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(sheng)下六個來月(yue)了，新年許下的心愿(yuan)，現在完成一半了嗎(ma)？生(sheng)活苦不苦，大家都清楚，活著難不難，都說難。酸甜苦辣(la)五味俱(ju)全，追隨我們每(mei)(mei)天每(mei)(mei)月(yue)和每(mei)(mei)年！
趁自己還(huan)不老(lao)(lao)，千(qian)萬(wan)不要過(guo)老(lao)(lao)年人(ren)的(de)生活，該拼(pin) 拼(pin)，該闖 闖，該折(zhe)騰(teng) 大(da)膽折(zhe)騰(teng)！我(wo)們都是普通人(ren)，沒有錢沒有勢(shi)，只有折(zhe)騰(teng)才能(neng)改變命運！窮人(ren)折(zhe)騰(teng)對了， 是富人(ren)，如果折(zhe)騰(teng)錯了，大(da)不了做回窮人(ren)，與(yu)其(qi)老(lao)(lao)老(lao)(lao)實實混(hun)日子(zi)，不如大(da)膽折(zhe)騰(teng)變日子(zi)！
過(guo)去提高試驗平臺鑄鐵鐵液(ye)(ye)的冶金質量(liang)(liang)時，一(yi)般只關注鐵液(ye)(ye)的出爐的溫度(du)和(he)化學成分的控制(zhi)，大多沒有(you)把鑄鐵鐵液(ye)(ye)的氣(qi)體(ti)含(han)量(liang)(liang)作為控制(zhi)指標(biao)，究(jiu)其原因，其一(yi)，是(shi)對氣(qi)體(ti)含(han)量(liang)(liang)對鑄鐵質量(liang)(liang)的影(ying)響認識不足，其二是(shi)氣(qi)體(ti)含(han)量(liang)(liang)的分析比較困難。
我們(men)在(zai)試(shi)驗平臺灰(hui)鑄(zhu)鐵的(de)(de)生(sheng)產(chan)實(shi)踐(jian)中，常常會遇到這(zhe)種情況(kuang)，同樣(yang)的(de)(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝，同樣(yang)的(de)(de)化(hua)學成(cheng)分(fen)，生(sheng)產(chan)出來的(de)(de)灰(hui)鑄(zhu)鐵，其機械性(xing)能(neng)相差很多，關于(yu)這(zhe)種現(xian)(xian)象，至(zhi)今也沒有做出明(ming)晰(xi)的(de)(de)解釋(shi)，但可以認為，這(zhe)是(shi)(shi)凝固過程中，由(you)于(yu)石墨成(cheng)長的(de)(de)大小形狀及(ji)分(fen)布，和基本(ben)組織的(de)(de)不(bu)同而引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)了這(zhe)種差異，值得關心的(de)(de)是(shi)(shi)，工(gong)藝相同，成(cheng)分(fen)相近，而引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)這(zhe)些石墨和基體(ti)出現(xian)(xian)差異的(de)(de)原因又是(shi)(shi)什么(me)？現(xian)(xian)在(zai)多數的(de)(de)研究者(zhe)認為或者(zhe)懷(huai)疑，它是(shi)(shi)鑄(zhu)鐵中的(de)(de)氣體(ti)引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)，或者(zhe)是(shi)(shi)微量(liang)元素(su)引(yin)(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)，以及(ji)還可能(neng)有其他的(de)(de)不(bu)明(ming)原因。
由此，對氣體在鑄(zhu)鐵(tie)中的(de)(de)行為引(yin)起了大家(jia)的(de)(de)注意(yi)，并進行了研究，尤其(qi)是鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)生(sheng)產，高強度(du)高碳當量試驗(yan)平臺的(de)(de)生(sheng)產，都(dou)需要有所(suo)生(sheng)產鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)高度(du)穩(wen)定性和一(yi)致性，所(suo)以對需要對影響鑄(zhu)件(jian)強度(du)的(de)(de)氣體含(han)量加以控制。
試驗平臺鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中的(de)氣體(ti)主要(yao)有氧、氮、氫(qing)它們在鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中都有一定的(de)溶(rong)解(jie)度，現在研(yan)究表明，這些氣體(ti)對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)組織(zhi)和性(xing)能(neng)都有巨大(da)的(de)影(ying)響，它們以下列三(san)種狀態(tai)存(cun)在于鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中，1.溶(rong)于液態(tai)或固態(tai)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中，2.與鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中的(de)其(qi)他元素形成化合物，3.凝固時呈氣相(xiang)析出，可能(neng)使(shi)鑄(zhu)件產生氣孔(kong)缺陷。
氧
人(ren)們提(ti)(ti)出了(le)很(hen)多鑄(zhu)(zhu)鐵中含(han)氧(yang)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)分析資料，萬(wan)谷(gu)提(ti)(ti)出，Fe-C系為22-32ppm，Fe-Si/c系為14-19ppm，佐藤(teng)測得為27-49ppm，Turkdogam提(ti)(ti)出30-40ppm，由(you)于熔化(hua)(hua)方法的(de)(de)(de)(de)不(bu)同，鑄(zhu)(zhu)鐵內的(de)(de)(de)(de)含(han)氧(yang)量(liang)(liang)(liang)會(hui)有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)，很(hen)多的(de)(de)(de)(de)測定資料數據表明(ming)，試(shi)驗平臺(tai)沖天爐熔化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)鐵中含(han)氧(yang)量(liang)(liang)(liang)30-60ppm，而(er)感應電爐熔化(hua)(hua)鑄(zhu)(zhu)鐵，僅10-20ppm，這是(shi)由(you)熔化(hua)(hua)機理不(bu)同引起的(de)(de)(de)(de)，而(er)球鐵加(jia)鎂處理后的(de)(de)(de)(de)氧(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang) 低，只有(you)5-10ppm。說明(ming)鎂有(you)強(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)脫氧(yang)效果。氧(yang)對鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)(de)(de)(de)各(ge)種性能， 別是(shi)對石(shi)墨(mo)形狀(zhuang)有(you)很(hen)大影響(xiang)，它又(you)為大家所(suo)熟知，本間和郝(hao)石(shi)堅提(ti)(ti)出了(le)下圖所(suo)示(shi)關系：說明(ming)了(le)亞共晶鑄(zhu)(zhu)鐵含(han)氧(yang)量(liang)(liang)(liang)與抗拉(la)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)關系，當(dang)含(han)氧(yang)量(liang)(liang)(liang)從3-5ppm增(zeng)加(jia)到200ppm時，鑄(zhu)(zhu)鐵的(de)(de)(de)(de)組織(zhi)(zhi)按如下順(shun)序逐漸變化(hua)(hua)。含(han)3-5溶(rong)解(jie)氧(yang)時為白口(kou)組織(zhi)(zhi)—無石(shi)墨(mo)---反(fan)白口(kou)組織(zhi)(zhi)---點狀(zhuang)石(shi)墨(mo)-----E型共晶石(shi)墨(mo)---B型石(shi)墨(mo)----A型石(shi)墨(mo)（20-40ppm溶(rong)解(jie)氧(yang)）----B型石(shi)墨(mo)----E型石(shi)墨(mo)----反(fan)白口(kou)組織(zhi)(zhi)----白口(kou)組織(zhi)(zhi)（100-200ppm）
可見含(han)(han)氧量過(guo)高(gao)或過(guo)低都將導(dao)致白口組織(zhi)和反白口組織(zhi)，以生成(cheng)A型(xing)石(shi)墨（20-40ppm）為(wei)，當含(han)(han)氧量增加或減少時，都會石(shi)墨形態惡化(hua)。
從這里我們可(ke)以(yi)知(zhi)道，沖(chong)天爐(lu)除(chu)了底焦過(guo)低，風量(liang)(liang)過(guo)大(da)，而硅錳氧(yang)(yang)化(hua)(hua)嚴(yan)重，爐(lu)渣黑(hei)色(se)，鐵水發白，而表明鑄(zhu)鐵鐵液嚴(yan)重氧(yang)(yang)化(hua)(hua)，流動性差(cha)，鑄(zhu)件產(chan)生白口以(yi)外，在(zai)正常(chang)熔化(hua)(hua)情況下，其含氧(yang)(yang)量(liang)(liang)都在(zai)30-60ppm范(fan)圍內，因(yin)此(ci)(ci)，適合A型石(shi)墨的析出，而感應電爐(lu)在(zai)鐵水含氧(yang)(yang)量(liang)(liang)只有10-20ppm之間(jian)，因(yin)此(ci)(ci)，常(chang)常(chang)出現D型過(guo)冷石(shi)墨的原因(yin)。而由此(ci)(ci)得出，沖(chong)天爐(lu)的冶金質量(liang)(liang)好的結論。
很(hen)多人認為，試驗平臺沖天(tian)爐是熔(rong)煉設(she)備，而中頻電(dian)爐只是熔(rong)化設(she)備，認為沖天(tian)爐內(nei)(nei)有(you)(you)很(hen)多的冶金(jin)反應(ying)，而感應(ying)電(dian)爐沒有(you)(you)。而實際(ji)上(shang)，在感應(ying)爐內(nei)(nei)存在下列的兩(liang)個(ge)化學反應(ying)，正(zheng)是它影響著鑄鐵內(nei)(nei)含(han)氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)(wen)時硅(gui)和錳等(deng)優先氧(yang)(yang)化(hua)(hua)生成二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硅(gui)，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)錳，和氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)等(deng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物，而高(gao)溫(wen)(wen)時二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硅(gui)等(deng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物被碳(tan)還原(yuan)(yuan)，兩個反應(ying)的(de)交叉(cha)點，即平衡(heng)(heng)點的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)， 是(shi)平衡(heng)(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)。它(ta)依鑄鐵(tie)液(ye)中的(de)碳(tan)硅(gui)濃度(du)(du)可(ke)以(yi)計(ji)算(suan)出來(lai)。一(yi)般我們可(ke)以(yi)根(gen)據爐(lu)內鐵(tie)液(ye)的(de)表面狀態來(lai)判(pan)斷，當鐵(tie)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)(du)低(di)于平衡(heng)(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，鐵(tie)液(ye)表面總是(shi)覆(fu)蓋(gai)著一(yi)層爐(lu)渣(zha)，當溫(wen)(wen)度(du)(du)超過平衡(heng)(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，這(zhe)些(xie)渣(zha)膜(mo)慢(man)慢(man)消失(shi)并有火(huo)花冒出，這(zhe)是(shi)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)燃燒產生的(de)火(huo)焰，溫(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)(yue)高(gao)，時間越(yue)(yue)長，碳(tan)燒損(sun)(sun)越(yue)(yue)厲害。二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硅(gui)等(deng)晶核損(sun)(sun)失(shi)越(yue)(yue)多(duo)，這(zhe)也(ye) 是(shi)感應(ying)爐(lu)鐵(tie)水如果孕育不好，出現(xian)收縮缺陷大(da)，激冷(leng)傾向(xiang)大(da)的(de)原(yuan)(yuan)因。
在美國有(you)星期一(yi)鐵(tie)水(shui)一(yi)說， 是保溫感應(ying)電(dian)爐內的鐵(tie)水(shui)，經過休息(xi)日(ri)的保溫到周一(yi)生(sheng)產時(shi)很難(nan)以(yi)孕(yun)育(yu)稱為(wei)“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)對石墨(mo)的(de)影(ying)響是雙方面(mian)(mian)的(de) ，溶解氧(yang)(yang)多，激(ji)冷(leng)傾向(xiang)大，白口shendu層或(huo)寬度大，而氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)成為二氧(yang)(yang)化(hua)硅后，它可作(zuo)為異(yi)質晶核而cujin石墨(mo)化(hua)，激(ji)冷(leng)傾向(xiang)，和收縮傾向(xiang) 減少(shao)，其原(yuan)因 是溶解氧(yang)(yang)和化(hua)合氧(yang)(yang)的(de)變化(hua)，知道(dao)了這些，現(xian)在 可以采取(qu)下面(mian)(mian)的(de)措施(shi)。
1. 要快速(su)熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)，在高(gao)溫(wen)下不(bu)(bu)要過多(duo)停留，溫(wen)度不(bu)(bu)能過高(gao)，灰(hui)鑄鐵石(shi)墨(mo)核心(xin)是什么？鈴木和(he)(he)中(zhong)江都(dou)認為(wei)(wei)，在感應電(dian)爐(lu)(lu)(lu)中(zhong)，錳和(he)(he)硫不(bu)(bu)能成為(wei)(wei)核心(xin)，因為(wei)(wei)在他們的(de)實驗中(zhong)，白口(kou)(kou)是隨著(zhu)硫量的(de)升高(gao)而增(zeng)加(jia)的(de)，只(zhi)有加(jia)入了(le)增(zeng)碳劑或(huo)孕(yun)育劑，白口(kou)(kou)才急劇下降，沖天爐(lu)(lu)(lu)熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)速(su)度快，鐵液(ye)又(you)穿過焦炭(tan)層(ceng)下落，自然會(hui)(hui)有大量的(de)未溶石(shi)墨(mo)。而感應爐(lu)(lu)(lu) 算加(jia)了(le)生鐵錠，加(jia)了(le)增(zeng)碳劑，只(zhi)要爐(lu)(lu)(lu)料慢慢熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)，其未溶石(shi)墨(mo)也會(hui)(hui)消(xiao)失，亦即(ji)(ji)石(shi)墨(mo)結晶核心(xin)消(xiao)失了(le)，白口(kou)(kou)都(dou)很大，而在快速(su)熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)下，或(huo)在熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)后期加(jia)點增(zeng)碳劑，或(huo)碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)預處理劑，石(shi)墨(mo)形態才會(hui)(hui)好，快速(su)熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)，保(bao)溫(wen)時間(jian)不(bu)(bu)長即(ji)(ji)出爐(lu)(lu)(lu)， 保(bao)證含氧量合適(shi)，波動范(fan)圍小。
2. 在爐料中加入(ru)30以下的鐵屑，有助于含(han)氧量的增加。
3. 在(zai)確(que)認鑄鐵中的氧(yang)(yang)含量過低的情況下， 應(ying)適當地增加氧(yang)(yang),含量方便(bian)的辦法是，利用氧(yang)(yang)硫孕育劑，BCIRA與(yu)埃肯(ken)合作 成的Superseed 屬于這種孕育劑，可用于灰鑄鐵或球鐵氧(yang)(yang)，硫過低（氧(yang)(yang)低于0.001，硫小于0.006）時(shi)可用。
4. 采(cai)用廢鋼+增碳(tan)劑工藝(yi)，增加成核能力。
5. 采用(yong)預處理劑(ji)，用(yong)碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)代替硅(gui)鐵，由(you)于碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)fenjie慢等于changxiao孕(yun)育劑(ji)，另有資料顯示，冶(ye)金碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)含(han)有5左右的二(er)氧化(hua)(hua)硅(gui)微粒，可彌補(bu)感(gan)應電爐高溫及保持下(xia)的晶核損失，可 gaishan石墨形態，使灰鑄鐵A型石墨增(zeng)多，減少過冷和激冷傾向，對球(qiu)(qiu)鐵能增(zeng)加(jia)石墨球(qiu)(qiu)數(shu)增(zeng)加(jia)球(qiu)(qiu)化(hua)(hua)率。加(jia)強爐前(qian)三角試(shi)片(pian)檢驗，根(gen)據白口(kou)寬(kuan)度(du)來調(diao)整孕(yun)育劑(ji)加(jia)入量(liang)。
