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)知不(bu)(bu)覺中(zhong)，2018年(nian)已剩下(xia)六個來(lai)月(yue)了(le)，新年(nian)許下(xia)的心愿，現在完成一(yi)半了(le)嗎？生活(huo)(huo)苦(ku)不(bu)(bu)苦(ku)，大(da)家(jia)都清楚，活(huo)(huo)著難(nan)不(bu)(bu)難(nan)，都說難(nan)。酸(suan)甜苦(ku)辣五(wu)味俱(ju)全，追隨我們(men)每(mei)天每(mei)月(yue)和每(mei)年(nian)！
趁自己還不老(lao)，千(qian)萬不要過(guo)老(lao)年人的(de)生活，該拼 拼，該闖 闖，該折(zhe)騰(teng)(teng) 大膽折(zhe)騰(teng)(teng)！我們都是普(pu)通人，沒有錢沒有勢，只(zhi)有折(zhe)騰(teng)(teng)才能改變命運！窮人折(zhe)騰(teng)(teng)對了(le)(le)， 是富(fu)人，如(ru)果折(zhe)騰(teng)(teng)錯(cuo)了(le)(le)，大不了(le)(le)做(zuo)回窮人，與其老(lao)老(lao)實實混日(ri)子，不如(ru)大膽折(zhe)騰(teng)(teng)變日(ri)子！
過去提高試驗(yan)平(ping)臺(tai)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)鐵(tie)(tie)(tie)液的冶金質量(liang)(liang)時，一般只關(guan)注鐵(tie)(tie)(tie)液的出爐的溫度和化(hua)學(xue)成分的控(kong)制，大多沒有把鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)鐵(tie)(tie)(tie)液的氣(qi)體含量(liang)(liang)作為(wei)控(kong)制指標，究其原因，其一，是對氣(qi)體含量(liang)(liang)對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)質量(liang)(liang)的影響認(ren)識不足，其二是氣(qi)體含量(liang)(liang)的分析比較困難。
我們(men)在(zai)試驗平臺灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)生(sheng)產實踐中，常(chang)常(chang)會遇到這(zhe)種情況，同(tong)樣(yang)的(de)(de)(de)生(sheng)產工藝，同(tong)樣(yang)的(de)(de)(de)化學成分，生(sheng)產出來(lai)的(de)(de)(de)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)，其(qi)機械性能相差很多，關于(yu)這(zhe)種現象，至今也(ye)沒(mei)有做出明晰的(de)(de)(de)解釋，但可(ke)(ke)以(yi)(yi)認(ren)為(wei)，這(zhe)是凝固過程(cheng)中，由于(yu)石(shi)墨成長的(de)(de)(de)大小形(xing)狀及分布，和基本組織(zhi)的(de)(de)(de)不同(tong)而(er)引(yin)(yin)起(qi)了這(zhe)種差異(yi)，值得關心的(de)(de)(de)是，工藝相同(tong)，成分相近，而(er)引(yin)(yin)起(qi)這(zhe)些(xie)石(shi)墨和基體(ti)出現差異(yi)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)因又(you)是什么(me)？現在(zai)多數的(de)(de)(de)研究者(zhe)認(ren)為(wei)或者(zhe)懷疑，它是鑄(zhu)鐵(tie)中的(de)(de)(de)氣體(ti)引(yin)(yin)起(qi)的(de)(de)(de)，或者(zhe)是微量元素引(yin)(yin)起(qi)的(de)(de)(de)，以(yi)(yi)及還可(ke)(ke)能有其(qi)他的(de)(de)(de)不明原(yuan)(yuan)因。
由此(ci)，對(dui)氣體(ti)在鑄(zhu)鐵中(zhong)的(de)行(xing)為引起了(le)大家的(de)注意，并(bing)進行(xing)了(le)研究，尤(you)其是鑄(zhu)件(jian)的(de)生產，高(gao)強度高(gao)碳當量試驗(yan)平臺的(de)生產，都需(xu)要有所(suo)(suo)生產鑄(zhu)件(jian)的(de)高(gao)度穩定性(xing)和一致(zhi)性(xing)，所(suo)(suo)以對(dui)需(xu)要對(dui)影響鑄(zhu)件(jian)強度的(de)氣體(ti)含量加以控制。
試驗(yan)平臺(tai)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的(de)氣體主要有氧、氮、氫它(ta)們(men)在(zai)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中都有一定(ding)的(de)溶解度，現在(zai)研究(jiu)表明，這些氣體對(dui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)組織和性(xing)能都有巨大的(de)影響(xiang)，它(ta)們(men)以下(xia)列三種狀態存在(zai)于鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，1.溶于液態或固(gu)態鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中，2.與鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的(de)其(qi)他(ta)元素形成化合物，3.凝固(gu)時呈(cheng)氣相(xiang)析出(chu)，可能使鑄(zhu)(zhu)件產生氣孔缺陷。
氧
人們(men)提出(chu)(chu)了(le)很多(duo)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)的(de)分(fen)析(xi)資料，萬谷(gu)提出(chu)(chu)，Fe-C系為(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系為(wei)14-19ppm，佐藤測(ce)得為(wei)27-49ppm，Turkdogam提出(chu)(chu)30-40ppm，由于熔化(hua)(hua)(hua)方法(fa)的(de)不(bu)同(tong)，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)內的(de)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)會有(you)很大的(de)變化(hua)(hua)(hua)，很多(duo)的(de)測(ce)定資料數據表明(ming)(ming)，試驗平臺(tai)沖天爐熔化(hua)(hua)(hua)的(de)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)中(zhong)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)30-60ppm，而感應電爐熔化(hua)(hua)(hua)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)，僅10-20ppm，這是(shi)由熔化(hua)(hua)(hua)機理不(bu)同(tong)引起(qi)的(de)，而球鐵(tie)(tie)(tie)加鎂處理后的(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)含(han)(han)(han)量(liang)(liang) 低(di)，只有(you)5-10ppm。說明(ming)(ming)鎂有(you)強烈的(de)脫氧(yang)(yang)(yang)(yang)效果。氧(yang)(yang)(yang)(yang)對(dui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的(de)各種性能， 別是(shi)對(dui)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)形(xing)狀有(you)很大影響，它又(you)為(wei)大家所(suo)熟(shu)知，本間和(he)郝石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)堅提出(chu)(chu)了(le)下圖所(suo)示關系：說明(ming)(ming)了(le)亞共晶鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)與抗拉強度的(de)關系，當(dang)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)從3-5ppm增加到200ppm時，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的(de)組織(zhi)按如下順序逐漸變化(hua)(hua)(hua)。含(han)(han)(han)3-5溶(rong)(rong)解氧(yang)(yang)(yang)(yang)時為(wei)白(bai)口(kou)(kou)組織(zhi)—無石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)---反白(bai)口(kou)(kou)組織(zhi)---點狀石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)-----E型(xing)(xing)共晶石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)---B型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)----A型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)（20-40ppm溶(rong)(rong)解氧(yang)(yang)(yang)(yang)）----B型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)----E型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)----反白(bai)口(kou)(kou)組織(zhi)----白(bai)口(kou)(kou)組織(zhi)（100-200ppm）
可見(jian)含氧(yang)量過高或過低都將導致白口組織和反白口組織，以生(sheng)成A型石墨（20-40ppm）為(wei)，當含氧(yang)量增加或減(jian)少時，都會石墨形態惡化。
從這(zhe)里我們可以(yi)知道，沖天爐除了底焦過低，風(feng)量過大，而(er)(er)硅錳氧化嚴重，爐渣黑色，鐵(tie)(tie)(tie)水發白，而(er)(er)表明鑄鐵(tie)(tie)(tie)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)嚴重氧化，流動性差，鑄件產生白口以(yi)外，在正常(chang)(chang)熔化情況下，其含(han)氧量都在30-60ppm范(fan)圍內，因此(ci)，適合A型石(shi)墨的析出(chu)，而(er)(er)感(gan)應電爐在鐵(tie)(tie)(tie)水含(han)氧量只有(you)10-20ppm之間，因此(ci)，常(chang)(chang)常(chang)(chang)出(chu)現D型過冷石(shi)墨的原因。而(er)(er)由(you)此(ci)得出(chu)，沖天爐的冶(ye)金質量好的結(jie)論(lun)。
很多人認(ren)為，試驗平臺沖天爐(lu)是熔煉設(she)備(bei)(bei)，而中頻電爐(lu)只是熔化設(she)備(bei)(bei)，認(ren)為沖天爐(lu)內有(you)很多的冶金反應(ying)，而感應(ying)電爐(lu)沒(mei)有(you)。而實際上，在(zai)(zai)感應(ying)爐(lu)內存在(zai)(zai)下列的兩個化學(xue)反應(ying)，正是它影響著鑄鐵內含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)時(shi)(shi)硅和(he)錳等(deng)(deng)優先氧(yang)(yang)化生成二(er)氧(yang)(yang)化硅，氧(yang)(yang)化錳，和(he)氧(yang)(yang)化鐵(tie)(tie)等(deng)(deng)氧(yang)(yang)化物，而(er)高溫(wen)時(shi)(shi)二(er)氧(yang)(yang)化硅等(deng)(deng)氧(yang)(yang)化物被(bei)碳(tan)還(huan)原，兩個(ge)反應的(de)交叉點，即(ji)平(ping)衡(heng)點的(de)溫(wen)度(du)， 是(shi)平(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)。它依鑄鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)中的(de)碳(tan)硅濃度(du)可(ke)以計算出來。一般我們可(ke)以根據爐內(nei)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)的(de)表(biao)(biao)面(mian)狀態(tai)來判斷，當(dang)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)溫(wen)度(du)低(di)于平(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)時(shi)(shi)，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)表(biao)(biao)面(mian)總是(shi)覆蓋著一層爐渣，當(dang)溫(wen)度(du)超(chao)過平(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)時(shi)(shi)，這(zhe)(zhe)些渣膜慢(man)慢(man)消(xiao)失并有火(huo)花冒出，這(zhe)(zhe)是(shi)一氧(yang)(yang)化碳(tan)燃(ran)燒產生的(de)火(huo)焰，溫(wen)度(du)越高，時(shi)(shi)間越長，碳(tan)燒損越厲(li)害。二(er)氧(yang)(yang)化硅等(deng)(deng)晶(jing)核損失越多，這(zhe)(zhe)也 是(shi)感應爐鐵(tie)(tie)水(shui)如果孕育不(bu)好，出現收(shou)縮缺(que)陷大(da)(da)，激冷傾向大(da)(da)的(de)原因。
在美國有星期一鐵水一說， 是保(bao)溫感應電爐(lu)內(nei)的鐵水，經過休息日的保(bao)溫到(dao)周一生(sheng)產時很難以(yi)孕育(yu)稱為“死(si)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 會出現金相組織的變化，而機械性能的波動。
氧(yang)(yang)對(dui)石墨的(de)影響(xiang)是雙方面的(de) ，溶(rong)解氧(yang)(yang)多，激(ji)冷傾向大，白(bai)口shendu層(ceng)或寬度大，而氧(yang)(yang)化(hua)物成為二氧(yang)(yang)化(hua)硅后，它可(ke)作(zuo)為異質晶核而cujin石墨化(hua)，激(ji)冷傾向，和收縮傾向 減少，其(qi)原因 是溶(rong)解氧(yang)(yang)和化(hua)合氧(yang)(yang)的(de)變化(hua)，知道了這(zhe)些，現在 可(ke)以采取下面的(de)措施。
1. 要快速(su)(su)熔化(hua)(hua)，在(zai)高溫下不(bu)(bu)要過(guo)(guo)多(duo)停留，溫度不(bu)(bu)能過(guo)(guo)高，灰鑄鐵石墨(mo)核心是什么？鈴(ling)木和(he)中江都認為(wei)，在(zai)感應(ying)電爐(lu)(lu)中，錳和(he)硫不(bu)(bu)能成為(wei)核心，因為(wei)在(zai)他們的(de)(de)實驗(yan)中，白(bai)口(kou)是隨著硫量(liang)的(de)(de)升高而增加的(de)(de)，只有加入了(le)增碳劑(ji)(ji)(ji)或(huo)孕育劑(ji)(ji)(ji)，白(bai)口(kou)才(cai)(cai)急(ji)劇下降，沖天爐(lu)(lu)熔化(hua)(hua)速(su)(su)度快，鐵液又穿(chuan)過(guo)(guo)焦炭層下落(luo)，自然會有大(da)量(liang)的(de)(de)未溶石墨(mo)。而感應(ying)爐(lu)(lu) 算加了(le)生(sheng)鐵錠，加了(le)增碳劑(ji)(ji)(ji)，只要爐(lu)(lu)料慢(man)慢(man)熔化(hua)(hua)，其未溶石墨(mo)也會消失(shi)，亦即石墨(mo)結晶核心消失(shi)了(le)，白(bai)口(kou)都很大(da)，而在(zai)快速(su)(su)熔化(hua)(hua)下，或(huo)在(zai)熔化(hua)(hua)后期(qi)加點增碳劑(ji)(ji)(ji)，或(huo)碳化(hua)(hua)硅預處理(li)劑(ji)(ji)(ji)，石墨(mo)形態才(cai)(cai)會好，快速(su)(su)熔化(hua)(hua)，保(bao)溫時(shi)間(jian)不(bu)(bu)長即出爐(lu)(lu)， 保(bao)證含氧量(liang)合適，波動范圍小。
2. 在(zai)爐料中加入30以下的(de)鐵(tie)屑，有助于含氧量的(de)增(zeng)加。
3. 在(zai)確(que)認鑄鐵中的(de)(de)氧(yang)含量(liang)過低(di)(di)的(de)(de)情況(kuang)下， 應適當地(di)增加氧(yang),含量(liang)方便的(de)(de)辦(ban)法是，利用氧(yang)硫(liu)孕(yun)育(yu)劑，BCIRA與埃肯合作 成的(de)(de)Superseed 屬于這種孕(yun)育(yu)劑，可(ke)用于灰鑄鐵或球鐵氧(yang)，硫(liu)過低(di)(di)（氧(yang)低(di)(di)于0.001，硫(liu)小于0.006）時可(ke)用。
4. 采用廢鋼+增碳劑(ji)工藝，增加成核能(neng)力。
5. 采用(yong)預處理劑，用(yong)碳化硅代替硅鐵(tie)(tie)，由于(yu)碳化硅fenjie慢(man)等于(yu)changxiao孕(yun)育劑，另有(you)(you)資料顯(xian)示，冶金(jin)碳化硅含(han)有(you)(you)5左右(you)的二(er)氧化硅微粒，可彌補感應電(dian)爐高溫(wen)及保持下的晶核損失，可 gaishan石(shi)墨形態(tai)，使灰鑄(zhu)鐵(tie)(tie)A型石(shi)墨增(zeng)(zeng)多(duo)，減少過冷和(he)激冷傾向(xiang)，對球鐵(tie)(tie)能增(zeng)(zeng)加石(shi)墨球數增(zeng)(zeng)加球化率(lv)。加強爐前(qian)三角試片檢(jian)驗，根據白口寬度來調整(zheng)孕(yun)育劑加入(ru)量。
