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如何预防中频炉熔炼铁液易产生的铸造缺陷?
日期:2019-08-15   来源:   作者:匡国友   

  江苏常发集团铸造事业部成功地对熔炼工艺进行了技术改造,拆除了高能耗高污染的冲天炉,安装了中频炉。不仅提高了生产效率、铸件质量和成品率,而且改善了环境,降低了工人劳动强度。在工艺改造的过程中,发现中频炉铁液与冲天炉铁液的特性存在许多差异。中频炉熔炼的铁液纯净度高,铁液温度和成分容易控制,但也存在很多不良的特性。我们对实际生产过程中存在的问题进行研究,分析了产生缺陷的原因,提出了解决对策。

  中频炉熔炼铁液不良特性:①中频炉铁液与冲天炉铁液相比晶核数量少,过冷度增加,白口倾向大;②在亚共晶灰铸铁中,A型石墨数量极易减少,D,E型石墨增加,并且使D、E型石墨伴生的铁素体数量增加,珠光体数量减少;③具有较大的收缩倾向,铸件厚壁处易产生缩孔或缩松现象,薄壁处易产生白口和硬边开裂等铸造缺陷。具体铸件的缺陷表现:①单缸机机体、拖拉机箱体壁厚较大处出现缩裂,而且上下型硬度差大于30HBS以上,铸件应力增大;②多缸机缸体出现厚壁处与薄壁处裂纹,齿轮箱盖、排气管等小件白口严重,料硬、裂纹比例增大;③飞轮铸件上表面有缩凹与内浇道反缩现象;④大部分铸件不同程度出现石墨形态不良,珠光体含量低、力学性能不合格缺陷;⑤球墨铸铁件拖拉机前桥、末端壳体等厚壁处出现“反白口”等。

  正常生产HT200或HT250以上牌号铸铁,废钢配比正常30%~40%以上,所以硫含量正常为0.02%~0.04%,此时由于硫低共晶团数减少,即成核率很小。随着硫量增加,共晶团数急剧增加,含硫量为0.06%~0.08%左右时共晶数增加减缓,分析认为由于硫化物含量低,形核能力弱、晶核数量少,白口增大,A型石墨少,D、E型石墨增加。所以使用增硫剂能有效克服铁液形核能力弱、晶核数量少的发生。一般增硫含量至0.06%~0.08%,此时铸件金相组织全部为A型石墨,且长度为2~3级经孕育后为4~5级,珠光体含量为90%以上,由于成分稳定,石墨形态与基体组织改善,减少了裂纹、缩松、缩孔等缺陷,力学性能也得到相应的提高。在不加其他合金元素的前提下,准30mm试棒抗拉强度均在250MPa左右,布氏硬度在185~220HB之间,高于HT200要求.

  为了确保铸件力学性能必须按合成铸铁配料,大量使用废钢与回炉铁,少用新生铁,同时还要保证化学成分,因此增碳比例一般在30%以上,对增碳剂选用与使用方法[1]必须谨慎。增碳剂必须选用高温处理过的石墨型,如使用非石墨型增碳剂,很有可能改变形核能力。形核能力可能过量或不足致结晶过程发生变化,碳化物改变铸铁金相组织,石墨化度降低,白口深度加大。特别是球墨铸铁件必须选用低硫石墨型增碳剂,因为硫不但阻碍球墨化,而且阻碍增碳剂吸收,从而影响球墨数量。增碳剂的使用必须遵循3个原则:(1)铁液过热温度增碳剂大量吸收一般在1420℃以上,所以铁液过热温度不能太低,一般在1500~1550℃,此时各种化合物基本分解。铸件力学性能达最高值。(2)铁液搅拌增碳剂与铁液接触表面积增大,吸收率又快又高,因此,正常情况增碳剂应在熔炼前加入。铁液表面加入或吊包加入效果非常不理想。(3)时间增碳剂吸收率与时间延长成正比,一般在高温保温10min左右就能完全吸收。

  中频炉熔炼往往会出现“铁液等造型”的现象,使铁液保温时间过长,从而带来了不良的影响,即铁液过纯而形核能力差,由此带来的铸件易产生缩孔、缩裂等现象。所以在工艺要求中特别强调“快熔快出”方法,一旦出现铁液保温时间过长就使用“提前石墨质点”方案,即向保温铁液中加入少量按化学成分配比好的炉料如:新生铁和废钢重新熔炼,让保温铁液提前产生新的石墨质点,促进形核能力,避免铸件缺陷的产生。在相同的化学成分下,中频炉熔炼的铁液容易产生D、E型石墨。因为中频炉铁液形核能力差、过冷度大、白口倾向大,所以铸件易产生上下型硬度差值大,加工发现硬边,铸件窗口处或薄壁处易开裂。金相分析结果发现该处均为E型石墨,E型石墨方向性较强、强度低、抗冲击力性小、硬而脆。特别是亚共晶铸铁,强调加强孕育,并适当提高Si/C比。如生产HT200以上4~6mm薄壁件时可略提高“C”含量,同时可以依据“未溶石墨质点理论”即在吊包内先加1%~2%新生铁,有效增加石墨质点,但一般不提倡此种方法,因易降低铸件强度,石墨过于粗大。

  拖拉机前桥、末端壳体等球铁件均为QT450-10牌号,其壁厚不均匀,通常在壁厚处出现“反白口”导致加工不动缺陷,该处金相组织为针状渗碳体。(1)产生原因由于球墨铸铁凝固方式为糊状,非厚大件一般Si含量为2.4%~3.0%,同时中频炉熔炼球墨铸铁过热温度都升至1550℃以上,消除各种化合物与杂质,提高球化率为目的,所以促进形核能力是由Si含量多少来决定的。上述2种产品厚壁处上表面先凝固,内表面后凝固出现Si偏析。缺陷铸件取样化验,上表面Si含量为3.0%,内部孔径处Si含量为2.4%,Si严重偏析导致“反白口”缺陷产生。(2)采取对策①控制原铁液Si含量,通常在1.1%~1.4%。球化处理时做二次孕育,浇注时做随流瞬时孕育,终硅量控制在2.8%之内;②改变浇注工艺,细致研究其铁液流动场与过热场,缩小型腔内铁液温度差,不创造Si偏析条件。

  )中频炉铁液要得到合格健全的铸件,废钢要有一定的配比,并且增碳比例在30%以上,CE要略高于冲天炉。)选用石墨型增碳剂,铁液过热温度1500~1550℃,加强搅拌在高温保温10min左右。正确使用增硫剂,使铸件硫含量在0.06%~0.08%之间,形核能力达到峰值。消除铸件硬度差值大、硬边、开裂等缺陷,应加强孕育并适当提高Si/C比,生产HT200以上薄壁灰铸铁件可以试行“未溶石墨质点理论”;保温时间过长的铁液处理,实行“提前石墨质点理论”。消除球墨铸铁件“反白口”缺陷,必须控制原铁液Si含量,并加强孕育,改变浇注工艺,不创造Si偏析条件。

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