公司成立于2002年,是鑄造輔助材料的專業(yè)生產(chǎn)廠家。公司占地面積16萬平方米,員工300余人,其中高級工程師5名,各類技術(shù)人員20多人。公司與多所大專院校和科研院所建有長期合作關(guān)系,特聘國內(nèi)著名專家教授為技術(shù)顧問進(jìn)行綜合性研究和開發(fā),每年都有新產(chǎn)品問世。
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鑄造常用增碳劑的認(rèn)識及在生產(chǎn)中的使用
1前言
增碳劑是一種含碳量很高的黑色或灰色顆粒(或塊狀)的焦炭或石油焦后續(xù)產(chǎn)物,在金屬熔煉時可降低鐵液中氧的含量,提高鑄件力學(xué)性能。新的合成鑄鐵熔煉工藝中,廢鋼使用量大大增加,通過添加增碳劑調(diào)整鐵液的碳含量,在保證鐵液質(zhì)量的同時生產(chǎn)成本大大降低。
2.鑄鐵用增碳劑的種類
根據(jù)增碳劑中碳的晶體結(jié)構(gòu),增碳劑可分為非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài);根據(jù)碳原子的存在形式可分為石墨化增碳劑和非石墨化增碳劑。石墨化增碳劑主要有石墨化石油焦和石墨電極兩類。石墨化石油焦增碳劑在鑄造行業(yè)中應(yīng)用最廣泛,其生產(chǎn)工藝是將原材料石油焦在石墨化爐中經(jīng)過2200-2600℃的高溫加熱,使石油焦無定形的亂層結(jié)構(gòu)碳晶化轉(zhuǎn)變成三維有序石墨晶體的高溫?zé)崽幚磉^程,即經(jīng)過石墨化過程,達(dá)到石墨化狀態(tài)。非石墨化增碳劑主要有:煅燒石油焦、煤質(zhì)增碳劑等等,煅燒石油焦是指石油焦經(jīng)1200-1500℃高溫加熱處理,處理溫度較低,晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變。煤質(zhì)增碳劑由于灰分和揮發(fā)分較高,現(xiàn)在電弧爐熔煉時已很少使用。衡量增碳劑優(yōu)劣的指標(biāo)主要有固定碳含量、硫份、揮發(fā)份、灰份、氮含量及水份等。石墨化增碳劑經(jīng)高溫石墨化處理后,硫分、氮含量大大低于非石墨化增碳劑。
2.1固定碳、灰份、揮發(fā)份
增碳劑的固定碳不同于含碳量,固定碳值是根據(jù)樣品的水分、揮發(fā)份、灰分、硫分計算得出的,而含碳量可直接用儀器檢測出來。固定碳含量高、灰分低,則增碳效果越好。增碳劑中的灰分含量高在熔煉過程中產(chǎn)生大量煙塵、爐渣,增加能耗,加大扒渣勞動強(qiáng)度。
2.2硫分
石墨化增碳劑硫含量一般低于0.05%。在普通鑄鐵中,硫元素具有穩(wěn)定滲碳體,阻止石墨化擴(kuò)展的作用,在生產(chǎn)球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵件時應(yīng)選用含硫量低的石墨化增碳劑,若硫含量過高將影響球化效果,消耗更多的球化劑,增加生產(chǎn)成本;煅燒石油焦增碳劑由于煅燒溫度較低,硫含量較高,一般在1%以下,可用于某些灰鑄鐵件的生產(chǎn)。
2.3氮含量
氮含量是衡量增碳劑品質(zhì)好壞的一個重要指標(biāo)。一般鑄造廠在購買增碳劑時,一是關(guān)注增碳劑的價格;二是增碳劑中的固定碳、硫、灰分、揮發(fā)分、水分的含量,對氮含量關(guān)注較少。普通煅燒石油焦增碳劑,煅燒溫度偏低,氮、硫含量偏高。生產(chǎn)灰鑄鐵件時,由于爐料中廢鋼自身會帶入一部分氮元素,若廢鋼加入比例較多,增碳劑用量也相應(yīng)加大,若使用氮含量較高的普通煅燒石油焦增碳劑,鐵水中的氮含量會大幅度提高。鐵液中過量溶解的N會阻礙石墨化,增加碳化物的穩(wěn)定性,促進(jìn)D型石墨的形成,提高硬度,惡化鑄件加工性能。對于灰鑄鐵,適量的N元素可以使石墨片長度縮短,彎曲程度增加,端部鈍化,長寬比減小,能夠穩(wěn)定基體的珠光體,起到細(xì)化晶粒組織,提高鑄件抗拉強(qiáng)度及硬度的作用。有資料介紹[1],當(dāng)鐵水中N>0.012%時,鑄件有出現(xiàn)氮?dú)饪兹毕莸目赡?。氮?dú)饪壮R娪阼T件內(nèi)部、表面或近表面,呈大小不等的圓形、長方形及不規(guī)則形態(tài),是鑄造生產(chǎn)中常見缺陷之一。
石墨化增碳劑經(jīng)高溫脫硫脫氮處理,氮、硫元素含量很低,使用石墨化增碳劑熔煉的鐵水氮含量一般很低。
3.影響增碳劑吸收率的因素:影響增碳劑吸收率的因素主要有增碳劑的加入方式、鐵水化學(xué)成分及鐵液溫度、增碳劑粒度等。
3.1增碳劑的加入方式
加入方式對增碳效果影響較為顯著。增碳劑不要早于爐料加入爐底,應(yīng)在爐底有部分鐵液時隨爐料一起分批加入。這是因?yàn)樵鎏紕┑娜埸c(diǎn)較高,必須依靠鐵液的包圍才被緩慢分解吸收,若直接加入爐底,不易被吸收且降低爐襯的使用壽命。另外,在電爐升溫過程中鐵水的攪拌作用使碳更容易被鐵水吸收。
3.2化學(xué)成分及鐵液溫度的影響
有資料介紹[3],鐵液中初始碳含量越低,增碳劑的吸收率越高,當(dāng)鐵水中碳含量在3.6%以上時,其吸收率下降;鐵液中硅含量越高會影響增碳劑的吸收,這是因?yàn)楣栌信盘甲饔茫档土颂荚阼F液中的溶解度,硅含量每增加0.11%,增碳劑吸收率下降約3%-4%。所以,在加料時增碳劑加入時間應(yīng)在加硅鐵之前。鐵液中錳元素含量高,可提高增碳劑的吸收,錳元素增加0.1%,可提高增碳劑2%-3%的吸收率。
一般認(rèn)為,鐵液溫度越高,作用時間越長,增碳劑吸收速率較快。但有資料介紹【3】,感應(yīng)電爐內(nèi)鐵液溫度較高時,碳含量不升反降。這是因?yàn)椋?.石墨碳主要損失與向爐外大氣的氣象擴(kuò)散。2.鐵水中的氧化性與C-Si-O的平衡關(guān)系,鐵水中的CO不斷地被氧化為CO2而CO2又會被C還原,反應(yīng)產(chǎn)生CO,CO2氣體上浮溢出鐵水表面,使鐵水中的碳含量下降。使用感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉時增碳應(yīng)在溫度較低時進(jìn)行,增硅在溫度較高時進(jìn)行[2]。
3.3增碳劑粒度對吸收率的影響
增碳劑越細(xì)小加入時與鐵液的接觸面積大,溶解快,容易吸收,但若粒度過于細(xì)小,易被氧化,損耗大;顆粒大,溶解速度慢,損耗較小,選擇時根據(jù)熔煉爐的類型選擇合適粒度的增碳劑。幾種增碳劑吸收率對比
4.石墨化與非石墨化增碳劑吸收率及鐵水氮含量的比較
4.1吸收率比較
表1所列是某廠現(xiàn)使用的增碳劑種類,普通煅燒石油焦增碳劑主用于部分灰鑄鐵件的生產(chǎn),石墨化石油焦增碳劑主要應(yīng)用于球鐵、蠕鐵件的生產(chǎn),
表1:增碳劑種類及各指標(biāo)一般含量
種類 |
固定碳(%) |
硫份(%) |
灰分(%) |
揮發(fā)份(%) |
氮含量(%) |
灰鐵用增碳劑 |
98.68 |
0.36 |
0.57 |
0.35 |
0.07 |
球鐵用增碳劑 |
98.9 |
0.036 |
0.65 |
0.4 |
0.022 |
蠕鐵用增碳劑 |
98.98 |
0.028 |
0.53 |
0.42 |
0.02 |
跟蹤每種同一批次的增碳劑使用時的增碳效果,統(tǒng)計其吸收率,數(shù)據(jù)如表2。電爐型號為10噸、15噸中頻電爐,三種增碳劑的加入方式都是隨爐料分批加入。
種類 |
統(tǒng)計爐次 |
鐵水靜置溫度 |
吸收率 |
平均吸收率 |
灰鐵用增碳劑 |
25 |
1500±10℃ |
85%-93% |
91.23% |
球鐵用增碳劑 |
25 |
1500±10℃ |
90%-97% |
93.62% |
蠕鐵用增碳劑 |
25 |
1500±10℃ |
90%-97% |
94.15% |
表2:不同類型增碳劑吸收率統(tǒng)計
比較這三種規(guī)格增碳劑的吸收率,相同粒度下,石墨化增碳劑的吸收率要高于煅燒石油焦增碳劑,石墨化增碳劑中粒度小的也用于鐵水包內(nèi)補(bǔ)碳,粒度細(xì)小吸收速率快。
5.結(jié)束語
石墨化增碳劑與非石墨化增碳劑相比,固定碳含量、灰分、揮發(fā)分以及吸收率相差不大,差異較大的是N、S兩種元素的含量,而碳、氮、硫三種元素都會對鑄件性能會產(chǎn)生較為顯著的影響。選用增碳劑時要根據(jù)產(chǎn)品特性,選用合適的增碳劑。既要保證產(chǎn)品質(zhì)量,又要考慮生產(chǎn)成本。
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