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增碳劑使用注意事項

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文章附圖

使用增碳劑需要注意的原則:

    (1)增碳劑的吸收率與其(C)量直接相關,(C)量越高,吸收率越高。這里的碳量是指固定碳含量。沒有經過煅燒(即高溫石墨化過程)的增碳劑吸收率很差。而增碳劑中的灰分含量也會影響增碳劑的吸收。

    (2)增碳劑的粒度是影響其溶入鐵液的主要因素,實踐證明,增碳劑的粒度一般控制在1-4mm,有微粉或粗粒的增碳劑增C效果都不好。

    使用增碳劑的增碳過程包括溶解擴散過程和氧化損耗過程。增碳劑的粒度大小不同, 溶解擴散速度和氧化損耗速度也就不同, 而增碳劑吸收率的高低就取決于增碳劑溶解擴散速度和氧化損耗速度的綜合作用。在一般情況下, 增碳劑顆粒小, 溶解速度快, 損耗速度大; 增碳劑顆粒大, 溶解速度慢, 損耗速度小。例如, 在110kg 高頻感應爐中, 粒度0.15 ~0.18mm 的增碳劑溶解速度很快, 在沒來得及氧化損耗前大部分已溶解于鐵液中, 只有少部分損耗掉, 因此吸收率高。在600kg 感應爐中, 爐膛的直徑和容量較大, 增碳劑粒度0.15~0.18mm , 相對爐膛的直徑和容量太小, 損耗速度很快, 吸收率低; 而粒度1.16~3.12mm 相對于爐膛直徑和容量來說, 增碳劑溶解速度較快, 損耗速度較慢, 溶解占據主導作用, 吸收率高。因此, 增碳劑粒度大小的選擇與爐膛直徑和容量有關, 一般情況下, 爐膛的直徑和容量大, 增碳劑的粒度要大一些; 反之, 增碳劑的粒度要小一些。

    (3)Si對增C效果有較大影響,高Si鐵液增C性差,增C速度慢,故FeSi應在增C到位后加入,要遵循先増C后增Si的原則。當鐵液中初始碳含量高時, 在一定的溶解極限下, 增碳劑的吸收速度慢,吸收量少, 燒損相對較多, 增碳劑吸收率低。當鐵液初始碳含量較低時, 情況相反。另外, 鐵液中硅和硫阻礙碳的吸收, 降低增碳劑的吸收率。而錳元素有助于碳的吸收, 提高增碳劑吸收率。就影響程度而言, 硅**, 錳次之, 碳、硫影響較小。因此, 在實際生產過程中, 應先增錳, 再增碳, 最后增硅。

    (4)S能阻礙C的吸收,高S鐵液比低S鐵液的增C速度遲緩很多。

    (5)石墨增碳劑能提高鐵液的形核能力,吸收率也比非石墨增碳劑高10%以上,故應選用低N石墨增碳劑。

    (6)增碳劑的加入時間不能忽視。增碳劑的加入時間若過早,容易使其附著在爐底附近,而且附著爐壁的增碳劑又不易被熔入鐵液。與之相反,加入時間過遲,則失去了增碳的時機,造成熔煉、升溫時間的遲緩。這不僅延遲了化學成分分析和調整的時間,也有可能帶來由于過度升溫而造成的危害。因此,增碳劑還是在加入金屬爐料的過程中一點一點地加入為好。

    如在一次加入量過大的情況下,可以結合感應電爐時采用的鐵液過熱操作結合考慮,保證增碳劑在鐵液中的吸收時間10Min,一方面通過電磁攪拌作用使增碳劑充分擴散吸收,保證吸收效果。另一方面可以減少增碳劑中帶入的含氮量。

(7)在一定的溫度和化學成分相同的條件下,增碳劑加入量越多, 溶解擴散所需時間就越長, 相應損耗量就越大, 吸收率就會降低。

    在一定的溫度和化學成分相同的條件下, 鐵液中碳的飽和濃度一定。鑄鐵中碳的溶解極限為:

〔C %〕= 113 + 0.10257 T - 0.131〔Si %〕- 0.133〔P %〕- 0.145 〔S %〕+ 0.1028〔Mn %〕( T 為鐵液溫度) 。

    (8)飽和濃度一定, 溫度對增碳劑吸收率的影響。從動力學和熱力學的觀點分析, 鐵液的氧化性與C - Si - O 系的平衡溫度有關, 即鐵液中的O 與C、Si 有如下的反應:

〔Si〕+ 2 〔O〕= SiO2 (s) ,
〔C〕+〔O〕= CO(g) ,
SiO2 (s) + 2 〔C〕= 〔Si〕+ 2CO(g) 。
Δ G 0T = 549359 - 309145 T
lg 〔Si〕〔C〕2 = -27486T+ 15147

    平衡溫度T 隨目標C、Si 含量不同而變化, 依式可以計算出平衡溫度。當鐵液成分( %) 為: 2.19~3.11C、1.10~1.12Si 時, 平衡溫度為1380 ℃左右。鐵液在平衡溫度以上時, 優先發生碳的氧化, C 和O 生成CO 和CO2 。這樣, 鐵液中的碳氧化損耗增加。因此, 在平衡溫度以上時, 增碳劑吸收率降低。當增碳溫度在平衡溫度以下時, 由于溫度較低, 碳的飽和溶解度降低, 同時碳的溶解擴散速度下降, 因而收得率也較低。因此, 增碳溫度在平衡溫度時, 增碳劑吸收率最高。但由于在實驗室和生產過程中, 鐵液溫度總會受到諸多因素的影響, 所以, 實際增碳溫度在計算出的平衡溫度上加減10 ℃左右波動。
    (9)在增碳劑未完全溶解前, 攪拌時間長, 吸收率高。攪拌有利于碳的溶解和擴散, 減少增碳劑浮在表面被燒損。攪拌還可以減少增碳保溫時間, 使生產周期縮短, 避免鐵液中合金元素燒損。但攪拌時間過長, 不僅對爐子的使用壽命有很大影響, 而且在增碳劑溶解后, 攪拌會加劇鐵液中碳的損耗。因此, 適宜的鐵液攪拌時間應以保證增碳劑完全溶解為適宜。
    增碳工藝對鑄鐵組織和性能的影響

    經過用增碳劑增碳處理后的鑄鐵, 在鐵液中生成了大量彌散分布的非均質結晶核心, 降低了鐵液的過冷度, 促使生成以A 型石墨為主的石墨組織; 同時, 由于生鐵用量少, 其遺傳作用大為削弱, 因此使A 型石墨片分枝發達不易長大, 使得石墨短小且均勻。

    增碳劑的使用方法:
    1、爐內投入法:

    增碳劑適于在感應爐中熔煉使用,但依據工藝要求具體使用也不盡相同。
    (1)在中頻電爐熔煉中使用增碳劑,可按配比或碳當量要求隨料加入電爐中下部位,回收率可達95%以上;
    (2)鐵液熔清如果碳量不足調整碳分時,先打凈爐中熔渣,再加增碳劑,通過鐵液升溫,電磁攪拌或人工攪拌使碳溶解吸收,回收率可在90左右,如果采用低溫增碳工藝,即爐料只熔化一部分,熔化的鐵液溫度較低的情況下,全部增碳劑一次性加入鐵液中,同時用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液面。這種方法鐵液增碳可達1.0%以上。

    2、爐外增碳:
    (1)包內噴石墨粉,選用石墨粉做增碳劑,吹入量為40kg/t,預期能使鐵液含碳量從2%增到3%。隨著鐵液碳含量逐漸升高,碳量利用率下降,增碳前鐵液溫度1600℃,增碳后平均為1299℃。噴石墨粉增碳,一般采用氮氣做載體,但在工業生產條件下,用壓縮空氣更方便,而且壓縮空氣中的氧燃燒產生CO,化學反應熱可補償部分溫降,而且CO的還原氣氛利于改善增碳效果。
(2)出鐵時使用增碳劑,可將100—300目的石墨粉增碳劑放到包內,或從出鐵槽隨流沖入,出完鐵液后充分攪拌,盡可能使碳溶解吸收,碳的回收率在50%左右。

轉自鑄造微課堂


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