CN102809538B - 一种铸铁碳当量精确值的计算方法及其应用 - Google Patents
一种铸铁碳当量精确值的计算方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种铸铁碳当量精确值的计算方法及其应用，属于铸铁合金技术领域。本发明同时考虑了碳、硅和微量元素对碳当量的影响，通过建立数学模型的方法快速精确地计算出铁液的实际碳当量，明显减小了理论与实际的误差，方便在生产过程中及时调整炉料配比或硅铁加入量，使碳当量更接近共晶点，提高了铸铁的铸造性能和铸件质量。
Description
技术领域
一种铸铁碳当量精确值的计算方法及其应用，属于铸铁合金技术领域。
背景技术
具有共晶成分的铁碳合金结晶范围窄，铁液流动性好，易补缩，铸件缩松倾向小。生产中通常将铁液碳当量控制在共晶点附近，以获得优质铸件。然而，在碳当量、浇注温度等条件相同的情况下，以来源不同的生铁做原料进行铸造生产时，铸件缩松废品率波动很大，有时却高达30%。研究发现，来自炼铁企业的铸造生铁质量保证指标为C、Si、Mn、S、P五大元素。炼铁所用的铁矿粉来源十分复杂，铁矿粉中含有许多微量元素根本无法控制，造成生铁中微量元素含量呈多变性。这些微量元素铸造过程中产生遗传性影响，致使配料时无法准确控制碳当量，导致质量波动大。
一般铸造生产过程中计算碳当量只考虑C、Si的作用，而没有考虑微量元素的含量和作用，称为名义碳当量，计算结果经常与实际碳当量相差较大而偏离共晶点，导致铸件缩松缺陷增多。实际上，铸铁的实际碳当量不仅与C、Si有关，而且与Mn、S、P以及其它微量元素有关，阻碍石墨化元素如Mn、Cr、V、Mo、Cr等会使碳当量减少，促进石墨化元素如S、S、P、Al、Cu、Ni等会使碳当量增加。现有铸造生产过程中计算碳当量只考虑碳（C）、硅（Si）的作用，而没有考虑微量元素的含量和作用，即为名义碳当量，直接采用CE1＝w(C)+1/3w(Si)计算。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种铸铁碳当量精确值的快速调节方法及其应用，可快速调整碳当量至共晶点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该铸铁碳当量精确值的计算方法，其特征在于，采用如下步骤：
a)采用光谱仪测量铁液中碳的质量分数w(C)，硅的质量分数w(Si)，以及铁液中除铁之外其它各元素的质量分数w(M)i；
b)根据碳当量公式计算实际碳当量；其中，k为铁液中元素的石墨化作用程度系数；q是元素石墨化倾向指数，促进石墨化元素取0，阻碍石墨化元素取1；n是元素数量。
具体的，步骤b）中所述铁液中元素的石墨化作用程度系数k和元素石墨化倾向指数q的常见取值如下：
表1常见元素的石墨化作用程度系数和石墨化倾向指数
将上述q、k及n值和步骤a）中的w(M)i代入碳当量公式计算出碳当量CE即可。
本发明还包含了对上述铸铁碳当量精确值的计算方法的应用：
依据上述公式计算获得铸铁中实际碳当量CE，根据实际碳当量CE调整铁液中硅铁加入量，使实际碳当量CE贴近共晶点4.28%，当CE≤4.28%时，增加碳硅含量，当CE≥4.28%时，减少碳硅含量。
与现有技术相比，本发明的铸铁碳当量精确值的快速调节方法及其应用所具有的有益效果是：现有铸造生产过程中计算碳当量只考虑碳（C）、硅（Si）的作用，而没有考虑微量元素的含量和作用，计算出的碳当量为理论碳当量，与实际碳当量差距较大，影响铸铁铸造性能。本发明同时考虑了碳、硅和微量元素的作用，计算精确度提高了ΔCE＝|CE-CE1|，可以准确快速的地控制铁液碳当量。通过调整碳硅含量，使铁液碳当量保持在共晶点附近，补偿了微量元素对铁液碳当量的作用，消除了铁液的遗传性影响，减少了铸件内部缩松。其中名义碳当量的计算公式CE1＝w(C)+1/3w(Si)为现有技术的碳当量计算方法，实际碳当量的计算公式为本发明人通过多次实践总结所得，通过建立数学模型的方法获得精确的碳当量值。按本发明的方法计算、调整碳当量，可以使球墨铸铁的缩松缺陷由原来的5.4%左右降低到0.37%以下，内在质量显著提高。表1常见元素的石墨化作用程度系数和石墨化倾向指数，是发明人经过理论分析和试验总结得出的数据，含括球墨铸铁常见的、质量分数较大的元素。本发明计算快速准确，方便在生产过程中及时调整炉料配比或硅铁加入量，使碳当量更接近共晶点，改善了铸造性能，提高了铸件质量。
具体实施方式
下面结合球墨铸铁的生产实例对本发明铸铁碳当量精确值的快速调节方法做进一步说明。其中实施例3为最佳实施例。
表2实施例1~3光谱仪检测结果
实施例1
本实施例中，其方法按如下步骤:
a)按照炉料配比：30%生铁，18%废钢，52%回炉铁，由感应电炉熔炼铁液，并由光谱仪检测铁液中碳的质量分数w(C)，硅的质量分数w(Si)，铁液中除铁之外其它各元素的质量分数w(M)i，本实施例中所涉及的w(M)i包括w(C)、w(Si)、w(Mn)、w(P)、w(S)、w(Cu)、w(Sn)、w(Cr)、w(V)和w(Mo)，检测结果如表2所示；
b)建立碳当量公式其中q是元素石墨化倾向指数，促进石墨化元素取0，阻碍石墨化元素取1；n是元素数量，k为铁液中元素的石墨化作用程度系数；铁液中元素的q、n、k值如表1所示，将q、n、k值和步骤a）中测得的各元素的质量分数w(M)i代入碳当量公式计算出碳当量CE，计算过程步骤如下：
CE＝(-1)01.00w(C)+(-1)00.30w(Si)+(-1)10.21w(Mn)+(-1)00.30w(P)+(-1)10.40w(S)+(-1)00.25w(Cu)+(-1)10.02w(Sn)+(-1)10.30w(Cr)+(-1)10.45w(V)+(-1)10.12w(Mo)
＝3.86+0.30×2.12-0.21×0.32+0.30×0.031-0.40×0.019+0.25×0.013-0.02×0.007-0.30×0.150-0.45×0.015-0.12×0.024
＝3.86+0.636-0.0672+0.0093-0.0076+0.00325-0.00014-0.045-0.00675-0.00288
＝4.37898≈4.379
c)因为本实施例中CE＝4.379≥4.28%，所以应减少碳硅含量，使实际碳当量CE贴近共晶点4.28%。
实施例2
本实施例中，其方法按如下步骤:
a)按照炉料配比：40%生铁，18%废钢，42%回炉铁，由感应电炉熔炼铁液，并由光谱仪检测铁液中碳的质量分数w(C)，硅的质量分数w(Si)，铁液中除铁之外其它各元素的质量分数w(M)i，本实施例中涉及的w(M)i与实施例1相同，铁液中元素的石墨化作用程度系数k；
b)建立碳当量公式其中q是元素石墨化倾向指数，促进石墨化元素取0，阻碍石墨化元素取1；n是元素数量，k为铁液中元素的石墨化作用程度系数；铁液中元素的q、n、k值如表1所示，将q、n、k值和步骤a）中测得的各元素的质量分数w(M)i代入式2，根据式2计算出实际碳当量CE，计算过程步骤如下：
CE＝(-1)01.00w(C)+(-1)00.30w(Si)+(-1)10.21w(Mn)+(-1)00.30w(P)+(-1)10.40w(S)+(-1)00.25w(Cu)+(-1)10.02w(Sn)+(-1)10.30w(Cr)+(-1)10.45w(V)+(-1)10.12w(Mo)
＝3.9+0.30×2.21-0.21×0.28+0.30×0.030-0.40×0.021+0.25×0.015-0.02×0.005-0.30×0.130-0.45×0.020-0.12×0.013
＝3.9+0.663-0.0588+0.009-0.0084+0.00375-0.0001-0.039-0.009-0.00156
＝4.45889≈4.459
c)因为本实施例中CE＝4.459≥4.28%，所以应减少碳硅含量，使实际碳当量CE贴近共晶点4.28%。
实施例3
本实施例中，其方法按如下步骤:
a)按照炉料配比：40%生铁，15%废钢，45%回炉铁，由感应电炉熔炼铁液，并由光谱仪检测铁液中碳的质量分数w(C)，硅的质量分数w(Si)，铁液中除铁之外其它各元素的质量分数w(M)i，本实施例中涉及的元素与实施例1相同，铁液中元素的石墨化作用程度系数k；
b)建立碳当量公式其中q是元素石墨化倾向指数，促进石墨化元素取0，阻碍石墨化元素取1；n是元素数量，k为铁液中元素的石墨化作用程度系数；铁液中元素的q、n、k值如表1所示，将q、n、k值和步骤a）中测得的各元素的质量分数w(M)i代入式2，根据式2计算出实际碳当量CE，计算过程步骤如下：
CE＝(-1)01.00w(C)+(-1)00.30w(Si)+(-1)10.21w(Mn)+(-1)00.30w(P)+(-1)10.40w(S)+(-1)00.25w(Cu)+(-1)10.02w(Sn)+(-1)10.30w(Cr)+(-1)10.45w(V)+(-1)10.12w(Mo)
＝3.92+0.30×2.18-0.21×0.34+0.30×0.028-0.40×0.025+0.25×0.012-0.02×0.004-0.30×0.013-0.45×0.018-0.12×0.005
＝3.92+0.654-0.0714+0.0084-0.01+0.003-0.00008-0.0039-0.0081-0.0006
＝4.49132≈4.491
d)因为本实施例中CE＝4.456≥4.28%，所以应减少碳硅含量，使实际碳当量CE贴近共晶点4.28%。
检测结果
实施例1~3的检测结果如表3所示。检测过程如下：
a)将表2所示实施例1~3的w(C)、w(Si)带入名义碳当量公式CE1＝w(C)+1/3w(Si)，计算出实施例1~3的名义碳当量CE1，计算结果录入表3
b)根据ΔCE＝|CE-CE1|，计算出按本发明计算所得碳当量CE与现有技术中名义碳当量CE1的差值ΔCE，将实施例1~3的ΔCE值录入表3
表3实施例1~3检测结果
通过表2可看出，实施例1~3中，按照本发明方法计算所得的碳当量CE与按名义碳当量公式计算所得的名义碳当量CE1，两者相比碳当量CE更为精确，且差值ΔCE明显。实施例1~3的计算过程快速准确。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (2)
1.一种铸铁碳当量精确值的计算方法，其特征在于，采用如下步骤：
a)采用光谱仪测量铁液中碳的质量分数 ，硅的质量分数，以及铁液中除铁之外其它各元素的质量分数；
b)根据碳当量公式计算实际碳当量；其中，为铁液中元素的石墨化作用程度系数；是元素石墨化倾向指数，促进石墨化元素取0，阻碍石墨化元素取1；是元素数量；
步骤b）中所述铁液中元素的石墨化作用程度系数和元素石墨化倾向指数的取值如下：。
2.一种铸铁碳当量精确值的计算方法的应用，其特征在于：根据权利要求1所述的铸铁碳当量精确值的计算方法获得实际碳当量调整铁液中硅铁加入量，使实际碳当量贴近共晶点4.28%，当＜4.28%时，增加碳硅含量，当＞4.28%时，减少碳硅含量。
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