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(nian)已剩下六(liu)個(ge)來月了，新年(nian)許(xu)下的心愿，現在完成一半了嗎？生(sheng)活苦(ku)不(bu)苦(ku)，大家都(dou)清楚，活著(zhu)難不(bu)難，都(dou)說(shuo)難。酸甜苦(ku)辣五味(wei)俱全，追(zhui)隨我們每(mei)(mei)天每(mei)(mei)月和每(mei)(mei)年(nian)！
趁自己還不(bu)(bu)老(lao)，千萬不(bu)(bu)要(yao)過老(lao)年人(ren)(ren)的(de)生活，該(gai)拼(pin)(pin) 拼(pin)(pin)，該(gai)闖 闖，該(gai)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng) 大膽(dan)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)！我們都(dou)是(shi)(shi)普通(tong)人(ren)(ren)，沒有錢沒有勢(shi)，只有折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)才能改(gai)變(bian)命(ming)運！窮(qiong)人(ren)(ren)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)對了， 是(shi)(shi)富人(ren)(ren)，如(ru)果折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)錯了，大不(bu)(bu)了做回窮(qiong)人(ren)(ren)，與其老(lao)老(lao)實實混日(ri)子，不(bu)(bu)如(ru)大膽(dan)折(zhe)(zhe)騰(teng)(teng)變(bian)日(ri)子！
過去提高試驗(yan)平臺鑄(zhu)鐵鐵液的(de)(de)(de)(de)冶(ye)金質(zhi)量時，一般(ban)只關注鐵液的(de)(de)(de)(de)出爐的(de)(de)(de)(de)溫度和化學(xue)成分(fen)的(de)(de)(de)(de)控制，大多沒有把鑄(zhu)鐵鐵液的(de)(de)(de)(de)氣體含(han)量作(zuo)為控制指標，究其原因，其一，是(shi)對氣體含(han)量對鑄(zhu)鐵質(zhi)量的(de)(de)(de)(de)影響認識不足，其二(er)是(shi)氣體含(han)量的(de)(de)(de)(de)分(fen)析比較困(kun)難(nan)。
我們(men)在試驗平(ping)臺灰鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)實(shi)踐中，常常會(hui)遇到這(zhe)種(zhong)情況，同(tong)樣的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工藝，同(tong)樣的(de)(de)(de)化學成(cheng)分(fen)，生(sheng)產(chan)出來的(de)(de)(de)灰鑄(zhu)鐵(tie)，其機(ji)械性(xing)能(neng)相(xiang)差很多，關于這(zhe)種(zhong)現象，至(zhi)今也沒有做出明(ming)晰的(de)(de)(de)解釋，但可以(yi)(yi)認為，這(zhe)是(shi)凝固過程中，由于石(shi)墨成(cheng)長(chang)的(de)(de)(de)大小形狀及分(fen)布，和基本組織的(de)(de)(de)不同(tong)而(er)引(yin)起(qi)(qi)(qi)了這(zhe)種(zhong)差異(yi)，值(zhi)得關心的(de)(de)(de)是(shi)，工藝相(xiang)同(tong)，成(cheng)分(fen)相(xiang)近，而(er)引(yin)起(qi)(qi)(qi)這(zhe)些石(shi)墨和基體(ti)出現差異(yi)的(de)(de)(de)原因又是(shi)什(shen)么(me)？現在多數的(de)(de)(de)研究者認為或者懷疑，它是(shi)鑄(zhu)鐵(tie)中的(de)(de)(de)氣體(ti)引(yin)起(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)，或者是(shi)微量(liang)元素引(yin)起(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)，以(yi)(yi)及還可能(neng)有其他(ta)的(de)(de)(de)不明(ming)原因。
由此，對氣(qi)體在鑄鐵中的行(xing)為引起了大家(jia)的注意，并進行(xing)了研究，尤其是鑄件(jian)(jian)的生產(chan)，高強度高碳當量試驗(yan)平臺的生產(chan)，都需要有所生產(chan)鑄件(jian)(jian)的高度穩(wen)定性(xing)和(he)一致性(xing)，所以對需要對影響鑄件(jian)(jian)強度的氣(qi)體含量加以控制。
試(shi)驗平臺鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)主(zhu)要有氧(yang)、氮、氫它(ta)們在(zai)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)都有一定的(de)(de)(de)溶解度，現在(zai)研究表明，這些氣(qi)(qi)(qi)體(ti)對(dui)鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)組織和性能都有巨大(da)的(de)(de)(de)影響，它(ta)們以下列三種狀(zhuang)態(tai)存(cun)在(zai)于鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)，1.溶于液態(tai)或固態(tai)鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)，2.與鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)(de)其他元素形成化(hua)合物，3.凝固時呈氣(qi)(qi)(qi)相(xiang)析出，可能使鑄(zhu)件產生氣(qi)(qi)(qi)孔缺(que)陷(xian)。
氧(yang)
人們提(ti)出(chu)(chu)了(le)很(hen)多(duo)鑄(zhu)鐵(tie)中含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)量的(de)(de)(de)分析資料(liao)，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，佐藤測得為(wei)27-49ppm，Turkdogam提(ti)出(chu)(chu)30-40ppm，由(you)于熔(rong)(rong)化(hua)方法的(de)(de)(de)不(bu)同，鑄(zhu)鐵(tie)內的(de)(de)(de)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)量會(hui)有很(hen)大(da)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)，很(hen)多(duo)的(de)(de)(de)測定(ding)資料(liao)數據(ju)表(biao)明(ming)，試(shi)驗(yan)平臺沖天爐熔(rong)(rong)化(hua)的(de)(de)(de)鑄(zhu)鐵(tie)中含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)量30-60ppm，而感(gan)應電爐熔(rong)(rong)化(hua)鑄(zhu)鐵(tie)，僅10-20ppm，這是由(you)熔(rong)(rong)化(hua)機(ji)理(li)不(bu)同引起的(de)(de)(de)，而球鐵(tie)加鎂處理(li)后的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)含(han)(han)(han)量 低，只(zhi)有5-10ppm。說明(ming)鎂有強(qiang)烈(lie)的(de)(de)(de)脫(tuo)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)效(xiao)果(guo)。氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)各種(zhong)性能， 別是對石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)形狀(zhuang)有很(hen)大(da)影響，它又為(wei)大(da)家(jia)所熟(shu)知，本間和郝石(shi)(shi)堅(jian)提(ti)出(chu)(chu)了(le)下圖(tu)所示關系(xi)：說明(ming)了(le)亞(ya)共晶(jing)鑄(zhu)鐵(tie)含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)量與抗拉(la)強(qiang)度的(de)(de)(de)關系(xi)，當含(han)(han)(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)量從3-5ppm增加到200ppm時，鑄(zhu)鐵(tie)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)按(an)如下順序逐漸變(bian)化(hua)。含(han)(han)(han)3-5溶解氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)時為(wei)白(bai)口組(zu)(zu)織(zhi)—無石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)---反白(bai)口組(zu)(zu)織(zhi)---點(dian)狀(zhuang)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)-----E型(xing)(xing)共晶(jing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)---B型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)----A型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)（20-40ppm溶解氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)）----B型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)----E型(xing)(xing)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)----反白(bai)口組(zu)(zu)織(zhi)----白(bai)口組(zu)(zu)織(zhi)（100-200ppm）
可(ke)見含氧(yang)量(liang)過高或過低(di)都將導致白(bai)(bai)口組織和反白(bai)(bai)口組織，以生成(cheng)A型石墨(mo)（20-40ppm）為，當含氧(yang)量(liang)增(zeng)加或減少時，都會石墨(mo)形態惡化。
從這里我們可以知道，沖(chong)天(tian)爐除(chu)了底焦過低(di)，風量過大(da)，而(er)硅錳氧化嚴重，爐渣黑色，鐵(tie)水發白，而(er)表明鑄鐵(tie)鐵(tie)液嚴重氧化，流動性(xing)差，鑄件產生(sheng)白口以外，在正常熔化情況下，其(qi)含(han)氧量都在30-60ppm范圍(wei)內，因此(ci)(ci)，適合A型石墨的析出(chu)，而(er)感應電爐在鐵(tie)水含(han)氧量只(zhi)有(you)10-20ppm之間，因此(ci)(ci)，常常出(chu)現D型過冷石墨的原因。而(er)由此(ci)(ci)得(de)出(chu)，沖(chong)天(tian)爐的冶金質(zhi)量好的結論。
很(hen)多人(ren)認(ren)為，試驗(yan)平臺(tai)沖天(tian)爐(lu)(lu)是熔煉設(she)備，而中頻電(dian)(dian)爐(lu)(lu)只是熔化設(she)備，認(ren)為沖天(tian)爐(lu)(lu)內(nei)有(you)很(hen)多的冶(ye)金(jin)反應(ying)，而感應(ying)電(dian)(dian)爐(lu)(lu)沒有(you)。而實(shi)際上，在感應(ying)爐(lu)(lu)內(nei)存在下列的兩個化學反應(ying)，正是它影響著鑄鐵(tie)內(nei)含氧量(liang)，即(ji)Si+2O-----SiO2 SiO2+2[C]-----[Si]2CO↑
低(di)溫(wen)(wen)時硅(gui)(gui)和(he)(he)錳(meng)(meng)等優(you)先氧(yang)化(hua)生成(cheng)二氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)，氧(yang)化(hua)錳(meng)(meng)，和(he)(he)氧(yang)化(hua)鐵(tie)等氧(yang)化(hua)物，而高溫(wen)(wen)時二氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)等氧(yang)化(hua)物被碳還(huan)原(yuan)，兩(liang)個反應的(de)交(jiao)叉點，即平(ping)衡(heng)(heng)點的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)， 是平(ping)衡(heng)(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)。它依鑄鐵(tie)液(ye)(ye)中(zhong)的(de)碳硅(gui)(gui)濃度(du)(du)可以計算出(chu)來(lai)。一般(ban)我們可以根據爐內鐵(tie)液(ye)(ye)的(de)表(biao)面狀態來(lai)判斷，當(dang)鐵(tie)液(ye)(ye)溫(wen)(wen)度(du)(du)低(di)于平(ping)衡(heng)(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，鐵(tie)液(ye)(ye)表(biao)面總是覆蓋(gai)著(zhu)一層爐渣，當(dang)溫(wen)(wen)度(du)(du)超過平(ping)衡(heng)(heng)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，這些渣膜(mo)慢慢消失并(bing)有(you)火花冒出(chu)，這是一氧(yang)化(hua)碳燃燒產(chan)生的(de)火焰，溫(wen)(wen)度(du)(du)越高，時間越長，碳燒損(sun)越厲害。二氧(yang)化(hua)硅(gui)(gui)等晶核損(sun)失越多，這也 是感應爐鐵(tie)水如果(guo)孕育不(bu)好，出(chu)現收縮(suo)缺(que)陷大，激(ji)冷傾向(xiang)大的(de)原(yuan)因(yin)。
在美國有星期一鐵(tie)水一說(shuo)， 是保溫感應電爐內的鐵(tie)水，經過休息日的保溫到(dao)周一生產時(shi)很(hen)難以孕(yun)育(yu)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(yang)對(dui)石墨的影響是雙方面的 ，溶解(jie)氧(yang)多，激(ji)冷(leng)傾向(xiang)大(da)，白口shendu層或寬度(du)大(da)，而氧(yang)化(hua)物成為二氧(yang)化(hua)硅后(hou)，它可作(zuo)為異質晶(jing)核而cujin石墨化(hua)，激(ji)冷(leng)傾向(xiang)，和(he)收縮傾向(xiang) 減少，其原因 是溶解(jie)氧(yang)和(he)化(hua)合氧(yang)的變化(hua)，知道了這些(xie)，現在 可以采取下面的措施。
1. 要快(kuai)速(su)(su)熔(rong)化，在(zai)(zai)高溫下(xia)不(bu)要過(guo)多停留，溫度(du)不(bu)能(neng)過(guo)高，灰(hui)鑄鐵(tie)(tie)石(shi)墨(mo)核(he)(he)心是什么？鈴(ling)木和中江都認為，在(zai)(zai)感(gan)應(ying)電爐(lu)中，錳和硫不(bu)能(neng)成為核(he)(he)心，因為在(zai)(zai)他們(men)的實驗(yan)中，白(bai)口是隨(sui)著硫量的升(sheng)高而(er)增(zeng)(zeng)加(jia)的，只(zhi)有(you)加(jia)入了(le)(le)增(zeng)(zeng)碳劑(ji)(ji)或(huo)孕(yun)育劑(ji)(ji)，白(bai)口才急劇下(xia)降(jiang)，沖(chong)天爐(lu)熔(rong)化速(su)(su)度(du)快(kuai)，鐵(tie)(tie)液又穿過(guo)焦炭層下(xia)落，自(zi)然會(hui)(hui)有(you)大(da)量的未(wei)溶(rong)石(shi)墨(mo)。而(er)感(gan)應(ying)爐(lu) 算加(jia)了(le)(le)生鐵(tie)(tie)錠(ding)，加(jia)了(le)(le)增(zeng)(zeng)碳劑(ji)(ji)，只(zhi)要爐(lu)料慢慢熔(rong)化，其未(wei)溶(rong)石(shi)墨(mo)也會(hui)(hui)消失(shi)，亦即石(shi)墨(mo)結晶核(he)(he)心消失(shi)了(le)(le)，白(bai)口都很大(da)，而(er)在(zai)(zai)快(kuai)速(su)(su)熔(rong)化下(xia)，或(huo)在(zai)(zai)熔(rong)化后期加(jia)點(dian)增(zeng)(zeng)碳劑(ji)(ji)，或(huo)碳化硅預處理劑(ji)(ji)，石(shi)墨(mo)形態(tai)才會(hui)(hui)好，快(kuai)速(su)(su)熔(rong)化，保溫時間(jian)不(bu)長(chang)即出爐(lu)， 保證(zheng)含(han)氧量合適，波(bo)動范圍小(xiao)。
2. 在爐料中加入(ru)30以下的鐵屑，有助(zhu)于(yu)含氧(yang)量的增加。
3. 在(zai)確認(ren)鑄鐵(tie)中的(de)氧含(han)量過(guo)(guo)低的(de)情況(kuang)下， 應適(shi)當地(di)增加氧,含(han)量方(fang)便的(de)辦(ban)法是，利用(yong)(yong)氧硫(liu)孕(yun)育劑(ji)，BCIRA與埃肯合作(zuo) 成的(de)Superseed 屬于這種(zhong)孕(yun)育劑(ji)，可用(yong)(yong)于灰鑄鐵(tie)或(huo)球鐵(tie)氧，硫(liu)過(guo)(guo)低（氧低于0.001，硫(liu)小于0.006）時可用(yong)(yong)。
4. 采用廢鋼(gang)+增(zeng)碳(tan)劑工藝(yi)，增(zeng)加(jia)成核能力。
5. 采用預處理劑，用碳化硅代替(ti)硅鐵，由于碳化硅fenjie慢等于changxiao孕育(yu)劑，另有資料顯(xian)示，冶(ye)金碳化硅含(han)有5左(zuo)右的二氧化硅微(wei)粒，可(ke)彌補感(gan)應電爐(lu)(lu)高溫及(ji)保(bao)持下的晶核(he)損失，可(ke) gaishan石(shi)墨(mo)形態，使灰鑄鐵A型石(shi)墨(mo)增(zeng)(zeng)多，減少過冷和激冷傾向，對球鐵能增(zeng)(zeng)加(jia)石(shi)墨(mo)球數增(zeng)(zeng)加(jia)球化率。加(jia)強(qiang)爐(lu)(lu)前(qian)三(san)角試片檢(jian)驗，根據(ju)白口寬度來調整孕育(yu)劑加(jia)入量。
