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)知不(bu)覺中，2018年已剩下六個來月了，新年許(xu)下的心(xin)愿，現(xian)在完成一(yi)半了嗎？生活苦(ku)(ku)不(bu)苦(ku)(ku)，大家都清楚，活著難(nan)(nan)(nan)不(bu)難(nan)(nan)(nan)，都說難(nan)(nan)(nan)。酸甜苦(ku)(ku)辣五味俱全，追隨(sui)我們(men)每(mei)天每(mei)月和每(mei)年！
趁自己(ji)還(huan)不老(lao)，千萬(wan)不要過老(lao)年人(ren)的(de)生活，該拼 拼，該闖(chuang) 闖(chuang)，該折(zhe)騰(teng) 大(da)(da)膽(dan)折(zhe)騰(teng)！我們都是普通(tong)人(ren)，沒(mei)有錢沒(mei)有勢，只有折(zhe)騰(teng)才能改變命運！窮人(ren)折(zhe)騰(teng)對了(le)， 是富人(ren)，如果折(zhe)騰(teng)錯了(le)，大(da)(da)不了(le)做(zuo)回窮人(ren)，與其老(lao)老(lao)實實混日子，不如大(da)(da)膽(dan)折(zhe)騰(teng)變日子！
過去(qu)提高試驗(yan)平臺(tai)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液(ye)的(de)(de)冶金(jin)質量時，一(yi)般只(zhi)關(guan)注鐵(tie)(tie)液(ye)的(de)(de)出(chu)爐的(de)(de)溫度(du)和化學成分(fen)的(de)(de)控制，大(da)多沒有把鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液(ye)的(de)(de)氣(qi)體(ti)含(han)(han)量作為控制指(zhi)標，究其(qi)原因(yin)，其(qi)一(yi)，是對(dui)氣(qi)體(ti)含(han)(han)量對(dui)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)質量的(de)(de)影(ying)響認識不(bu)足，其(qi)二是氣(qi)體(ti)含(han)(han)量的(de)(de)分(fen)析比較(jiao)困難(nan)。
我(wo)們在試驗平臺灰(hui)鑄鐵的(de)生產(chan)實踐中，常(chang)常(chang)會遇(yu)到這(zhe)種情況，同樣的(de)生產(chan)工(gong)藝(yi)，同樣的(de)化學成分(fen)(fen)，生產(chan)出來(lai)的(de)灰(hui)鑄鐵，其(qi)機械性能相(xiang)差(cha)(cha)很(hen)多，關于(yu)這(zhe)種現象(xiang)，至今也沒有做出明晰的(de)解釋，但可以(yi)認為，這(zhe)是(shi)凝(ning)固過程(cheng)中，由于(yu)石墨成長(chang)的(de)大小形(xing)狀及分(fen)(fen)布，和基本(ben)組織的(de)不(bu)同而引起了這(zhe)種差(cha)(cha)異，值(zhi)得關心的(de)是(shi)，工(gong)藝(yi)相(xiang)同，成分(fen)(fen)相(xiang)近，而引起這(zhe)些石墨和基體出現差(cha)(cha)異的(de)原因又是(shi)什(shen)么？現在多數(shu)的(de)研究(jiu)者認為或者懷疑，它是(shi)鑄鐵中的(de)氣體引起的(de)，或者是(shi)微量(liang)元(yuan)素引起的(de)，以(yi)及還可能有其(qi)他的(de)不(bu)明原因。
由此，對氣(qi)體在鑄鐵中的(de)行(xing)為引起(qi)了大家的(de)注(zhu)意，并(bing)進行(xing)了研(yan)究，尤(you)其是鑄件的(de)生產，高(gao)強度高(gao)碳(tan)當(dang)量(liang)試(shi)驗(yan)平臺的(de)生產，都需(xu)要有所(suo)生產鑄件的(de)高(gao)度穩(wen)定性(xing)和一致性(xing)，所(suo)以(yi)對需(xu)要對影響鑄件強度的(de)氣(qi)體含量(liang)加(jia)以(yi)控制(zhi)。
試驗平臺鑄(zhu)鐵中(zhong)的(de)氣(qi)(qi)體主要有(you)氧(yang)、氮、氫(qing)它們在鑄(zhu)鐵中(zhong)都(dou)有(you)一定(ding)的(de)溶(rong)解度，現在研究表明，這(zhe)些氣(qi)(qi)體對(dui)鑄(zhu)鐵的(de)組織(zhi)和性能都(dou)有(you)巨(ju)大的(de)影響，它們以下列三(san)種狀(zhuang)態存在于(yu)鑄(zhu)鐵中(zhong)，1.溶(rong)于(yu)液態或固態鑄(zhu)鐵中(zhong)，2.與鑄(zhu)鐵中(zhong)的(de)其他元素形成化合物，3.凝固時呈氣(qi)(qi)相析出，可能使鑄(zhu)件產生氣(qi)(qi)孔缺(que)陷(xian)。
氧
人們提(ti)出了(le)很多鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)含氧(yang)量(liang)的(de)(de)(de)分析資料，萬谷提(ti)出，Fe-C系(xi)為22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為14-19ppm，佐藤測得為27-49ppm，Turkdogam提(ti)出30-40ppm，由(you)于(yu)熔(rong)化(hua)方法的(de)(de)(de)不同，鑄(zhu)鐵(tie)內的(de)(de)(de)含氧(yang)量(liang)會有(you)很大的(de)(de)(de)變化(hua)，很多的(de)(de)(de)測定資料數據表明(ming)，試驗平臺沖天爐熔(rong)化(hua)的(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)含氧(yang)量(liang)30-60ppm，而感應電爐熔(rong)化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)，僅10-20ppm，這(zhe)是由(you)熔(rong)化(hua)機理不同引起的(de)(de)(de)，而球鐵(tie)加鎂(mei)處理后的(de)(de)(de)氧(yang)含量(liang) 低，只有(you)5-10ppm。說(shuo)(shuo)明(ming)鎂(mei)有(you)強烈(lie)的(de)(de)(de)脫氧(yang)效(xiao)果(guo)。氧(yang)對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)各(ge)種(zhong)性能， 別(bie)是對石(shi)(shi)墨(mo)形(xing)狀(zhuang)有(you)很大影響，它又為大家(jia)所(suo)熟知(zhi)，本間和郝石(shi)(shi)堅提(ti)出了(le)下圖所(suo)示關系(xi)：說(shuo)(shuo)明(ming)了(le)亞(ya)共晶(jing)鑄(zhu)鐵(tie)含氧(yang)量(liang)與抗拉強度的(de)(de)(de)關系(xi)，當(dang)含氧(yang)量(liang)從3-5ppm增加到200ppm時，鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)組織(zhi)按(an)如下順(shun)序(xu)逐漸(jian)變化(hua)。含3-5溶解氧(yang)時為白口組織(zhi)—無石(shi)(shi)墨(mo)---反白口組織(zhi)---點狀(zhuang)石(shi)(shi)墨(mo)-----E型(xing)(xing)共晶(jing)石(shi)(shi)墨(mo)---B型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)----A型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)（20-40ppm溶解氧(yang)）----B型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)----E型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)----反白口組織(zhi)----白口組織(zhi)（100-200ppm）
可見含氧(yang)量過(guo)高或過(guo)低都將導致白口組織和反(fan)白口組織，以生(sheng)成A型石墨（20-40ppm）為，當含氧(yang)量增加或減少時，都會石墨形(xing)態惡(e)化。
從這里我(wo)們可以知道，沖天(tian)爐除了底焦過低，風量(liang)過大，而硅錳氧化(hua)嚴重，爐渣黑色，鐵(tie)(tie)水(shui)發(fa)白(bai)(bai)，而表(biao)明(ming)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液嚴重氧化(hua)，流(liu)動性差，鑄(zhu)件(jian)產生白(bai)(bai)口以外(wai)，在(zai)正常熔化(hua)情況下，其含(han)氧量(liang)都在(zai)30-60ppm范圍(wei)內，因此(ci)(ci)，適(shi)合A型石墨(mo)的析(xi)出(chu)，而感(gan)應電(dian)爐在(zai)鐵(tie)(tie)水(shui)含(han)氧量(liang)只有10-20ppm之間，因此(ci)(ci)，常常出(chu)現D型過冷石墨(mo)的原因。而由此(ci)(ci)得(de)出(chu)，沖天(tian)爐的冶金質量(liang)好的結(jie)論。
很多人認為，試驗平(ping)臺沖(chong)天(tian)爐(lu)是熔煉設(she)備，而(er)中(zhong)頻電(dian)爐(lu)只(zhi)是熔化(hua)(hua)設(she)備，認為沖(chong)天(tian)爐(lu)內有(you)很多的冶金反應(ying)，而(er)感應(ying)電(dian)爐(lu)沒有(you)。而(er)實際上，在感應(ying)爐(lu)內存在下列的兩個化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)，正(zheng)是它(ta)影響著鑄鐵(tie)內含氧(yang)量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低溫時硅(gui)(gui)和錳等優先氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)生成二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)錳，和氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鐵(tie)等氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)，而高溫時二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)等氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)被碳還原，兩個反應的(de)交(jiao)叉(cha)點，即(ji)平(ping)(ping)衡(heng)點的(de)溫度(du)， 是平(ping)(ping)衡(heng)溫度(du)。它依鑄鐵(tie)液(ye)(ye)中的(de)碳硅(gui)(gui)濃(nong)度(du)可(ke)以計算出(chu)來(lai)。一般(ban)我們可(ke)以根據爐(lu)內鐵(tie)液(ye)(ye)的(de)表(biao)面狀態來(lai)判斷，當(dang)鐵(tie)液(ye)(ye)溫度(du)低于平(ping)(ping)衡(heng)溫度(du)時，鐵(tie)液(ye)(ye)表(biao)面總是覆蓋著一層爐(lu)渣，當(dang)溫度(du)超過平(ping)(ping)衡(heng)溫度(du)時，這些渣膜慢慢消失(shi)并有火花冒出(chu)，這是一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳燃燒產(chan)生的(de)火焰(yan)，溫度(du)越高，時間越長，碳燒損越厲害。二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)等晶(jing)核損失(shi)越多，這也 是感應爐(lu)鐵(tie)水如(ru)果孕(yun)育不好，出(chu)現收縮(suo)缺陷大(da)，激冷傾向(xiang)大(da)的(de)原因。
在美國有星(xing)期(qi)一鐵水一說(shuo)， 是保(bao)(bao)溫感應(ying)電爐內的(de)(de)鐵水，經過休息日的(de)(de)保(bao)(bao)溫到(dao)周(zhou)一生產時很難以孕育(yu)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 會出現金相組織的變化，而機械性能的波動。
氧(yang)(yang)(yang)對石墨的(de)影響(xiang)是雙方(fang)面(mian)的(de) ，溶解氧(yang)(yang)(yang)多，激冷傾向(xiang)大，白口shendu層或寬度大，而(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)物成為(wei)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)硅后，它可(ke)作為(wei)異質晶核而(er)(er)cujin石墨化(hua)，激冷傾向(xiang)，和收縮(suo)傾向(xiang) 減少，其原因(yin) 是溶解氧(yang)(yang)(yang)和化(hua)合氧(yang)(yang)(yang)的(de)變化(hua)，知道了(le)這些，現在 可(ke)以(yi)采取(qu)下面(mian)的(de)措施(shi)。
1. 要(yao)快速熔化(hua)，在(zai)高(gao)溫(wen)下不(bu)要(yao)過多停留，溫(wen)度不(bu)能(neng)過高(gao)，灰鑄(zhu)鐵石(shi)墨(mo)核心是什么？鈴木(mu)和中(zhong)(zhong)江(jiang)都(dou)認為(wei)(wei)，在(zai)感應電(dian)爐(lu)(lu)中(zhong)(zhong)，錳和硫不(bu)能(neng)成為(wei)(wei)核心，因(yin)為(wei)(wei)在(zai)他(ta)們的(de)實驗中(zhong)(zhong)，白(bai)口是隨著硫量的(de)升(sheng)高(gao)而(er)(er)增(zeng)加(jia)的(de)，只有加(jia)入了(le)增(zeng)碳(tan)劑或(huo)孕育劑，白(bai)口才急劇(ju)下降，沖天(tian)爐(lu)(lu)熔化(hua)速度快，鐵液(ye)又穿(chuan)過焦炭層下落(luo)，自(zi)然會(hui)有大量的(de)未(wei)溶(rong)石(shi)墨(mo)。而(er)(er)感應爐(lu)(lu) 算(suan)加(jia)了(le)生鐵錠，加(jia)了(le)增(zeng)碳(tan)劑，只要(yao)爐(lu)(lu)料慢(man)慢(man)熔化(hua)，其(qi)未(wei)溶(rong)石(shi)墨(mo)也會(hui)消失(shi)，亦(yi)即石(shi)墨(mo)結(jie)晶(jing)核心消失(shi)了(le)，白(bai)口都(dou)很大，而(er)(er)在(zai)快速熔化(hua)下，或(huo)在(zai)熔化(hua)后期加(jia)點增(zeng)碳(tan)劑，或(huo)碳(tan)化(hua)硅(gui)預(yu)處理(li)劑，石(shi)墨(mo)形態才會(hui)好，快速熔化(hua)，保溫(wen)時間不(bu)長即出爐(lu)(lu)， 保證含氧量合(he)適，波動范圍小(xiao)。
2. 在(zai)爐料(liao)中加入30以下的鐵屑，有助(zhu)于含氧量的增加。
3. 在確(que)認鑄鐵中的(de)氧含量過(guo)(guo)低的(de)情況下， 應適(shi)當地(di)增加氧,含量方(fang)便的(de)辦法是，利用氧硫孕育(yu)劑(ji)，BCIRA與埃肯合作 成(cheng)的(de)Superseed 屬于這種孕育(yu)劑(ji)，可(ke)用于灰(hui)鑄鐵或球(qiu)鐵氧，硫過(guo)(guo)低（氧低于0.001，硫小于0.006）時(shi)可(ke)用。
4. 采用廢鋼+增碳劑工藝(yi)，增加成核能力。
5. 采用(yong)預處理劑，用(yong)碳化硅(gui)(gui)代(dai)替硅(gui)(gui)鐵，由于碳化硅(gui)(gui)fenjie慢等于changxiao孕育劑，另有資料顯示，冶金碳化硅(gui)(gui)含有5左右的二氧化硅(gui)(gui)微粒，可(ke)彌(mi)補感應電(dian)爐(lu)高溫及保(bao)持下(xia)的晶核損(sun)失，可(ke) gaishan石墨形態，使灰鑄鐵A型石墨增多，減少過冷和(he)激(ji)冷傾向，對球鐵能增加(jia)石墨球數增加(jia)球化率。加(jia)強爐(lu)前三角試片檢驗，根據白口(kou)寬度來(lai)調(diao)整孕育劑加(jia)入量(liang)。
