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(zhi)不(bu)覺(jue)中，2018年已(yi)剩(sheng)下六個(ge)來(lai)月(yue)了，新年許(xu)下的心愿，現在完成(cheng)一半了嗎？生活苦(ku)不(bu)苦(ku)，大(da)家都清(qing)楚，活著難(nan)(nan)不(bu)難(nan)(nan)，都說(shuo)難(nan)(nan)。酸甜苦(ku)辣(la)五味俱全，追(zhui)隨我們(men)每天每月(yue)和(he)每年！
趁(chen)自(zi)己還不老(lao)，千(qian)萬不要過老(lao)年人(ren)(ren)的(de)生活，該(gai)拼(pin) 拼(pin)，該(gai)闖 闖，該(gai)折騰(teng) 大膽(dan)折騰(teng)！我(wo)們都是(shi)普(pu)通人(ren)(ren)，沒有(you)錢(qian)沒有(you)勢，只有(you)折騰(teng)才(cai)能改變命(ming)運！窮(qiong)人(ren)(ren)折騰(teng)對了， 是(shi)富(fu)人(ren)(ren)，如(ru)果折騰(teng)錯(cuo)了，大不了做(zuo)回窮(qiong)人(ren)(ren)，與其老(lao)老(lao)實實混日子(zi)(zi)，不如(ru)大膽(dan)折騰(teng)變日子(zi)(zi)！
過(guo)去提高試驗平臺鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液的(de)冶(ye)金質(zhi)量(liang)時，一般只關(guan)注鐵(tie)(tie)液的(de)出爐(lu)的(de)溫度和(he)化學成分的(de)控(kong)(kong)制，大多沒有(you)把鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鐵(tie)(tie)液的(de)氣(qi)體(ti)含量(liang)作為控(kong)(kong)制指標，究其(qi)(qi)原因，其(qi)(qi)一，是對氣(qi)體(ti)含量(liang)對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)質(zhi)量(liang)的(de)影響(xiang)認(ren)識不足，其(qi)(qi)二是氣(qi)體(ti)含量(liang)的(de)分析(xi)比較困難(nan)。
我(wo)們在試驗平臺(tai)灰鑄(zhu)鐵的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)實(shi)踐中(zhong)，常常會遇到這(zhe)種(zhong)情況(kuang)，同(tong)樣(yang)的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)工藝，同(tong)樣(yang)的(de)(de)化學成(cheng)分，生(sheng)產(chan)(chan)出來的(de)(de)灰鑄(zhu)鐵，其機械性能相差(cha)很多(duo)，關于這(zhe)種(zhong)現(xian)象，至今也沒有做(zuo)出明晰的(de)(de)解釋，但可以認為，這(zhe)是(shi)(shi)(shi)凝固過程(cheng)中(zhong)，由于石墨成(cheng)長的(de)(de)大小形狀及(ji)分布，和基本組織的(de)(de)不同(tong)而引(yin)起(qi)(qi)了這(zhe)種(zhong)差(cha)異(yi)，值得關心的(de)(de)是(shi)(shi)(shi)，工藝相同(tong)，成(cheng)分相近，而引(yin)起(qi)(qi)這(zhe)些石墨和基體出現(xian)差(cha)異(yi)的(de)(de)原因又(you)是(shi)(shi)(shi)什么？現(xian)在多(duo)數的(de)(de)研究者(zhe)認為或(huo)者(zhe)懷疑，它是(shi)(shi)(shi)鑄(zhu)鐵中(zhong)的(de)(de)氣體引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)，或(huo)者(zhe)是(shi)(shi)(shi)微量元素引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)，以及(ji)還可能有其他(ta)的(de)(de)不明原因。
由此，對(dui)氣體在鑄(zhu)(zhu)鐵中的行(xing)為引起了大(da)家的注意，并進行(xing)了研(yan)究，尤其是鑄(zhu)(zhu)件的生產，高強(qiang)(qiang)度高碳當(dang)量試驗平(ping)臺的生產，都需要(yao)有所生產鑄(zhu)(zhu)件的高度穩(wen)定性(xing)和一(yi)致性(xing)，所以(yi)對(dui)需要(yao)對(dui)影響鑄(zhu)(zhu)件強(qiang)(qiang)度的氣體含量加以(yi)控制。
試驗平臺鑄(zhu)鐵中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氣(qi)體主(zhu)要有氧、氮(dan)、氫它(ta)們在鑄(zhu)鐵中(zhong)(zhong)(zhong)都有一(yi)定的(de)(de)(de)溶解度，現在研究(jiu)表明，這些氣(qi)體對鑄(zhu)鐵的(de)(de)(de)組織和(he)性能都有巨大的(de)(de)(de)影響，它(ta)們以下(xia)列(lie)三種狀態(tai)存(cun)在于(yu)鑄(zhu)鐵中(zhong)(zhong)(zhong)，1.溶于(yu)液態(tai)或固態(tai)鑄(zhu)鐵中(zhong)(zhong)(zhong)，2.與鑄(zhu)鐵中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)其他元素形成化(hua)合(he)物，3.凝(ning)固時呈氣(qi)相析出，可能使鑄(zhu)件產生氣(qi)孔缺(que)陷。
氧
人們提(ti)出(chu)了很(hen)多(duo)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分析(xi)資(zi)料，萬谷提(ti)出(chu)，Fe-C系為22-32ppm，Fe-Si/c系為14-19ppm，佐(zuo)藤測(ce)得(de)為27-49ppm，Turkdogam提(ti)出(chu)30-40ppm，由于熔化(hua)方法的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)，鑄(zhu)鐵(tie)內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)會有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)，很(hen)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)定資(zi)料數(shu)據(ju)表明(ming)(ming)，試驗平臺沖天爐(lu)熔化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)30-60ppm，而感應(ying)電(dian)爐(lu)熔化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)，僅10-20ppm，這是(shi)由熔化(hua)機理(li)不同(tong)引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而球鐵(tie)加鎂(mei)處理(li)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang) 低，只有(you)5-10ppm。說明(ming)(ming)鎂(mei)有(you)強烈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)脫氧(yang)(yang)效(xiao)果(guo)。氧(yang)(yang)對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)各種性能， 別是(shi)對石(shi)(shi)墨形狀有(you)很(hen)大影(ying)響，它又為大家所(suo)(suo)熟(shu)知，本間和郝石(shi)(shi)堅(jian)提(ti)出(chu)了下圖所(suo)(suo)示關(guan)系：說明(ming)(ming)了亞共(gong)晶鑄(zhu)鐵(tie)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)與(yu)抗拉(la)強度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系，當(dang)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)(liang)從(cong)3-5ppm增加到200ppm時(shi)，鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)按如下順序逐(zhu)漸變化(hua)。含(han)3-5溶解(jie)氧(yang)(yang)時(shi)為白口(kou)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)—無石(shi)(shi)墨---反(fan)白口(kou)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)---點(dian)狀石(shi)(shi)墨-----E型(xing)(xing)共(gong)晶石(shi)(shi)墨---B型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨----A型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨（20-40ppm溶解(jie)氧(yang)(yang)）----B型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨----E型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨----反(fan)白口(kou)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)----白口(kou)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)（100-200ppm）
可見含(han)氧量過(guo)高或(huo)過(guo)低都將導(dao)致白口(kou)組織(zhi)和反白口(kou)組織(zhi)，以生成A型石墨（20-40ppm）為，當含(han)氧量增加或(huo)減少時，都會石墨形態(tai)惡(e)化。
從這里我們可以知道，沖天(tian)爐除了底(di)焦過(guo)低，風量(liang)(liang)過(guo)大(da)，而硅錳(meng)氧化(hua)嚴重(zhong)，爐渣黑色，鐵(tie)水發白，而表明鑄鐵(tie)鐵(tie)液(ye)嚴重(zhong)氧化(hua)，流動(dong)性差，鑄件產生白口以外，在正(zheng)常(chang)熔化(hua)情況下，其含(han)氧量(liang)(liang)都在30-60ppm范圍內(nei)，因此(ci)，適合A型(xing)石墨(mo)的(de)(de)析出(chu)(chu)，而感應電(dian)爐在鐵(tie)水含(han)氧量(liang)(liang)只有10-20ppm之(zhi)間，因此(ci)，常(chang)常(chang)出(chu)(chu)現D型(xing)過(guo)冷石墨(mo)的(de)(de)原因。而由此(ci)得出(chu)(chu)，沖天(tian)爐的(de)(de)冶金質量(liang)(liang)好的(de)(de)結(jie)論。
很多人認(ren)為，試(shi)驗平臺(tai)沖天(tian)(tian)爐(lu)(lu)是熔(rong)(rong)煉設備(bei)，而中頻電爐(lu)(lu)只(zhi)是熔(rong)(rong)化設備(bei)，認(ren)為沖天(tian)(tian)爐(lu)(lu)內(nei)(nei)有很多的(de)冶金反(fan)應(ying)(ying)，而感(gan)應(ying)(ying)電爐(lu)(lu)沒有。而實際上，在感(gan)應(ying)(ying)爐(lu)(lu)內(nei)(nei)存在下列的(de)兩個化學反(fan)應(ying)(ying)，正(zheng)是它(ta)影響著鑄鐵(tie)內(nei)(nei)含氧量，即Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)硅和錳(meng)等(deng)優先氧(yang)化(hua)(hua)生成二氧(yang)化(hua)(hua)硅，氧(yang)化(hua)(hua)錳(meng)，和氧(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)等(deng)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)，而(er)高溫(wen)(wen)時(shi)(shi)二氧(yang)化(hua)(hua)硅等(deng)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)被碳還原，兩個反應的(de)交叉點(dian)，即平(ping)衡(heng)點(dian)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)， 是(shi)(shi)平(ping)衡(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)。它依鑄鐵(tie)液(ye)(ye)中的(de)碳硅濃度(du)(du)可以計算出(chu)(chu)來。一(yi)般(ban)我們可以根(gen)據爐內鐵(tie)液(ye)(ye)的(de)表(biao)面狀(zhuang)態來判(pan)斷，當(dang)鐵(tie)液(ye)(ye)溫(wen)(wen)度(du)(du)低(di)于平(ping)衡(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)，鐵(tie)液(ye)(ye)表(biao)面總是(shi)(shi)覆蓋著一(yi)層(ceng)爐渣(zha)(zha)，當(dang)溫(wen)(wen)度(du)(du)超過平(ping)衡(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)時(shi)(shi)，這些渣(zha)(zha)膜慢(man)慢(man)消失并有火花冒出(chu)(chu)，這是(shi)(shi)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳燃燒產生的(de)火焰，溫(wen)(wen)度(du)(du)越(yue)高，時(shi)(shi)間越(yue)長，碳燒損(sun)越(yue)厲(li)害。二氧(yang)化(hua)(hua)硅等(deng)晶(jing)核損(sun)失越(yue)多(duo)，這也 是(shi)(shi)感應爐鐵(tie)水如果孕(yun)育不好，出(chu)(chu)現收(shou)縮(suo)缺陷大，激冷(leng)傾向(xiang)大的(de)原因。
在美(mei)國有星期一(yi)鐵水一(yi)說(shuo)， 是保溫感應電(dian)爐內的鐵水，經(jing)過(guo)休息(xi)日(ri)的保溫到周(zhou)一(yi)生產時很難(nan)以孕(yun)育稱為“死(si)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。
氧對石墨(mo)的(de)影響是(shi)雙方(fang)面(mian)(mian)的(de) ，溶解(jie)氧多(duo)，激冷傾向(xiang)(xiang)(xiang)大，白口shendu層或寬度大，而氧化物(wu)成為(wei)二(er)氧化硅后，它(ta)可(ke)作為(wei)異質晶核而cujin石墨(mo)化，激冷傾向(xiang)(xiang)(xiang)，和收縮傾向(xiang)(xiang)(xiang) 減少，其原(yuan)因 是(shi)溶解(jie)氧和化合氧的(de)變化，知道了這些，現在 可(ke)以采取下面(mian)(mian)的(de)措施。
1. 要快速(su)熔(rong)化(hua)(hua)，在(zai)高(gao)溫下不(bu)(bu)要過多停留，溫度不(bu)(bu)能(neng)過高(gao)，灰鑄鐵(tie)石(shi)(shi)墨核(he)心是什(shen)么？鈴木和(he)中(zhong)江(jiang)都認為(wei)，在(zai)感(gan)應電(dian)爐中(zhong)，錳和(he)硫(liu)不(bu)(bu)能(neng)成為(wei)核(he)心，因為(wei)在(zai)他(ta)們的實驗中(zhong)，白(bai)(bai)口(kou)(kou)是隨著硫(liu)量(liang)的升高(gao)而增加(jia)(jia)的，只有(you)加(jia)(jia)入了(le)增碳(tan)劑(ji)或孕育(yu)劑(ji)，白(bai)(bai)口(kou)(kou)才(cai)急劇下降，沖天(tian)爐熔(rong)化(hua)(hua)速(su)度快，鐵(tie)液又穿過焦炭層下落，自然會有(you)大量(liang)的未(wei)溶石(shi)(shi)墨。而感(gan)應爐 算加(jia)(jia)了(le)生鐵(tie)錠，加(jia)(jia)了(le)增碳(tan)劑(ji)，只要爐料慢(man)慢(man)熔(rong)化(hua)(hua)，其未(wei)溶石(shi)(shi)墨也(ye)會消(xiao)失，亦(yi)即石(shi)(shi)墨結晶(jing)核(he)心消(xiao)失了(le)，白(bai)(bai)口(kou)(kou)都很大，而在(zai)快速(su)熔(rong)化(hua)(hua)下，或在(zai)熔(rong)化(hua)(hua)后期加(jia)(jia)點(dian)增碳(tan)劑(ji)，或碳(tan)化(hua)(hua)硅(gui)預處理(li)劑(ji)，石(shi)(shi)墨形態才(cai)會好，快速(su)熔(rong)化(hua)(hua)，保溫時(shi)間不(bu)(bu)長即出爐， 保證(zheng)含氧量(liang)合適，波動范(fan)圍小。
2. 在爐料(liao)中(zhong)加入30以下的(de)(de)鐵屑，有助于含氧量的(de)(de)增加。
3. 在(zai)確認鑄鐵中的氧(yang)含(han)量過低(di)的情況下， 應適當地增加氧(yang),含(han)量方便的辦法是，利用(yong)氧(yang)硫(liu)孕育劑，BCIRA與(yu)埃肯合作 成的Superseed 屬于這種孕育劑，可用(yong)于灰鑄鐵或球(qiu)鐵氧(yang)，硫(liu)過低(di)（氧(yang)低(di)于0.001，硫(liu)小于0.006）時可用(yong)。
4. 采用廢鋼+增碳(tan)劑(ji)工(gong)藝，增加成(cheng)核能(neng)力。
5. 采用預(yu)處理(li)劑，用碳化硅代替硅鐵，由(you)于(yu)碳化硅fenjie慢等(deng)于(yu)changxiao孕(yun)育劑，另有資料顯(xian)示(shi)，冶(ye)金碳化硅含有5左(zuo)右的(de)二氧化硅微粒，可彌補感應電爐高溫及保持下(xia)的(de)晶(jing)核損失，可 gaishan石(shi)墨形(xing)態(tai)，使灰(hui)鑄鐵A型(xing)石(shi)墨增(zeng)多，減少過冷和激冷傾向，對球(qiu)鐵能增(zeng)加(jia)石(shi)墨球(qiu)數增(zeng)加(jia)球(qiu)化率。加(jia)強爐前三角試片(pian)檢驗，根據白口寬度來(lai)調整孕(yun)育劑加(jia)入量。
