CN105969930B - 一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法。在球化孕育处理之前，应全面提高原铁水的冶金质量。本文公开了一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其步骤包括：1）按照原铁水化学成分控制范围的中值计算SiO2‑CO脱氧冶金平衡温度T eq和沸腾温度T B，过热温度选择在尽量接近但不超过T B；2）确定保温温度后，利用热分析灰口冷却曲线上的共晶凝固特征参量确定最佳保温时间，同时防止碳的过度烧损；3）对于保温过度的原铁水实施预处理，调节铁水化学成分和石墨形核状态后可恢复到较佳状态；4）通过最终铁水球化孕育效果检测反推原铁水的冶金质量状态，检验原铁水过热保温优化控制的有益效果。本发明还可用于蠕墨铸铁蠕化处理之前原铁水过热温度和保温时间的优化控制。本发明用于铸造检测和冶金领域。

Description

一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法
技术领域
本发明属于冶金和铸造领域的发明创造，具体涉及一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法。
背景技术
原铁水质量是球墨铸铁冶金特性调控和球化孕育处理的基础。为了获得纯净的原铁水，强化冶金反应，减少或去除炉料“遗传性”的不利影响，球墨铸铁的实际生产中常将原铁水进行高温冶炼。经过高温过热和静置保温的铁水，即使在温度降低后，优良的铁水状态仍可被保留下来，为熔体变质处理获得良好的球化孕育处理效果创造条件。然而在过热静置过程中，随着铁水的净化，有利于石墨异质形核的微观结构数量和尺寸不断减少，铁水成分更加均匀，铁水结晶形核所需的浓度起伏减弱，过度过热铁水的石墨化能力显著降低，白口倾向增加，而且球化处理过程中Mg的收得率降低，石墨球形变差，出现夹渣、缩松缺陷等负面影响增大。而且会引起碳元素烧损和铁水氧化严重等问题，最终影响球墨铸铁铸件优异机械性能的充分发挥。目前，球墨铸铁原铁水熔炼多凭操作者的经验，科学可靠的控制方法尚不多见。因此，研究有效的原铁水高温过热和静置保温优化控制方法，进而采取有效措施对铁水的冶金状态进行调整和控制具有重要的现实意义。
铁水中氧的化学性质活泼且通常处于饱和状态，因此，Si、C等主要合金元素与O的氧化还原反应是原铁水冶金特性的主要组成部分。球墨铸铁原铁水中存在如下的SiO2-CO综合脱氧反应：
式中，括号[]表示C和Si为溶解状态；大括号{}表示CO为气体，而尖括号<>表示固体SiO2悬浮于铁水中。原铁水温度超过SiO2-CO平衡温度T eq时，SiO2由C还原放出CO气体的同时，SiO2类氧化物（一般认为其为石墨形核基质）将分解而含量降低。由于CO气泡成核困难，温度即使在较宽范围内高于T eq，铁水内部脱氧反应仍由硅而不是碳控制。脱氧平衡温度T eq的理论计算方程为
而系统内部实际的平衡温度要高出理论计算值50~100℃，由于CO放出，铁水开始“沸腾”，故称为沸腾温度T B。它可按以下经验式计算：
铁水在高于沸腾温度T B过热时，由于脱氧产物CO气体放出，脱氧方程将加速向右进行使得C元素大量烧损，而且铁水过冷倾向加重，球化处理效果变差，晶界夹渣较多。为了兼顾对高温过热纯净原铁水和强化冶金反应的需求并稳定铁水形核势能，需要尽量减少碳的烧损和铁水过冷倾向。为此本发明以原铁水脱氧冶金特性分析为主线，提出球墨铸铁原铁水冶炼的优化控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，并采取预处理方式对铁水的冶金状态进行调整和控制，有益性可以通过最终铁水的球化孕育效果得到检验。
上述发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其步骤包括：1）按照原铁水化学成分控制范围的中值计算SiO2-CO脱氧冶金平衡温度T eq和沸腾温度T B，过热温度选择在尽量接近但不超过T B；2）确定保温温度后，利用热分析灰口冷却曲线上的共晶凝固特征参量确定最佳保温时间，同时防止碳的过度烧损；3）对于保温过度的原铁水实施预处理，调节铁水化学成分和石墨形核状态后可恢复到较佳状态；4）通过最终铁水球化孕育效果检测反推原铁水的冶金质量状态，检验原铁水过热保温优化控制的的有益效果。
所述的一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其特征是：SiO2-CO脱氧冶金平衡温度T eq和沸腾温度T B分别由热力学计算方程和经验方程获得。
所述的一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其特征是：最佳保温时间的确定需要参考的热分析特征参量包括最低共晶温度T EU、最高共晶温度T ER或共晶回升温度R、共晶凝固时间t E以及凝固结束温度T S等。
所述的一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其特征是：作为优选，调节原铁水保温过度的预处理剂为0.2%SiC。
所述的一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其特征是：作为优选，检测最终铁水球化孕育效果的方法为热分析法和金相检测法。
本发明的有益效果：
本发明提出一种有效的原铁水高温过热和静置保温优化控制方法，通过预处理方式可以对铁水的冶金状态进行调整和控制，其有益性可以通过最终铁水的球化孕育效果得到检验。
附图说明
图1是球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间优化控制方法示意图。
图2是1450℃静置不同时间原铁水的灰口冷却曲线。
图3是四种不同过热保温状态原铁水球化孕育处理后的灰口冷却曲线。
图4是四种不同过热保温状态原铁水球化孕育处理效果金相照片。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
实施例1
由图1所示，原铁水的过热温度区应该选择在尽量接近但不超过脱氧沸腾温度T B。本实施例中原铁水化学成分的控制范围为：C：3.60~3.75%，Si：1.45~1.55%，Mn：0.3~0.5%，P：≤0.05%，S：≤0.03%。按照C和Si含量范围的中值计算SiO2-CO脱氧冶金平衡温度T eq约为1400℃，由此得脱氧沸腾温度T B约为1450℃。因此原铁水熔炼过热温度选择在尽量接近但不超过1450℃，这样可以使氧含量和形核势能处于最佳状态，而C元素又不至于大量烧损。但是对应不同的保温温度，有一个最佳的保温时间，如果保温时间过长，导致FeO大量生成致使铁水质量恶化。
实施例2
过热保温时间的确定。针对实施例1中原铁水，1450℃过热，分别在保温0min、8min、15min、22min、30min及添加0.2%SiC预处理后取铁水同时浇注一正常灰口热分析样杯和一白口样杯。由白口冷却曲线上的共晶温度T E均约为1114.0℃，说明Si含量基本不变。图2所示为1450℃静置不同时间原铁水的灰口冷却曲线，表Ⅰ中为热分析特征参数值。由分析可见，初晶温度T L在铁水保温30min内增加了10.7℃，由成分分析结果可见，碳烧损约为0.09%，即碳当量每降低0.01%T L约升高1.2℃。最低共晶温度T EU受保温时间的影响较大，保温8min 时降低了1.2℃，15min时又回升0.8℃，保温22min和30min时，又降低4℃以上。再由共晶回升温度R、凝固结束温度T S和共晶凝固时间t E综合分析，得出保温8min和15min的铁水白口倾向最低，不保温铁水白口倾向较大，而过度保温铁水过冷倾向严重。
表Ⅰ1450℃静置不同时间原铁水的热分析特征参数值

Claims (2)

1.一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其步骤包括：
1）按照原铁水化学成分控制范围的中值计算SiO2-CO脱氧冶金平衡温度Teq和沸腾温度TB，过热温度选择在尽量接近但不超过TB；
2）确定保温温度后，利用热分析灰口冷却曲线上的共晶凝固特征参量确定最佳保温时间，同时防止碳的过度烧损；
3）对于保温过度的原铁水实施预处理，调节铁水化学成分和石墨形核状态后可恢复到较佳状态；
4）通过最终铁水球化孕育效果检测反推原铁水的冶金质量状态，检验原铁水过热保温优化控制的有益效果。
2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其特征是：SiO2-CO脱氧冶金平衡温度Teq和沸腾温度TB分别由热力学计算方程和经验方程获得；最佳保温时间的确定需要参考的热分析特征参量包括最低共晶温度TEU、最高共晶温度TER或共晶回升温度R、共晶凝固时间tE以及凝固结束温度TS；调节原铁水保温过度的预处理剂为0.2%SiC；检测最终铁水球化孕育效果的方法为热分析法和金相检测法。
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