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爐前鐵水熱分析在鑄鐵領(lǐng)域的應(yīng)用方法與策略

更新時間:2011-07-15      點擊次數(shù):2924

 鐵水成份爐前快速熱分析技術(shù)是以鑄鐵組織形成過程的凝固溫度曲線為被測對象,由計算機(jī)對凝固溫度曲線迸行解析,從而計算出鐵水的碳當(dāng)量(CE%),碳含量(C%),硅含量 (Si%)等指標(biāo)的鑄鐵爐前快速分析技術(shù),測量精度可達(dá)到CE|O.1O%、C|0.05%、 Si|0.l0%。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家被廣泛用于鑄鐵生產(chǎn)的在線測量,是一種成熟可靠的測定方法。我國在1979年到1990年的11年對熱分析儀亦做了大量的研究工作。 20世紀(jì)90年代中期隨著世界產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移,一些發(fā)達(dá)國家的廠商來我國采購鑄件或投資建廠,為了獲得高品質(zhì)的鑄件,把他們?nèi)砸蕾嚨臒岱骤丶夹g(shù)也帶進(jìn)中國來,使熱分析儀的應(yīng)用首先在獨資,合資和生產(chǎn)出口鑄件的工廠展開,并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。由于外商鑄造企業(yè)的示范效應(yīng)和熱分析生產(chǎn)廠商的大力推廣,在近十年時間內(nèi)使熱分析技術(shù)應(yīng)用迅速普及。雖然熱分析技術(shù)目前發(fā)展形勢很快,但對于我國整個鑄造業(yè)在熱分析技術(shù)的應(yīng)用水平上與外資企業(yè)相比還存在不小的差距,理論認(rèn)識上有一定誤區(qū),使用過程中還存在一定問題,主要需要在以下幾個方面加以改迸:
    1、認(rèn)識熱分析技術(shù)的特點,使其在實際生產(chǎn)中充分發(fā)揮作用  
    從事鑄造技術(shù)工作的人雖都知道鐵碳平衡相圖,它是從事金屬材料研究與生產(chǎn)的基礎(chǔ)工具,它給出了鐵水成份下凝固過程相變溫度之間的定量關(guān)系,鐵水凝固相變溫度的狀態(tài)又與鐵水鑄造后的鑄件的各項性能存在一定的關(guān)系,我們就是通過這種關(guān)系進(jìn)行金屬材料各項性能指標(biāo)的預(yù)測,調(diào)控生產(chǎn)過程。鐵碳平衡相圖的測定方法與熱分析技術(shù)測得的鐵水冷卻曲線的方法類似,他們之間的差別在于鐵碳平衡相圖是在一種理想狀態(tài)下測定出的結(jié)果,而熱分析技術(shù)測定出的冷卻曲線是生產(chǎn)實際中使用鐵水,它的成份相對比較復(fù)雜,冷卻曲線的形態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)也有一定差異,但正是這種差異更能代表鐵水的實際狀態(tài),使用這種實際鐵水的冷卻曲線進(jìn)行鐵水質(zhì)量分析與控制更加接近生產(chǎn)實際,與單純使用以成份為基礎(chǔ)的鐵碳平衡相圖進(jìn)行生產(chǎn)分析與控制相比減少了一個環(huán)節(jié),其結(jié)果將更加準(zhǔn)確,控制的精度更高,在生產(chǎn)中發(fā)揮的作用將更有力。 
    2、掌握鐵水成份、性狀與鐵水質(zhì)量的關(guān)系 
    許多研究證明影響鐵水質(zhì)量的因素除成份外,鐵水性狀也是影晌鐵水質(zhì)量的一個重要因素,所謂鐵水性狀即某一成份的鐵水某一時刻所處的狀態(tài),不同的熔煉過程的不同時刻鐵水的性狀是各異的,這種性狀以鐵水成份為基礎(chǔ)條件隨時間而動態(tài)變化的,這種性狀的不同必然會對鑄件性能產(chǎn)生影響。但對性狀對鐵水質(zhì)量的影響如果使用常規(guī)的基于成份的分析方法我們無法加與區(qū)別。對于基于過程測定的熱分析法來講,由于其測定的是鐵水動態(tài)凝固的一個完整過程,通過對不同測定過程進(jìn)行對比分析,即可區(qū)分出這種性狀的不同,從而為研究鐵水性狀對鑄件質(zhì)量的影響提供了一種有利的定量分析工具。使用日本撒布浪斯公司的熱分析儀TCS對同一爐鐵水不同保溫時間進(jìn)行測定的結(jié)果,從測定結(jié)果發(fā)現(xiàn),同一爐鐵水在不同的狀態(tài)下其澆注后的組織性能各不相同,即證明了鐵水質(zhì)量并不是只與成份有關(guān),要獲得高質(zhì)量的鐵水需進(jìn)行多種因素綜合控制。 
    根據(jù)以上分析可以看出,熱分析技術(shù)所測定的鐵水冷卻曲線,除通過由TL、TE的數(shù)值推算出[c]、[si]含量進(jìn)行定量監(jiān)控外,通過對冷卻曲線狀態(tài)的監(jiān)控,還可以用于定性的監(jiān)控鐵水的溫度、包晶反映、過氧化等現(xiàn)象。 
    3 、熱分析技術(shù)應(yīng)用于工廠爐前控制,需注意的幾個問題 
    雖然理論熱分析技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛,但由于要求使用者具有一定的理論水平和相當(dāng)?shù)膶嵺`經(jīng)驗,就我國鑄造企業(yè)實際人員的素質(zhì)和知識結(jié)構(gòu)情況而言,還很難達(dá)到,目前還主要應(yīng)用在測量鑄鐵白口化冷卻曲線,通過TL、TE的數(shù)值推算[C]、[Si]含量的層面上,在使用中經(jīng)常會出現(xiàn)一些理論和操作上的困惑與失誤,比較典型的問題,有如下幾點: 
    A、鐵水碳當(dāng)量、[C]、[Si]含量測量范圍的認(rèn)定:從測量原理上講,熱分析儀器只能測量共晶鐵水,過共晶鐵水由于先凝固的初生相為石墨,釋放的結(jié)晶潛熱不規(guī)律,在冷卻曲線上無明顯特征點,無法快速準(zhǔn)確的在爐前判斷出初晶溫度TL,所以根據(jù)冷卻曲線無法準(zhǔn)確計算出鐵水的C、Si含量,這里所說的過共晶鐵水的概念與一般理解的過共晶不同,鐵碳相圖上鐵水的共晶點的碳含量約為4.30%,但由于實際鐵水中的共晶點確認(rèn)熱分析發(fā)所能夠測量的鐵水碳當(dāng)量,Si元素有降低共晶凝固溫度,提高鐵水共晶點碳當(dāng)量的作用,同時樣杯中添加的碲元素使鐵水按照亞穩(wěn)定系白口方式凝固,也使鐵水的共晶凝固溫度進(jìn)一步降低,高鐵水共晶點碳當(dāng)量,所以熱分析儀所能測量的鐵水碳當(dāng)量遠(yuǎn)大于理想狀態(tài)時的4.32%的范圍,根據(jù)Si%含量及其他元素的不同其碳當(dāng)量的測量上限可以達(dá)到4.83%。C、Si含量的測量范圍由鐵水凝固過程中的初晶溫度TL和共晶溫度TE決定,只要冷卻曲線可以正確判斷出TL和TE,就可以依據(jù)經(jīng)驗公司推算出其C、Si元素的含量。但由于某一鐵水Si%、C%組合不同,其測量范圍與理論上測量范圍有一點誤差。 
    B、過冷失敗的處理:在使用熱分析技術(shù)分析鐵水成份過程中,在某種條件下會出現(xiàn)鐵水在共晶凝固過程中不能按照亞穩(wěn)定系白口方式凝固,呈現(xiàn)共晶溫度過冷現(xiàn)象,無法準(zhǔn)確判斷共晶溫度致使測量失敗,其原因是主要由于,鐵水中含有如Fe、Ti、Si、C等未*熔化的微小顆粒,在凝固時抵消了Te無素的白口化傾向,起到形核核心的作用。消除此現(xiàn)象方法可采取增加Te加入量,提高鐵水溫度、 延長保溫時間,使未*融化的合金微小顆粒充分熔化。 
    C、測量誤差原因分析:由前面的論述可以看出熱分析法在爐前鐵水控制的應(yīng)用是一種基于成份當(dāng)量的過程控制,并非嚴(yán)格意義上的成份測量方法,其對于成份的測量的依據(jù)是理想狀態(tài)Fe-C-Si三元素相圖,實際生產(chǎn)過程中的鐵水與理想狀態(tài)的Fe-C-Si三元素相圖所依據(jù)鐵水間的差異必然會傳遞到成份測量過程中,影響成份測量的精度,雖然對于穩(wěn)定的差異所造成的誤差可以通過修正系數(shù)加以修正,但對于鐵水中除C和Si元素外的其他元素的波動所造成的誤差則沒有有效的修正措施,這一點實際測量時需引起注意,在原材料不穩(wěn)定予以考慮。 
    對于普通熱分析系統(tǒng)來講也是如此,普通熱分析儀器只進(jìn)行白口凝固冷卻曲線測定,通過捕捉到初晶溫度TL、共晶溫度TE這兩個特征點,由內(nèi)裝的計算機(jī)程序計算出碳當(dāng)量[CE]、碳含量[C]、 硅含量[Si],需要說明的是:鐵水成份熱分析儀報告的[C]、[Si]含量是鐵水中所有元素對TL、TE綜合作用效果,等效[C]、[Si]元素對TL、TE作用效果的報告。這里面即包含了[C]、[Si]元素的作用,還包含了其他石墨化,反石墨化元素的綜合作用。更準(zhǔn)確的講是[C]、[Si]成份的含量,其數(shù)值與常規(guī)化學(xué)分析方法分析出碳含量C%、硅含量Si%是有差別的。 
    盡管諸多的無素對TL、TE都有著不同程度的影響,但影響zui大的是[C]、[Si]這兩個元素。在常規(guī)條件下調(diào)整TL、TEzui方便的方法、也是調(diào)整這兩個元素的含量。因此要獲得預(yù)想的組織和性能,只要調(diào)整[C]、[Si]這兩個元素的含量,就能夠?qū)L、TE整定到滿足組織形成成份條件。 
    在鐵水中除了碳[C]、硅[Si]兩大成份以外、還存在著多種微量元素,在鐵水中這些微量元素有著各自不同的作用方法(石墨化、 反石墨化等)。各元素在不同的含量下又有著不同的作用程度。這些元素互相融合,互相反應(yīng)以后,對備自的作用程度有著抵消和增強(qiáng)。 鐵水成份熱分析儀由TL、TE推算出來的[C]、[Si]含量,是鐵水中的[C]、[Si]元素綜合了其他元素的作用以后所能表現(xiàn)出實際效果的含量。因此當(dāng)鐵水中其他的成份、含量發(fā)生變化時熱分析儀測報的[C%]、[Si%]的有效含量就會發(fā)生變化。

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