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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不知不覺中(zhong)，2018年已剩下六(liu)個來(lai)月了，新年許(xu)下的心愿，現在完(wan)成一(yi)半(ban)了嗎？生活苦(ku)(ku)不苦(ku)(ku)，大家(jia)都清楚，活著難(nan)不難(nan)，都說(shuo)難(nan)。酸甜苦(ku)(ku)辣五味俱全，追隨我們每(mei)天每(mei)月和每(mei)年！
趁自己還不(bu)老(lao)，千萬不(bu)要(yao)過(guo)老(lao)年人的生活，該拼 拼，該闖(chuang) 闖(chuang)，該折(zhe)(zhe)騰(teng) 大膽折(zhe)(zhe)騰(teng)！我們都是普通人，沒(mei)(mei)有(you)錢沒(mei)(mei)有(you)勢，只(zhi)有(you)折(zhe)(zhe)騰(teng)才能(neng)改變命運！窮(qiong)人折(zhe)(zhe)騰(teng)對了， 是富人，如(ru)果(guo)折(zhe)(zhe)騰(teng)錯(cuo)了，大不(bu)了做(zuo)回窮(qiong)人，與其老(lao)老(lao)實(shi)實(shi)混日子(zi)，不(bu)如(ru)大膽折(zhe)(zhe)騰(teng)變日子(zi)！
過(guo)去提高(gao)試(shi)驗(yan)平臺(tai)鑄(zhu)鐵鐵液的(de)(de)冶金質(zhi)量(liang)(liang)時，一(yi)般只關(guan)注鐵液的(de)(de)出爐的(de)(de)溫度和化學成分的(de)(de)控(kong)制(zhi)，大多沒有(you)把鑄(zhu)鐵鐵液的(de)(de)氣(qi)體含(han)量(liang)(liang)作(zuo)為控(kong)制(zhi)指標，究其(qi)(qi)原因，其(qi)(qi)一(yi)，是(shi)對氣(qi)體含(han)量(liang)(liang)對鑄(zhu)鐵質(zhi)量(liang)(liang)的(de)(de)影(ying)響認識(shi)不(bu)足，其(qi)(qi)二是(shi)氣(qi)體含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)分析(xi)比較困難。
我們在試驗平臺灰鑄鐵的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)實(shi)踐中(zhong)，常(chang)常(chang)會遇到這種(zhong)(zhong)情況(kuang)，同(tong)樣的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝，同(tong)樣的(de)(de)(de)化學成(cheng)分，生(sheng)產(chan)出來的(de)(de)(de)灰鑄鐵，其機械性能相(xiang)(xiang)差(cha)很多，關(guan)于(yu)這種(zhong)(zhong)現象(xiang)，至今也沒有做(zuo)出明晰的(de)(de)(de)解釋(shi)，但可以(yi)認(ren)為，這是凝(ning)固過程中(zhong)，由于(yu)石墨成(cheng)長的(de)(de)(de)大小形(xing)狀及分布，和(he)基(ji)本組織(zhi)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)而引(yin)起了這種(zhong)(zhong)差(cha)異(yi)，值得關(guan)心的(de)(de)(de)是，工(gong)藝相(xiang)(xiang)同(tong)，成(cheng)分相(xiang)(xiang)近，而引(yin)起這些石墨和(he)基(ji)體(ti)出現差(cha)異(yi)的(de)(de)(de)原因又是什(shen)么？現在多數的(de)(de)(de)研(yan)究者(zhe)認(ren)為或(huo)者(zhe)懷疑，它(ta)是鑄鐵中(zhong)的(de)(de)(de)氣體(ti)引(yin)起的(de)(de)(de)，或(huo)者(zhe)是微量元(yuan)素引(yin)起的(de)(de)(de)，以(yi)及還可能有其他的(de)(de)(de)不(bu)(bu)明原因。
由此，對氣體在(zai)鑄(zhu)(zhu)鐵中的行(xing)為引(yin)起(qi)了(le)大家的注意，并(bing)進行(xing)了(le)研究，尤其(qi)是鑄(zhu)(zhu)件的生產(chan)，高強(qiang)度(du)高碳當量試驗平臺的生產(chan)，都需(xu)要有所(suo)生產(chan)鑄(zhu)(zhu)件的高度(du)穩定(ding)性和(he)一(yi)致(zhi)性，所(suo)以(yi)對需(xu)要對影響鑄(zhu)(zhu)件強(qiang)度(du)的氣體含量加以(yi)控制(zhi)。
試驗平臺鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)的(de)(de)氣體主要有(you)(you)氧、氮、氫它們(men)在鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)都(dou)有(you)(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)溶(rong)解度，現在研究表明，這些氣體對鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)(de)組織(zhi)和性能都(dou)有(you)(you)巨大的(de)(de)影響，它們(men)以下列(lie)三種(zhong)狀態(tai)(tai)存在于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)，1.溶(rong)于液態(tai)(tai)或固態(tai)(tai)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)，2.與鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)的(de)(de)其他元(yuan)素(su)形成化合物，3.凝固時呈氣相(xiang)析出，可能使鑄(zhu)(zhu)件產生氣孔(kong)缺陷。
氧
人們提出了(le)很(hen)多(duo)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)含(han)(han)(han)氧量(liang)的(de)(de)(de)分析資(zi)料，萬谷提出，Fe-C系(xi)(xi)為(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)(xi)為(wei)14-19ppm，佐藤測得為(wei)27-49ppm，Turkdogam提出30-40ppm，由于熔化(hua)(hua)方(fang)法的(de)(de)(de)不同(tong)，鑄(zhu)鐵(tie)內的(de)(de)(de)含(han)(han)(han)氧量(liang)會有(you)(you)很(hen)大的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)，很(hen)多(duo)的(de)(de)(de)測定資(zi)料數據表明(ming)(ming)，試驗平(ping)臺(tai)沖天爐熔化(hua)(hua)的(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)含(han)(han)(han)氧量(liang)30-60ppm，而(er)感應電爐熔化(hua)(hua)鑄(zhu)鐵(tie)，僅(jin)10-20ppm，這是由熔化(hua)(hua)機理不同(tong)引起的(de)(de)(de)，而(er)球鐵(tie)加鎂(mei)處(chu)理后的(de)(de)(de)氧含(han)(han)(han)量(liang) 低，只(zhi)有(you)(you)5-10ppm。說明(ming)(ming)鎂(mei)有(you)(you)強(qiang)烈的(de)(de)(de)脫氧效果。氧對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)各種性能， 別是對石(shi)墨(mo)(mo)形狀有(you)(you)很(hen)大影響，它又為(wei)大家所(suo)(suo)熟(shu)知，本間和郝石(shi)堅提出了(le)下圖所(suo)(suo)示關系(xi)(xi)：說明(ming)(ming)了(le)亞共晶(jing)(jing)鑄(zhu)鐵(tie)含(han)(han)(han)氧量(liang)與(yu)抗拉強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)關系(xi)(xi)，當含(han)(han)(han)氧量(liang)從3-5ppm增加到200ppm時(shi)，鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)按如下順序(xu)逐漸變化(hua)(hua)。含(han)(han)(han)3-5溶解(jie)氧時(shi)為(wei)白(bai)口(kou)(kou)組(zu)(zu)織(zhi)—無石(shi)墨(mo)(mo)---反(fan)白(bai)口(kou)(kou)組(zu)(zu)織(zhi)---點狀石(shi)墨(mo)(mo)-----E型共晶(jing)(jing)石(shi)墨(mo)(mo)---B型石(shi)墨(mo)(mo)----A型石(shi)墨(mo)(mo)（20-40ppm溶解(jie)氧）----B型石(shi)墨(mo)(mo)----E型石(shi)墨(mo)(mo)----反(fan)白(bai)口(kou)(kou)組(zu)(zu)織(zhi)----白(bai)口(kou)(kou)組(zu)(zu)織(zhi)（100-200ppm）
可見含氧(yang)(yang)量(liang)過高或過低都將(jiang)導致(zhi)白口組織(zhi)和(he)反白口組織(zhi)，以生成A型石(shi)墨（20-40ppm）為，當(dang)含氧(yang)(yang)量(liang)增加或減少時，都會石(shi)墨形態惡化。
從這里我們(men)可(ke)以(yi)知道，沖天(tian)爐(lu)(lu)除(chu)了底(di)焦過低，風(feng)量(liang)過大，而(er)硅(gui)錳(meng)氧(yang)化嚴(yan)重，爐(lu)(lu)渣黑色，鐵(tie)水(shui)發白，而(er)表明(ming)鑄(zhu)鐵(tie)鐵(tie)液嚴(yan)重氧(yang)化，流(liu)動(dong)性差，鑄(zhu)件(jian)產生(sheng)白口以(yi)外(wai)，在(zai)正(zheng)常熔(rong)化情況下，其(qi)含氧(yang)量(liang)都在(zai)30-60ppm范圍內，因(yin)此(ci)(ci)，適合(he)A型(xing)石墨的(de)析出(chu)，而(er)感應(ying)電爐(lu)(lu)在(zai)鐵(tie)水(shui)含氧(yang)量(liang)只有10-20ppm之間(jian)，因(yin)此(ci)(ci)，常常出(chu)現D型(xing)過冷(leng)石墨的(de)原(yuan)因(yin)。而(er)由此(ci)(ci)得出(chu)，沖天(tian)爐(lu)(lu)的(de)冶(ye)金質量(liang)好的(de)結論。
很多(duo)人認為，試驗平臺(tai)沖天爐(lu)是熔煉設備，而中頻電(dian)爐(lu)只是熔化(hua)設備，認為沖天爐(lu)內(nei)有很多(duo)的(de)冶金(jin)反(fan)應，而感(gan)應電(dian)爐(lu)沒有。而實際(ji)上，在感(gan)應爐(lu)內(nei)存(cun)在下(xia)列(lie)的(de)兩個化(hua)學(xue)反(fan)應，正(zheng)是它影響著(zhu)鑄鐵內(nei)含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低溫(wen)時(shi)(shi)硅和(he)錳等優(you)先(xian)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)生(sheng)成(cheng)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)錳，和(he)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鐵等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)，而高(gao)溫(wen)時(shi)(shi)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)被碳(tan)還原，兩個反應的(de)(de)(de)交叉點，即平(ping)(ping)衡點的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)， 是平(ping)(ping)衡溫(wen)度(du)(du)。它依鑄(zhu)鐵液(ye)(ye)中的(de)(de)(de)碳(tan)硅濃度(du)(du)可以計算出來(lai)。一(yi)(yi)般我們可以根(gen)據爐內鐵液(ye)(ye)的(de)(de)(de)表面狀態來(lai)判斷，當鐵液(ye)(ye)溫(wen)度(du)(du)低于平(ping)(ping)衡溫(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)，鐵液(ye)(ye)表面總是覆(fu)蓋著一(yi)(yi)層(ceng)爐渣，當溫(wen)度(du)(du)超過(guo)平(ping)(ping)衡溫(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)，這些(xie)渣膜慢慢消(xiao)失并(bing)有火(huo)花(hua)冒出，這是一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)燃燒(shao)產生(sheng)的(de)(de)(de)火(huo)焰，溫(wen)度(du)(du)越高(gao)，時(shi)(shi)間越長，碳(tan)燒(shao)損越厲害。二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅等晶核(he)損失越多，這也 是感應爐鐵水如(ru)果孕育不(bu)好(hao)，出現(xian)收縮(suo)缺(que)陷大，激冷(leng)傾(qing)向(xiang)大的(de)(de)(de)原因。
在美國有(you)星期一鐵(tie)(tie)水(shui)一說， 是保溫感應電爐(lu)內的(de)鐵(tie)(tie)水(shui)，經過休息(xi)日的(de)保溫到周一生(sheng)產(chan)時很(hen)難(nan)以孕育(yu)稱為(wei)“死鐵(tie)(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(dui)石墨(mo)的(de)影響是雙方(fang)面的(de) ，溶(rong)解(jie)氧(yang)多(duo)，激冷傾(qing)向大(da)，白口shendu層或寬度大(da)，而氧(yang)化(hua)物成為二(er)氧(yang)化(hua)硅后，它可作(zuo)為異(yi)質晶(jing)核(he)而cujin石墨(mo)化(hua)，激冷傾(qing)向，和(he)收縮傾(qing)向 減少，其原(yuan)因 是溶(rong)解(jie)氧(yang)和(he)化(hua)合氧(yang)的(de)變化(hua)，知道了這些，現在 可以采取下面的(de)措施。
1. 要快(kuai)速(su)熔(rong)(rong)化(hua)，在高溫(wen)下不要過多停(ting)留(liu)，溫(wen)度不能過高，灰鑄鐵(tie)石墨核心(xin)是(shi)什么(me)？鈴木和中(zhong)江都(dou)認為(wei)，在感應電爐(lu)中(zhong)，錳和硫不能成(cheng)為(wei)核心(xin)，因為(wei)在他們的(de)實(shi)驗中(zhong)，白口(kou)(kou)是(shi)隨著硫量的(de)升高而增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)的(de)，只(zhi)有(you)加(jia)(jia)入(ru)了(le)(le)增(zeng)(zeng)碳(tan)劑或(huo)(huo)孕育劑，白口(kou)(kou)才(cai)急(ji)劇(ju)下降(jiang)，沖天爐(lu)熔(rong)(rong)化(hua)速(su)度快(kuai)，鐵(tie)液又穿(chuan)過焦炭層(ceng)下落(luo)，自(zi)然會有(you)大量的(de)未(wei)溶石墨。而感應爐(lu) 算加(jia)(jia)了(le)(le)生鐵(tie)錠，加(jia)(jia)了(le)(le)增(zeng)(zeng)碳(tan)劑，只(zhi)要爐(lu)料慢(man)慢(man)熔(rong)(rong)化(hua)，其未(wei)溶石墨也(ye)會消失，亦即石墨結晶核心(xin)消失了(le)(le)，白口(kou)(kou)都(dou)很大，而在快(kuai)速(su)熔(rong)(rong)化(hua)下，或(huo)(huo)在熔(rong)(rong)化(hua)后期加(jia)(jia)點增(zeng)(zeng)碳(tan)劑，或(huo)(huo)碳(tan)化(hua)硅預(yu)處理劑，石墨形態(tai)才(cai)會好，快(kuai)速(su)熔(rong)(rong)化(hua)，保(bao)溫(wen)時間(jian)不長即出(chu)爐(lu)， 保(bao)證含氧量合適，波動范圍小。
2. 在爐料中加入30以下的(de)鐵(tie)屑，有助于含氧量(liang)的(de)增加。
3. 在確認鑄鐵(tie)中的(de)氧(yang)(yang)含量過(guo)低的(de)情況下， 應適當地增(zeng)加氧(yang)(yang),含量方便的(de)辦法是，利用氧(yang)(yang)硫孕(yun)育(yu)劑(ji)，BCIRA與埃肯合作 成的(de)Superseed 屬于(yu)這(zhe)種孕(yun)育(yu)劑(ji)，可(ke)用于(yu)灰鑄鐵(tie)或(huo)球(qiu)鐵(tie)氧(yang)(yang)，硫過(guo)低（氧(yang)(yang)低于(yu)0.001，硫小于(yu)0.006）時(shi)可(ke)用。
4. 采(cai)用廢鋼+增碳劑工藝，增加成核能力。
5. 采(cai)用預處(chu)理劑，用碳化(hua)硅代替硅鐵，由(you)于(yu)碳化(hua)硅fenjie慢等于(yu)changxiao孕(yun)育劑，另有(you)資料顯示，冶金(jin)碳化(hua)硅含有(you)5左右的二氧化(hua)硅微粒，可彌補感應電爐(lu)(lu)高溫(wen)及(ji)保持(chi)下的晶(jing)核(he)損失，可 gaishan石墨(mo)形態，使灰鑄鐵A型石墨(mo)增(zeng)多，減少過冷和激冷傾(qing)向，對球(qiu)鐵能增(zeng)加(jia)石墨(mo)球(qiu)數增(zeng)加(jia)球(qiu)化(hua)率。加(jia)強爐(lu)(lu)前三角試片檢(jian)驗，根據白口寬度來調整孕(yun)育劑加(jia)入量(liang)。
