控制鑄件在冶煉過程中化學(xué)成分的增減變化

  南京麒麟科學(xué)儀器集團(tuán)有限公司和大家一起來分享楊群收的“控制鑄件在冶煉過程中化學(xué)成分的增減變化”。生產(chǎn)過程中，根據(jù)鑄件物理性能的要求，正確的配料或調(diào)料，嚴(yán)格控制材質(zhì)的各化學(xué)成分含量尤為重要。

  在生產(chǎn)實踐中，作為冶煉技術(shù)人員和爐工來說，配料和調(diào)料應(yīng)該是熟練掌握的一般性技術(shù)問題。但是對予剛畢業(yè)的學(xué)生和大多數(shù)爐工來說，欲能系統(tǒng)、靈活的掌握，也確非易事。

目標(biāo)化學(xué)成分

  現(xiàn)在大部分鑄件，根據(jù)其牌號要求的不同，國標(biāo)中已做出了相應(yīng)的要求，從鑄造手冊中即可查到。

  但是隨著科技的進(jìn)步，根據(jù)鑄件的服役狀況，市場需要更多物理性能各不相同的鑄件，并對鑄件的綜合性能質(zhì)量提出了更高的要求，科研單位也不斷研究出新材質(zhì)而取代舊材質(zhì)，例如合肥水泥研究設(shè)計院研究的“中碳多元合金鋼”，成功的代替了原需進(jìn)口的球磨機襯板，代替了高錳鋼，用該材質(zhì)生產(chǎn)直徑φ2.4甚至直徑φ4.2的中大型球磨機襯板上，降低了生產(chǎn)成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

  另外，如我廠生產(chǎn)出口國外石油鉆井用的泥漿泵高鉻雙金屬缸套及采石場600×900破碎機用的錘頭，都是超高鉻鑄鐵，其主要成分見表（一），這些材質(zhì)的詳細(xì)化學(xué)成分要求，在鑄造手冊中是查不到的。

  在接受生產(chǎn)緒如上述產(chǎn)品時，如果自己沒有完全掌握鑄件化學(xué)成分要求，以及沒有詳細(xì)了解鑄件的服役狀況時，應(yīng)讓用戶提供盡可能詳細(xì)的化學(xué)成分要求范圍及熱處理工藝。當(dāng)然作為生產(chǎn)廠家來說，必須盡多詳細(xì)掌握自己產(chǎn)品所要求的化學(xué)成分范圍及物理性能。以便生產(chǎn)出用戶滿意的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

總之在生產(chǎn)配料之前，應(yīng)了解所產(chǎn)鑄件的目標(biāo)化學(xué)成分，做到心中有數(shù)。原材料的化學(xué)成分，指的是投爐所用的新生鐵、廢鋼、回爐料的主要化學(xué)成分，以及硅鐵、錳鐵等鐵合金的牌號或化學(xué)成分含量。

在冶煉過程中化學(xué)成分的增減變化

要想掌握各種爐料在冶煉過程中化學(xué)成分的變化規(guī)律，將是一個復(fù)雜的問題。冶煉設(shè)備的不同，如沖天爐（熱、冷風(fēng)）三節(jié)爐，中頻感應(yīng)電爐等，其化學(xué)成分的變化都各不相同。即便是同一個爐子，因修爐所用材料的不同，以及操作方法的不同，冶煉過程中化學(xué)成分的變化也不相同。以沖天爐為例，熱風(fēng)與冷風(fēng)，風(fēng)壓的高低，風(fēng)眼直徑的大小，焦碳質(zhì)量及塊度的大小，修爐襯材料是酸性，中性或是堿性，對材質(zhì)化學(xué)成分的變化都不盡相同。

1、碳量的變化

碳量的變化大體上可分為四種：（1）爐料中含碳量高低的不同，碳量的增減率不同。（2）爐料中硅、錳含量高低對碳量的影響。（3）爐溫高低和爐氣氧化性強弱對碳量的影響。（4）其它因素。

（1）爐料的平均含碳愈低，碳向金屬中的溶解度愈大，鐵水就會發(fā)生增碳，廢鋼用量越大，這種現(xiàn)象越明顯。爐料中平均含碳量愈高（例如在3.6%以上），鐵水從焦炭中吸收碳量愈少，而碳的氧化燒損增加，鐵水含碳量不僅不增加反而減少。如果爐料中的含碳量高達(dá)3.6~3.8%時，冶煉中鐵水的含碳量就基本不再變化了。

（2）鐵水中含硅量越高，增碳量越少，這是因為硅可以溶解于鐵內(nèi)，降低了碳在鐵中的溶解度。錳則相反，含錳量增加時，鐵水增碳量也有所增加。

（3）加大焦炭用量，或者使用的焦炭塊度小，都會使增碳量加大，這是由于增加了鐵水與焦炭的接觸時間和接觸面積。鐵料熔化成鐵水滴下落，當(dāng)流經(jīng)赤熱的底焦時，焦炭中的碳會慢慢溶到鐵水滴中去，使鐵水含碳量增加，這叫作增碳作用。這種作用主要發(fā)生在過熱區(qū)和爐缸區(qū)。鐵水與焦炭接觸的時間越長，接觸面積越大，溫度越高，鐵水增碳就越多。沖天爐設(shè)有前爐，因為鐵水能及時從爐缸中流入前爐，所以增碳少。攙爐無前爐缸，鐵水只能存在爐鍋內(nèi)而與焦炭接觸的機率多，所以增碳量就越大。

爐內(nèi)溫度升高會促使碳更快更多地溶解在鐵水中，使增碳顯著。因此，如果其它條件不變而采用熱風(fēng)沖天爐，就會因為提高了爐內(nèi)溫度，使增碳量加大。

在爐內(nèi)還存在著使碳減少的因素，如鐵水滴接近風(fēng)口，或者風(fēng)量很大，風(fēng)壓很高時，爐氣中的氧會氧化鐵水而使含碳量減少（或稱脫碳）。增加風(fēng)量，提高鐵水溫度，也會促使增碳。但是增加風(fēng)量后，由于加強了鐵水氧化，又有促使脫碳的作用，不過，在這種狀態(tài)下，脫碳作用大于增碳作用。

（4）除以上因素之外，還有其它具體因素也影響著碳量。

提高底焦高度，鐵水的過熱路程延長，鐵水溫度提高的同時，也促使了碳向鐵水中的溶解。因此，底焦高度過高時，鑄鐵的增碳量也大。

如果爐底高度墊的高，鐵水下落流經(jīng)的路程短，鐵水及時流入前爐缸，減少了與焦炭的接觸時間，增碳率就小。反之增碳量就大。

爐料過碎小而且配用量大時，易出現(xiàn)熔化速度快、鐵水下落快、增碳量很小的現(xiàn)象。伴隨著這種現(xiàn)象的同時，鑄鐵件也易出現(xiàn)白口缺陷。

在用沖天爐冶煉時，增碳和減碳這兩個矛盾著過程，是同時進(jìn)行的，影響含碳量的因素太多，很難精密的確定。

用中頻感應(yīng)電爐冶煉時，無論是酸性、中性、或者是堿性爐，對碳量均有燒損。如果操作不當(dāng)，碳量的燒損更大，當(dāng)爐溫達(dá)到澆注溫度時，應(yīng)及時降低功率，保溫澆注。金屬液在爐內(nèi)隨著高溫時間的延長，碳的燒損量增大，自發(fā)晶核減少，應(yīng)添加增碳劑并加入接力脫氧劑。

2、硅量的變化

硅量的變化，主要取決于兩個因素，（1）爐襯的屬性（酸性、中性或堿性）。（2）爐溫的高低以及在爐內(nèi)的停留時間。

用石英砂（SiO2）作修爐料，即用酸性爐冶煉鋼鐵時。硅量的燒損不明顯，如果顆粒細(xì)小的石英砂或石英粉用量大時，硅量不但不減少，反而會增加。

用鎂砂（堿性）或鋁釩土（中性）修爐襯時，硅的燒損量就大，其燒損率一般可按10—15%計算，硅鐵合金中硅的燒損率還要更高一些。

3、錳量的燒損

無論在任何爐中冶煉，錳量均有燒損，爐溫越高，金屬液在爐中的停留時間越長，鐵水含硫量越高，錳的燒損率就越高，其燒損率一般按15—25%計算，錳鐵合金中錳的燒損率還要更高一些。

在冶煉過程中，除銅、鉬等元素?zé)龘p量很少，在配料時可以不考慮其燒損率，其它元素都有不同程度的燒損。

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2019.09.16