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鑄件頻繁出現(xiàn)氣孔、裂紋?可能是增碳劑的問題

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近年來,鑄件市場競爭激烈,而鑄件質(zhì)量要求越來越高,價(jià)格卻是越來越低,而對企業(yè)的環(huán)保要求也越來越嚴(yán)格,所以在很多地方,已用感應(yīng)電爐取代沖天爐熔化鐵液。

從原材料的價(jià)格上來說,由于工業(yè)發(fā)達(dá)國家的廢鋼供應(yīng)充足,我國廢鋼在社會(huì)上沉淀存留量較多,廢鋼價(jià)格比新生鐵價(jià)格低的多,所以這幾年廣泛采用廢鋼加增碳劑的方法生產(chǎn)鑄鐵,即“合成鑄鐵”。在生產(chǎn)過程中如果工藝操作正確,不但鑄鐵的化學(xué)成分和溫度便于控制,還可以提高鑄件的綜合物理性能,同時(shí)也可以降低鑄件的生產(chǎn)成本。

在合成鑄鐵技術(shù)不斷發(fā)展、不斷完善的過程中,廢鋼的加入量也越來越多,從最初的少量加入,現(xiàn)已經(jīng)增加到80%,電爐熔煉鑄鐵不像沖天爐那樣有增碳源,為了得到合格的含碳量,添加增碳劑是必不可少的措施,這樣增碳劑的選擇和使用方法,對改善鑄鐵組織、提高鑄鐵的綜合物理性能,是至關(guān)重要的問題。



二、增碳劑的選擇

增碳劑的種類很多,可以用作鑄鐵增碳劑的材料也很多,但質(zhì)量懸殊很大,價(jià)格差也很大,在保證鑄件質(zhì)量的前提下,應(yīng)根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品的特點(diǎn)和質(zhì)量要求,正確選擇增碳劑。

增碳劑的種類很多,根據(jù)大多數(shù)工廠的使用情況,僅扼要介紹兩種常用的增碳劑:

1.人造石墨

在常用的增碳劑中,人造石墨是品質(zhì)最好的增碳劑。

制造人造石墨的主要原料是粉狀的優(yōu)質(zhì)煅燒石油焦,在其中加入少量其他輔料。原料配齊后壓制成形,然后經(jīng)2500~3000℃、非氧化性氣氛中處理,使之石墨化。經(jīng)高溫處理后,灰分、硫、氣體含量都大幅度減少。由于其生產(chǎn)工序多及生產(chǎn)周期較長,所以價(jià)格較高。

鑄造廠常用的人造石墨增碳劑,大都是制造石墨電極時(shí)的切屑,廢舊電極和石墨塊等循環(huán)利用的材料。

2.石油焦

石油焦是目前廣泛使用的增碳劑。

石油焦是精煉原油得到的副產(chǎn)品。原油經(jīng)過常壓蒸餾或減壓蒸餾得到的油渣及石油瀝青,都可以作為制造石油焦的原料,再經(jīng)焦化后就得到生石油焦。生石油焦中的雜質(zhì)含量高,不能直接用作增碳劑,必須先經(jīng)過煅燒處理。石油焦的煅燒是為了脫除硫、水分和揮發(fā)物。將生石油焦在1200~1350℃煅燒,可以使其成為基本純凈的碳。

除此之外,還有天然石墨以及焦炭和無煙煤,由于在合成鑄鐵中很少使用,故不做介紹。

有資料介紹:

(1)普通煅燒石油焦增碳劑,其因?yàn)闆]有經(jīng)過高溫煅燒,可能煅燒溫度偏低,時(shí)間偏短。氮含量一般在9000ppm左右,硫含量也高。在白紙上無法畫出清晰的痕跡。

(2)高溫煅燒石油焦增碳劑,氮含量在300~500ppm,硫比前者低很多。在白紙上可以留下清楚痕跡。

(3)質(zhì)量最好的高溫煅燒石油焦增碳劑,氮含量在100ppm。硫比前者更低。在白紙上可以留下清晰痕跡,手感舒適,就像6B鉛筆一樣。

根據(jù)筆者到過幾個(gè)企業(yè)所知,很多工廠在購買增碳劑時(shí),一般注意的:一是增碳劑的價(jià)格;二是增碳劑中的固定碳、硫、灰分、揮發(fā)分、水分的含量,雖然這些對穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本固然很重要,但往往忽視了一個(gè)重要參數(shù),那就是增碳劑中的氮含量。

氮在鑄鐵中的作用具有兩面性:一般認(rèn)為當(dāng)?shù)吭?0~120ppm時(shí),氮具有穩(wěn)定珠光體、提高鑄鐵力學(xué)性能的作用;當(dāng)鑄鐵的含氮量超過臨界點(diǎn)(一般認(rèn)為約140ppm)時(shí),就會(huì)使鑄件產(chǎn)生氮?dú)饪住?/p>

雖然國外很多企業(yè)尤其是近年日本的很多企業(yè),要求鑄鐵的氮含量在60~120ppm,鈦含量要求小于0.025%。但是,氮畢竟是惰性氣體,通常氮以三種形態(tài)存在于鑄鐵中:

①溶于液態(tài)或固態(tài)鑄鐵中。

②與鐵液中的元素形成氮化物。

③從鐵液中析出,以單質(zhì)氣體的形式存在,形成氣孔。

有資料介紹,爐料中廢鋼的使用量為15%時(shí),鑄鐵中的氮含量為0.003%~0.005%;爐料中廢鋼的使用量為50%時(shí),鑄鐵中的氮含量約為0.008%~0.012%;爐料全部為廢鋼時(shí),氮含量可能高達(dá)0.014%以上。由于廢鋼的加入量不斷增加,增碳劑的加入量也不斷增加,所以必須重視增碳劑中的氮含量。

為了避免鑄件出現(xiàn)氣孔缺陷,在購買增碳劑時(shí),一定要選購含氮量低的品種,如有可能,應(yīng)該查增碳劑的中的氮含量。現(xiàn)在,不要說增碳劑中的氮含量,就是鑄鐵中的氮含量,很多企業(yè)都不能準(zhǔn)確地分析出來。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),在購買增碳劑時(shí),要購買大型企業(yè)的產(chǎn)品,可以在購買前到生產(chǎn)廠家去考察,到已經(jīng)使用過的用戶里去了解,一旦使用后鑄件質(zhì)量穩(wěn)定,就不要輕易更換供應(yīng)商。即便是固定的供應(yīng)商,在又一次批量進(jìn)貨時(shí),也要先試用幾爐,確定對鑄件質(zhì)量沒有影響時(shí),再正常使用。

三、增碳劑的使用方法

影響增碳劑吸收的因素有:

(1)增碳劑的自身質(zhì)量。

(2)鐵液的含碳量 一般情況下,鐵液的含碳量越低,增碳劑的吸收率越高,當(dāng)原鐵液的wC在3.6%以上時(shí),再往上增碳就困難了。

(3)鐵液的含硅量 原鐵液中的硅越高,越影響增碳劑的吸收,這是因?yàn)楣杈哂信盘甲饔茫档土颂荚阼F液中的溶解度。

(4)鐵液的含錳量 原鐵液中的錳含量高,有利于增碳劑的吸收。

有資料介紹,初始碳量每增加0.1% , 增碳劑吸收率可降低1%~2%;硅量每增加0.11% , 增碳劑吸收率可降3%~4%;硫量每增加0.1% , 增碳劑吸收率可降低1%~2%;錳量每增加0.1% , 增碳劑吸收率可提高2%~3%。由此可見, 當(dāng)鐵液中初始碳含量高時(shí), 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(dāng)鐵液初始碳含量較低時(shí), 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, 硅最大, 錳次之, 碳、硫影響較小。因此, 在實(shí)際生產(chǎn)過程中, 應(yīng)先增錳, 再增碳, 最后增硅。

(5)爐料和鐵液質(zhì)量(是否嚴(yán)重氧化)。

(6)爐工操作 增碳劑還沒有被吸收,就不停的往外挑渣,把增碳劑和熔渣一起挑出來。

(7)加入時(shí)間及加入方法 增碳劑不要先加入爐底。由于增碳劑的熔點(diǎn)高,其是依靠鐵液的包圍被緩慢地分解吸收的,所以如果直接加入爐底,不但會(huì)延長增碳劑的分解時(shí)間,集聚的高溫還可以把爐底燒成海綿狀,把爐底燒穿。因此,應(yīng)在爐底有少量鐵液時(shí),增碳劑隨廢鋼一起加入,力爭在爐料加入3/5時(shí),把計(jì)算的增碳劑加入完畢。

(8)爐溫控制 在正常的生產(chǎn)條件下,鐵液溫度較高,則碳較易溶于鐵液,增碳效率因而較高。

用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)合成鑄鐵,在選用增碳劑時(shí),要根據(jù)廢鋼的加入量來選擇增碳劑,如果廢鋼的加入量少,可以選擇含氮量適當(dāng)高的增碳劑;如果廢鋼的加入量多,可以選擇含氮量低的增碳劑。優(yōu)質(zhì)的增碳劑,不但具有增碳作用,還具有對鐵液的孕育作用。由于氮畢竟是氣體,且不易化驗(yàn)和控制,所以在購買增碳劑時(shí),力爭購買含氮量低的增碳劑為好。

(來源:《金屬加工(熱加工)》轉(zhuǎn)載請注明出處)

作者介紹:
恒橋成立于2008年是一家涵蓋實(shí)體工廠生產(chǎn)加工、國內(nèi)外貿(mào)易、第三方物流服務(wù)于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈碳素制品經(jīng)營企業(yè)。
公司打造5大產(chǎn)品中心:煅燒焦產(chǎn)品中心、增碳劑產(chǎn)品中心、石墨制品產(chǎn)品中心、負(fù)極材料產(chǎn)品中心、碳化硅產(chǎn)品中心,初步形成年操作石油焦100萬噸、煅燒焦年生產(chǎn)加工40萬噸、石墨化石油焦增碳劑年生產(chǎn)加工30萬噸、碳化硅年生產(chǎn)加工6萬噸、再生石墨坩堝年產(chǎn)能20萬套的生產(chǎn)能力。



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