碳化硅在铸铁生产中的应用

2025-01-13 电梯产品箱体

  ;二是加强了铁液的还原性,非常大程度上减轻锈蚀炉料的不利作用。加入碳化硅可以有效的预防碳化物析出,增加铁素体量,使铸铁组织致密,明显提高性能并使切削面光洁。冶金级碳化硅在生产中常被用于铁液的预处理,可形成长效石墨核心,增加球墨铸铁单位面积石墨球数,提高球化率。对于减少非金属夹杂物和熔渣,消除缩松,消除皮下气孔也有良好的作用。

  选定碳化硅作为增硅增碳剂理论依照:SiC加入灰铁中可促进A型石墨的生成,改善冶金质量,提高铁液的纯净度,而且SiC对孕育处理的回应能力很好。使用碳化硅可以同时达到增碳增硅的目的,但主要是增硅,而且废钢(普通碳素钢)的碳硅含量低(C0.4%左右),组织细密,成熟度高,所以利用SiC和增碳剂的配合使用,能够得到组织和性能更优越的合成铸铁。

  碳化硅的作用机理可能与碳化硅的熔解过程有关。与硅铁不同,碳化硅有很高的熔点,在铁水中不是熔化而是慢慢溶解,在溶解过程中不但向周围提供硅原子,还提供碳原子。同时碳化硅在铁水溶解过程中,在其周围形成许多细小的颗粒,这些颗粒再溶解,溶解后形成许多碳原子集团,这些碳原子集团就作为后来石墨形核的基础。碳化硅对球铁原铁水处理具有非常明显的减少白口倾向、消除反白口、改善组织的作用。对所有的铸铁来说(灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁),铁液中晶核的存在都有助于铁液按照铁一石墨稳定系凝固。铸铁的凝固过程有两种形核条件:一种是奥氏体形核;另一种是石墨形核。目前的理论认为,为促进形成灰铸铁,需要有适当的并且有活性的结晶核心,这种核心是一种含有Ca、Ba、Sr、RE等活性元素的氧硫复杂化合物。进一步的理论认为,铁液中适当尺寸,没有溶解的石墨质点存在,可当作促进先共晶和共晶石墨析出核心。也就是说,为了形成球状石墨核心,需要铸造用硅铁和碳化硅等(含有Ca、Ba、Sr、RE,等活性元素),铁液中石墨质点的存在有助于提高球状石墨核心的数量。实验和生产实践都表明在存在异质核心的情况下,碳化硅能够最终靠增加铁液中晶核点的数量来促进形核。因此在合成铸铁中,为了更好的提高铁液的形核能力,在碳化硅的作用下,铁液的形核能力得到提高,进一步影响凝固过程,从而改善铸铁微观组织。

  在一定条件下,随着铁液中初始炭量和硅量的增加,SiC的吸收率会降低。初始碳量每增加0.1%,SiC的吸收率大约降低2%~3%;初始硅量每增加0.1%,SiC的吸收率大约降低3%~4%;随着铁液中硫、磷含量的增加,SiC的吸收率也会降低,硫量每增加0.01%,SiC的吸收率大约降低2%~3%;磷量每增加0.01%,s氘的吸收率大约降低l%~2%;而对于铁液中的锰含量来说,随着铁液中锰含量的增加,SiC的吸收率反而增加.锰量每增加0.1%,SiC的吸收率大约增加2%~3%。

  SiC的加入量对SiC吸收率的影响:在合成铸铁生产中,碳化硅的加入量对其增碳增硅效果有着重要影响.在熔炼时,随着碳化硅加入量的增加,吸收率逐渐降低,加入量少,不能够达到增碳增硅的要求,加入量过多,铁液硅量超标。实验表明:当碳化硅的加入量小于l%时,碳和硅的吸收率为85%~95%,当加入量为l%~2%时,碳和硅的吸收率为80%~90%,当加入量为2%~3%时,碳和硅的吸收率为70%~80%。

  熔炼温度对SiC吸收率的影响:熔炼温度在1400~1450℃时,SiC在铁液中未完全溶解,扩散速度较慢,SiC的吸收率较低;随着熔炼温度的升高,SiC的吸收率旱增加趋势,但SiC熔炼温度大于1600℃时,虽然碳化硅能完全溶解,但SiC的吸收率增加趋势减缓.反而此温度下铁水的吸气、氧化加重,能耗也高;因此将熔炼温度设置在1500~1550℃,此温度既能保证SiC具有较高的吸收率,也能保证铁水质量,且能降低能耗。

  SiC的加入时间对SiC吸收率的影响:因SiC密度较小,如果在炉料完全熔化后加入,SiC将浮在铁液上,使之不能充分溶解,SiC吸收率较低;废钢能够将SiC碳化硅压入铁液中,使SiC不易上浮,且长时间在铁液中溶解扩散,SiC的吸收率较高。试验表明,在加入量、SiC粒度、熔炼温度都相同的条件下,选择在炉料完全熔化后加入,SiC的吸收率为70%~80%,而选择在装料时加入,SiC的吸收率提高到90%~98%。

  SiC的粒度对吸收率的影响:SiC的粒度要恰当选用,粒度过小虽然比表面积增大,但由于浮于铁液表面,难以用废钢压入铁液中,因而与铁液接触的总面积不一定增加,同时一些熔渣上浮,易将SiC与铁液隔开,降低碳化硅的吸收率;粒度过大,SiC的比表面积降低,同样也降低吸收率。

  HT300加入1.5%碳化硅(SiC≥98%),原材料选择废钢60%+回炉料40%,在熔炼过程中加入0.1%左右的硫化铁做增硫剂,选择1480~1500℃出炉温度,出炉时浇注直径30mm的抗拉试棒,其金相组织和力学性能:石墨类型:A型;石墨长度:5级(石长6~12);珠光体数量:珠98%;碳化物和磷共晶:1%;抗拉强度:310~330MPa。

  碳化硅作为预处理剂的理论依照:SiC在铁液中并不熔化,仅逐渐溶解,导致在SiC微粒周围局部区域碳和硅的富集和许多细小的过共晶区域,从而在该处析出许多石墨团簇和碳微粒,它们在一段时间、在热力学上是稳定的,在预孕育中起着很重要的作用。用作预处理用的冶金SiC含有百分之几的SiO2,它在部分SiC微粒外形成保护层,阻碍了SiC的溶解,从而延迟碳集聚物的析出和存留时间。SiC的溶解吸热过程(硅铁是放热过程),降低了局部Si和C富集区向铁液中的扩散速度。从碳化硅的溶解特性的角度分析,它是一种十分理想的长效孕育剂,理由如下:

  1.SiC孕育剂颗粒表面生成的SiO2膜阻隔(或延缓了)碳、硅元素在熔液中的扩散过程,防止过快自身浓度匀化,减少石墨衰退,十分利于长效孕育。

  2.SiC与FeSi孕育剂相比,SiC更能承受铁液温度不稳定,造成孕育不良效果的影响,即无论温度低或偏高,均可达到好的孕育效果。温度低时(在保证SiC处理所要求的最低温度前提下),SiC颗粒表面生成的SiO2膜不会被铁液中的C去和SiO2反应,将SiO2膜消失或变薄,因为铁液中的碳必须在温度超过一定值后,才能有碳出现,按:SiO2+C=Si+CO式子进行。如果铁液温度过高,超过了临界值,从热力学角度看,熔液中有C出现,它必然要与SiC颗粒外壳SiO2膜反应,破坏或消耗SiO2膜。可是实践证明,SiC颗粒附近存在一个富Si层,它阻碍了这上面C还原反应的进行。所以,不管是低温或高温,孕育结果稳定。

  3.用SiC做孕育剂所得到的石墨核心数要比FeSi的多,一方面,“C”直接做了核心;另一方面,富Si微区使它附近的“C”过饱和,以石墨析出。核心数量多与受SiO2膜保护,以及富Si、富C的液体“围墙”挡住,这三条件足以使它变成长效孕育剂及预处理剂。

  4.SiC经人工氧化后形成少数的裂开SiO2膜,可保证孕育结果稳定,可人为控制。

  (D)减少初生奥氏体过冷度,初生奥氏体树枝品多且短,有利于形成A型石墨。

  SiC84SiC98SiC99.99。随着SiC含量的增加,共晶团数由多变少,过冷度由小变大.试验证明,选用84.94%左右的碳化硅,它含SiO2微细质点多,是最适合做铁液预处理剂的,同时,不能用含较多的废粉量,它价格低廉。

  在电炉熔炼中使用时,可在出铁前10分钟左右扒尽铁液表面的熔渣,把碳化硅0.3~1.2mm)加到铁液表面即可,建议加入量0.1~0.2%。

  冲天炉熔炼生产中,生产高牌号灰铁时,加入铁液处理包中冲入高温铁液即可;生产球铁件时,将碳化硅(1~3mm)放在球化剂凹坑的的另一侧或撒在球化剂覆盖物的最上层,冲人铁液。建议加入量0.4%。碳化硅的增硅量按加入量的50%计算。

  ① 含量≥98%的碳化硅在合成铸铁中增碳增硅效果湿著,对改善铸铁的冶金质量有良好的作用,能大大的提升铸件的力学性及其机械加工性能。

  ②84~94%左右的碳化硅用作预处理剂,对于灰铸铁,碳化硅孕育预处理能够更好的降低过冷度减少白口倾向;增加石墨核心,促进形成A型石墨,减少或防止产生B型、E型和D型石墨,增加共晶团数,得到细小的片状石墨;对于球墨铸铁,碳化硅孕育预处理则促进增加铸铁的石墨球数,提高球化率,改善石墨球的圆整度。

  ③ 碳化硅的使用不但可以加强对铁液中氧化铁的脱氧还原作用,使铸铁组织致密从而增加切削面的光洁,而且使用碳化硅可以延长炉壁寿命,不会增加铁液的铝、硫含量。