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，2018年(nian)已剩下六(liu)個來月(yue)(yue)了，新年(nian)許下的(de)心愿，現在完(wan)成一(yi)半了嗎(ma)？生(sheng)活苦(ku)不(bu)(bu)苦(ku)，大家(jia)都清楚，活著(zhu)難(nan)不(bu)(bu)難(nan)，都說難(nan)。酸甜苦(ku)辣五(wu)味俱全，追隨我們每天(tian)每月(yue)(yue)和每年(nian)！
趁自己(ji)還不(bu)老，千(qian)萬不(bu)要過(guo)老年人的(de)生(sheng)活，該拼 拼，該闖 闖，該折(zhe)騰(teng) 大(da)(da)膽折(zhe)騰(teng)！我們都(dou)是普通人，沒有(you)錢沒有(you)勢，只有(you)折(zhe)騰(teng)才能改(gai)變命運(yun)！窮人折(zhe)騰(teng)對了， 是富人，如果折(zhe)騰(teng)錯(cuo)了，大(da)(da)不(bu)了做回窮人，與(yu)其老老實(shi)(shi)實(shi)(shi)混日(ri)(ri)子，不(bu)如大(da)(da)膽折(zhe)騰(teng)變日(ri)(ri)子！
過去提(ti)高試驗平(ping)臺鑄鐵鐵液的(de)冶金質(zhi)(zhi)量時，一(yi)般只關注鐵液的(de)出爐的(de)溫度和化學(xue)成分(fen)的(de)控制(zhi)，大多沒有把鑄鐵鐵液的(de)氣(qi)體(ti)含(han)量作為控制(zhi)指標(biao)，究其原因，其一(yi)，是對氣(qi)體(ti)含(han)量對鑄鐵質(zhi)(zhi)量的(de)影響(xiang)認識不足，其二是氣(qi)體(ti)含(han)量的(de)分(fen)析比(bi)較困(kun)難(nan)。
我們在試驗平臺(tai)灰鑄鐵的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)實踐(jian)中(zhong)，常常會遇到(dao)這種情況，同(tong)樣的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)工藝，同(tong)樣的(de)(de)化(hua)學成(cheng)分，生(sheng)產(chan)(chan)出來的(de)(de)灰鑄鐵，其機械性(xing)能相差很多(duo)，關于(yu)這種現(xian)象，至今也沒有做出明(ming)晰的(de)(de)解釋，但可(ke)以(yi)認為，這是(shi)(shi)凝固過(guo)程(cheng)中(zhong)，由于(yu)石墨(mo)成(cheng)長(chang)的(de)(de)大(da)小形狀(zhuang)及(ji)分布(bu)，和(he)基本組織(zhi)的(de)(de)不同(tong)而(er)引(yin)起(qi)(qi)了這種差異，值得關心(xin)的(de)(de)是(shi)(shi)，工藝相同(tong)，成(cheng)分相近，而(er)引(yin)起(qi)(qi)這些石墨(mo)和(he)基體出現(xian)差異的(de)(de)原(yuan)因(yin)又是(shi)(shi)什么？現(xian)在多(duo)數的(de)(de)研究者認為或者懷疑，它是(shi)(shi)鑄鐵中(zhong)的(de)(de)氣體引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)，或者是(shi)(shi)微(wei)量(liang)元(yuan)素引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)，以(yi)及(ji)還可(ke)能有其他的(de)(de)不明(ming)原(yuan)因(yin)。
由此，對(dui)氣體在鑄(zhu)(zhu)鐵中的(de)行為引(yin)起了大家的(de)注意，并進行了研究(jiu)，尤其(qi)是鑄(zhu)(zhu)件的(de)生產，高強度高碳當量試驗平臺的(de)生產，都(dou)需(xu)(xu)要(yao)有所生產鑄(zhu)(zhu)件的(de)高度穩定性(xing)和一致(zhi)性(xing)，所以對(dui)需(xu)(xu)要(yao)對(dui)影響鑄(zhu)(zhu)件強度的(de)氣體含量加(jia)以控制。
試驗(yan)平臺鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)中的(de)(de)氣(qi)(qi)體主要有(you)(you)氧、氮(dan)、氫它(ta)們(men)在鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)中都有(you)(you)一定的(de)(de)溶解度，現(xian)在研究(jiu)表(biao)明，這些氣(qi)(qi)體對鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)組織和(he)性能都有(you)(you)巨(ju)大的(de)(de)影響(xiang)，它(ta)們(men)以下(xia)列(lie)三種狀態存在于鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)中，1.溶于液態或固(gu)態鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)中，2.與鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)中的(de)(de)其他元素(su)形成化合(he)物，3.凝固(gu)時呈(cheng)氣(qi)(qi)相析出，可能使鑄(zhu)(zhu)(zhu)件產生(sheng)氣(qi)(qi)孔缺陷。
氧
人們提出(chu)了(le)很多鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中含氧量(liang)的(de)(de)(de)(de)分(fen)析資料(liao)，萬谷提出(chu)，Fe-C系(xi)為(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為(wei)14-19ppm，佐藤測(ce)(ce)得(de)為(wei)27-49ppm，Turkdogam提出(chu)30-40ppm，由于熔(rong)化方法(fa)的(de)(de)(de)(de)不同(tong)，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)內的(de)(de)(de)(de)含氧量(liang)會有很大的(de)(de)(de)(de)變化，很多的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)定資料(liao)數據表明，試(shi)驗(yan)平臺沖天(tian)爐(lu)熔(rong)化的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中含氧量(liang)30-60ppm，而感應(ying)電爐(lu)熔(rong)化鑄(zhu)鐵(tie)(tie)，僅10-20ppm，這是(shi)由熔(rong)化機理不同(tong)引起的(de)(de)(de)(de)，而球鐵(tie)(tie)加鎂處理后的(de)(de)(de)(de)氧含量(liang) 低，只(zhi)有5-10ppm。說明鎂有強烈的(de)(de)(de)(de)脫氧效(xiao)果。氧對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)各種性能， 別是(shi)對石墨形狀有很大影響，它又(you)為(wei)大家所(suo)熟(shu)知，本間(jian)和郝(hao)石堅(jian)提出(chu)了(le)下圖所(suo)示(shi)關系(xi)：說明了(le)亞(ya)共(gong)晶(jing)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)含氧量(liang)與抗(kang)拉強度的(de)(de)(de)(de)關系(xi)，當含氧量(liang)從3-5ppm增加到200ppm時(shi)，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)組織(zhi)(zhi)(zhi)按如下順序(xu)逐漸變化。含3-5溶(rong)解(jie)(jie)氧時(shi)為(wei)白口組織(zhi)(zhi)(zhi)—無(wu)石墨---反白口組織(zhi)(zhi)(zhi)---點狀石墨-----E型(xing)共(gong)晶(jing)石墨---B型(xing)石墨----A型(xing)石墨（20-40ppm溶(rong)解(jie)(jie)氧）----B型(xing)石墨----E型(xing)石墨----反白口組織(zhi)(zhi)(zhi)----白口組織(zhi)(zhi)(zhi)（100-200ppm）
可見(jian)含氧(yang)量(liang)(liang)過(guo)高或過(guo)低(di)都將導致白(bai)口組織和反白(bai)口組織，以生成A型石墨（20-40ppm）為，當(dang)含氧(yang)量(liang)(liang)增加或減(jian)少時，都會石墨形態惡化(hua)。
從這(zhe)里我(wo)們可(ke)以(yi)知道，沖天(tian)爐(lu)除了底焦過低，風量(liang)過大，而(er)硅錳(meng)氧(yang)化嚴重，爐(lu)渣(zha)黑(hei)色，鐵水發白，而(er)表明(ming)鑄鐵鐵液嚴重氧(yang)化，流動性差，鑄件產生白口以(yi)外，在正常熔化情況下，其含氧(yang)量(liang)都在30-60ppm范(fan)圍內，因(yin)此(ci)，適合A型(xing)石墨(mo)的(de)析出(chu)，而(er)感應電爐(lu)在鐵水含氧(yang)量(liang)只有10-20ppm之間，因(yin)此(ci)，常常出(chu)現D型(xing)過冷石墨(mo)的(de)原因(yin)。而(er)由此(ci)得出(chu)，沖天(tian)爐(lu)的(de)冶金質量(liang)好的(de)結論。
很多人認為，試驗平臺沖(chong)天爐是熔煉設備，而中頻電(dian)爐只是熔化(hua)設備，認為沖(chong)天爐內(nei)有(you)很多的(de)冶金反應(ying)(ying)，而感應(ying)(ying)電(dian)爐沒有(you)。而實際上，在(zai)感應(ying)(ying)爐內(nei)存(cun)在(zai)下列的(de)兩個化(hua)學(xue)反應(ying)(ying)，正(zheng)是它影(ying)響著鑄鐵內(nei)含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低溫(wen)時(shi)(shi)(shi)硅和錳等優先氧(yang)化(hua)生(sheng)成(cheng)二氧(yang)化(hua)硅，氧(yang)化(hua)錳，和氧(yang)化(hua)鐵(tie)(tie)等氧(yang)化(hua)物(wu)，而高溫(wen)時(shi)(shi)(shi)二氧(yang)化(hua)硅等氧(yang)化(hua)物(wu)被(bei)碳(tan)還原，兩個反應(ying)的交叉點，即平衡點的溫(wen)度(du)(du)， 是平衡溫(wen)度(du)(du)。它依鑄(zhu)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)中的碳(tan)硅濃(nong)度(du)(du)可以計(ji)算出來。一(yi)般我們可以根據(ju)爐內鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)的表面狀(zhuang)態來判斷，當鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)溫(wen)度(du)(du)低于(yu)平衡溫(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)(shi)，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)表面總是覆蓋著一(yi)層爐渣，當溫(wen)度(du)(du)超過平衡溫(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)(shi)，這些(xie)渣膜慢(man)慢(man)消(xiao)失并有火(huo)花(hua)冒出，這是一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)燃(ran)燒產生(sheng)的火(huo)焰，溫(wen)度(du)(du)越高，時(shi)(shi)(shi)間越長，碳(tan)燒損(sun)越厲害。二氧(yang)化(hua)硅等晶核(he)損(sun)失越多，這也(ye) 是感應(ying)爐鐵(tie)(tie)水如果孕育不好，出現收縮缺陷(xian)大(da)，激(ji)冷傾(qing)向(xiang)大(da)的原因(yin)。
在美(mei)國有星(xing)期一鐵(tie)水(shui)一說， 是保(bao)溫感應電爐內的鐵(tie)水(shui)，經(jing)過休(xiu)息(xi)日的保(bao)溫到周一生產(chan)時很難以(yi)孕育稱為“死鐵(tie)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(yang)(yang)對石(shi)墨(mo)的(de)影響(xiang)是雙(shuang)方面的(de) ，溶解氧(yang)(yang)多，激冷傾(qing)向(xiang)大(da)，白口shendu層或(huo)寬(kuan)度(du)大(da)，而氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物成為二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅后，它可作為異質晶核而cujin石(shi)墨(mo)化(hua)(hua)(hua)，激冷傾(qing)向(xiang)，和收(shou)縮傾(qing)向(xiang) 減少，其原因 是溶解氧(yang)(yang)和化(hua)(hua)(hua)合氧(yang)(yang)的(de)變化(hua)(hua)(hua)，知道(dao)了(le)這些，現在 可以采(cai)取下面的(de)措(cuo)施。
1. 要快速熔(rong)(rong)化(hua)(hua)，在(zai)高溫下(xia)(xia)不(bu)要過(guo)多停留(liu)，溫度不(bu)能過(guo)高，灰鑄鐵石墨(mo)核(he)(he)心(xin)是什么？鈴木和(he)中(zhong)(zhong)江都認為，在(zai)感應(ying)電爐(lu)(lu)中(zhong)(zhong)，錳和(he)硫不(bu)能成(cheng)為核(he)(he)心(xin)，因為在(zai)他們的實驗中(zhong)(zhong)，白(bai)口(kou)是隨著硫量的升高而(er)增(zeng)加(jia)的，只有(you)加(jia)入了(le)增(zeng)碳(tan)劑或孕育劑，白(bai)口(kou)才急(ji)劇下(xia)(xia)降，沖(chong)天爐(lu)(lu)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)速度快，鐵液又穿過(guo)焦炭層下(xia)(xia)落，自(zi)然會有(you)大量的未(wei)溶石墨(mo)。而(er)感應(ying)爐(lu)(lu) 算(suan)加(jia)了(le)生鐵錠，加(jia)了(le)增(zeng)碳(tan)劑，只要爐(lu)(lu)料慢(man)慢(man)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)，其未(wei)溶石墨(mo)也會消失(shi)，亦即石墨(mo)結晶核(he)(he)心(xin)消失(shi)了(le)，白(bai)口(kou)都很大，而(er)在(zai)快速熔(rong)(rong)化(hua)(hua)下(xia)(xia)，或在(zai)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)后期加(jia)點(dian)增(zeng)碳(tan)劑，或碳(tan)化(hua)(hua)硅預處理(li)劑，石墨(mo)形態才會好，快速熔(rong)(rong)化(hua)(hua)，保溫時間不(bu)長即出爐(lu)(lu)， 保證含氧量合適，波動范(fan)圍小。
2. 在爐料中加(jia)入30以(yi)下的(de)鐵屑，有助(zhu)于含氧量的(de)增(zeng)加(jia)。
3. 在確認鑄(zhu)鐵(tie)中的(de)氧(yang)含量(liang)過(guo)低(di)的(de)情況下(xia)， 應適(shi)當地增加(jia)氧(yang),含量(liang)方便的(de)辦(ban)法是，利用(yong)氧(yang)硫(liu)孕育劑，BCIRA與埃(ai)肯合作 成的(de)Superseed 屬(shu)于這種孕育劑，可用(yong)于灰鑄(zhu)鐵(tie)或球鐵(tie)氧(yang)，硫(liu)過(guo)低(di)（氧(yang)低(di)于0.001，硫(liu)小于0.006）時可用(yong)。
4. 采(cai)用廢(fei)鋼+增碳(tan)劑工藝，增加成核(he)能力。
5. 采用(yong)預處理劑(ji)，用(yong)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)代替硅(gui)(gui)鐵，由于碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)fenjie慢等(deng)于changxiao孕育劑(ji)，另有資料顯示，冶(ye)金碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)含有5左右(you)的二氧化(hua)(hua)硅(gui)(gui)微(wei)粒，可(ke)彌補感應電(dian)爐(lu)高溫及保持下的晶核(he)損失，可(ke) gaishan石(shi)墨形態，使灰鑄鐵A型石(shi)墨增多，減少(shao)過冷和激冷傾(qing)向，對球(qiu)鐵能增加石(shi)墨球(qiu)數增加球(qiu)化(hua)(hua)率。加強(qiang)爐(lu)前三角試片檢驗，根據白口寬度來調整孕育劑(ji)加入量。
