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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 (四)

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文章附图


五、增碳剂与碳化硅在合成铸铁熔炼中的应用

5.1应用实例

①某铸造厂采用感应电炉生产HT250铸件,前期由于形核率低,白口倾向和相对过冷度大、铸件缩松,皮下气孔等缺陷较多,A型石墨含量仅60%-70%,加工性能不稳定,废品率达10%以上,2014年采用碳化硅取代部分增碳剂和硅铁进行增硅和预处理,取得较好的冶金效果,表7是炉料配比与力学性能。

金相试块从铸件本体取样,将原工艺未加碳化硅和试验加碳化硅工艺的石墨形态见图5,图6。从金相照片可以看出,经过碳化硅孕育处理的试样,其石墨组织以A型为主,呈小片状,且分布均匀,石墨大小为4级,基体中珠光体量明显增加,且细小,铁素体量减少。没用碳化硅孕育处理的试样,其A 石墨呈粗长片状具分布不均匀,有局部过冷现象. 墨大小为2级周围存在少量E型石墨,基体组织珠光体量较少且粗大,铁素体量较多。

表7 HT250炉料配比与力学性能

工艺

炉料/kg

合金增碳剂/kg

抗拉强度

σb/MPa

硬度

HB

生铁

废钢

回炉铁

硅铁

锰铁

增碳剂

碳化硅



原工艺

150

350

500

7

8

14


246

206

加SiC工艺

100

500

400

5

4

12

8

268

215


②文献[1]介绍合成灰铸铁与普通灰铸铁力性能和质量指标的比照见表8。从表8可以看到合成灰铸铁与普通灰铸铁相比抗拉强度增加25 MPa,硬度降低9 HB,这与灰铸铁的CE以及废钢加入量增加有关。合成灰铸铁6: 度当废钢加入量少于50%时随废钢量增加硬度稍有提高,废钢加入量越过50%时随废钢增加硬度呈下降趋势。

表8合成灰铸铁与普通灰铸铁力性能和质量指标


ωc(%)

ωSi(%)

ωCE(%)

抗拉强度/MPa

硬度

HB

成熟度

硬化度

品质系数

合成铸铁

3.3

2.17

4.02

260.7

197

1.04

0.94

1.11

普通铸铁

3.31

2.16

4.03

236.2

206

0.94

0.98

0.96

注: ①合成铸铁炉料配比:打包废钢>40%、废电极石墨2%-5%、碳化硅2%-5%、回炉料、铁合金,性能为40炉次平均值。

②配套铸铁炉料配比:生铁40%-50%、回炉料40%、圆钢料10%-20%、铁合金,性能为42炉次的平均值。

③根据碳化硅的溶解特性,颗粒碳化硅作孕育剂是无法全部溶解。笔者曾用碳化硅微粉制作1-5 mm小球作孕育剂,在某铸造厂的出口配套高压电瓷避雷器法兰,材质QT450-10的球墨铸件代替硅铁作孕育剂试验,铸件抗拉强度σb608 MPa比硅铁孕育剂σb540 MPa,提高12%。

5.2熔炼工艺

5.2.1增碳剂与碳化硅的选择

一般情况下废钢加入量少时,为了降低铁液炼成本,可选用非晶态的锻烧石油焦增碳剂+碳化硅,废钢加入量大时选用晶体的石墨化增碳剂+碳化硅,除了调节碳量外,使溶解的碳作为大量非均质结晶核心,提高铁液的成核能力。

不要采用煤质增碳剂,含碳量低,碳原子无序杂乱排列、组织致密,空隙率低,质地光滑坚硬,杂质多,溶解速度与吸收率低。而漂浮在铁液表面,未吸收部分常挂在炉壁或夹杂在铁液中,形成夹渣、孔洞或气孔。

5.2.2增碳剂与碳化硅的加入方式

由于废钢的加入量不同,其调整碳量也不甚相同,通常增碳剂用量2%-3%,至于碳化硅的加入量, 李传栻在《用感应电炉熔炼灰铸铁时的一些冶金特点》一文提出:随炉加入增碳剂最好配有一定比例 (40%-55%)的冶金碳化硅;生产质量要求高的铸件、应在出铁前炉内加人冶金碳化硅,进行预处理。 文献指出,国外的灰铁和蠕铁铸造厂常常都有在炉料中配入一定数量的SiC,通常的加人量是:灰铁10-15 g/t,蠕铁5-10 g/t。合成铸铁熔炼中增碳剂和碳化硅加入量可参考以上数值,根据熔炼的实际工况确定加人量,建议用量0.8-1.5 g/t。

增碳剂和碳化硅的加入方式目前较多的是随炉料分批加入,使增碳剂和碳化硅在1150-1 370°C的铁液温度下浸润、扩散、溶解。具体的是先在炉底加入一定量的回炉料(或剩余的铁液)—废钢—增碳剂碳化硅(随废钢分批加人)—回炉料—铁合金。为了铁液达到要求的碳量,可保留10%左右的增碳剂, 铁液熔清后,打净炉中熔渣,再加增碳剂,通过铁液升温,电磁搅拌,使碳溶解吸收。出铁前加入碳化硅,铁液升温到1 550°C有利于溶解吸收。除增碳剂与碳化硅品质外,加入方法、加入量、粒度、铁液温度、化学成分、铁液搅拌等工艺因素对铁液的增碳效率,孕育预处理效果有明显的影响。在生产条件下,往往是诸多因素同时起作用,难以对各种因素的影响作准确的判断和界定,只有通过试验数据的分析和论证的基础确认。

5.2.3其他注意事项与建议

①铁液在大量增碳后,含氮量会显著增加,但要在接近平衡温度加合金后静置后再出炉,可使氮含量下降恢复到原水平。

②碳化硅的选购应采用碳化硅厂冶炼的含量SiC76%-90%黑色或绿色玻璃状的颗粒碳化硅。 碳素厂、电石厂、金属硅等厂的付产品碳化硅杂质大不稳定,可能会有些有害元素影响铸件质量,应慎重选用。铝电解槽的废旧碳化硅砖含铝量高,可能会引起皮下气孔增多,生产球铁时铁液中的铝会引起球墨畸变。

③对球铁在鎂球化剂加入量相同情况下,使用碳化硅预处理,镁的最终收得率较高。如果铸件镁残留量大致相同,球化剂加入量可以减少10%。

④铁液C 3.6%后增碳困难。碳过高时降 C 0.1%,100 kg铁液加2-3 kg废钢。

⑤增碳剂和碳化硅加入小型感应炉,最好采用牛皮纸袋或塑料袋包装投入感应炉中心,减少炉壁粘附损失。

6结语

合成铸铁熔炼获得优质铁液,取决于增碳剂的品质,高的增碳率,合理的增碳工艺和熔炼操作技术水平。增碳剂与碳化硅除了调整碳量外,并在铁液中生成大量弥散分布的非异质结晶核心。特别是碳化硅的成核效果及其伴生功能强化铁液的孕育预处理,对改善铁液的基本组织和石墨形态,提高铸件的综合性能具有十分重大的意义。增碳剂与碳化硅是合成铸铁熔炼的最佳搭挡。


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