爐前鐵水熱分析在鑄鐵領(lǐng)域的應(yīng)用方法與策略

1、爐前鐵水熱分析在鑄鐵領(lǐng)域的應(yīng)用方法與策略鐵水成份爐而快速熱分析技術(shù)是以鑄鐵組織形成過(guò)程的凝固溫度曲線為被測(cè)對(duì)象，由計(jì)算機(jī)對(duì)凝 固溫度曲線迸行解析，從1佃計(jì)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)，丈量精度可達(dá)到ce|o. 10%、c|0.05%、si|0. 10%。在產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá) 國(guó)家被廣泛用于鑄鐵生產(chǎn)的在線丈量，是一種成熟可*的測(cè)定方法。我國(guó)在1979年到1990年的 11年對(duì)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(guó)家的廠商來(lái)我國(guó)采購(gòu)鑄件或投資建廠，為了獲得高品質(zhì)的鑄件，把他仍依靠的熱分柝技術(shù)也 帶進(jìn)

2、中國(guó)來(lái)，使熱分析儀的應(yīng)用首先在獨(dú)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(huì)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i年時(shí)間 內(nèi)使熱分析技術(shù)應(yīng)用迅速普及。固然熱分析技術(shù)目前發(fā)展形勢(shì)很快，但對(duì)于我國(guó)整個(gè)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，理論熟悉上有一定誤區(qū)，使用過(guò)程中 還存在一定題口，主要需要在以下幾個(gè)方面加以改迸：1、熟悉熱分析技術(shù)的特點(diǎn)，使其在實(shí)際生產(chǎn)中充分發(fā)揮作用我們從事鑄造技術(shù)工作的人雖都知道鐵碳平衡相圖，它是我們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(guò)程相變溫度z間的定量關(guān)系，鐵水凝固相變溫度的

3、狀態(tài)又與鐵水 鑄造后的鑄件的各項(xiàng)性能存在一定的關(guān)系，我們就是通過(guò)這種關(guān)系進(jìn)行金屈材料各項(xiàng)性能指標(biāo)的 猜測(cè)，調(diào)控生產(chǎn)過(guò)程。鐵碳平衡相圖的測(cè)定方法與熱分析技術(shù)測(cè)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(cè)定出的結(jié)果，而熱分析技術(shù)測(cè)定出的冷 卻曲線是生產(chǎn)實(shí)際中使用鐵水，它的成份相對(duì)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(shí)際狀態(tài)，我們使用這種實(shí)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(shí)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(gè)環(huán)節(jié)，其結(jié)果將更加正確，控制的精度更高，在生產(chǎn)屮發(fā)揮的作用

4、將更冇力。2、把握鐵水成份、性狀與鐵水質(zhì)量的關(guān)系很多研究證實(shí)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(gè)重要因素，所謂 鐵水性狀即某一成份的鐵水某一時(shí)刻所處的狀態(tài)，不同的熔煉過(guò)程的不同時(shí)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(shí)間而動(dòng)態(tài)變化的，這種性狀的不同必然會(huì)對(duì)鑄件性能產(chǎn) 生影響。但對(duì)性狀對(duì)鐵水質(zhì)量的影響假如使用常規(guī)的基于成份的分析方法我們無(wú)法加與區(qū)別。對(duì) 于基于過(guò)程測(cè)定的熱分析法來(lái)講，由于其測(cè)定的是鐵水動(dòng)態(tài)凝固的一個(gè)完整過(guò)程，通過(guò)對(duì)不同測(cè) 定過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，即可區(qū)分出這種性狀的不同，從而為我們研究鐵水性狀對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 提供了一種有利的定量分析工具。使用口

5、本撒布浪斯公司的熱分析儀tcs對(duì)同一爐鐵水不同保溫 時(shí)間進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果，從測(cè)定結(jié)杲發(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，即證實(shí)了鐵水質(zhì)量并不是只與成份冇關(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(cè)定的鐵水冷卻曲線，除通過(guò)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(guò)對(duì)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、 包品反映、過(guò)氧化等現(xiàn)象。3、熱分析技術(shù)應(yīng)用于工廠爐前控制，需注重的幾個(gè)題目固然理論熱分析技術(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?shí)踐經(jīng) 驗(yàn)，就我國(guó)鑄造企業(yè)實(shí)際職員的素質(zhì)和知識(shí)結(jié)構(gòu)情況而

6、言，還很難達(dá)到，目前述主要應(yīng)用在丈量 鑄鐵白口化冷卻曲線，通過(guò)tl、te的數(shù)值推算c、si含量的層面上，在使用中經(jīng)常會(huì)岀 現(xiàn)一些理論和操縱上的困惑與失誤，比較典型的題目，有如下兒點(diǎn)：a、鐵水碳當(dāng)量、c、si含量丈量范圍的認(rèn)定：從丈量原理上講，熱分析儀器只能丈量共 晶鐵水，過(guò)共晶鐵水由于先凝固的初生相為石墨，開釋的結(jié)晶潛熱不規(guī)律，在冷卻曲線上無(wú)明顯 特征點(diǎn)，無(wú)法快速止確的在爐而判定出初晶溫度tl,所以根據(jù)冷卻曲線無(wú)法止確計(jì)算出鐵水的c、 si含量，這里所說(shuō)的過(guò)共晶恢水的概念與一般理解的過(guò)共晶不同，鐵碳相圖上鐵水的共晶點(diǎn)的碳 含量約為4.30%,但由于實(shí)際鐵水屮的共晶點(diǎn)確認(rèn)熱分析發(fā)所能夠丈量的鐵水

7、碳當(dāng)量，si元索 有降低共晶凝固溫度，進(jìn)步鐵水共晶點(diǎn)碳當(dāng)量的作用，同時(shí)樣杯中添加的硝元素使鐵水按照亞穩(wěn)定系白i方式凝固，也使鐵水的共品凝固溫度進(jìn)一步降低，高鐵水共晶點(diǎn)碳當(dāng)量，所以熱分析儀 所能丈量的鐵水碳當(dāng)量遠(yuǎn)大于理想狀態(tài)時(shí)的4. 32%的范圍，根據(jù)si%含量及其他元素的不同其 碳當(dāng)量的丈量上限可以達(dá)到4.83%。c、si含量的丈量范圍由鐵水凝固過(guò)程小的初晶溫度tl和 共品溫度te決定，只要冷卻曲線可以正確判定出tl和te,就可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)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，其丈量范圍與理論上丈量范圍有一點(diǎn)誤差。b、過(guò)冷失敗的處理：在使用熱分析技術(shù)分析鐵水成份過(guò)

8、程屮，在某種條件下會(huì)出現(xiàn)鐵水在共晶 凝固過(guò)程中不能按照亞穩(wěn)定系白口方式凝固，呈現(xiàn)共品溫度過(guò)冷現(xiàn)象，無(wú)法正確判定共品溫度致 使丈量失敗，其原i大i是主要由于，鐵水中含有如fe、ti、si、c等未完全熔化的微小顆粒，在凝 固時(shí)抵消了 te無(wú)素的白i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to加進(jìn)量, 進(jìn)步鐵水溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使未完全融化的合金微小顆粒充分熔化。c、丈量誤差原因分析：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(guò)程控制，并非嚴(yán)格意義上的成份丈量方法，其對(duì)于成份的丈量的依據(jù)是理想狀態(tài)fe-c-si 三元索相圖，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的鐵水與理想狀態(tài)的f

9、e-c-si三元索相圖所依據(jù)鐵水間的差異必然 會(huì)傳遞到成份丈量過(guò)程中，影響成份丈量的精度，固然對(duì)于穩(wěn)定的差異所造成的誤差可以通過(guò)修 正系數(shù)加以修正，但對(duì)于鐵水中除c和si元素外的其他元素的波動(dòng)所造成的誤差則沒(méi)有有效的 修正措施，這一點(diǎn)實(shí)際丈量時(shí)需引起注重，在原材料不穩(wěn)定予以考慮。對(duì)于普通熱分析系統(tǒng)來(lái)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(cè)定，通過(guò)捕捉到 初晶溫度tl、共晶溫度te這兩個(gè)特征點(diǎn)，由內(nèi)裝的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出碳當(dāng)量ce、碳含量c、 硅含量si,需要說(shuō)明的是：鐵水成份熱分析儀報(bào)告的c、si含量是鐵水屮所有元素 對(duì)tl、te綜合作用效果，等效c、si元索對(duì)tl、te作用效果的報(bào)告

10、。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。更正確的講是c、 si成份的含量，其數(shù)值與常規(guī)化學(xué)分析方法分析岀碳含量c%、硅含量si%是有差別的。盡管諸多的無(wú)索對(duì)tl、te都有著不同程度的影響，但影響最大的是c、si這兩個(gè)元索。在常規(guī)條件下調(diào)整tl、te最方便的方法、也是調(diào)整這兩個(gè)元素的含量。因此要獲得預(yù)想的組織和性能，只耍調(diào)整c、si這兩個(gè)元素的含量，就能夠?qū)l、te整定到滿足組織形成成份 條件。在鐵水小除了碳c、硅si兩大成份以外、還存在著多種微量元素，在鐵水小這些微量元 素冇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冇著不同的作用 程度