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，新年許下的心愿，現在完(wan)成一半了嗎？生活(huo)苦不(bu)苦，大(da)家都(dou)清楚(chu)，活(huo)著難(nan)(nan)不(bu)難(nan)(nan)，都(dou)說難(nan)(nan)。酸甜苦辣五味俱(ju)全(quan)，追隨(sui)我們每(mei)天每(mei)月和(he)每(mei)年！
趁自己還不(bu)老，千萬(wan)不(bu)要過老年人的生活，該拼 拼，該闖 闖，該折(zhe)(zhe)騰(teng) 大膽折(zhe)(zhe)騰(teng)！我們都(dou)是(shi)普(pu)通人，沒(mei)有錢(qian)沒(mei)有勢，只有折(zhe)(zhe)騰(teng)才能改變(bian)命運！窮人折(zhe)(zhe)騰(teng)對了， 是(shi)富人，如果折(zhe)(zhe)騰(teng)錯了，大不(bu)了做回(hui)窮人，與(yu)其老老實(shi)實(shi)混日(ri)子，不(bu)如大膽折(zhe)(zhe)騰(teng)變(bian)日(ri)子！
過去提高試驗平臺鑄(zhu)鐵鐵液(ye)(ye)的(de)(de)冶金質(zhi)量(liang)時，一般只關注鐵液(ye)(ye)的(de)(de)出爐的(de)(de)溫度和化學成分的(de)(de)控(kong)制，大多沒(mei)有把鑄(zhu)鐵鐵液(ye)(ye)的(de)(de)氣體(ti)(ti)含量(liang)作為(wei)控(kong)制指標(biao)，究其(qi)原(yuan)因，其(qi)一，是(shi)對氣體(ti)(ti)含量(liang)對鑄(zhu)鐵質(zhi)量(liang)的(de)(de)影(ying)響認識不足，其(qi)二是(shi)氣體(ti)(ti)含量(liang)的(de)(de)分析(xi)比較困難。
我們在試驗(yan)平(ping)臺灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)生(sheng)產實踐中(zhong)，常常會遇到這(zhe)種情(qing)況，同樣(yang)的(de)(de)生(sheng)產工藝(yi)，同樣(yang)的(de)(de)化學成分，生(sheng)產出來的(de)(de)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)，其機械性能相差(cha)很多，關(guan)于這(zhe)種現象，至今也沒(mei)有做出明晰的(de)(de)解(jie)釋，但可以認為，這(zhe)是(shi)凝固(gu)過程中(zhong)，由于石(shi)墨成長的(de)(de)大小形狀及分布，和(he)基(ji)本(ben)組織的(de)(de)不同而引起了這(zhe)種差(cha)異(yi)，值得關(guan)心的(de)(de)是(shi)，工藝(yi)相同，成分相近，而引起這(zhe)些石(shi)墨和(he)基(ji)體出現差(cha)異(yi)的(de)(de)原因又是(shi)什么？現在多數的(de)(de)研究(jiu)者認為或者懷疑，它是(shi)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)氣體引起的(de)(de)，或者是(shi)微量元素引起的(de)(de)，以及還可能有其他的(de)(de)不明原因。
由此，對(dui)氣(qi)體(ti)在鑄鐵中的(de)(de)行為引起(qi)了(le)(le)大家(jia)的(de)(de)注(zhu)意，并(bing)進(jin)行了(le)(le)研(yan)究(jiu)，尤其是(shi)鑄件(jian)的(de)(de)生(sheng)產，高(gao)強度高(gao)碳當(dang)量試驗(yan)平臺的(de)(de)生(sheng)產，都需要有(you)所生(sheng)產鑄件(jian)的(de)(de)高(gao)度穩(wen)定性和一致(zhi)性，所以(yi)對(dui)需要對(dui)影響鑄件(jian)強度的(de)(de)氣(qi)體(ti)含量加(jia)以(yi)控(kong)制(zhi)。
試(shi)驗平臺(tai)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)的(de)(de)氣(qi)(qi)體主(zhu)要有(you)氧、氮、氫它們在鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)都有(you)一(yi)定的(de)(de)溶解度，現在研(yan)究表(biao)明，這些氣(qi)(qi)體對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)組(zu)織和性能都有(you)巨大的(de)(de)影(ying)響，它們以下列(lie)三種狀態(tai)(tai)存在于鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)，1.溶于液(ye)態(tai)(tai)或(huo)固態(tai)(tai)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)，2.與鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)的(de)(de)其他元素形成化合物(wu)，3.凝固時呈氣(qi)(qi)相析出，可(ke)能使鑄(zhu)件產生氣(qi)(qi)孔缺陷。
氧(yang)
人們(men)提(ti)出了很(hen)多鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)含(han)氧(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)(liang)的(de)分析資料(liao)(liao)，萬谷提(ti)出，Fe-C系(xi)為(wei)22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)為(wei)14-19ppm，佐(zuo)藤測(ce)得為(wei)27-49ppm，Turkdogam提(ti)出30-40ppm，由(you)于熔化(hua)方法的(de)不(bu)同，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)內的(de)含(han)氧(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)(liang)會有(you)(you)很(hen)大的(de)變化(hua)，很(hen)多的(de)測(ce)定資料(liao)(liao)數(shu)據(ju)表明，試驗(yan)平臺沖(chong)天爐熔化(hua)的(de)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)中(zhong)含(han)氧(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)(liang)30-60ppm，而(er)感應電爐熔化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)，僅10-20ppm，這是(shi)由(you)熔化(hua)機理不(bu)同引起的(de)，而(er)球鐵(tie)(tie)加鎂處(chu)理后的(de)氧(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang) 低，只有(you)(you)5-10ppm。說明鎂有(you)(you)強(qiang)烈的(de)脫氧(yang)(yang)(yang)效(xiao)果。氧(yang)(yang)(yang)對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)各種性能， 別是(shi)對石(shi)墨(mo)形狀有(you)(you)很(hen)大影(ying)響，它(ta)又(you)為(wei)大家所熟(shu)知，本間和(he)郝石(shi)堅提(ti)出了下(xia)圖(tu)所示(shi)關系(xi)：說明了亞共晶鑄(zhu)鐵(tie)(tie)含(han)氧(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)(liang)與(yu)抗拉(la)強(qiang)度(du)的(de)關系(xi)，當含(han)氧(yang)(yang)(yang)量(liang)(liang)(liang)從3-5ppm增加到(dao)200ppm時(shi)，鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)組(zu)織按如下(xia)順序(xu)逐漸變化(hua)。含(han)3-5溶解(jie)氧(yang)(yang)(yang)時(shi)為(wei)白(bai)(bai)口(kou)(kou)(kou)組(zu)織—無(wu)石(shi)墨(mo)---反白(bai)(bai)口(kou)(kou)(kou)組(zu)織---點狀石(shi)墨(mo)-----E型(xing)共晶石(shi)墨(mo)---B型(xing)石(shi)墨(mo)----A型(xing)石(shi)墨(mo)（20-40ppm溶解(jie)氧(yang)(yang)(yang)）----B型(xing)石(shi)墨(mo)----E型(xing)石(shi)墨(mo)----反白(bai)(bai)口(kou)(kou)(kou)組(zu)織----白(bai)(bai)口(kou)(kou)(kou)組(zu)織（100-200ppm）
可見含氧量過高或(huo)過低(di)都將導(dao)致白口組(zu)織和(he)反白口組(zu)織，以生(sheng)成A型石墨(mo)（20-40ppm）為，當含氧量增加或(huo)減少時，都會石墨(mo)形態惡化。
從這里我(wo)們可以知道，沖天爐(lu)除了底焦過(guo)低(di)，風量(liang)(liang)過(guo)大，而(er)(er)硅錳氧(yang)化(hua)嚴(yan)(yan)重，爐(lu)渣黑色，鐵(tie)水發白，而(er)(er)表明鑄鐵(tie)鐵(tie)液(ye)嚴(yan)(yan)重氧(yang)化(hua)，流動性差，鑄件產生白口以外，在正常(chang)熔化(hua)情況下，其含(han)氧(yang)量(liang)(liang)都在30-60ppm范圍內，因(yin)(yin)此，適(shi)合A型石(shi)墨的析出，而(er)(er)感應電爐(lu)在鐵(tie)水含(han)氧(yang)量(liang)(liang)只(zhi)有10-20ppm之間，因(yin)(yin)此，常(chang)常(chang)出現D型過(guo)冷石(shi)墨的原因(yin)(yin)。而(er)(er)由此得出，沖天爐(lu)的冶金質量(liang)(liang)好(hao)的結論。
很(hen)多人(ren)認為，試(shi)驗平臺(tai)沖(chong)天爐(lu)(lu)是(shi)(shi)熔(rong)煉設(she)備，而中頻(pin)電爐(lu)(lu)只是(shi)(shi)熔(rong)化設(she)備，認為沖(chong)天爐(lu)(lu)內(nei)有很(hen)多的冶金反(fan)應，而感應電爐(lu)(lu)沒有。而實際上，在(zai)感應爐(lu)(lu)內(nei)存在(zai)下列(lie)的兩個化學(xue)反(fan)應，正是(shi)(shi)它影響(xiang)著(zhu)鑄(zhu)鐵內(nei)含氧量(liang)，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低溫(wen)時(shi)(shi)硅和(he)錳等優先氧(yang)化(hua)(hua)生成二氧(yang)化(hua)(hua)硅，氧(yang)化(hua)(hua)錳，和(he)氧(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)等氧(yang)化(hua)(hua)物，而(er)高溫(wen)時(shi)(shi)二氧(yang)化(hua)(hua)硅等氧(yang)化(hua)(hua)物被碳(tan)(tan)還(huan)原(yuan)，兩個反應(ying)(ying)的(de)(de)交叉點，即平(ping)衡(heng)點的(de)(de)溫(wen)度， 是平(ping)衡(heng)溫(wen)度。它依(yi)鑄鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)中的(de)(de)碳(tan)(tan)硅濃度可以計算(suan)出(chu)來(lai)。一(yi)般(ban)我們可以根據爐內鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)表面狀態來(lai)判斷，當鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)溫(wen)度低于平(ping)衡(heng)溫(wen)度時(shi)(shi)，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)(ye)表面總是覆蓋著一(yi)層爐渣，當溫(wen)度超(chao)過平(ping)衡(heng)溫(wen)度時(shi)(shi)，這些渣膜慢慢消失并有火花冒出(chu)，這是一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)燃(ran)燒產(chan)生的(de)(de)火焰，溫(wen)度越(yue)(yue)高，時(shi)(shi)間(jian)越(yue)(yue)長，碳(tan)(tan)燒損(sun)越(yue)(yue)厲害(hai)。二氧(yang)化(hua)(hua)硅等晶核損(sun)失越(yue)(yue)多，這也 是感應(ying)(ying)爐鐵(tie)(tie)水(shui)如果孕(yun)育不好，出(chu)現收縮缺陷大(da)，激(ji)冷傾向大(da)的(de)(de)原(yuan)因。
在(zai)美國有星(xing)期一鐵水一說(shuo)， 是保(bao)溫(wen)感應電爐內的鐵水，經過(guo)休息日的保(bao)溫(wen)到周一生產時很難(nan)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(mo)的影響是雙方面(mian)的 ，溶解氧(yang)(yang)(yang)多(duo)，激冷(leng)傾(qing)向(xiang)大，白口(kou)shendu層(ceng)或寬(kuan)度大，而氧(yang)(yang)(yang)化物成為二氧(yang)(yang)(yang)化硅后，它(ta)可作為異質晶核而cujin石墨(mo)化，激冷(leng)傾(qing)向(xiang)，和收縮傾(qing)向(xiang) 減(jian)少，其原(yuan)因 是溶解氧(yang)(yang)(yang)和化合氧(yang)(yang)(yang)的變化，知道了這些，現在 可以采取下面(mian)的措施。
1. 要(yao)快速(su)(su)熔化(hua)(hua)，在高(gao)溫(wen)下(xia)(xia)不(bu)要(yao)過(guo)(guo)多停留，溫(wen)度(du)(du)不(bu)能(neng)(neng)過(guo)(guo)高(gao)，灰(hui)鑄鐵石(shi)墨(mo)(mo)核心是(shi)(shi)什(shen)么？鈴木和(he)中(zhong)江都認為(wei)，在感應電爐(lu)中(zhong)，錳和(he)硫不(bu)能(neng)(neng)成為(wei)核心，因為(wei)在他們的(de)實驗中(zhong)，白(bai)口(kou)(kou)是(shi)(shi)隨著硫量的(de)升高(gao)而增加(jia)的(de)，只(zhi)有加(jia)入了(le)增碳(tan)劑(ji)或孕(yun)育劑(ji)，白(bai)口(kou)(kou)才急劇(ju)下(xia)(xia)降(jiang)，沖天爐(lu)熔化(hua)(hua)速(su)(su)度(du)(du)快，鐵液又穿(chuan)過(guo)(guo)焦炭(tan)層下(xia)(xia)落(luo)，自(zi)然(ran)會有大(da)量的(de)未(wei)(wei)溶石(shi)墨(mo)(mo)。而感應爐(lu) 算加(jia)了(le)生鐵錠，加(jia)了(le)增碳(tan)劑(ji)，只(zhi)要(yao)爐(lu)料(liao)慢慢熔化(hua)(hua)，其(qi)未(wei)(wei)溶石(shi)墨(mo)(mo)也(ye)會消失(shi)，亦(yi)即(ji)石(shi)墨(mo)(mo)結晶(jing)核心消失(shi)了(le)，白(bai)口(kou)(kou)都很大(da)，而在快速(su)(su)熔化(hua)(hua)下(xia)(xia)，或在熔化(hua)(hua)后期加(jia)點增碳(tan)劑(ji)，或碳(tan)化(hua)(hua)硅預處理劑(ji)，石(shi)墨(mo)(mo)形態(tai)才會好，快速(su)(su)熔化(hua)(hua)，保(bao)溫(wen)時間不(bu)長即(ji)出爐(lu)， 保(bao)證含氧量合適，波動范圍(wei)小。
2. 在爐(lu)料中加(jia)入30以下的鐵屑，有(you)助于含氧量的增加(jia)。
3. 在確(que)認鑄鐵中的(de)氧含量(liang)過低(di)(di)的(de)情況(kuang)下， 應適當地(di)增加(jia)氧,含量(liang)方便的(de)辦法是(shi)，利用氧硫孕育劑，BCIRA與埃肯(ken)合作 成的(de)Superseed 屬于(yu)這(zhe)種(zhong)孕育劑，可用于(yu)灰鑄鐵或球鐵氧，硫過低(di)(di)（氧低(di)(di)于(yu)0.001，硫小于(yu)0.006）時可用。
4. 采(cai)用廢鋼+增碳劑工藝(yi)，增加(jia)成核能力。
5. 采用預(yu)處理(li)劑(ji)，用碳(tan)(tan)化(hua)硅代(dai)替硅鐵(tie)，由于碳(tan)(tan)化(hua)硅fenjie慢等于changxiao孕育劑(ji)，另有資(zi)料顯(xian)示，冶金碳(tan)(tan)化(hua)硅含有5左右的二(er)氧化(hua)硅微粒，可彌補感應電爐高溫(wen)及保持下的晶核損失，可 gaishan石墨(mo)形態(tai)，使灰(hui)鑄鐵(tie)A型石墨(mo)增(zeng)多，減少過冷和激冷傾向，對球鐵(tie)能增(zeng)加石墨(mo)球數增(zeng)加球化(hua)率(lv)。加強(qiang)爐前(qian)三角試(shi)片檢驗，根據白口寬度來(lai)調整孕育劑(ji)加入(ru)量。
