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中頻爐熔煉灰鐵的工藝、質量控制淺論(一)
作者: 發布于:2016/7/22 9:52:41 點擊量:
在現代鑄鐵生產中,沖天爐因環保問題正被逐步關停,大多數鑄造企業改用中頻爐熔煉鑄鐵。 與沖天爐相比,中頻爐熔煉工藝相對簡單;鐵水的化學成分和溫度容易控制,不增碳不增硫有利于 低硫鐵水的獲得;環境污染小,爐前冶煉的工作環境和勞動強度也大為改善;利用夜間電價低谷熔 煉,生產成本可大致與沖天爐相當;同樣化學成分的鐵水、同樣的鑄型澆注的鑄件,中頻爐比沖天 爐熔煉的灰鐵強度和硬度高;中頻爐鐵水比沖天爐鐵水過熱溫度高、流動性差,并具有以下不良特 性:鐵水的晶核數量少,過冷度、白口和收縮傾向大,鑄件厚壁處易產生縮孔和縮松,薄壁處易產 生白口和硬邊等鑄造缺陷。在亞共晶灰鑄鐵中,A 型石墨數量極易減少,D、E 型石墨及其伴生的鐵素 體數量增加,珠光體數量少。所有這些再加上日常生產中的一些不當因素,都在生產中表現為鑄件 質量的波動,影響了鑄鐵的正常生產。
針對中頻爐熔煉灰鐵出現的新問題,筆者克服了電爐熔煉工藝、技術資料少,實踐、探索難度大 等諸多困難,逐步摸索和總結積累了一些生產技術經驗和體會,期望能對正處于艱難經營和轉型升 級陣痛中的中小鑄造企業提供微薄幫助。
1.原材料的選用及爐料配比
爐料優劣直接影響鐵水的質量,中頻爐熔煉灰鐵對于爐料的清潔程度和干燥要求較高,爐料不 干凈、含有有害元素或熔煉控制不好,會導致鐵水氧化和純凈度低,嚴重惡化鐵水的冶金質量,影響鑄鐵的基體組織和石墨形態,引起孕育不良、白口和縮松傾向大、氣孔多等問題。因此應強化對原 輔材料的管理,嚴禁使用銹蝕嚴重、有油污的爐料。同時,為提高鐵水的純凈度和穩定鐵水的化學 成分,應選用碳素鋼廢鋼做爐料,并使其在爐料配比中占 50%以上;對于回爐料應選用同材質鑄件澆 冒口,并清理掉粘附的型砂和涂料后再使用,使用量以 40%左右為宜;廢鐵屑也應是同材質鑄件機加 工鐵屑;對于生鐵,因其中的雜質和微量元素以及組織缺陷都具有遺傳性,應選用來源穩定、干凈少 繡、有害元素低、最好是 Z18 以上牌號的鑄造生鐵,這樣的生鐵生產的鑄件內在質量好且穩定,不 要輕易變換生鐵的來源,否則對于使用存在不合格因素的爐料而可能引起的質量問題將防不勝防, 并且生鐵的加入應在熔煉初期加入為好,配比可占 15%,以利于改善鑄鐵的石墨形態;增碳劑應選用 商品石墨增碳劑或經高溫石墨化處理過的增碳劑,并在熔煉中盡量早加,使增碳劑與鐵水直接接觸, 且有充足的時間熔化吸收;鐵合金和孕育劑應化學成分合格、粒度適宜。配料時應預先根據爐料配 比及材料成分計算出 C、Si、Mn 等元素的含量,不足的部分用增碳劑和鐵合金調整。在熔煉后期成 分微調時,如果 C 含量偏低可加生鐵增碳;若 C 含量偏高可加入廢鋼降碳。
2.化學成分的影響
碳和硅是強烈促進石墨化元素,C、Si 偏高,會導致石墨粗化、鐵素體量增多、珠光體量減少, 鑄鐵的強度和硬度下降。鑄鐵基體的強度是隨珠光體量的增加而提高的,因此,在高強度灰鐵中,C、 Si 含量應在一定范圍內適當降低,在保證獲得灰口的同時,有利于細化石墨、促進形成珠光體、提 高力學性能。碳當量 CE 和 Si/C 比顯著地影響灰鐵的組織和性能,選定適當的 CE 和 Si/C 比,對 改善鑄鐵的組織、提高鑄鐵的性能是有利的。CE 是影響灰鐵鑄件內在質量的最主要的因素,CE 提 高可大大改善鑄鐵的鑄造性能,減少白口、縮孔、縮松和滲漏缺陷,降低廢品率,這一點對于薄壁 鑄鐵件尤為重要。但 CE 過高,石墨析出數量增加,鐵素體化傾向明顯,會降低鑄件的抗拉強度和 硬度,鑄件厚壁處因冷卻速度慢,易產生晶粒粗大、組織疏松缺陷;如果 CE 過低,鑄件薄壁處易 形成局部硬區,導致加工性能變差。因低 CE,灰鐵組織中易出現共晶萊氏體及 D、E 型過冷石墨, 致使鑄造性能降低、鑄件斷面敏感性增大和內應力增加、硬度上升。適當的提高 Si/C 比,可提高 鑄鐵的強度,改善鑄鐵的切削加工性能。在相同的條件下,不同的 Si/C 比能使鑄鐵的力學性能和 組織產生較大的差異。當 CE 一定時,Si/C 值從 0.6 提高到 0.8,灰鐵的強度和硬度出現峰值;當 Si/C 值一定時,灰鐵的強度和硬度隨 CE 的增大而降低。在生產現場嚴格控制 CE 的同時,應選擇 和控制適宜的 Si/C比。中頻爐熔煉灰鐵的 CE應高于沖天爐 0.3%左右, C含量應高于沖天爐約 0.1%, 并控制 Si/C 比在 0.6~0.7 附近,使鑄鐵保持合適的硬度和較高的抗拉強度。
錳和硫是穩定珠光體、阻礙石墨化的元素,錳能促進和細化珠光體,錳量增加可提高鑄鐵的強 度和硬度以及組織中的珠光體含量,錳能促進生成和穩定碳化物,并能抑制 FeS 的產生。錳還和硫 形成高熔點的化合物作為異質形核,細化晶粒,所以錳在高牌號灰鐵中使用量加大。但錳量過高, 又影響鐵水結晶時形核,減少共晶團數量,導致石墨粗大,并產生過冷石墨,又會降低鑄鐵的強度。 硫在灰鐵中屬于限制元素,適量的硫在石墨的生核和成長中起積極而有益的作用,可以改善灰鐵的 孕育效果和機加工性能。中頻爐熔煉灰鐵,為了確保孕育效果,一般要求 w(S)≥0.06%,S 含量適 當提高,能改善石墨形態、細化共晶團,使片狀石墨長度變短、形狀變彎曲、端部變鈍,減弱石墨 對基體的割裂破壞作用,從而提高鑄鐵的性能。所以,硫在灰鐵中不是越低越好。而磷在灰鐵中一 般是有害元素,易在晶界形成低熔點的磷共晶,造成鑄鐵冷裂。因此,在灰鐵中通常磷越低越好, 對于有致密性要求的鑄鐵件,磷量應低于 0.06%。
在實際生產中,應根據灰鐵鑄件的牌號、壁厚、結構復雜程度等因素優化化學成分設計,嚴格 控制各元素的波動范圍,這對于保證灰鐵鑄件的質量和性能非常關鍵。

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