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合成鑄鐵溶煉過程中增碳劑與碳化娃的**配伍 (四)

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文章附圖


五、增碳劑與碳化硅在合成鑄鐵熔煉中的應用

5.1應用實例

①某鑄造廠采用感應電爐生產HT250鑄件,前期由于形核率低,白口傾向和相對過冷度大、鑄件縮松,皮下氣孔等缺陷較多,A型石墨含量僅60%-70%,加工性能不穩定,廢品率達10%以上,2014年采用碳化硅取代部分增碳劑和硅鐵進行增硅和預處理,取得較好的冶金效果,表7是爐料配比與力學性能。

金相試塊從鑄件本體取樣,將原工藝未加碳化硅和試驗加碳化硅工藝的石墨形態見圖5,圖6。從金相照片可以看出,經過碳化硅孕育處理的試樣,其石墨組織以A型為主,呈小片狀,且分布均勻,石墨大小為4級,基體中珠光體量明顯增加,且細小,鐵素體量減少。沒用碳化硅孕育處理的試樣,其A 石墨呈粗長片狀具分布不均勻,有局部過冷現象. 墨大小為2級周圍存在少量E型石墨,基體組織珠光體量較少且粗大,鐵素體量較多。

表7 HT250爐料配比與力學性能

工藝

爐料/kg

合金增碳劑/kg

抗拉強度

σb/MPa

硬度

HB

生鐵

廢鋼

回爐鐵

硅鐵

錳鐵

增碳劑

碳化硅



原工藝

150

350

500

7

8

14


246

206

加SiC工藝

100

500

400

5

4

12

8

268

215


②文獻[1]介紹合成灰鑄鐵與普通灰鑄鐵力性能和質量指標的比照見表8。從表8可以看到合成灰鑄鐵與普通灰鑄鐵相比抗拉強度增加25 MPa,硬度降低9 HB,這與灰鑄鐵的CE以及廢鋼加入量增加有關。合成灰鑄鐵6: 度當廢鋼加入量少于50%時隨廢鋼量增加硬度稍有提高,廢鋼加入量越過50%時隨廢鋼增加硬度呈下降趨勢。

表8合成灰鑄鐵與普通灰鑄鐵力性能和質量指標


ωc(%)

ωSi(%)

ωCE(%)

抗拉強度/MPa

硬度

HB

成熟度

硬化度

品質系數

合成鑄鐵

3.3

2.17

4.02

260.7

197

1.04

0.94

1.11

普通鑄鐵

3.31

2.16

4.03

236.2

206

0.94

0.98

0.96

注: ①合成鑄鐵爐料配比:打包廢鋼>40%、廢電極石墨2%-5%、碳化硅2%-5%、回爐料、鐵合金,性能為40爐次平均值。

②配套鑄鐵爐料配比:生鐵40%-50%、回爐料40%、圓鋼料10%-20%、鐵合金,性能為42爐次的平均值。

③根據碳化硅的溶解特性,顆粒碳化硅作孕育劑是無法全部溶解。筆者曾用碳化硅微粉制作1-5 mm小球作孕育劑,在某鑄造廠的出口配套高壓電瓷避雷器法蘭,材質QT450-10的球墨鑄件代替硅鐵作孕育劑試驗,鑄件抗拉強度σb608 MPa比硅鐵孕育劑σb540 MPa,提高12%。

5.2熔煉工藝

5.2.1增碳劑與碳化硅的選擇

一般情況下廢鋼加入量少時,為了降低鐵液煉成本,可選用非晶態的鍛燒石油焦增碳劑+碳化硅,廢鋼加入量大時選用晶體的石墨化增碳劑+碳化硅,除了調節碳量外,使溶解的碳作為大量非均質結晶核心,提高鐵液的成核能力。

不要采用煤質增碳劑,含碳量低,碳原子無序雜亂排列、組織致密,空隙率低,質地光滑堅硬,雜質多,溶解速度與吸收率低。而漂浮在鐵液表面,未吸收部分常掛在爐壁或夾雜在鐵液中,形成夾渣、孔洞或氣孔。

5.2.2增碳劑與碳化硅的加入方式

由于廢鋼的加入量不同,其調整碳量也不甚相同,通常增碳劑用量2%-3%,至于碳化硅的加入量, 李傳栻在《用感應電爐熔煉灰鑄鐵時的一些冶金特點》一文提出:隨爐加入增碳劑**配有一定比例 (40%-55%)的冶金碳化硅;生產質量要求高的鑄件、應在出鐵前爐內加人冶金碳化硅,進行預處理。 文獻指出,國外的灰鐵和蠕鐵鑄造廠常常都有在爐料中配入一定數量的SiC,通常的加人量是:灰鐵10-15 g/t,蠕鐵5-10 g/t。合成鑄鐵熔煉中增碳劑和碳化硅加入量可參考以上數值,根據熔煉的實際工況確定加人量,建議用量0.8-1.5 g/t。

增碳劑和碳化硅的加入方式目前較多的是隨爐料分批加入,使增碳劑和碳化硅在1150-1 370°C的鐵液溫度下浸潤、擴散、溶解。具體的是先在爐底加入一定量的回爐料(或剩余的鐵液)—廢鋼—增碳劑碳化硅(隨廢鋼分批加人)—回爐料—鐵合金。為了鐵液達到要求的碳量,可保留10%左右的增碳劑, 鐵液熔清后,打凈爐中熔渣,再加增碳劑,通過鐵液升溫,電磁攪拌,使碳溶解吸收。出鐵前加入碳化硅,鐵液升溫到1 550°C有利于溶解吸收。除增碳劑與碳化硅品質外,加入方法、加入量、粒度、鐵液溫度、化學成分、鐵液攪拌等工藝因素對鐵液的增碳效率,孕育預處理效果有明顯的影響。在生產條件下,往往是諸多因素同時起作用,難以對各種因素的影響作準確的判斷和界定,只有通過試驗數據的分析和論證的基礎確認。

5.2.3其他注意事項與建議

①鐵液在大量增碳后,含氮量會顯著增加,但要在接近平衡溫度加合金后靜置后再出爐,可使氮含量下降恢復到原水平。

②碳化硅的選購應采用碳化硅廠冶煉的含量SiC76%-90%黑色或綠色玻璃狀的顆粒碳化硅。 碳素廠、電石廠、金屬硅等廠的付產品碳化硅雜質大不穩定,可能會有些有害元素影響鑄件質量,應慎重選用。鋁電解槽的廢舊碳化硅磚含鋁量高,可能會引起皮下氣孔增多,生產球鐵時鐵液中的鋁會引起球墨畸變。

③對球鐵在鎂球化劑加入量相同情況下,使用碳化硅預處理,鎂的最終收得率較高。如果鑄件鎂殘留量大致相同,球化劑加入量可以減少10%。

④鐵液C 3.6%后增碳困難。碳過高時降 C 0.1%,100 kg鐵液加2-3 kg廢鋼。

⑤增碳劑和碳化硅加入小型感應爐,**采用牛皮紙袋或塑料袋包裝投入感應爐中心,減少爐壁粘附損失。

6結語

合成鑄鐵熔煉獲得優質鐵液,取決于增碳劑的品質,高的增碳率,合理的增碳工藝和熔煉操作技術水平。增碳劑與碳化硅除了調整碳量外,并在鐵液中生成大量彌散分布的非異質結晶核心。特別是碳化硅的成核效果及其伴生功能強化鐵液的孕育預處理,對改善鐵液的基本組織和石墨形態,提高鑄件的綜合性能具有十分重大的意義。增碳劑與碳化硅是合成鑄鐵熔煉的**搭擋。


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