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            如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度?

            作者:本站      時間:2019-07-13

            中頻爐熔煉過程中,為了降低生產成本,從減少基體的割裂、優化爐料配比、優化操作工藝、化學成分控制及加強孕育處理人手,最終通過控制灰鐵基體組織、石墨長度,來控制灰鐵的抗拉強度。實踐表明,除了提高技術水平、穩定工藝、控制生產成本外.穩定車間操作質量顯得格外重要。

             

            20128月,無錫一汽鑄造有限公司(簡稱錫鑄”)完成了新工廠的整體搬遷工作,熔煉方式由老廠沖天爐一電爐雙聯熔煉轉變為中頻爐熔煉,如此轉變給熔煉工作提出了挑戰。中頻爐熔煉中。原鐵液中硫含量較低,即主要反球化(蠕化)元素含量低.因此,對處理蠕鐵、球鐵有明顯的優勢。但灰鐵則不同,原鐵液因不同加料工藝、不同配比等因素導致的不同鐵液特性,對抗拉強度有大的影響。對于灰鐵,經過低合金化后,其珠光體數量基本一致(≥95),若細化珠光體片間距則需增加更多細化奧氏體枝晶的合金元素Mo、Cr等,由此提高抗拉強度,但此法不僅增加生產成本,而且需承擔細化奧氏體枝晶后帶來的鑄件縮松后果,另需額外增加高強孕育成本,而細化石墨控制相對性能的提高更加有效且成本較低。本文針對中頻爐熔煉中,提高柴油機HT250、HT300缸蓋(六缸,四氣門、兩氣門)抗拉強度,談一些心得與體會,與同行交流。

             

            中頻爐雖不如工頻爐攪拌能力強,但較多夾渣的原輔材料加人電爐后,附著爐壁(或侵蝕爐襯)及存在于鐵液中的低熔點夾渣概率依然較大,后續熔煉過程中需進行高頻率、高效的挑渣,如:多次高溫靜置,并及時進行挑渣,直至靜置后期電爐表面無新增浮渣,如此將大大增加了鐵液在電爐中的保持時間、勞動成本、勞動強度及能耗,同時降低生產效率;另,人工高頻率、高效挑渣對生產車間的操作質量提出了嚴峻的挑戰。為此,使用較多夾渣的原輔材料在很大程度上影響了鐵液的純凈度.輕則細小夾渣割裂鑄件基體,降低抗拉強度,重則直接導致鑄件夾渣、縮松缺陷而報廢.

             

            常見原輔材料不純表現為:廢鋼銹蝕、夾渣;回爐料粘砂、銹蝕;生鐵銹蝕;硫化鐵夾渣。為此建議:選用單一品種廢鋼,室內堆放、加工廢鋼;回爐料處理、轉運進行防水()處理,滾光(拋丸)徹底,杜絕回爐料有粘砂、粘渣;生鐵轉運、堆放進行防水()處理;硫化鐵選用優質礦源材料經高純提煉至低品位的產品,減少熔煉增渣。

             

            鑄件得到細小石墨,需建立在一定的相對高碳當量前提下,一般CE范圍為38%~39%,其主要控制思路為:鐵液中有足夠多的長效核心,且鐵液在凝固初期石墨生長速度緩慢,迫使石墨在凝固后期長大,細化石墨的同時減少鑄件縮松傾向(減少漏水率)。

             

            生鐵、增碳劑均含碳,碳在熔煉過程中隨著溫度的升高、時間的延長,或擴散、分解或溶解,在出鐵處理前,原鐵液中碳的存在形式主要為細小的石墨顆粒及碳原子。細小的石墨顆??芍苯幼鳛槭龀龅姆蔷|形核核心,碳原子是石墨析出的溶質。即不做任何處理,原鐵液已初具石墨析出、長大的條件。從細化石墨的角度考慮。原鐵液中不希望出現過多的碳原子,這勢必減少石墨的核心數。由于碳原子在冷卻過程中更易形成能量更低的滲碳體,為此筆者將相同成分不同爐料配比的鐵液進行三角試塊白口比較,結果為:生鐵比例越高白口傾向越大:增碳劑比例越高,白口傾向越小,且隨時間延長白口數增長緩慢(增碳劑比例大于22%、一次升溫至1540,保溫20min,白口數基本不變)。由此可見。生鐵中的碳極易熔解成碳原子。白口傾向大;增碳劑擴散較為緩慢,可作為長效孕育劑;爐料配比中增加增碳劑比例可增加非均勻形核核心數,進而為細化石墨打下堅實基礎。因此,建議爐料配比為:生鐵%≤5%,廢鋼%≥60%.回爐料%≤35%,增碳劑%≥18%。

             

            就細化石墨而言。電爐熔煉控制的重中之重是控制增碳劑的核心作用,由于增碳劑擴散較為緩慢,針對增碳劑,熔煉中應堅持前期促溶解,后期防過熱的原則.即在加料前期隨廢鋼加入增碳劑。在廢鋼的低碳環境中促進增碳劑的擴散、吸收,成分調整結束后應及時出鐵及避免高溫保持時間過長,減少作為核心的增碳劑過熱成晶胚乃至碳原子的傾向。需特別注意的是:前期加入高比例增碳劑時應至少分3批、均勻加入,避免增碳劑積聚爐壁造成爐襯侵蝕;配料中應使C走上限或超過控制范圍005%,通過加廢鋼減低C至目標范圍,否則,因C低需加增碳劑時,為使增碳劑較好擴散、溶解。避免大尺寸增碳劑產生粗大石墨,需進行多次倒包及較高溫度保持,嚴重影響生產效率;后期應嚴格控制出鐵溫度小于1530(小于l520最佳)。

             

            電爐熔煉原鐵液較沖天爐一電爐雙聯熔煉有以下差異:沖天爐熔煉的鐵液中,氧含量為0004%~0006%.無芯感應電爐熔煉的鐵液氧含量在0002%左右,有時還會更低些【;后者,爐內熔化帶的溫度也在1700以上[”,爐料的不良遺傳性得以消除,同時沖天爐的冶金效果較強,鐵液較為純凈;電爐熔煉鐵液最高過熱溫度為1550,爐料的不良遺傳性很難消除。同時電爐具有強烈的攪拌作用,爐渣極易附著在爐襯表面,即便通過高溫靜置,也難以完全使其快速上浮,純凈度較沖天爐熔煉差。關于鐵液中O、S、Mn、C成分的主要控制如下。

             

            灰鐵中作為石墨核心的硫化物一氧化物的中心為氧化物(球鐵石墨核心構成剛好相反),在較低0條件下硫化物夾渣缺陷增多。為此,當然可以選擇含氧化物的預處理劑進行鐵液增氧處理。但顯著增加成本;爐料少量銹蝕也能增氧,但風險較大,易失控;后期或可進行鐵屑壓塊(高氧含量)試驗,降低爐料成本的同時對鐵液進行增氧。

             

            S、Mn元素均為反石墨化元素,Mn具有一定的合金化作用,但兩者易生成硫化錳,高氧條件下可作為石墨形核的基底,低氧環境下則易形成硫化錳夾渣。資料顯示,在現生產碳當量條件下,硫化錳析出的成分條件為:S=01%、Mn=06%,且兩者成反比關系,即硫量越高時,少量的錳即可生成硫化錳。從減少硫化錳夾渣的角度,應控制硫量小于01%.這樣允許存在的錳量高些。但實際操作則發現,若不能充分發揮S的作用,很難同時實現高性能、低漏水率。原因如下:實現高性能的關鍵是細化石墨,增加核心,但同時需實現低漏水率時,必須控制石墨的前期生成速度(前期的石墨析出膨脹對解決縮松無效)圓。因此,在不生成硫化錳的前提下,適當提高硫含量,除了能抑制無效石墨膨脹.還能顯著增加核心。

             

            關于C控制,可結合增碳劑加入量進行優化設計,通過近500組數據對拉伸強度.C”、性能一增碳劑比例進行線性回歸計算(如圖1、圖2)顯示,性能與C負相關很強.與增碳劑正相關很強,另就典型數據源進行歸納計算,可得出性能(y)C、增碳劑()加入量的經驗公式:Y=3648+388~(10T1333C),MPa。為此,當需要提高鐵液流動性、減少縮松而需提高C時,可通過調整爐料配比、增碳劑加入量對試驗C進行設計。

             

            如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度?(圖1)

            如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度?(圖2)

            如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度?(圖3)

            如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度?(圖4)

            如何控制中頻爐熔煉灰鐵抗拉強度?(圖5)

            中頻爐熔煉優質成本低、高強度灰鑄鐵,控制機體組織、石墨大小是關鍵。另外,現實生產中,總難免性能的波動,因此,除了提高技術水平、穩定工藝、控制生產成本外,穩定車間操作質量顯得格外重要,高質量的生產過程控制不僅能減少質量波動、批量事故,更能為熔煉技術的不斷提高提供可信的實踐數據。




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