳(tan)化(hua)硅含有5左右的(de)二氧(yang)化(hua)硅微粒，可(ke)彌(mi)補(bu)感(gan)應電爐(lu)高溫及保持(chi)下的(de)晶核損失，可(ke) gaishan石墨形態，使(shi)灰鑄鐵A型(xing)石墨增多(duo)，減少過冷(leng)和激冷(leng)傾向，對球鐵能增加石墨球數增加球化(hua)率。加強爐(lu)前(qian)三角試(shi)片檢驗(yan)，根據白(bai)口寬度來(lai)調整孕(yun)育劑加入量。
