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增碳剂使用注意事项

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文章附图

使用增碳剂需要注意的原则:

    (1)增碳剂的吸收率与其(C)量直接相关,(C)量越高,吸收率越高。这里的碳量是指固定碳含量。没有经过煅烧(即高温石墨化过程)的增碳剂吸收率很差。而增碳剂中的灰分含量也会影响增碳剂的吸收。

    (2)增碳剂的粒度是影响其溶入铁液的主要因素,实践证明,增碳剂的粒度一般控制在1-4mm,有微粉或粗粒的增碳剂增C效果都不好。

    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。例如, 在110kg 高频感应炉中, 粒度0.15 ~0.18mm 的增碳剂溶解速度很快, 在没来得及氧化损耗前大部分已溶解于铁液中, 只有少部分损耗掉, 因此吸收率高。在600kg 感应炉中, 炉膛的直径和容量较大, 增碳剂粒度0.15~0.18mm , 相对炉膛的直径和容量太小, 损耗速度很快, 吸收率低; 而粒度1.16~3.12mm 相对于炉膛直径和容量来说, 增碳剂溶解速度较快, 损耗速度较慢, 溶解占据主导作用, 吸收率高。因此, 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。

    (3)Si对增C效果有较大影响,高Si铁液增C性差,增C速度慢,故FeSi应在增C到位后加入,要遵循先増C后增Si的原则。当铁液中初始碳含量高时, 在一定的溶解极限下, 增碳剂的吸收速度慢,吸收量少, 烧损相对较多, 增碳剂吸收率低。当铁液初始碳含量较低时, 情况相反。另外, 铁液中硅和硫阻碍碳的吸收, 降低增碳剂的吸收率。而锰元素有助于碳的吸收, 提高增碳剂吸收率。就影响程度而言, 硅**, 锰次之, 碳、硫影响较小。因此, 在实际生产过程中, 应先增锰, 再增碳, 最后增硅。

    (4)S能阻碍C的吸收,高S铁液比低S铁液的增C速度迟缓很多。

    (5)石墨增碳剂能提高铁液的形核能力,吸收率也比非石墨增碳剂高10%以上,故应选用低N石墨增碳剂。

    (6)增碳剂的加入时间不能忽视。增碳剂的加入时间若过早,容易使其附着在炉底附近,而且附着炉壁的增碳剂又不易被熔入铁液。与之相反,加入时间过迟,则失去了增碳的时机,造成熔炼、升温时间的迟缓。这不仅延迟了化学成分分析和调整的时间,也有可能带来由于过度升温而造成的危害。因此,增碳剂还是在加入金属炉料的过程中一点一点地加入为好。

    如在一次加入量过大的情况下,可以结合感应电炉时采用的铁液过热操作结合考虑,保证增碳剂在铁液中的吸收时间10Min,一方面通过电磁搅拌作用使增碳剂充分扩散吸收,保证吸收效果。另一方面可以减少增碳剂中带入的含氮量。

(7)在一定的温度和化学成分相同的条件下,增碳剂加入量越多, 溶解扩散所需时间就越长, 相应损耗量就越大, 吸收率就会降低。

    在一定的温度和化学成分相同的条件下, 铁液中碳的饱和浓度一定。铸铁中碳的溶解极限为:

〔C %〕= 113 + 0.10257 T - 0.131〔Si %〕- 0.133〔P %〕- 0.145 〔S %〕+ 0.1028〔Mn %〕( T 为铁液温度) 。

    (8)饱和浓度一定, 温度对增碳剂吸收率的影响。从动力学和热力学的观点分析, 铁液的氧化性与C - Si - O 系的平衡温度有关, 即铁液中的O 与C、Si 有如下的反应:

〔Si〕+ 2 〔O〕= SiO2 (s) ,
〔C〕+〔O〕= CO(g) ,
SiO2 (s) + 2 〔C〕= 〔Si〕+ 2CO(g) 。
Δ G 0T = 549359 - 309145 T
lg 〔Si〕〔C〕2 = -27486T+ 15147

    平衡温度T 随目标C、Si 含量不同而变化, 依式可以计算出平衡温度。当铁液成分( %) 为: 2.19~3.11C、1.10~1.12Si 时, 平衡温度为1380 ℃左右。铁液在平衡温度以上时, 优先发生碳的氧化, C 和O 生成CO 和CO2 。这样, 铁液中的碳氧化损耗增加。因此, 在平衡温度以上时, 增碳剂吸收率降低。当增碳温度在平衡温度以下时, 由于温度较低, 碳的饱和溶解度降低, 同时碳的溶解扩散速度下降, 因而收得率也较低。因此, 增碳温度在平衡温度时, 增碳剂吸收率最高。但由于在实验室和生产过程中, 铁液温度总会受到诸多因素的影响, 所以, 实际增碳温度在计算出的平衡温度上加减10 ℃左右波动。
    (9)在增碳剂未完全溶解前, 搅拌时间长, 吸收率高。搅拌有利于碳的溶解和扩散, 减少增碳剂浮在表面被烧损。搅拌还可以减少增碳保温时间, 使生产周期缩短, 避免铁液中合金元素烧损。但搅拌时间过长, 不仅对炉子的使用寿命有很大影响, 而且在增碳剂溶解后, 搅拌会加剧铁液中碳的损耗。因此, 适宜的铁液搅拌时间应以保证增碳剂完全溶解为适宜。
    增碳工艺对铸铁组织和性能的影响

    经过用增碳剂增碳处理后的铸铁, 在铁液中生成了大量弥散分布的非均质结晶核心, 降低了铁液的过冷度, 促使生成以A 型石墨为主的石墨组织; 同时, 由于生铁用量少, 其遗传作用大为削弱, 因此使A 型石墨片分枝发达不易长大, 使得石墨短小且均匀。

    增碳剂的使用方法:
    1、炉内投入法:

    增碳剂适于在感应炉中熔炼使用,但依据工艺要求具体使用也不尽相同。
    (1)在中频电炉熔炼中使用增碳剂,可按配比或碳当量要求随料加入电炉中下部位,回收率可达95%以上;
    (2)铁液熔清如果碳量不足调整碳分时,先打净炉中熔渣,再加增碳剂,通过铁液升温,电磁搅拌或人工搅拌使碳溶解吸收,回收率可在90左右,如果采用低温增碳工艺,即炉料只熔化一部分,熔化的铁液温度较低的情况下,全部增碳剂一次性加入铁液中,同时用固体炉料将其压入铁液中不让其露出铁液面。这种方法铁液增碳可达1.0%以上。

    2、炉外增碳:
    (1)包内喷石墨粉,选用石墨粉做增碳剂,吹入量为40kg/t,预期能使铁液含碳量从2%增到3%。随着铁液碳含量逐渐升高,碳量利用率下降,增碳前铁液温度1600℃,增碳后平均为1299℃。喷石墨粉增碳,一般采用氮气做载体,但在工业生产条件下,用压缩空气更方便,而且压缩空气中的氧燃烧产生CO,化学反应热可补偿部分温降,而且CO的还原气氛利于改善增碳效果。
(2)出铁时使用增碳剂,可将100—300目的石墨粉增碳剂放到包内,或从出铁槽随流冲入,出完铁液后充分搅拌,尽可能使碳溶解吸收,碳的回收率在50%左右。

转自铸造微课堂


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