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控制鑄件在冶煉過程中化學成分的增減變化

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人氣:-發表時間:2019-09-16 14:03【

控制鑄件在冶煉過程中化學成分的增減變化


  南京麒麟科學儀器集團有限公司和大家一起來分享楊群收的“控制鑄件在冶煉過程中化學成分的增減變化”。產過程中,根據鑄件物理性能的要求,正確的配料或調料,嚴格控制材質的各化學成分含量尤為重要。

  在生產實踐中,作為冶煉技術人員和爐工來說,配料和調料應該是熟練掌握的一般性技術問題。但是對予剛畢業的學生和大多數爐工來說,欲能系統、靈活的掌握,也確非易事。

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目標化學成分

  現在大部分鑄件,根據其牌號要求的不同,國標中已做出了相應的要求,從鑄造手冊中即可查到。

  但是隨著科技的進步,根據鑄件的服役狀況,市場需要更多物理性能各不相同的鑄件,并對鑄件的綜合性能質量提出了更高的要求,科研單位也不斷研究出新材質而取代舊材質,例如合肥水泥研究設計院研究的“中碳多元合金鋼”,成功的代替了原需進口的球磨機襯板,代替了高錳鋼,用該材質生產直徑φ2.4甚至直徑φ4.2的中大型球磨機襯板上,降低了生產成本,取得了良好的經濟效益。

  另外,如我廠生產出口國外石油鉆井用的泥漿泵高鉻雙金屬缸套及采石場600×900破碎機用的錘頭,都是超高鉻鑄鐵,其主要成分見表(一),這些材質的詳細化學成分要求,在鑄造手冊中是查不到的。


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  在接受生產緒如上述產品時,如果自己沒有完全掌握鑄件化學成分要求,以及沒有詳細了解鑄件的服役狀況時,應讓用戶提供盡可能詳細的化學成分要求范圍及熱處理工藝。當然作為生產廠家來說,必須盡多詳細掌握自己產品所要求的化學成分范圍及物理性能。以便生產出用戶滿意的優質產品。

總之在生產配料之前,應了解所產鑄件的目標化學成分,做到心中有數。原材料的化學成分,指的是投爐所用的新生鐵、廢鋼、回爐料的主要化學成分,以及硅鐵、錳鐵等鐵合金的牌號或化學成分含量。


在冶煉過程中化學成分的增減變化

要想掌握各種爐料在冶煉過程中化學成分的變化規律,將是一個復雜的問題。冶煉設備的不同,如沖天爐(熱、冷風)三節爐,中頻感應電爐等,其化學成分的變化都各不相同。即便是同一個爐子,因修爐所用材料的不同,以及操作方法的不同,冶煉過程中化學成分的變化也不相同。以沖天爐為例,熱風與冷風,風壓的高低,風眼直徑的大小,焦碳質量及塊度的大小,修爐襯材料是酸性,中性或是堿性,對材質化學成分的變化都不盡相同。


1、碳量的變化

碳量的變化大體上可分為四種:(1)爐料中含碳量高低的不同,碳量的增減率不同。(2)爐料中硅、錳含量高低對碳量的影響。(3)爐溫高低和爐氣氧化性強弱對碳量的影響。(4)其它因素。

1)爐料的平均含碳愈低,碳向金屬中的溶解度愈大,鐵水就會發生增碳,廢鋼用量越大,這種現象越明顯。爐料中平均含碳量愈高(例如在3.6%以上),鐵水從焦炭中吸收碳量愈少,而碳的氧化燒損增加,鐵水含碳量不僅不增加反而減少。如果爐料中的含碳量高達3.6~3.8%時,冶煉中鐵水的含碳量就基本不再變化了。

2)鐵水中含硅量越高,增碳量越少,這是因為硅可以溶解于鐵內,降低了碳在鐵中的溶解度。錳則相反,含錳量增加時,鐵水增碳量也有所增加。

3)加大焦炭用量,或者使用的焦炭塊度小,都會使增碳量加大,這是由于增加了鐵水與焦炭的接觸時間和接觸面積。鐵料熔化成鐵水滴下落,當流經赤熱的底焦時,焦炭中的碳會慢慢溶到鐵水滴中去,使鐵水含碳量增加,這叫作增碳作用。這種作用主要發生在過熱區和爐缸區。鐵水與焦炭接觸的時間越長,接觸面積越大,溫度越高,鐵水增碳就越多。沖天爐設有前爐,因為鐵水能及時從爐缸中流入前爐,所以增碳少。攙爐無前爐缸,鐵水只能存在爐鍋內而與焦炭接觸的機率多,所以增碳量就越大。

爐內溫度升高會促使碳更快更多地溶解在鐵水中,使增碳顯著。因此,如果其它條件不變而采用熱風沖天爐,就會因為提高了爐內溫度,使增碳量加大。

在爐內還存在著使碳減少的因素,如鐵水滴接近風口,或者風量很大,風壓很高時,爐氣中的氧會氧化鐵水而使含碳量減少(或稱脫碳)。增加風量,提高鐵水溫度,也會促使增碳。但是增加風量后,由于加強了鐵水氧化,又有促使脫碳的作用,不過,在這種狀態下,脫碳作用大于增碳作用。

4)除以上因素之外,還有其它具體因素也影響著碳量。

提高底焦高度,鐵水的過熱路程延長,鐵水溫度提高的同時,也促使了碳向鐵水中的溶解。因此,底焦高度過高時,鑄鐵的增碳量也大。

如果爐底高度墊的高,鐵水下落流經的路程短,鐵水及時流入前爐缸,減少了與焦炭的接觸時間,增碳率就小。反之增碳量就大。

爐料過碎小而且配用量大時,易出現熔化速度快、鐵水下落快、增碳量很小的現象。伴隨著這種現象的同時,鑄鐵件也易出現白口缺陷。

在用沖天爐冶煉時,增碳和減碳這兩個矛盾著過程,是同時進行的,影響含碳量的因素太多,很難精密的確定。

用中頻感應電爐冶煉時,無論是酸性、中性、或者是堿性爐,對碳量均有燒損。如果操作不當,碳量的燒損更大,當爐溫達到澆注溫度時,應及時降低功率,保溫澆注。金屬液在爐內隨著高溫時間的延長,碳的燒損量增大,自發晶核減少,應添加增碳劑并加入接力脫氧劑。


2、硅量的變化

硅量的變化,主要取決于兩個因素,(1)爐襯的屬性(酸性、中性或堿性)。(2)爐溫的高低以及在爐內的停留時間。

用石英砂(SiO2)作修爐料,即用酸性爐冶煉鋼鐵時。硅量的燒損不明顯,如果顆粒細小的石英砂或石英粉用量大時,硅量不但不減少,反而會增加。

用鎂砂(堿性)或鋁釩土(中性)修爐襯時,硅的燒損量就大,其燒損率一般可按1015%計算,硅鐵合金中硅的燒損率還要更高一些。


3、錳量的燒損

無論在任何爐中冶煉,錳量均有燒損,爐溫越高,金屬液在爐中的停留時間越長,鐵水含硫量越高,錳的燒損率就越高,其燒損率一般按1525%計算,錳鐵合金中錳的燒損率還要更高一些。

在冶煉過程中,除銅、鉬等元素燒損量很少,在配料時可以不考慮其燒損率,其它元素都有不同程度的燒損。

南京麒麟科學儀器集團有限公司

檢測中心

2019.09.16



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