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合成铸铁溶炼过程中增碳剂与碳化娃的最佳配伍 (三)

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文章附图


合成铸铁溶炼过程中增碳剂与碳化娃的最佳配伍 (三)


四、碳化硅的特性和铸铁冶金效果

碳化硅是碳原子与硅原子以共价健结合的非金属化合物,分子式为SiC,具有与石墨相似的六方晶体结构,可以列为石墨化增碳剂的特殊形态。碳化硅冶炼炉和石墨化炉都是属于同类型的电阻炉。

4.1冶金碳化硅的工艺特性

碳化硅冶炼的间歇电阻炉的温度呈中心高,向外逐渐降低的趋势。图3是碳化硅冶炼炉温度及含量分布趋势。碳化硅的晶粒显示出由内粗外细的晶体结构,即中心部位于碳化桂晶体具有一定方向的链式结构,是晶体在放射式键的方向上联结,还有些键紧根生长在一起,形成致密的晶体结构,尺寸达数毫米,SiC含量97%以上属a-SiC晶型是磨料级碳化硅,做磨具和耐火材料的原料。离炉芯愈远, 随着温度下降,碳化硅的晶体排列无一定规则,是

多孔疏松的微晶结构,晶体尺寸在数微米是β-SiC 晶型SiC含量在90%以下的二级、三级碳化硅称冶金碳化硅,是炼钢的脱氧剂、提温剂或作铸造的孕育剂和预处理剂。

4.2碳化娃的冶金性能

4.2.1碳化硅的溶解特性

在正常的大气压下,碳化硅是不溶解的在2780 °C直接分解成气态硅。碳化硅能在铁液中逐渐溶解,因为碳化硅在空气中氧化,在其颗粒表面形成一层Si02膜,保护它不再氧化,故1 400°C稳定少变化。碳化硅在金属氧化物的反应温度:FeO 1300°C、MnO 1360°C、CaO 1 000°C、MgO 1000°C在铁液和熔渣中的碱性金属氧化物和碳化硅表面 Si02膜反应,形成低溶点化合物,碳化桂表面形成的Si02被破坏,碳化硅继续被氧化,部分分解成Si和 C进入铁液。

4.2.2碳化硅的脱氧性能

碳化硅有关反应的自由能变化值均为零。炭化硅与铁液中或熔渣中的氧相互反应,放出大量的热反应式为:

铁液 3 [Fe0]+SiO=3[Fe]+Si02+C0

ΔG°=607.354-91.57T

熔渣(FeO)+SiC=[Fe]+Si+CO

     ΔG°=261.001-52.88T

由于按下列反应,渣中的氧化铁由5%-15%降到0.5%或更低,如此巨烈的炉渣,液态金属及炉衬的反应特性,提高了S在渣中的分配系数,从0.5-2.5%到4.0-17.5,从而降低金属中的S量 0.035%-0.045%。同时减少渣的数量。除Si外,还降低铁液中气体的含量,因为从式中看出,CO释放可带出其他气体气。

4.2.3碳化硅的氧化气氛下的耐高温特性

在碳化硅表面形成的Si02膜,对抵抗氧化具有特殊意义,根据它所固有的抗氧化性,碳化硅无论抵制冲天炉中氧化炉气,还是电炉中溶解时,都经得起空气的侵蚀。它能承受铁液温度不稳定造成的不良影响,无论温度高低,都能达到良好的冶金效果。

4.3碳化硅的铸铁冶金特性

4.3.1碳化硅的预处理作用

合成铸铁熔炼过程,为改变铁液的结晶条件,常加入携带Si载体材料(如硅铁等),为改变铁液的结晶条件、铁液状态和化学成分,以获取优质铁液所作的条件准备,称之为预处理。表5是硅铁与碳化硅在铁液中的溶解特性。

表5硅铁与碳化硅的溶解特性

Si载体

硅铁

碳化硅





溶解特性

1 210°C起溶化到铁液中

在空气中不溶化,在铁液碱性金属氧化物中能逐渐溶解,较长的时间后所

生石墨才能形成

不含碳

含30%的碳

石墨晶体只由一个核心构成,核心中的碳只能从铁液中来,在铁液中溶解速度快、浓度差、消失时间快。

石墨晶体核心多,凝固时碳过饱和区域作为核心起作用,形成石墨的数量多,形成的时间以及寿命都长。更能承受铁液不稳定造成的不良影响。碳化硅颗粒表层的Si02膜的阻碍,影响石墨的生成时间和停留时间,使石墨析出时间延长,使碳化硅起到了保证长效孕育功能。


由于最终的目的不同,预处理的内容有所区,对灰铁而言,共晶团细化而分布均匀,石墨呈A 型,并使石墨变小、变短;对球铁而言,使石墨球数增加,石墨球型更好,铁素体增加。预处理的效果的参数是:石墨形态共晶平衡温度的过冷度,共晶体粒度,在所有的情况下,随着饱和度增加,石墨共体晶粒度提高,共晶过冷度减少。

碳化硅的预孕育能力有一种新评价,文献指出:含SiC82%与88%的所呈现的结果,不是含高SiC量的碳化硅表现出的强烈的生核效果,而是最低的那部分碳化硅在起作用,图4是SiC种类和预处理结果之间的关系。对Si02膜层延迟溶解过程的方法是将SiC加入少量碱性物质,形成低熔的碱碱性硅酸,观察碳化硅溶解过程。人为的对SiC98%进行氧化处理,溶解速度明显降低到与SiC84%接近, 证明Si02膜对SiC颗粒溶解动力学起重要影响,可以说SiC起到长效孕育的Si源作用。



4.3.2碳化硅的孕育作用

合成铸铁铁液中,石墨的析出,石墨形核,主要依靠非异质晶核作为铁液中大量的石墨生核剂,一般都是通过孕育来扩大非异质形核范围,碳化硅加入到铁液中逐渐熔融到铁液中发生下列反应。

SiC+Fe=FeSi+C(非平衡石墨)

式中SiC里的Si和Si结合,余下的C就是非平衡石墨,作为石墨析出的核心。非平衡石墨铁液中的C元素不均匀分布,局部C元素过高,微区出现“碳峰”,析出的石墨就称为非平衡石墨。这种新生石墨有很高的活性,很容易吸收铁液中的碳,孕育效果极其优越。由此可见碳化硅就是这样一种硅基生核剂。熔炼时加入碳化硅对灰铁来说,由于非平衡石墨的预孕育作用,可以提高共晶团大量形成和生长的温度,有利于形成A型石墨,还可以以晶核数量增多,使片状石墨细小,提高石墨化程度,减少白口倾向,从而提高铸件力学性能。对于球墨铸铁而言,结晶核心增多,石墨球数随之增加,球化率得以提高。碳化硅作铸铁合金的添加剂除了增碳功能外,它产生的特殊伴生功能,对改善提高铸铁质量具有特殊意义。表6是碳化硅的孕育作用与伴生功能,文献指出sic是最好的脱氧剂,改善铸件质量,降低铸件不合格率,减少废品的一种方便、实用、经济、简单的技术措施。


4.3.3碳化硅提高硅石炉衬的感应电炉的使用寿命

碳化硅的脱氧作用,降低FeO和MnO在渣中的含量。耐火材料系统中的FeO都会生成低熔点的两相化合物,是渣中对炉衬最有侵蚀性的组分,在炉衬为硅石的条件下,FeO会与Si02生成溶点1 170°C,并常常成为黑色薄膜出现在炉壁上的铁揽石。因此减少渣中FeO含量,可以使炉衬的寿命提高 10%-100%。

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