合成铸铁及研究及应用.pdfVIP

2010 中国铸造活动周论文集 合成铸铁的研究及应用 王顺安，邹荣剑 （重庆大江信达铸锻有限公司，重庆 401321） 摘要：由于合成铸铁废钢加入量大，增碳技术成为其生产的关键技术。本文着重从探讨增碳原理、成 分、合成铸铁熔炼工艺进行探讨，并对合成铸铁机械性能和金相组织等进行了介绍。 关键词：合成铸铁；增碳剂；机械性能；金相组织 近年来，随着铸铁的不断发展，生铁资源日益紧缺，优质生铁更是供不应求，价格日趋上涨。面对日 益严峻的形势，一部分铸铁件生产厂家应用电炉生产合成铸铁技术，提高产品质量，降低成本，提高企业 效益。在合成铸铁技术不断发展过程中，废钢加入量越来越大，从最初的 30%，现已增加到 80%。由于电 炉熔炼合成铸铁废钢加入量的增大，其增碳技术是保证熔炼质量，改善铸铁组织和性能的关键。本文就电 炉熔炼合成铸铁增碳原理，熔炼工艺进行了探讨，并介绍了合成铸铁的金相组织和性能。 1 增碳的原理 合成铸铁熔炼过程中，由于废钢加入量大，铁液 C 含量低，必须采用增碳剂增碳。增碳剂中以单质形 式存在的碳，熔化温度为 3727℃，在铁液温度下不能熔化，因此，增碳剂中的碳主要通过溶解和扩散两种 [1] 方式溶于铁液。当铁液的含碳量在 2.1%时，石墨增碳剂中的石墨可直接在铁液中溶解直溶 。而非石墨增 碳的直溶现象基本不存在，只是随着时间的推移，碳在铁液中逐渐的扩散溶解。对于电炉熔炼合成铸铁的 增碳，采用晶体石墨增碳的增碳速度显著高于非石墨增碳剂。 电炉熔炼铸铁采用增碳剂进行增碳，其碳在铁液中扩散溶解，国外某大学就这个问题对含碳物质在铁 碳溶液中溶解进行了试验研究。试验把温度处在 1623～1923K 之间的各种含碳物质作为研究对象，研究它 们在铁液中的溶解及相互作用。含碳物质的溶解遵守公式如下： j K •(C −Cb) 式中：j ——表示碳溶解时的传质通量； C ——表碳的饱和浓度； Cb ——表示碳的主体浓度； 1 1 1 K ——表示总溶解系数， + ； K Ku Kp Ku ——表示固体粒子表面液体边界层的碳传质系数； Kp ——表示界面反应常数。 试验表明，碳在铁液中的溶解受到固体粒子表面液体边界层的碳传质的控制。用焦炭和煤颗粒所得的 结果与用石墨所得的结果对比，发现石墨增碳剂在铁液中的扩散溶解速度明显快于焦炭和煤颗粒一类的增 碳剂。用电子显微镜观察了部分溶解的焦炭和煤颗粒样品，发现在样品表面形成了一层很薄的粘性灰层， 这是影响其在铁液中扩散溶解性能的主要原因。 2 影响增碳剂吸收率的主要因素 2.1 增碳剂粒度的影响 使用增碳剂的增碳过程包括溶解扩散过程和氧化损耗过程。增碳剂的粒度大小不同，溶解扩散速度和 氧化损耗速度也就不同，而增碳剂吸收率的高低就取决于增碳剂溶解扩散速度和氧化损耗速度的综合作 1 2010 中国铸造活动周论文集 用：在一般情况下，增碳剂颗粒小，溶解速度快，损耗速度大；增碳剂颗粒大，溶解速度慢，损耗速度小。 增碳剂粒度大小的选择与炉膛直径和容量有关，一般情况下，炉膛的直径和容量大，增碳剂的粒度要大一 些；反之，增碳剂的粒度要小一些。对于 1t 以下电炉熔炼晶体石墨粒度要求 0.5～2.5mm；1t～3t 电炉熔 炼晶体石墨粒度要求 2.5～5mm；3t～10t 电炉熔炼晶体石墨粒