地址:湖北省武穴市廣濟大道東段 新磯工業園5-6號
您當前所在位置:首頁 > 新聞資訊 > 業內資訊

業內資訊

如何得到最佳鑄件內在質量(一)

如何得到最佳鑄件內在質量(一)

費明昌 戴征飛 郭崗

一.概述

(一)解析鑄造生產全過程,其核心環節是熔煉合格的鐵水,注到合格的鑄型中成形,合格的鑄型主要保證鑄件的形狀和尺寸精度。合格的鐵水內在質量,是保證鑄件的使用性能,保證使用壽命,使用的可靠性。故鐵水的熔煉質量是鑄造生產過程中的關鍵環節。

(二)鑄造行業,是一個跨冶金和機械,涉及專業面非常廣泛的行業,影響因素非常多,生產過程控制難度非常大。穩定生產質量,除嚴格控制進料外,實現生產過程自動化,最大限度排除人為因素的干擾,用設備系統保證工藝過程的質量和穩定性,已是我國當前提高生產質量、提高生產效率、降低成本的有效措施。

(三)隨著社會的發展和進步,人們環保意識的提高,對環保的要求也愈來愈高,應有相應的環保措施。以達到相應的環保要求。

(四)在生產過程中,如何充分利用能源,節約能源。也是當前我們的重要任務之一。

二.鑄件內在質量的控制技術參數分析

鑄造生產是一個古老而新興的行業,也是機械行業重要基礎件行業。決定著機械設備的使用壽命和使用可靠性。通過數千年的生產實踐積累,科學研究,從宏觀認識深入到微觀理論,有了巨大的發展,不斷揭示鑄件生產過程中、穩定完成技術參數的控制,就可保證鑄件的使用性能,從而保證機械設備的使用壽命、使用的可靠性。

要生產高質量的鑄件,首先就需要研究影響鑄鐵性能的因素,也就是如何提高熔煉鐵水的純凈度:如何獲得好的石墨形態;化學成分波動范圍的控制等,研究解決上述問題的技術控制參數;并研究采用什么熔煉方法達到目的?,F以表示之。

鐵水熔煉質量控制

鐵水純凈度的控制:

1.元素氧化燒損產生的氧化物夾雜物;

2.熔解氧產生的熔煉性氣孔;

3.硫含量的控制,防止硫共晶的產生;

4.磷含量的控制,防止磷共晶的產生;

5.限制微量元素含量在干擾量以下。

鐵水熔煉過程控制:

1.鐵水氧化的控制;

2.消除石墨遺傳性,獲得良好的石墨形態;

3.控制化學成分的波動范圍,獲得準確的化學成分;

4.鐵水熔煉溫度的控制;

5.最佳熔煉方法的選擇和相應的設備系統。

(一)

1.元素燒損及氧化物夾雜

鐵水中的硅、錳元素的氧化燒損,是通過爐氣中的氧和二氧化碳吸附于鐵滴表面后熔入鐵水中。此時熔解氧為原子態。首先與鐵原子反應生成氧化亞鐵,由于硅、錳與氧的親和力大于鐵原子,硅、錳原子將生鐵原子從氧化七亞鐵中還原出來,自身被氧化形成硅、錳氧化物夾雜。

眾所周知:鐵水的氧化只要產生在熔化帶。由于空氣中的氧在氧化帶已基本燃燒光。形成二氧化碳;故鐵水在熔化帶被氧化的氧原子主要由二氧化碳提供,減少熔化帶的二氧化碳量就能控制鐵水在熔化帶被氧化,由于二氧化碳遇紅熱焦炭被還原,是吸熱反應,故提高還原帶的爐氣溫度可減少爐氣中二氧化碳的含量,減少硅、錳燒損。故熱風沖天爐能有效控制元素氧化燒損。

2.鐵水氧化行氣孔的產生與控制

沖天爐鐵水中的熔解氧,一部分如上所述,與鐵水中硅、錳反應生成氧化物夾雜。

a.一部分溶解氧在石墨表面吸附,氧化石墨生成一氧化碳氣。

即:(C)石墨+[O]={CO}↑

b.當生成的氧化亞鐵于鐵水中的碳接觸時,碳還原氧化亞鐵,也是生成一氧化碳氣孔。

(FeO)+(C)={CO}↑+(Fe)

高溫鐵水有利于氣泡上浮去除。這種熔煉過程中鐵水氧化生成的氣孔叫熔煉性氣孔,其特點時呈細小均勻的分布于鑄件斷面。

3.鐵水含硫含量的控制

在沖天爐熔煉過程中,焦炭中的硫將有60%進入鐵水中。如何控制硫進入鐵水,是沖天爐熔煉質量控制的重要任務之一。首先了解硫進入鐵水的過程,才能找到控制鐵水增硫的途徑。

焦炭在風口區燃燒達到高溫時,焦炭中的硫呈氣體狀態逸出,在風口區與氧反應生成二氧化硫(SO2)氣體。隨著爐氣上升,與鐵料產生增硫途徑有二:

a.當二氧化硫與尚沒氧化的潔凈金屬爐料表面或鐵滴表面吸附對,產生增硫反應:

3[Fe+SO2]=(FeS)+2(FeO)+△F2……(1)

b.對于已氧化的金屬爐料表面,有如下反應:

10(FeO)+SO2=(FeS)+3Fe3O4+△F……(2)

式中的氧化亞鐵包括上式反應生成的和爐渣中的。

以上兩個放熱反應在沖天爐條件下都可以進行,但反應式(2)順向性比(1)大,故在金屬表面氧化嚴重時,增硫劇烈。試驗表明,金屬爐料的滲硫深度可達1~3mm。當鐵料原始含硫量為0.082%時,增層內硫量可達0.45%之多。由此可知,清除金屬爐料的鐵銹,可減少增硫。

在沖天爐熔煉過程中能否創造條件脫硫呢?據脫硫的三大條件,即高溫、高堿度、低氧化性。這在一般沖天爐中時無法滿足的,只有在先進的熱風水冷沖天爐熔煉條件下,才能滿足上述條件。在熱風水冷沖天爐熔煉過程中,由于高溫、鐵水氧化性低,無爐襯,可造堿性渣,當鐵水在1500~1550oC,平均1530 oC,爐渣堿度控制在1.7~2.3時,可穩定地將鐵水含硫量降到0.04%,在包中輔以脫硫措施或采用爐前連續脫硫,就可將硫控制在0.02~0.03%,充分滿足球鐵生產和轉爐煉高級鋼的需要。

4.鐵水中磷的控制

一般在沖天爐熔煉過程中磷基本上無大變化。磷量的控制主要是從金屬爐料控制。

5.微量干擾元素,微量干擾元素應控制其含量在作用量以下。在熔煉過程中,高溫有利于低熔點干擾元素的氧化、燒損。其含量相應的減少。但控制主要從金屬爐料的選擇解決之一。在沖天爐熔煉過程中。

(二)鐵水熔煉過程因素的控制

鑄鐵與鋼之所以不同,是因為有了石墨的存在,對石墨形態的控制,就是鑄鐵熔煉過程控制關鍵之一;同時在熔煉過程中必須保證獲得各種基體組織的成分要求,也就是化學成分的波動范圍的控制;也需要保證在滿足機械性能的前提下,獲得良好的加工性能等等。

1.石墨形態的控制

不同的石墨形態,可以得到不同性能的鑄鐵,各種不同自的鑄鐵均有一個共同的要求,即石墨應是細小的、均勻的,對孕育鑄鐵的石墨則應是短而鈍頭的,對球墨鑄鐵來說,石墨應該是園整的,我國鑄鐵生產的原材料有新生鐵(鑄造生鐵)、回爐料、廢鋼等,新生鐵有大量的粗大過晶石墨干和共晶石墨,回爐料以共晶石墨為主,也存在少量的過共晶石墨。因此,在熔煉過程中,要保證得到上述要求的:石墨形態,首先就必須將粗大的過共晶石墨和共晶溶解到結晶臨界半徑以下,在重新結晶的條件下,才能得到上述要求的石墨形態。這就是消除石墨遺傳性。只要存在原始石墨,在隨后的重新結晶時,碳原子就會在原始石墨上生長造成石墨的大小不均勻及尖頭石墨。石墨尖頭會造成尖端虛力集中,在應力作用下尖端裂口延伸以致斷裂,降低另件使用的可靠性和安全性。

根據我們以及世界各國的研究,粗大的過共晶石墨在鐵水溫度達到1500 oC,并保持6~9妙鐘可以溶化到結晶臨界半徑以下,只有在這樣的熔煉條件下,生產的高牌號孕育鑄鐵或球墨鑄鐵的質量是可靠的。故生產孕育鑄鐵、球墨鑄鐵對鐵水的熔煉溫度是有要求的,其鐵水熔煉溫度應控制在1500 oC以上,最高不超過1550 oC,以1530 oC為最佳。

未完待續

——摘自《鑄造縱橫》2005年第5期


?