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(yi)剩下(xia)六個來(lai)月(yue)(yue)了，新年許下(xia)的心愿，現在(zai)完成一半了嗎？生活苦不苦，大家都(dou)清楚，活著難不難，都(dou)說難。酸甜(tian)苦辣五味俱全，追(zhui)隨(sui)我們每(mei)天(tian)每(mei)月(yue)(yue)和每(mei)年！
趁自己(ji)還不老，千萬不要過(guo)老年人(ren)(ren)的生活，該(gai)拼(pin) 拼(pin)，該(gai)闖 闖，該(gai)折(zhe)(zhe)騰(teng) 大(da)膽(dan)折(zhe)(zhe)騰(teng)！我們都是(shi)普(pu)通人(ren)(ren)，沒(mei)有(you)錢(qian)沒(mei)有(you)勢(shi)，只(zhi)有(you)折(zhe)(zhe)騰(teng)才能改變(bian)命運！窮人(ren)(ren)折(zhe)(zhe)騰(teng)對了， 是(shi)富人(ren)(ren)，如果(guo)折(zhe)(zhe)騰(teng)錯了，大(da)不了做(zuo)回窮人(ren)(ren)，與其老老實實混日子(zi)，不如大(da)膽(dan)折(zhe)(zhe)騰(teng)變(bian)日子(zi)！
過(guo)去提高試驗平臺鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液的冶金質(zhi)量(liang)時，一般只關注(zhu)鐵(tie)(tie)液的出爐(lu)的溫度和化學(xue)成分的控制(zhi)，大多沒有(you)把鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液的氣體(ti)(ti)含量(liang)作為控制(zhi)指(zhi)標，究其原因，其一，是(shi)對氣體(ti)(ti)含量(liang)對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)質(zhi)量(liang)的影響認識不足，其二是(shi)氣體(ti)(ti)含量(liang)的分析(xi)比(bi)較困(kun)難。
我們在試驗平臺(tai)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)生產實踐中(zhong)，常(chang)常(chang)會(hui)遇到這(zhe)種情況，同樣的(de)(de)生產工藝，同樣的(de)(de)化(hua)學(xue)成(cheng)分，生產出(chu)來的(de)(de)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)，其機械(xie)性能(neng)相(xiang)差很多，關于(yu)這(zhe)種現(xian)象，至今也沒有做出(chu)明(ming)晰的(de)(de)解(jie)釋，但可以(yi)認為，這(zhe)是凝固過程中(zhong)，由于(yu)石墨成(cheng)長的(de)(de)大小形狀及分布，和(he)基(ji)本組織的(de)(de)不(bu)同而引起(qi)了這(zhe)種差異(yi)，值得關心的(de)(de)是，工藝相(xiang)同，成(cheng)分相(xiang)近，而引起(qi)這(zhe)些(xie)石墨和(he)基(ji)體出(chu)現(xian)差異(yi)的(de)(de)原因又(you)是什么？現(xian)在多數的(de)(de)研究者認為或(huo)(huo)者懷疑，它是鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)氣體引起(qi)的(de)(de)，或(huo)(huo)者是微量(liang)元素(su)引起(qi)的(de)(de)，以(yi)及還可能(neng)有其他的(de)(de)不(bu)明(ming)原因。
由此(ci)，對(dui)氣體(ti)在鑄(zhu)鐵中的(de)(de)(de)行(xing)(xing)為(wei)引起了大(da)家的(de)(de)(de)注意，并(bing)進(jin)行(xing)(xing)了研究，尤(you)其是鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產，高(gao)強(qiang)度(du)(du)高(gao)碳當量(liang)試(shi)驗(yan)平(ping)臺的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產，都需要有(you)所生(sheng)(sheng)產鑄(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)高(gao)度(du)(du)穩定性和一致(zhi)性，所以(yi)對(dui)需要對(dui)影響鑄(zhu)件(jian)(jian)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)氣體(ti)含量(liang)加以(yi)控制(zhi)。
試驗平臺鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)的(de)氣體主要(yao)有氧、氮(dan)、氫它們(men)在鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)都有一定的(de)溶解度，現在研究表(biao)明，這(zhe)些(xie)氣體對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)組織和性(xing)能都有巨(ju)大的(de)影響(xiang)，它們(men)以下列三種狀(zhuang)態(tai)存在于(yu)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)，1.溶于(yu)液態(tai)或(huo)固態(tai)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)，2.與鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)(zhong)的(de)其他元(yuan)素形(xing)成(cheng)化合物(wu)，3.凝(ning)固時呈(cheng)氣相(xiang)析出，可(ke)能使鑄(zhu)件產生氣孔缺陷。
氧
人們提(ti)出(chu)(chu)了很多鑄鐵(tie)(tie)中(zhong)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)分析資料，萬谷(gu)提(ti)出(chu)(chu)，Fe-C系(xi)為(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為(wei)14-19ppm，佐(zuo)藤測得為(wei)27-49ppm，Turkdogam提(ti)出(chu)(chu)30-40ppm，由于熔化(hua)(hua)方法的(de)(de)(de)(de)(de)不同，鑄鐵(tie)(tie)內的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)會有很大的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)，很多的(de)(de)(de)(de)(de)測定資料數據表(biao)明(ming)，試驗平臺(tai)沖天爐熔化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)鑄鐵(tie)(tie)中(zhong)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)30-60ppm，而(er)感應電爐熔化(hua)(hua)鑄鐵(tie)(tie)，僅10-20ppm，這(zhe)是(shi)由熔化(hua)(hua)機理不同引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)，而(er)球鐵(tie)(tie)加鎂處理后的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang) 低，只有5-10ppm。說明(ming)鎂有強烈(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)脫氧(yang)(yang)效果。氧(yang)(yang)對鑄鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)各種性能， 別是(shi)對石墨(mo)形狀有很大影響，它又(you)為(wei)大家所(suo)熟知(zhi)，本(ben)間(jian)和(he)郝石堅(jian)提(ti)出(chu)(chu)了下圖所(suo)示關系(xi)：說明(ming)了亞共晶(jing)鑄鐵(tie)(tie)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)與抗拉強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)關系(xi)，當含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)從(cong)3-5ppm增加到200ppm時，鑄鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織按如下順序逐漸變化(hua)(hua)。含(han)3-5溶解氧(yang)(yang)時為(wei)白(bai)口組(zu)(zu)織—無石墨(mo)---反白(bai)口組(zu)(zu)織---點狀石墨(mo)-----E型共晶(jing)石墨(mo)---B型石墨(mo)----A型石墨(mo)（20-40ppm溶解氧(yang)(yang)）----B型石墨(mo)----E型石墨(mo)----反白(bai)口組(zu)(zu)織----白(bai)口組(zu)(zu)織（100-200ppm）
可見含(han)氧量過高或(huo)過低都(dou)將導致白口(kou)組(zu)織和反白口(kou)組(zu)織，以(yi)生成A型石墨(mo)（20-40ppm）為，當含(han)氧量增加或(huo)減少(shao)時，都(dou)會石墨(mo)形態惡化。
從(cong)這里(li)我們(men)可以知道，沖(chong)天爐(lu)(lu)除了底焦過低，風量(liang)(liang)過大，而(er)(er)硅錳氧(yang)化(hua)(hua)嚴重，爐(lu)(lu)渣黑(hei)色(se)，鐵水發白，而(er)(er)表明鑄鐵鐵液嚴重氧(yang)化(hua)(hua)，流動性差(cha)，鑄件產生白口以外，在正常熔化(hua)(hua)情況下，其含氧(yang)量(liang)(liang)都在30-60ppm范圍內，因(yin)此，適(shi)合A型石墨(mo)的析出，而(er)(er)感應(ying)電爐(lu)(lu)在鐵水含氧(yang)量(liang)(liang)只有10-20ppm之間，因(yin)此，常常出現(xian)D型過冷石墨(mo)的原(yuan)因(yin)。而(er)(er)由(you)此得出，沖(chong)天爐(lu)(lu)的冶金(jin)質(zhi)量(liang)(liang)好的結論。
很(hen)多人認為，試(shi)驗(yan)平臺(tai)沖天(tian)爐(lu)是(shi)熔煉設備，而中頻電爐(lu)只(zhi)是(shi)熔化(hua)設備，認為沖天(tian)爐(lu)內(nei)有很(hen)多的冶金反(fan)應(ying)，而感應(ying)電爐(lu)沒(mei)有。而實際上(shang)，在(zai)感應(ying)爐(lu)內(nei)存(cun)在(zai)下列的兩個化(hua)學反(fan)應(ying)，正(zheng)是(shi)它影響著(zhu)鑄鐵內(nei)含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)時(shi)(shi)硅和(he)錳(meng)等(deng)(deng)優先氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)生(sheng)(sheng)成二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)硅，氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)錳(meng)，和(he)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)鐵(tie)(tie)等(deng)(deng)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)物(wu)，而高溫(wen)時(shi)(shi)二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)硅等(deng)(deng)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)物(wu)被碳(tan)還原(yuan)，兩個反應(ying)的(de)交叉(cha)點，即平(ping)衡(heng)點的(de)溫(wen)度(du)(du)， 是(shi)平(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)(du)。它依鑄鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)中的(de)碳(tan)硅濃度(du)(du)可以(yi)計算出來。一(yi)(yi)般我們可以(yi)根(gen)據爐(lu)內鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)的(de)表(biao)面(mian)狀(zhuang)態來判(pan)斷，當(dang)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)溫(wen)度(du)(du)低(di)于平(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)表(biao)面(mian)總(zong)是(shi)覆蓋(gai)著(zhu)一(yi)(yi)層爐(lu)渣(zha)，當(dang)溫(wen)度(du)(du)超過平(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)，這些渣(zha)膜慢慢消失(shi)并有火花(hua)冒出，這是(shi)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)燃燒產生(sheng)(sheng)的(de)火焰，溫(wen)度(du)(du)越(yue)(yue)高，時(shi)(shi)間越(yue)(yue)長，碳(tan)燒損(sun)越(yue)(yue)厲害。二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)硅等(deng)(deng)晶核損(sun)失(shi)越(yue)(yue)多，這也 是(shi)感(gan)應(ying)爐(lu)鐵(tie)(tie)水如果孕(yun)育不好，出現收縮缺(que)陷(xian)大，激冷傾向大的(de)原(yuan)因。
在美國有(you)星期一(yi)(yi)鐵(tie)水一(yi)(yi)說， 是保(bao)溫感應電爐(lu)內的鐵(tie)水，經(jing)過休息日的保(bao)溫到周一(yi)(yi)生(sheng)產時很難(nan)以(yi)孕育稱為“死鐵(tie)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。
氧對(dui)石墨(mo)的(de)影響是雙(shuang)方(fang)面的(de) ，溶解氧多(duo)，激冷傾(qing)向(xiang)(xiang)大，白口shendu層(ceng)或寬度(du)大，而氧化(hua)(hua)物成(cheng)為(wei)二氧化(hua)(hua)硅后，它可作為(wei)異質晶(jing)核而cujin石墨(mo)化(hua)(hua)，激冷傾(qing)向(xiang)(xiang)，和收縮傾(qing)向(xiang)(xiang) 減(jian)少，其原因 是溶解氧和化(hua)(hua)合氧的(de)變化(hua)(hua)，知道(dao)了這些(xie)，現在 可以采取下(xia)面的(de)措施。
1. 要(yao)快速(su)(su)熔(rong)(rong)化(hua)，在(zai)高溫下不(bu)要(yao)過(guo)多停留(liu)，溫度不(bu)能過(guo)高，灰鑄鐵石(shi)墨(mo)核(he)(he)心是什么？鈴木(mu)和(he)中江都(dou)認為(wei)，在(zai)感應(ying)電爐(lu)中，錳和(he)硫不(bu)能成為(wei)核(he)(he)心，因為(wei)在(zai)他們的(de)實驗中，白口是隨著(zhu)硫量的(de)升(sheng)高而增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)的(de)，只有加(jia)入了(le)(le)增(zeng)(zeng)(zeng)碳(tan)劑(ji)或(huo)孕育劑(ji)，白口才(cai)急劇下降，沖天(tian)爐(lu)熔(rong)(rong)化(hua)速(su)(su)度快，鐵液又穿過(guo)焦炭(tan)層下落，自然會有大量的(de)未溶石(shi)墨(mo)。而感應(ying)爐(lu) 算加(jia)了(le)(le)生(sheng)鐵錠，加(jia)了(le)(le)增(zeng)(zeng)(zeng)碳(tan)劑(ji)，只要(yao)爐(lu)料慢慢熔(rong)(rong)化(hua)，其(qi)未溶石(shi)墨(mo)也會消失(shi)，亦即石(shi)墨(mo)結晶(jing)核(he)(he)心消失(shi)了(le)(le)，白口都(dou)很大，而在(zai)快速(su)(su)熔(rong)(rong)化(hua)下，或(huo)在(zai)熔(rong)(rong)化(hua)后期(qi)加(jia)點增(zeng)(zeng)(zeng)碳(tan)劑(ji)，或(huo)碳(tan)化(hua)硅預(yu)處(chu)理劑(ji)，石(shi)墨(mo)形(xing)態才(cai)會好(hao)，快速(su)(su)熔(rong)(rong)化(hua)，保(bao)溫時間不(bu)長(chang)即出爐(lu)， 保(bao)證(zheng)含氧(yang)量合適，波動范圍小。
2. 在爐料中加入30以下的鐵屑，有助(zhu)于(yu)含(han)氧量的增(zeng)加。
3. 在確認鑄鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)量過低(di)的(de)(de)情況(kuang)下， 應適當地增加氧(yang)(yang),含(han)量方(fang)便的(de)(de)辦法是，利用氧(yang)(yang)硫(liu)(liu)孕育劑(ji)，BCIRA與埃肯合作 成的(de)(de)Superseed 屬于這種孕育劑(ji)，可用于灰鑄鐵(tie)或球鐵(tie)氧(yang)(yang)，硫(liu)(liu)過低(di)（氧(yang)(yang)低(di)于0.001，硫(liu)(liu)小于0.006）時可用。
4. 采(cai)用廢鋼+增(zeng)碳劑工藝(yi)，增(zeng)加成(cheng)核能(neng)力。
5. 采用預處理劑，用碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)代替(ti)硅(gui)鐵(tie)，由于(yu)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)fenjie慢等于(yu)changxiao孕育劑，另有(you)資料(liao)顯示(shi)，冶金碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)含(han)有(you)5左右的二氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)微粒，可(ke)彌補感應電爐高溫及保持下的晶核損(sun)失(shi)，可(ke) gaishan石(shi)墨(mo)(mo)形態，使灰(hui)鑄鐵(tie)A型石(shi)墨(mo)(mo)增(zeng)多，減少過冷和激冷傾向，對球(qiu)(qiu)鐵(tie)能增(zeng)加石(shi)墨(mo)(mo)球(qiu)(qiu)數(shu)增(zeng)加球(qiu)(qiu)化(hua)(hua)率。加強爐前三角試片檢驗，根據白(bai)口(kou)寬(kuan)度來調整(zheng)孕育劑加入量。
