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      高性能試驗平臺生產時關于鑄鐵氣體含量控制的要求_泊頭市正創機械設備制造有限公司
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      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
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      過去提高試驗平臺鑄鐵鐵液的冶金質量時,一般只關注鐵液的出爐的溫度和化學成分的控制,大多沒有把鑄鐵鐵液的氣體含量作為控制指標,究其原因,其一,是對氣體含量對鑄鐵質量的影響認識不足,其二是氣體含量的分析比較困難。
      我們在試驗平臺灰鑄鐵的生產實踐中,常常會遇到這種情況,同樣的生產工藝,同樣的化學成分,生產出來的灰鑄鐵,其機械性能相差很多,關于這種現象,至今也沒有做出明晰的解釋,但可以認為,這是凝固過程中,由于石墨成長的大小形狀及分布,和基本組織的不同而引起了這種差異,值得關心的是,工藝相同,成分相近,而引起這些石墨和基體出現差異的原因又是什么?現在多數的研究者認為或者懷疑,它是鑄鐵中的氣體引起的,或者是微量元素引起的,以及還可能有其他的不明原因。
      由此,對氣體在鑄鐵中的行為引起了大家的注意,并進行了研究,尤其是鑄件的生產,高強度高碳當量試驗平臺的生產,都需要有所生產鑄件的高度穩定性和一致性,所以對需要對影響鑄件強度的氣體含量加以控制。
      試驗平臺鑄鐵中的氣體主要有氧、氮、氫它們在鑄鐵中都有一定的溶解度,現在研究表明,這些氣體對鑄鐵的組織和性能都有巨大的影響,它們以下列三種狀態存在于鑄鐵中,1.溶于液態或固態鑄鐵中,2.與鑄鐵中的其他元素形成化合物,3.凝固時呈氣相析出,可能使鑄件產生氣孔缺陷。
          人們提出了很多鑄鐵中含氧量的分析資料,萬谷提出,Fe-C系為22-32ppm,Fe-Si/c系為14-19ppm,佐藤測得為27-49ppm,Turkdogam提出30-40ppm,由于熔化方法的不同,鑄鐵內的含氧量會有很大的變化,很多的測定資料數據表明,試驗平臺沖天爐熔化的鑄鐵中含氧量30-60ppm,而感應電爐熔化鑄鐵,僅10-20ppm,這是由熔化機理不同引起的,而球鐵加鎂處理后的氧含量更低,只有5-10ppm。說明鎂有強烈的脫氧效果。氧對鑄鐵的各種性能,特別是對石墨形狀有很大影響,它又為大家所熟知,本間和郝石堅提出了下圖所示關系:說明了亞共晶鑄鐵含氧量與抗拉強度的關系,當含氧量從3-5ppm增加到200ppm時,鑄鐵的組織按如下順序逐漸變化。含3-5溶解氧時為白口組織—無石墨---反白口組織---點狀石墨-----E型共晶石墨---B型石墨----A型石墨(20-40ppm溶解氧)----B型石墨----E型石墨----反白口組織----白口組織(100-200ppm)
           可見含氧量過高或過低都將導致白口組織和反白口組織,以生成A型石墨(20-40ppm)為,當含氧量增加或減少時,都會石墨形態惡化。
      從這里我們可以知道,沖天爐除了底焦過低,風量過大,而硅錳氧化嚴重,爐渣黑色,鐵水發白,而表明鑄鐵鐵液嚴重氧化,流動性差,鑄件產生白口以外,在正常熔化情況下,其含氧量都在30-60ppm范圍內,因此,適合A型石墨的析出,而感應電爐在鐵水含氧量只有10-20ppm之間,因此,常常出現D型過冷石墨的原因。而由此得出,沖天爐的冶金質量好的結論。
       很多人認為,試驗平臺沖天爐是熔煉設備,而中頻電爐只是熔化設備,認為沖天爐內有很多的冶金反應,而感應電爐沒有。而實際上,在感應爐內存在下列的兩個化學反應,正是它影響著鑄鐵內含氧量,即Si+2O-----SiO2      SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
       低溫時硅和錳等優先氧化生成二氧化硅,氧化錳,和氧化鐵等氧化物,而高溫時二氧化硅等氧化物被碳還原,兩個反應的交叉點,即平衡點的溫度,就是平衡溫度。它依鑄鐵液中的碳硅濃度可以計算出來。一般我們可以根據爐內鐵液的表面狀態來判斷,當鐵液溫度低于平衡溫度時,鐵液表面總是覆蓋著一層爐渣,當溫度超過平衡溫度時,這些渣膜慢慢消失并有火花冒出,這是一氧化碳燃燒產生的火焰,溫度越高,時間越長,碳燒損越厲害。二氧化硅等晶核損失越多,這也就是感應爐鐵水如果孕育不好,出現收縮缺陷大,激冷傾向大的原因。
      在美國有星期一鐵水一說,就是保溫感應電爐內的鐵水,經過休息日的保溫到周一生產時很難以孕育稱為“死鐵水”。
      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,當爐前不加控制就會出現金相組織的變化,而機械性能的波動。
      氧對石墨的影響是雙方面的 ,溶解氧多,激冷傾向大,白口shendu層或寬度大,而氧化物成為二氧化硅后,它可作為異質晶核而cujin石墨化,激冷傾向,和收縮傾向就減少,其原因就是溶解氧和化合氧的變化,知道了這些,現在就可以采取下面的措施。
      1. 要快速熔化,在高溫下不要過多停留,溫度不能過高,灰鑄鐵石墨核心是什么?鈴木和中江都認為,在感應電爐中,錳和硫不能成為核心,因為在他們的實驗中,白口是隨著硫量的升高而增加的,只有加入了增碳劑或孕育劑,白口才急劇下降,沖天爐熔化速度快,鐵液又穿過焦炭層下落,自然會有大量的未溶石墨。而感應爐就算加了生鐵錠,加了增碳劑,只要爐料慢慢熔化,其未溶石墨也會消失,亦即石墨結晶核心消失了,白口都很大,而在快速熔化下,或在熔化后期加點增碳劑,或碳化硅預處理劑,石墨形態才會好,快速熔化,保溫時間不長即出爐,就保證含氧量合適,波動范圍小。
      2. 在爐料中加入30以下的鐵屑,有助于含氧量的增加。
      3. 在確認鑄鐵中的氧含量過低的情況下,就應適當地增加氧,含量方便的辦法是,利用氧硫孕育劑,BCIRA與??虾献餮兄瞥傻腟uperseed就屬于這種孕育劑,可用于灰鑄鐵或球鐵氧,硫過低(氧低于0.001,硫小于0.006)時可用。
      4. 采用廢鋼+增碳劑工藝,增加成核能力。
      5. 采用預處理劑,用碳化硅代替硅鐵,由于碳化硅fenjie慢等于changxiao孕育劑,另有資料顯示,冶金碳化硅含有5左右的二氧化硅微粒,可彌補感應電爐高溫及保持下的晶核損失,可顯著gaishan石墨形態,使灰鑄鐵A型石墨增多,減少過冷和激冷傾向,對球鐵能增加石墨球數增加球化率。加強爐前三角試片檢驗,根據白口寬度來調整孕育劑加入量。