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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不知不覺中，2018年已剩下(xia)六個來月(yue)了，新年許下(xia)的(de)心(xin)愿，現在完(wan)成一(yi)半了嗎？生活苦不苦，大家都清楚(chu)，活著難不難，都說難。酸(suan)甜苦辣五味俱全，追隨我們每(mei)天每(mei)月(yue)和每(mei)年！
趁自己還(huan)不老(lao)(lao)，千(qian)萬不要過老(lao)(lao)年人的生活，該(gai)拼 拼，該(gai)闖 闖，該(gai)折騰(teng) 大膽(dan)折騰(teng)！我們(men)都是普通人，沒有(you)錢(qian)沒有(you)勢(shi)，只有(you)折騰(teng)才能(neng)改(gai)變命(ming)運！窮人折騰(teng)對(dui)了(le)， 是富人，如果(guo)折騰(teng)錯了(le)，大不了(le)做回窮人，與其老(lao)(lao)老(lao)(lao)實實混日子，不如大膽(dan)折騰(teng)變日子！
過去提(ti)高試(shi)驗平臺鑄(zhu)鐵(tie)鐵(tie)液(ye)的(de)冶金質量(liang)時，一般只關(guan)注鐵(tie)液(ye)的(de)出(chu)爐的(de)溫度和化(hua)學成(cheng)分(fen)的(de)控(kong)制(zhi)，大多沒有把鑄(zhu)鐵(tie)鐵(tie)液(ye)的(de)氣(qi)體含(han)量(liang)作為控(kong)制(zhi)指標(biao)，究其原因(yin)，其一，是(shi)對(dui)(dui)氣(qi)體含(han)量(liang)對(dui)(dui)鑄(zhu)鐵(tie)質量(liang)的(de)影(ying)響認識不(bu)足，其二是(shi)氣(qi)體含(han)量(liang)的(de)分(fen)析比較(jiao)困難。
我們(men)在試驗(yan)平臺灰鑄(zhu)鐵的(de)生(sheng)產(chan)實踐中，常常會遇到這(zhe)種情(qing)況，同樣(yang)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝，同樣(yang)的(de)化學成(cheng)分(fen)，生(sheng)產(chan)出(chu)(chu)來(lai)的(de)灰鑄(zhu)鐵，其機(ji)械性能相(xiang)差(cha)很多，關于這(zhe)種現象(xiang)，至(zhi)今(jin)也沒有做出(chu)(chu)明(ming)晰的(de)解釋，但(dan)可以認(ren)為，這(zhe)是(shi)凝固過程中，由于石墨成(cheng)長的(de)大小形狀及分(fen)布，和基(ji)本組(zu)織的(de)不同而引(yin)(yin)起(qi)(qi)了(le)這(zhe)種差(cha)異，值得關心的(de)是(shi)，工(gong)藝相(xiang)同，成(cheng)分(fen)相(xiang)近，而引(yin)(yin)起(qi)(qi)這(zhe)些石墨和基(ji)體出(chu)(chu)現差(cha)異的(de)原因(yin)又是(shi)什么？現在多數的(de)研究(jiu)者認(ren)為或(huo)者懷疑，它(ta)是(shi)鑄(zhu)鐵中的(de)氣體引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)，或(huo)者是(shi)微量(liang)元素引(yin)(yin)起(qi)(qi)的(de)，以及還可能有其他的(de)不明(ming)原因(yin)。
由此，對(dui)氣體(ti)在鑄(zhu)(zhu)鐵中的(de)(de)(de)行為(wei)引起了(le)大家的(de)(de)(de)注意，并(bing)進行了(le)研究，尤其是鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)生(sheng)產，高(gao)強度高(gao)碳當量試(shi)驗(yan)平臺的(de)(de)(de)生(sheng)產，都需(xu)要有(you)所(suo)生(sheng)產鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)高(gao)度穩定性和一致性，所(suo)以(yi)對(dui)需(xu)要對(dui)影響鑄(zhu)(zhu)件強度的(de)(de)(de)氣體(ti)含量加以(yi)控制。
試驗平(ping)臺鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)中(zhong)的(de)氣(qi)體主要有氧(yang)、氮、氫它們在鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)中(zhong)都(dou)有一(yi)定的(de)溶解(jie)度，現(xian)在研究表明，這(zhe)些氣(qi)體對鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)組織和性能都(dou)有巨大(da)的(de)影響，它們以下列三種狀(zhuang)態(tai)存在于(yu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)中(zhong)，1.溶于(yu)液(ye)態(tai)或固態(tai)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)中(zhong)，2.與(yu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)中(zhong)的(de)其他元素形成化(hua)合物，3.凝固時呈氣(qi)相析出，可(ke)能使(shi)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)產生氣(qi)孔缺陷(xian)。
氧
人們提(ti)出(chu)了(le)很(hen)多鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)含(han)(han)(han)氧量(liang)的(de)(de)分析資(zi)料，萬(wan)谷提(ti)出(chu)，Fe-C系(xi)(xi)為22-32ppm，Fe-Si/c系(xi)(xi)為14-19ppm，佐藤測得為27-49ppm，Turkdogam提(ti)出(chu)30-40ppm，由(you)于熔(rong)化(hua)方法的(de)(de)不同，鑄(zhu)鐵(tie)內(nei)的(de)(de)含(han)(han)(han)氧量(liang)會有(you)很(hen)大的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)，很(hen)多的(de)(de)測定(ding)資(zi)料數(shu)據表明(ming)(ming)，試驗平臺沖天(tian)爐熔(rong)化(hua)的(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)含(han)(han)(han)氧量(liang)30-60ppm，而感應電(dian)爐熔(rong)化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)，僅10-20ppm，這(zhe)是由(you)熔(rong)化(hua)機理不同引(yin)起的(de)(de)，而球鐵(tie)加鎂(mei)處理后(hou)的(de)(de)氧含(han)(han)(han)量(liang) 低，只有(you)5-10ppm。說明(ming)(ming)鎂(mei)有(you)強(qiang)烈的(de)(de)脫氧效果。氧對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)各種性能， 別是對石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)形狀有(you)很(hen)大影(ying)響，它又為大家所(suo)熟知，本間和郝石(shi)(shi)(shi)堅提(ti)出(chu)了(le)下(xia)圖所(suo)示關系(xi)(xi)：說明(ming)(ming)了(le)亞共晶鑄(zhu)鐵(tie)含(han)(han)(han)氧量(liang)與抗拉強(qiang)度的(de)(de)關系(xi)(xi)，當含(han)(han)(han)氧量(liang)從3-5ppm增加到200ppm時(shi)，鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)組(zu)織按如下(xia)順序(xu)逐漸變(bian)(bian)化(hua)。含(han)(han)(han)3-5溶解(jie)氧時(shi)為白(bai)口(kou)組(zu)織—無(wu)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)---反白(bai)口(kou)組(zu)織---點狀石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)-----E型(xing)(xing)共晶石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)---B型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)----A型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)（20-40ppm溶解(jie)氧）----B型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)----E型(xing)(xing)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)----反白(bai)口(kou)組(zu)織----白(bai)口(kou)組(zu)織（100-200ppm）
可見含氧量過(guo)高或過(guo)低都(dou)將導致白口組(zu)織(zhi)和反白口組(zu)織(zhi)，以(yi)生成(cheng)A型石墨（20-40ppm）為，當(dang)含氧量增加或減少時(shi)，都(dou)會(hui)石墨形態惡化(hua)。
從這里(li)我們可以(yi)知道，沖(chong)天(tian)爐(lu)除了底焦過(guo)(guo)低，風量(liang)過(guo)(guo)大(da)，而(er)硅錳(meng)氧化(hua)嚴(yan)重(zhong)，爐(lu)渣黑(hei)色(se)，鐵(tie)水(shui)發白，而(er)表明鑄鐵(tie)鐵(tie)液嚴(yan)重(zhong)氧化(hua)，流動性差，鑄件產(chan)生白口以(yi)外，在正(zheng)常熔化(hua)情(qing)況下，其含氧量(liang)都在30-60ppm范(fan)圍內，因(yin)(yin)此(ci)(ci)，適合A型(xing)石(shi)墨的(de)(de)析出，而(er)感應電(dian)爐(lu)在鐵(tie)水(shui)含氧量(liang)只有(you)10-20ppm之間，因(yin)(yin)此(ci)(ci)，常常出現D型(xing)過(guo)(guo)冷石(shi)墨的(de)(de)原因(yin)(yin)。而(er)由此(ci)(ci)得(de)出，沖(chong)天(tian)爐(lu)的(de)(de)冶(ye)金質量(liang)好的(de)(de)結論。
很多人認(ren)為(wei)，試驗平臺沖天爐(lu)是(shi)熔煉設備，而(er)中頻電爐(lu)只是(shi)熔化(hua)設備，認(ren)為(wei)沖天爐(lu)內(nei)有(you)很多的冶(ye)金反(fan)應(ying)，而(er)感應(ying)電爐(lu)沒有(you)。而(er)實際上，在(zai)感應(ying)爐(lu)內(nei)存(cun)在(zai)下列的兩(liang)個(ge)化(hua)學反(fan)應(ying)，正是(shi)它(ta)影響(xiang)著鑄(zhu)鐵內(nei)含(han)氧(yang)量，即(ji)Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低溫(wen)時(shi)(shi)硅(gui)和錳等優(you)先氧(yang)化(hua)(hua)生成二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)，氧(yang)化(hua)(hua)錳，和氧(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)(tie)等氧(yang)化(hua)(hua)物，而(er)高(gao)溫(wen)時(shi)(shi)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)等氧(yang)化(hua)(hua)物被碳還(huan)原，兩個反應的(de)交叉(cha)點(dian)(dian)，即平(ping)(ping)衡(heng)點(dian)(dian)的(de)溫(wen)度(du)(du)(du)， 是(shi)(shi)平(ping)(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)(du)(du)。它依鑄鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)中(zhong)的(de)碳硅(gui)濃度(du)(du)(du)可(ke)以計算出來。一(yi)般我們(men)可(ke)以根據爐(lu)內鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)的(de)表面(mian)狀態(tai)來判斷，當(dang)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)溫(wen)度(du)(du)(du)低于平(ping)(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)(du)(du)時(shi)(shi)，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)表面(mian)總是(shi)(shi)覆蓋著一(yi)層(ceng)爐(lu)渣(zha)，當(dang)溫(wen)度(du)(du)(du)超過平(ping)(ping)衡(heng)溫(wen)度(du)(du)(du)時(shi)(shi)，這些渣(zha)膜(mo)慢慢消失并有火花冒出，這是(shi)(shi)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳燃(ran)燒(shao)產生的(de)火焰(yan)，溫(wen)度(du)(du)(du)越(yue)高(gao)，時(shi)(shi)間(jian)越(yue)長，碳燒(shao)損越(yue)厲害。二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)等晶核損失越(yue)多(duo)，這也 是(shi)(shi)感應爐(lu)鐵(tie)(tie)水(shui)如果孕(yun)育(yu)不好，出現收縮(suo)缺陷大(da)，激冷傾向大(da)的(de)原因。
在美國有星期(qi)一(yi)(yi)鐵水(shui)(shui)一(yi)(yi)說(shuo)， 是保(bao)溫(wen)感應(ying)電爐內的(de)鐵水(shui)(shui)，經過休息(xi)日的(de)保(bao)溫(wen)到周一(yi)(yi)生產時很難以孕育(yu)稱為(wei)“死(si)鐵水(shui)(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。
氧對石墨的影響是雙(shuang)方面(mian)的 ，溶(rong)解氧多，激冷傾向(xiang)大，白口shendu層(ceng)或(huo)寬度大，而(er)氧化物成為二氧化硅后，它可(ke)作為異質晶核而(er)cujin石墨化，激冷傾向(xiang)，和收縮(suo)傾向(xiang) 減少，其(qi)原(yuan)因 是溶(rong)解氧和化合(he)氧的變化，知道了這些，現在 可(ke)以(yi)采取下(xia)面(mian)的措施。
1. 要(yao)快速(su)熔化(hua)，在(zai)(zai)(zai)高溫(wen)下(xia)不(bu)要(yao)過(guo)多停留，溫(wen)度不(bu)能(neng)過(guo)高，灰鑄鐵(tie)(tie)石(shi)墨(mo)核心(xin)是(shi)什么？鈴木和(he)中(zhong)江都認為(wei)(wei)，在(zai)(zai)(zai)感(gan)應電爐(lu)中(zhong)，錳和(he)硫不(bu)能(neng)成為(wei)(wei)核心(xin)，因(yin)為(wei)(wei)在(zai)(zai)(zai)他們的實驗(yan)中(zhong)，白口是(shi)隨著硫量(liang)的升高而增(zeng)(zeng)加的，只(zhi)有加入了增(zeng)(zeng)碳(tan)劑或(huo)孕育劑，白口才急劇下(xia)降，沖(chong)天爐(lu)熔化(hua)速(su)度快，鐵(tie)(tie)液又穿(chuan)過(guo)焦炭(tan)層下(xia)落，自然會(hui)有大(da)量(liang)的未溶石(shi)墨(mo)。而感(gan)應爐(lu) 算加了生(sheng)鐵(tie)(tie)錠，加了增(zeng)(zeng)碳(tan)劑，只(zhi)要(yao)爐(lu)料慢(man)慢(man)熔化(hua)，其未溶石(shi)墨(mo)也會(hui)消失(shi)，亦即石(shi)墨(mo)結晶核心(xin)消失(shi)了，白口都很大(da)，而在(zai)(zai)(zai)快速(su)熔化(hua)下(xia)，或(huo)在(zai)(zai)(zai)熔化(hua)后(hou)期(qi)加點增(zeng)(zeng)碳(tan)劑，或(huo)碳(tan)化(hua)硅預處理劑，石(shi)墨(mo)形(xing)態(tai)才會(hui)好，快速(su)熔化(hua)，保溫(wen)時間不(bu)長即出爐(lu)， 保證含(han)氧量(liang)合適，波動(dong)范圍小。
2. 在爐(lu)料中(zhong)加(jia)入(ru)30以下(xia)的鐵屑(xie)，有助于含氧(yang)量的增加(jia)。
3. 在確認(ren)鑄鐵(tie)中的(de)氧含(han)(han)量過低(di)的(de)情(qing)況(kuang)下， 應(ying)適當地增加氧,含(han)(han)量方便的(de)辦法是，利用氧硫孕(yun)育劑(ji)，BCIRA與埃肯(ken)合作 成的(de)Superseed 屬(shu)于這種孕(yun)育劑(ji)，可(ke)用于灰鑄鐵(tie)或球鐵(tie)氧，硫過低(di)（氧低(di)于0.001，硫小于0.006）時可(ke)用。
4. 采用廢鋼(gang)+增碳劑工藝(yi)，增加成核(he)能力(li)。
5. 采用(yong)預處理劑，用(yong)碳化(hua)硅(gui)代替硅(gui)鐵(tie)，由于碳化(hua)硅(gui)fenjie慢等于changxiao孕育(yu)劑，另有(you)(you)資料顯示，冶金碳化(hua)硅(gui)含有(you)(you)5左右的二氧化(hua)硅(gui)微(wei)粒，可(ke)彌補感(gan)應電(dian)爐高溫(wen)及保持下的晶核損失(shi)，可(ke) gaishan石墨形態(tai)，使灰鑄鐵(tie)A型石墨增多，減少過冷和(he)激冷傾向，對球(qiu)鐵(tie)能增加(jia)石墨球(qiu)數增加(jia)球(qiu)化(hua)率(lv)。加(jia)強爐前三角試片檢(jian)驗，根據白口寬(kuan)度來調整孕育(yu)劑加(jia)入量。
