铁水熔炼质量控制铁水熔炼质量控制
2007-10-23 10:21:49
1.元素烧损及氧化物夹杂
铁水中的硅、锰元素的氧化烧损,是通过炉气中的氧和二氧化碳吸附于铁滴表面后
熔入铁水中。此时熔解氧为原子态。首先与铁原子反应生成氧化亚铁,由于硅、锰与氧
的亲和力大于铁原子,硅、锰原子将生铁原子从氧化七亚铁中还原出来,自身被氧化形
成硅、锰氧化物夹杂。 众所周知:铁水的氧化只要产生在熔化带。由于空气中的氧在氧
化带已基本燃烧光。形成二氧化碳;故铁水在熔化带被氧化的氧原子主要由二氧化碳提
供,减少熔化带的二氧化碳量就能控制铁水在熔化带被氧化...
铁水熔炼质量控制
2007-10-23 10:21:49
1.元素烧损及氧化物夹杂
铁水中的硅、锰元素的氧化烧损,是通过炉气中的氧和二氧化碳吸附于铁滴表面后
熔入铁水中。此时熔解氧为原子态。首先与铁原子反应生成氧化亚铁,由于硅、锰与氧
的亲和力大于铁原子,硅、锰原子将生铁原子从氧化七亚铁中还原出来,自身被氧化形
成硅、锰氧化物夹杂。 众所周知:铁水的氧化只要产生在熔化带。由于空气中的氧在氧
化带已基本燃烧光。形成二氧化碳;故铁水在熔化带被氧化的氧原子主要由二氧化碳提
供,减少熔化带的二氧化碳量就能控制铁水在熔化带被氧化,由于二氧化碳遇红热焦炭
被还原,是吸热反应,故提高还原带的炉气温度可减少炉气中二氧化碳的含量,减少硅、
锰烧损。故热风冲天炉能有效控制元素氧化烧损。
2.铁水氧化行气孔的产生与控制
冲天炉铁水中的熔解氧,一部分如上所述,与铁水中硅、锰反应生成氧化物夹杂。
a.一部分溶解氧在石墨表面吸附,氧化石墨生成一氧化碳气。 即:(C)石墨+[O]={CO}?
b.当生成的氧化亚铁于铁水中的碳接触时,碳还原氧化亚铁,也是生成一氧化碳气
孔。 (FeO)+(C)={CO}?+(Fe) 高温铁水有利于气泡上浮去除。这种熔炼过程中
铁水氧化生成的气孔叫熔炼性气孔,其特点时呈细小均匀的分布于铸件断面。
3.铁水含硫含量的控制
在冲天炉熔炼过程中,焦炭中的硫将有60%进入铁水中。如何控制硫进入铁水,
是冲天炉熔炼质量控制的重要任务之一。首先了解硫进入铁水的过程,才能找到控制铁
水增硫的途径。 焦炭在风口区燃烧达到高温时,焦炭中的硫呈气体状态逸出,在风口区
与氧反应生成二氧化硫(SO2)气体。随着炉气上升,与铁料产生增硫途径有二:
a.当二氧化硫与尚没氧化的洁净金属炉料表面或铁滴表面吸附对,产生增硫反应:
3[Fe+SO2]=(FeS)+2(FeO)+?F2……(1)
b.对于已氧化的金属炉料表面,有如下反应: 10(FeO)+SO2=(FeS)+3Fe3O4+?F……(2) 式中的氧化亚铁包括上式反应生成的和炉渣中的。
以上两个放热反应在冲天炉条件下都可以进行,但反应式(2)顺向性比(1)大,故在金属表面氧化严重时,增硫剧烈。试验表明,金属炉料的渗硫深度可达1~3mm.当铁料原始含硫量为0.082%时,增层内硫量可达0.45%之多。由此可知,清除金属炉料
的铁锈,可减少增硫。 在冲天炉熔炼过程中能否创造条件脱硫呢?据脱硫的三大条件,
即高温、高碱度、低氧化性。这在一般冲天炉中时无法满足的,只有在先进的热风水冷
冲天炉熔炼条件下,才能满足上述条件。在热风水冷冲天炉熔炼过程中,由于高温、铁
水氧化性低,无炉衬,可造碱性渣,当铁水在1500~1550oC,平均1530 oC,炉渣碱度控制在1.7~2.3时,可稳定地将铁水含硫量降到0.04%,在包中辅以脱硫措施或采用炉前连续脱硫,就可将硫控制在0.02~0.03%,充分满足球铁生产和转炉炼高级钢的需
要。
4.铁水中磷的控制
一般在冲天炉熔炼过程中磷基本上无大变化。磷量的控制主要是从金属炉料控制。
5.微量干扰元素
在熔炼过程中,高温有利于低熔点干扰元素的氧化、烧损。其含量相应的减少。但
控制主要从金属炉料的选择解决之一。在冲天炉熔炼过程中。
铸铁与钢之所以不同,是因为有了石墨的存在,对石墨形态的控制,就是铸铁熔炼
过程控制关键之一;同时在熔炼过程中必须保证获得各种基体组织的成分要求,也就是
化学成分的波动范围的控制;也需要保证在满足机械性能的前提下,获得良好的加工性
能等等。
1.石墨形态的控制
不同的石墨形态,可以得到不同性能的铸铁,各种不同自的铸铁均有一个共同的要
求,即石墨应是细小的、均匀的,对孕育铸铁的石墨则应是短而钝头的,对球墨铸铁来
说,石墨应该是园整的,我国铸铁生产的原材料有新生铁(铸造生铁)、回炉料、废钢
等,新生铁有大量的粗大过晶石墨干和共晶石墨,回炉料以共晶石墨为主,也存在少量
的过共晶石墨。因此,在熔炼过程中,要保证得到上述要求的:
石墨形态,首先就必须将粗大的过共晶石墨和共晶溶解到结晶临界半径以下,在重
新结晶的条件下,才能得到上述要求的石墨形态。这就是消除石墨遗传性。只要存在原
始石墨,在随后的重新结晶时,碳原子就会在原始石墨上生长造成石墨的大小不均匀及
尖头石墨。石墨尖头会造成尖端虚力集中,在应力作用下尖端裂口延伸以致断裂,降低
另件使用的可靠性和安全性。 根据我们以及世界各国的研究,粗大的过共晶石墨在铁水温度达到1500 oC,并保持6~9妙钟可以溶化到结晶临界半径以下,只有在这样的熔炼
条件下,生产的高牌号孕育铸铁或球墨铸铁的质量是可靠的。故生产孕育铸铁、球墨铸
铁对铁水的熔炼温度是有要求的,其铁水熔炼温度应控制在1500 oC以上,最高不超过1550 oC,以1530 oC为最佳。
2.铸铁熔炼方法的选择
不同的铸铁熔炼方法,具有不同的熔炼条件。其熔炼的铁水浇出的铸件性能也差异。
德国人Gopat V.Panchathan V在1978年曾经做过冲天炉、回转炉、电炉熔炼的铁水性能对比试验,发现冲天炉熔炼的铁水铸件相对强度高,使用性能好,相对硬度低,加工
性能好。而电炉熔炼铁水的相对强度低,使用性能较差,相对硬度较高,加工性能较差。
回转炉居中。二汽陈勉已总工在九华山铸造学会年会上介绍:要得到好的汽车铸件,采
用冲天炉熔炼铁水最佳。大家都知道,二汽是采用电炉熔炼的。 为什么冲天炉铁水优于电炉呢?冲天炉熔炼过程是熔化带熔化的铁滴在焦炭表面滚动中下落的,造成了铁水微
观增碳的不均匀性,故其结晶过冷度较小,结晶晶粒细化,不易产生白口,而电炉熔炼
铁水是在隔绝碳的情况下进行的,同时造成碳原子分布的均匀化,使其结晶过冷度增大,
使铸件表面白口倾向增加。据国外统计,相对冲天炉铸件其加工刀具磨损率增加35%,
加工时增加45%。增加了机械成本。
3.化学成分波动范围的控制
在一般有炉衬冷风冲天炉中,随着熔炼时间的延长,炉衬的烧损,炉径将不断地扩
大,如补焦不及时,量不准确,将造成低焦顶面波动增大,不仅温度降低,铁水氧化烧
损增加,同时增大了化学成分的波动范围,要控制碳的波动在?0.10%是困难的。如采用热风水冷无炉衬冲天炉,熔化过程中炉衬稳定不变,消除了上述问题,化学成分波动范围能得到稳定的控制。从而保证各种铸件铁牌号的准确稳定生产。
4.铁水的最佳熔炼温度控制
综上所述,保证铁水的内在质量熔炼温度应在15000C,在该温度铁水氧化物夹杂、气孔最低抑止增硫,消除石墨遗传性,稳定化学成分波动范围均能得到保证。如果超过
15500C,将增加铁水的结晶过冷度,对使用性能不利。 故从铁水嫩内在的质量分析,
铁水的熔炼温度范围应是1500~15500C,最佳温度15300C.
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