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)(bu)(bu)知不(bu)(bu)(bu)覺中(zhong)，2018年(nian)已(yi)剩下六個來(lai)月了(le)，新年(nian)許下的心愿(yuan)，現在完成一(yi)半(ban)了(le)嗎？生活苦不(bu)(bu)(bu)苦，大家都清楚(chu)，活著難(nan)不(bu)(bu)(bu)難(nan)，都說難(nan)。酸(suan)甜苦辣五味俱全，追(zhui)隨我們(men)每(mei)(mei)天每(mei)(mei)月和每(mei)(mei)年(nian)！
趁自己還(huan)不(bu)老，千(qian)萬不(bu)要過(guo)老年人(ren)的生活，該拼(pin) 拼(pin)，該闖 闖，該折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng) 大(da)膽(dan)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(yun)！窮人(ren)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)對了， 是(shi)富(fu)人(ren)，如果(guo)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)錯了，大(da)不(bu)了做回(hui)窮人(ren)，與其老老實實混日子(zi)，不(bu)如大(da)膽(dan)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)變日子(zi)！
過去提高試(shi)驗(yan)平(ping)臺(tai)鑄鐵(tie)鐵(tie)液的(de)(de)冶金質(zhi)量時，一般(ban)只關注鐵(tie)液的(de)(de)出爐的(de)(de)溫度(du)和化學成分的(de)(de)控制，大多沒(mei)有把鑄鐵(tie)鐵(tie)液的(de)(de)氣(qi)體含量作為控制指標，究(jiu)其(qi)原(yuan)因，其(qi)一，是對氣(qi)體含量對鑄鐵(tie)質(zhi)量的(de)(de)影響認識(shi)不(bu)足(zu)，其(qi)二是氣(qi)體含量的(de)(de)分析比(bi)較困難。
我們在(zai)試驗平臺灰鑄鐵的(de)生(sheng)產(chan)(chan)實(shi)踐中(zhong)，常(chang)常(chang)會遇(yu)到(dao)這(zhe)種(zhong)情(qing)況，同(tong)樣(yang)(yang)的(de)生(sheng)產(chan)(chan)工藝，同(tong)樣(yang)(yang)的(de)化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)，生(sheng)產(chan)(chan)出(chu)來的(de)灰鑄鐵，其機(ji)械(xie)性能(neng)相(xiang)(xiang)差很多，關于(yu)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)，至今也沒有做(zuo)出(chu)明晰(xi)的(de)解釋(shi)，但可(ke)以認為，這(zhe)是(shi)凝固過程中(zhong)，由于(yu)石墨(mo)成(cheng)長的(de)大小(xiao)形(xing)狀及分(fen)布，和基本組織(zhi)的(de)不同(tong)而(er)引(yin)(yin)起(qi)了這(zhe)種(zhong)差異(yi)，值得關心的(de)是(shi)，工藝相(xiang)(xiang)同(tong)，成(cheng)分(fen)相(xiang)(xiang)近，而(er)引(yin)(yin)起(qi)這(zhe)些(xie)石墨(mo)和基體出(chu)現(xian)差異(yi)的(de)原(yuan)因(yin)又是(shi)什么？現(xian)在(zai)多數(shu)的(de)研究者(zhe)(zhe)認為或者(zhe)(zhe)懷疑，它是(shi)鑄鐵中(zhong)的(de)氣體引(yin)(yin)起(qi)的(de)，或者(zhe)(zhe)是(shi)微(wei)量元素(su)引(yin)(yin)起(qi)的(de)，以及還可(ke)能(neng)有其他的(de)不明原(yuan)因(yin)。
由此，對(dui)氣體(ti)在鑄(zhu)(zhu)鐵中(zhong)的(de)行為引起了(le)大家的(de)注(zhu)意，并(bing)進行了(le)研究，尤(you)其是(shi)鑄(zhu)(zhu)件的(de)生產(chan)，高(gao)強(qiang)度高(gao)碳當(dang)量試驗平臺(tai)的(de)生產(chan)，都需(xu)要有所(suo)生產(chan)鑄(zhu)(zhu)件的(de)高(gao)度穩(wen)定(ding)性和一致性，所(suo)以對(dui)需(xu)要對(dui)影(ying)響(xiang)鑄(zhu)(zhu)件強(qiang)度的(de)氣體(ti)含(han)量加以控制。
試驗平臺鑄鐵(tie)中(zhong)的(de)氣(qi)體主要有(you)氧、氮、氫它們在(zai)鑄鐵(tie)中(zhong)都(dou)有(you)一定的(de)溶(rong)解(jie)度，現(xian)在(zai)研(yan)究表明(ming)，這(zhe)些氣(qi)體對(dui)鑄鐵(tie)的(de)組織和性能都(dou)有(you)巨大的(de)影(ying)響(xiang)，它們以下(xia)列(lie)三種狀態(tai)存在(zai)于(yu)鑄鐵(tie)中(zhong)，1.溶(rong)于(yu)液態(tai)或固態(tai)鑄鐵(tie)中(zhong)，2.與(yu)鑄鐵(tie)中(zhong)的(de)其他元素形成化合物(wu)，3.凝固時呈(cheng)氣(qi)相(xiang)析出，可能使鑄件產生氣(qi)孔缺陷。
氧
人們提(ti)出了(le)(le)很(hen)多(duo)鑄(zhu)鐵(tie)中含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)量的(de)(de)(de)(de)分(fen)析資(zi)料(liao)，萬谷提(ti)出，Fe-C系(xi)為(wei)(wei)(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為(wei)(wei)(wei)14-19ppm，佐(zuo)藤測(ce)得為(wei)(wei)(wei)27-49ppm，Turkdogam提(ti)出30-40ppm，由于(yu)熔(rong)化(hua)方法(fa)的(de)(de)(de)(de)不同，鑄(zhu)鐵(tie)內的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)量會(hui)有很(hen)大(da)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)，很(hen)多(duo)的(de)(de)(de)(de)測(ce)定(ding)資(zi)料(liao)數據表明(ming)，試驗(yan)平臺沖天爐熔(rong)化(hua)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)中含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)量30-60ppm，而(er)感應電(dian)爐熔(rong)化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)，僅(jin)10-20ppm，這(zhe)是由熔(rong)化(hua)機理(li)不同引(yin)起的(de)(de)(de)(de)，而(er)球鐵(tie)加(jia)鎂(mei)處理(li)后的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)(han)(han)量 低，只有5-10ppm。說明(ming)鎂(mei)有強(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)脫氧(yang)(yang)效果。氧(yang)(yang)對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)(de)各種性(xing)能， 別是對石墨(mo)(mo)(mo)形狀有很(hen)大(da)影響，它又為(wei)(wei)(wei)大(da)家所熟(shu)知，本間和郝石堅提(ti)出了(le)(le)下圖所示關(guan)系(xi)：說明(ming)了(le)(le)亞共晶(jing)(jing)鑄(zhu)鐵(tie)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)量與(yu)抗拉強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)關(guan)系(xi)，當(dang)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)量從(cong)3-5ppm增加(jia)到200ppm時，鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)(de)組織(zhi)(zhi)按如(ru)下順序逐漸變(bian)化(hua)。含(han)(han)(han)3-5溶解(jie)(jie)氧(yang)(yang)時為(wei)(wei)(wei)白(bai)口組織(zhi)(zhi)—無(wu)石墨(mo)(mo)(mo)---反(fan)白(bai)口組織(zhi)(zhi)---點(dian)狀石墨(mo)(mo)(mo)-----E型(xing)共晶(jing)(jing)石墨(mo)(mo)(mo)---B型(xing)石墨(mo)(mo)(mo)----A型(xing)石墨(mo)(mo)(mo)（20-40ppm溶解(jie)(jie)氧(yang)(yang)）----B型(xing)石墨(mo)(mo)(mo)----E型(xing)石墨(mo)(mo)(mo)----反(fan)白(bai)口組織(zhi)(zhi)----白(bai)口組織(zhi)(zhi)（100-200ppm）
可見(jian)含氧量(liang)過高或過低都(dou)將導致白(bai)口(kou)(kou)組織(zhi)和反白(bai)口(kou)(kou)組織(zhi)，以生成A型石墨(mo)（20-40ppm）為，當含氧量(liang)增加(jia)或減少時，都(dou)會石墨(mo)形態惡化(hua)。
從(cong)這里我們可以知道，沖天(tian)爐(lu)除了底(di)焦過(guo)低，風(feng)量(liang)過(guo)大，而硅錳氧(yang)(yang)(yang)化(hua)嚴重，爐(lu)渣(zha)黑色，鐵(tie)水發白(bai)，而表明鑄鐵(tie)鐵(tie)液嚴重氧(yang)(yang)(yang)化(hua)，流(liu)動(dong)性差，鑄件產生白(bai)口以外，在正常熔化(hua)情況下，其(qi)含氧(yang)(yang)(yang)量(liang)都在30-60ppm范圍內，因此，適(shi)合(he)A型石墨的(de)析出，而感(gan)應電爐(lu)在鐵(tie)水含氧(yang)(yang)(yang)量(liang)只有(you)10-20ppm之(zhi)間，因此，常常出現D型過(guo)冷石墨的(de)原因。而由此得出，沖天(tian)爐(lu)的(de)冶金質量(liang)好的(de)結論。
很多(duo)人認(ren)為(wei)，試驗(yan)平臺沖(chong)天(tian)爐(lu)(lu)(lu)是(shi)熔煉設備，而(er)中頻電爐(lu)(lu)(lu)只是(shi)熔化設備，認(ren)為(wei)沖(chong)天(tian)爐(lu)(lu)(lu)內有很多(duo)的冶(ye)金反應(ying)，而(er)感應(ying)電爐(lu)(lu)(lu)沒有。而(er)實際上，在(zai)感應(ying)爐(lu)(lu)(lu)內存在(zai)下(xia)列(lie)的兩個化學反應(ying)，正(zheng)是(shi)它影響著鑄鐵(tie)內含(han)氧量，即(ji)Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低溫(wen)時(shi)硅和錳等(deng)優先(xian)氧(yang)化(hua)生成二氧(yang)化(hua)硅，氧(yang)化(hua)錳，和氧(yang)化(hua)鐵(tie)等(deng)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)，而高(gao)溫(wen)時(shi)二氧(yang)化(hua)硅等(deng)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)被碳(tan)還原(yuan)，兩(liang)個反(fan)應的(de)交叉(cha)點(dian)(dian)，即(ji)平(ping)衡(heng)(heng)點(dian)(dian)的(de)溫(wen)度， 是(shi)(shi)平(ping)衡(heng)(heng)溫(wen)度。它(ta)依鑄(zhu)鐵(tie)液(ye)(ye)中的(de)碳(tan)硅濃度可(ke)以計算出來。一(yi)般我(wo)們(men)可(ke)以根據爐(lu)內鐵(tie)液(ye)(ye)的(de)表(biao)面狀態(tai)來判斷，當(dang)鐵(tie)液(ye)(ye)溫(wen)度低于平(ping)衡(heng)(heng)溫(wen)度時(shi)，鐵(tie)液(ye)(ye)表(biao)面總是(shi)(shi)覆蓋著一(yi)層爐(lu)渣，當(dang)溫(wen)度超(chao)過平(ping)衡(heng)(heng)溫(wen)度時(shi)，這(zhe)些(xie)渣膜(mo)慢(man)慢(man)消失并有火花冒出，這(zhe)是(shi)(shi)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)燃燒產生的(de)火焰，溫(wen)度越高(gao)，時(shi)間越長，碳(tan)燒損越厲害。二氧(yang)化(hua)硅等(deng)晶(jing)核損失越多，這(zhe)也 是(shi)(shi)感應爐(lu)鐵(tie)水如果孕育(yu)不好，出現收縮(suo)缺陷大，激(ji)冷傾向大的(de)原(yuan)因。
在美國有星期一鐵水(shui)一說(shuo)， 是保溫感(gan)應電爐內的鐵水(shui)，經過休(xiu)息日的保溫到周(zhou)一生產時(shi)很難以孕育稱為(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(dui)石墨的(de)(de)影(ying)響是(shi)雙方面的(de)(de) ，溶解(jie)氧多，激冷傾向(xiang)大，白口(kou)shendu層或寬度大，而氧化物成為二氧化硅后，它可作為異質(zhi)晶核而cujin石墨化，激冷傾向(xiang)，和收縮傾向(xiang) 減少，其(qi)原因 是(shi)溶解(jie)氧和化合氧的(de)(de)變化，知(zhi)道了這些，現在 可以采取下(xia)面的(de)(de)措施。
1. 要快(kuai)(kuai)速(su)熔(rong)(rong)化(hua)，在(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)不(bu)要過(guo)多停(ting)留，溫度不(bu)能(neng)過(guo)高(gao)(gao)，灰鑄鐵石(shi)墨核心是什么？鈴木和(he)中江都(dou)認為(wei)，在(zai)感應(ying)電爐中，錳(meng)和(he)硫(liu)不(bu)能(neng)成為(wei)核心，因為(wei)在(zai)他們的(de)(de)實(shi)驗中，白(bai)口(kou)(kou)是隨著硫(liu)量的(de)(de)升高(gao)(gao)而(er)增加(jia)的(de)(de)，只(zhi)有(you)加(jia)入了(le)增碳劑(ji)或孕育劑(ji)，白(bai)口(kou)(kou)才急劇下(xia)降，沖天(tian)爐熔(rong)(rong)化(hua)速(su)度快(kuai)(kuai)，鐵液又穿過(guo)焦炭層下(xia)落，自然會有(you)大量的(de)(de)未溶石(shi)墨。而(er)感應(ying)爐 算加(jia)了(le)生鐵錠，加(jia)了(le)增碳劑(ji)，只(zhi)要爐料慢慢熔(rong)(rong)化(hua)，其未溶石(shi)墨也會消(xiao)失，亦即石(shi)墨結晶核心消(xiao)失了(le)，白(bai)口(kou)(kou)都(dou)很大，而(er)在(zai)快(kuai)(kuai)速(su)熔(rong)(rong)化(hua)下(xia)，或在(zai)熔(rong)(rong)化(hua)后期加(jia)點增碳劑(ji)，或碳化(hua)硅(gui)預處理劑(ji)，石(shi)墨形態(tai)才會好(hao)，快(kuai)(kuai)速(su)熔(rong)(rong)化(hua)，保溫時間不(bu)長即出爐， 保證含氧量合適，波(bo)動范(fan)圍(wei)小。
2. 在(zai)爐料(liao)中加(jia)入30以下的鐵(tie)屑，有助于含氧量的增(zeng)加(jia)。
3. 在確認(ren)鑄鐵(tie)(tie)中的(de)氧(yang)含量(liang)過低的(de)情況下， 應(ying)適(shi)當地增加(jia)氧(yang),含量(liang)方(fang)便的(de)辦(ban)法是，利用氧(yang)硫孕(yun)育劑(ji)，BCIRA與埃肯(ken)合作(zuo) 成的(de)Superseed 屬于(yu)這種孕(yun)育劑(ji)，可(ke)用于(yu)灰鑄鐵(tie)(tie)或球鐵(tie)(tie)氧(yang)，硫過低（氧(yang)低于(yu)0.001，硫小于(yu)0.006）時可(ke)用。
4. 采用廢鋼+增碳(tan)劑工藝，增加(jia)成核能力。
5. 采用預處理劑，用碳化(hua)硅(gui)(gui)(gui)代替硅(gui)(gui)(gui)鐵，由于碳化(hua)硅(gui)(gui)(gui)fenjie慢等于changxiao孕育(yu)劑，另有(you)資料顯(xian)示，冶金(jin)碳化(hua)硅(gui)(gui)(gui)含有(you)5左右的二(er)氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)微粒(li)，可彌補(bu)感應電爐高(gao)溫及保持(chi)下的晶(jing)核損失，可 gaishan石墨形(xing)態，使灰鑄鐵A型石墨增(zeng)多，減少過冷和激冷傾(qing)向，對球(qiu)鐵能增(zeng)加石墨球(qiu)數增(zeng)加球(qiu)化(hua)率。加強(qiang)爐前(qian)三角試片檢驗，根據白口寬(kuan)度來(lai)調整(zheng)孕育(yu)劑加入量(liang)。
