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(zhi)不覺中，2018年已剩(sheng)下六個來月了，新(xin)年許下的心愿，現在完成一半了嗎？生活(huo)(huo)苦不苦，大家(jia)都清楚(chu)，活(huo)(huo)著難(nan)不難(nan)，都說難(nan)。酸甜苦辣五味俱全，追隨我(wo)們每天每月和每年！
趁自(zi)己(ji)還(huan)不(bu)老，千(qian)萬不(bu)要過老年人(ren)(ren)的(de)生活，該(gai)拼 拼，該(gai)闖 闖，該(gai)折(zhe)騰 大膽(dan)折(zhe)騰！我們(men)都是普通人(ren)(ren)，沒有(you)錢(qian)沒有(you)勢，只有(you)折(zhe)騰才(cai)能改變命運(yun)！窮人(ren)(ren)折(zhe)騰對了， 是富人(ren)(ren)，如果折(zhe)騰錯了，大不(bu)了做回窮人(ren)(ren)，與其老老實實混日(ri)子，不(bu)如大膽(dan)折(zhe)騰變日(ri)子！
過去提高試驗平臺鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液的(de)(de)(de)冶金質量時，一般只關注(zhu)鐵(tie)(tie)液的(de)(de)(de)出爐的(de)(de)(de)溫(wen)度和(he)化學成分的(de)(de)(de)控(kong)制，大(da)多沒有把(ba)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液的(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)含(han)(han)(han)量作為控(kong)制指(zhi)標(biao)，究其(qi)原因(yin)，其(qi)一，是對氣(qi)體(ti)含(han)(han)(han)量對鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)質量的(de)(de)(de)影響認識不(bu)足，其(qi)二是氣(qi)體(ti)含(han)(han)(han)量的(de)(de)(de)分析比較困難。
我們在(zai)試(shi)驗平臺(tai)灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)實踐中，常常會遇(yu)到這(zhe)(zhe)種情況，同(tong)樣的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)工藝，同(tong)樣的(de)(de)(de)(de)(de)化學成(cheng)分，生產(chan)出來的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)，其機械性能相差(cha)很(hen)多，關于這(zhe)(zhe)種現(xian)象，至今也沒有做出明(ming)晰的(de)(de)(de)(de)(de)解(jie)釋(shi)，但可以認(ren)為，這(zhe)(zhe)是(shi)凝固過程中，由(you)于石墨成(cheng)長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)大小形狀及(ji)分布(bu)，和基本組(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)而引(yin)起(qi)了(le)這(zhe)(zhe)種差(cha)異，值(zhi)得關心(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，工藝相同(tong)，成(cheng)分相近，而引(yin)起(qi)這(zhe)(zhe)些石墨和基體出現(xian)差(cha)異的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因又(you)是(shi)什么？現(xian)在(zai)多數的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究者(zhe)認(ren)為或者(zhe)懷(huai)疑，它是(shi)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的(de)(de)(de)(de)(de)氣體引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)，或者(zhe)是(shi)微量(liang)元(yuan)素引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)，以及(ji)還可能有其他的(de)(de)(de)(de)(de)不明(ming)原(yuan)因。
由此，對氣體在鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中的行(xing)為(wei)引起(qi)了大家的注意(yi)，并進行(xing)了研究，尤其(qi)是鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的生產，高強度高碳(tan)當量試驗平臺的生產，都需要有所生產鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的高度穩定(ding)性和一致性，所以對需要對影響鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)強度的氣體含量加以控制。
試驗平臺鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)的(de)氣(qi)(qi)體主要有(you)氧、氮、氫它(ta)(ta)們(men)在鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)都(dou)有(you)一定的(de)溶解度，現在研究表(biao)明，這些(xie)氣(qi)(qi)體對鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)組織(zhi)和性(xing)能都(dou)有(you)巨大的(de)影響，它(ta)(ta)們(men)以下(xia)列(lie)三種狀態存(cun)在于鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)，1.溶于液態或固(gu)態鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)，2.與(yu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)的(de)其(qi)他元(yuan)素形成(cheng)化合物，3.凝固(gu)時(shi)呈(cheng)氣(qi)(qi)相析出，可能使鑄(zhu)(zhu)(zhu)件產(chan)生氣(qi)(qi)孔缺陷(xian)。
氧
人們提(ti)(ti)出了很(hen)多鑄(zhu)鐵(tie)中含(han)氧(yang)量的(de)(de)分析(xi)資(zi)料，萬谷提(ti)(ti)出，Fe-C系(xi)為(wei)(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為(wei)(wei)14-19ppm，佐藤測得為(wei)(wei)27-49ppm，Turkdogam提(ti)(ti)出30-40ppm，由于熔化(hua)方法的(de)(de)不同(tong)(tong)，鑄(zhu)鐵(tie)內的(de)(de)含(han)氧(yang)量會有(you)很(hen)大(da)的(de)(de)變化(hua)，很(hen)多的(de)(de)測定資(zi)料數(shu)據表明，試驗平臺沖天爐熔化(hua)的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)中含(han)氧(yang)量30-60ppm，而感應電(dian)爐熔化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)，僅10-20ppm，這是(shi)由熔化(hua)機理不同(tong)(tong)引起的(de)(de)，而球鐵(tie)加鎂(mei)處理后(hou)的(de)(de)氧(yang)含(han)量 低，只有(you)5-10ppm。說明鎂(mei)有(you)強烈的(de)(de)脫氧(yang)效果。氧(yang)對(dui)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)各(ge)種(zhong)性(xing)能(neng)， 別是(shi)對(dui)石(shi)(shi)墨(mo)形狀有(you)很(hen)大(da)影響，它又為(wei)(wei)大(da)家所熟知(zhi)，本間和(he)郝石(shi)(shi)堅提(ti)(ti)出了下(xia)(xia)圖所示關系(xi)：說明了亞共(gong)晶鑄(zhu)鐵(tie)含(han)氧(yang)量與抗(kang)拉強度的(de)(de)關系(xi)，當含(han)氧(yang)量從(cong)3-5ppm增(zeng)加到200ppm時，鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)組(zu)織按如下(xia)(xia)順序逐(zhu)漸變化(hua)。含(han)3-5溶(rong)解(jie)氧(yang)時為(wei)(wei)白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織—無石(shi)(shi)墨(mo)---反白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織---點狀石(shi)(shi)墨(mo)-----E型共(gong)晶石(shi)(shi)墨(mo)---B型石(shi)(shi)墨(mo)----A型石(shi)(shi)墨(mo)（20-40ppm溶(rong)解(jie)氧(yang)）----B型石(shi)(shi)墨(mo)----E型石(shi)(shi)墨(mo)----反白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織----白(bai)(bai)口(kou)組(zu)織（100-200ppm）
可見含氧量過(guo)高或過(guo)低都將導致白口組織(zhi)和反(fan)白口組織(zhi)，以生成A型石(shi)墨(mo)（20-40ppm）為，當含氧量增加或減少時，都會石(shi)墨(mo)形態惡(e)化。
從這里我(wo)們可(ke)以(yi)知道，沖天爐除了底焦過(guo)低，風(feng)量(liang)過(guo)大，而(er)硅錳(meng)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)嚴(yan)(yan)重，爐渣黑色，鐵(tie)水(shui)發白，而(er)表明(ming)鑄鐵(tie)鐵(tie)液嚴(yan)(yan)重氧(yang)(yang)(yang)化(hua)，流動性差，鑄件產生白口(kou)以(yi)外，在正常熔化(hua)情況下，其含氧(yang)(yang)(yang)量(liang)都在30-60ppm范圍內，因此(ci)，適合A型石墨的析(xi)出，而(er)感應電爐在鐵(tie)水(shui)含氧(yang)(yang)(yang)量(liang)只(zhi)有10-20ppm之間，因此(ci)，常常出現D型過(guo)冷石墨的原(yuan)因。而(er)由此(ci)得出，沖天爐的冶金(jin)質(zhi)量(liang)好的結論(lun)。
很(hen)多人認為，試驗平臺沖(chong)天(tian)爐(lu)(lu)是(shi)熔煉設備，而中頻電(dian)爐(lu)(lu)只(zhi)是(shi)熔化設備，認為沖(chong)天(tian)爐(lu)(lu)內(nei)有很(hen)多的冶(ye)金反(fan)應，而感(gan)應電(dian)爐(lu)(lu)沒(mei)有。而實際上，在感(gan)應爐(lu)(lu)內(nei)存在下列的兩個化學反(fan)應，正是(shi)它(ta)影響著鑄(zhu)鐵內(nei)含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)硅(gui)和(he)錳(meng)等優先氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)生成二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)，氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)錳(meng)，和(he)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鐵(tie)等氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物，而(er)高(gao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)等氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物被碳(tan)(tan)還原，兩(liang)個反應的(de)交叉點，即平(ping)衡點的(de)溫(wen)(wen)度(du)， 是(shi)(shi)平(ping)衡溫(wen)(wen)度(du)。它依鑄(zhu)鐵(tie)液中的(de)碳(tan)(tan)硅(gui)濃度(du)可(ke)(ke)以計算出(chu)來(lai)。一(yi)(yi)(yi)般我們可(ke)(ke)以根據爐(lu)內鐵(tie)液的(de)表面狀態來(lai)判斷，當(dang)鐵(tie)液溫(wen)(wen)度(du)低(di)于平(ping)衡溫(wen)(wen)度(du)時(shi)(shi)(shi)，鐵(tie)液表面總是(shi)(shi)覆(fu)蓋著一(yi)(yi)(yi)層爐(lu)渣(zha)，當(dang)溫(wen)(wen)度(du)超過平(ping)衡溫(wen)(wen)度(du)時(shi)(shi)(shi)，這些(xie)渣(zha)膜(mo)慢(man)(man)慢(man)(man)消(xiao)失并有火花冒出(chu)，這是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)燃燒(shao)(shao)產生的(de)火焰，溫(wen)(wen)度(du)越(yue)高(gao)，時(shi)(shi)(shi)間越(yue)長，碳(tan)(tan)燒(shao)(shao)損(sun)越(yue)厲害。二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)等晶(jing)核損(sun)失越(yue)多，這也 是(shi)(shi)感應爐(lu)鐵(tie)水如果(guo)孕育不好，出(chu)現(xian)收縮(suo)缺陷大，激冷傾(qing)向大的(de)原因。
在美國有星期一鐵水一說， 是保溫感應電爐內的鐵水，經(jing)過休息日的保溫到(dao)周(zhou)一生產時很難以孕育稱為(wei)“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)對石(shi)墨的(de)(de)影響是(shi)(shi)雙方面的(de)(de) ，溶(rong)解氧(yang)多，激冷(leng)傾向(xiang)大，白口(kou)shendu層(ceng)或寬度大，而氧(yang)化(hua)物成為(wei)二氧(yang)化(hua)硅后，它可(ke)作為(wei)異質晶核而cujin石(shi)墨化(hua)，激冷(leng)傾向(xiang)，和(he)收縮(suo)傾向(xiang) 減少，其(qi)原因 是(shi)(shi)溶(rong)解氧(yang)和(he)化(hua)合氧(yang)的(de)(de)變化(hua)，知道(dao)了這些，現在(zai) 可(ke)以采取下面的(de)(de)措(cuo)施(shi)。
1. 要快速(su)熔(rong)(rong)化(hua)，在(zai)(zai)高溫下(xia)(xia)不要過(guo)多停留，溫度不能過(guo)高，灰鑄鐵(tie)(tie)石墨(mo)(mo)核心是什么？鈴(ling)木(mu)和中(zhong)江都認為(wei)(wei)，在(zai)(zai)感應電爐中(zhong)，錳和硫(liu)不能成(cheng)為(wei)(wei)核心，因為(wei)(wei)在(zai)(zai)他們的(de)(de)實驗中(zhong)，白口是隨(sui)著硫(liu)量(liang)的(de)(de)升(sheng)高而(er)(er)增(zeng)加(jia)的(de)(de)，只有加(jia)入(ru)了(le)增(zeng)碳劑(ji)或(huo)(huo)孕育劑(ji)，白口才(cai)急劇下(xia)(xia)降，沖天(tian)爐熔(rong)(rong)化(hua)速(su)度快，鐵(tie)(tie)液(ye)又穿(chuan)過(guo)焦炭層下(xia)(xia)落，自然會(hui)有大(da)量(liang)的(de)(de)未溶石墨(mo)(mo)。而(er)(er)感應爐 算(suan)加(jia)了(le)生(sheng)鐵(tie)(tie)錠，加(jia)了(le)增(zeng)碳劑(ji)，只要爐料慢(man)慢(man)熔(rong)(rong)化(hua)，其未溶石墨(mo)(mo)也(ye)會(hui)消(xiao)失，亦即石墨(mo)(mo)結晶核心消(xiao)失了(le)，白口都很大(da)，而(er)(er)在(zai)(zai)快速(su)熔(rong)(rong)化(hua)下(xia)(xia)，或(huo)(huo)在(zai)(zai)熔(rong)(rong)化(hua)后期加(jia)點(dian)增(zeng)碳劑(ji)，或(huo)(huo)碳化(hua)硅預處理(li)劑(ji)，石墨(mo)(mo)形態才(cai)會(hui)好，快速(su)熔(rong)(rong)化(hua)，保(bao)溫時間不長即出爐， 保(bao)證含氧(yang)量(liang)合(he)適，波(bo)動范圍小。
2. 在爐料中加入30以下的鐵屑，有助(zhu)于含氧量的增加。
3. 在確認鑄(zhu)鐵(tie)中的氧含量過低的情況下， 應適當地增加氧,含量方便的辦法是，利用氧硫孕育(yu)劑，BCIRA與(yu)埃肯合作 成的Superseed 屬于這種孕育(yu)劑，可用于灰鑄(zhu)鐵(tie)或球鐵(tie)氧，硫過低（氧低于0.001，硫小于0.006）時可用。
4. 采用廢(fei)鋼(gang)+增碳劑工藝，增加(jia)成核(he)能力。
5. 采用預處(chu)理(li)劑(ji)，用碳(tan)化硅代替硅鐵(tie)，由于碳(tan)化硅fenjie慢(man)等于changxiao孕(yun)育劑(ji)，另(ling)有資料顯示(shi)，冶金(jin)碳(tan)化硅含有5左右的二氧化硅微粒，可彌補感應電(dian)爐高溫及保(bao)持(chi)下(xia)的晶核損(sun)失，可 gaishan石(shi)(shi)墨形(xing)態(tai)，使灰鑄鐵(tie)A型石(shi)(shi)墨增多，減少(shao)過冷和激(ji)冷傾向，對球(qiu)(qiu)鐵(tie)能增加(jia)(jia)石(shi)(shi)墨球(qiu)(qiu)數(shu)增加(jia)(jia)球(qiu)(qiu)化率。加(jia)(jia)強爐前三角試(shi)片檢(jian)驗，根據白口寬(kuan)度來(lai)調(diao)整孕(yun)育劑(ji)加(jia)(jia)入量。
