爐前鐵水熱分析儀在鑄鐵領(lǐng)域的應(yīng)用方法

來(lái)源： 作者： 時(shí)間：2015-3-16 17:21:56

爐前鐵水熱分析儀在鑄鐵領(lǐng)域的應(yīng)用方法

爐前鐵水成份熱分析技術(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，從而計(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)，測(cè)量精度可達(dá)到CE：±O.1O％、C：：±0.05％、Si：±0.l0％。現(xiàn)在被廣泛用于鑄鐵生產(chǎn)的在線測(cè)量，是一種成熟可靠的測(cè)定方法，但使用過(guò)程中需要注意在以下幾個(gè)方面

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)程相變溫度之間的定量關(guān)系，鐵水凝固相變溫度的狀態(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)行金屬材料各項(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)中發(fā)揮的作用將更有力。

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。使用熱分析儀對(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)果發(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)量并不是只與成份有關(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、包晶反映、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)問(wèn)題

   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)情況而言，還很難達(dá)到，目前還主要應(yīng)用在測(cè)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)出現(xiàn)一些理論和操縱上的困惑與失誤，比較典型的題目，有如下幾點(diǎn)：

  ①、鐵水碳當(dāng)量、［C］、［Si］含量測(cè)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(kāi)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)法快速正確的在爐前判定出初晶溫度TL，所以根據(jù)冷卻曲線無(wú)法正確計(jì)算出鐵水的C、Si含量，這里所說(shuō)的過(guò)共晶鐵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)際鐵水中的共晶點(diǎn)確認(rèn)熱分析儀所能夠測(cè)量的鐵水碳當(dāng)量，Si元素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)樣杯中添加的碲元素使鐵水按照亞穩(wěn)定系白口方式凝固，也使鐵水的共晶凝固溫度進(jìn)一步降低，高鐵水共晶點(diǎn)碳當(dāng)量，所以熱分析儀所能測(cè)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)量的測(cè)量上限可以達(dá)到4.83％。C、Si含量的測(cè)量范圍由鐵水凝固過(guò)程中的初晶溫度TL和共晶溫度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，其測(cè)量范圍與理論上測(cè)量范圍有一點(diǎn)誤差。

  ②、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)程中，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)共晶溫度過(guò)冷現(xiàn)象，無(wú)法正確判定共晶溫度致使測(cè)量失敗，其原因是主要由于，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)素的白口化傾向，起到形核核心的作用。消除此現(xiàn)象方法可采取增加Te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。

  ③、測(cè)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)格意義上的成份測(cè)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三元素相圖，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的鐵水與理想狀態(tài)的Fe-C-Si三元素相圖所依據(jù)鐵水間的差異必然會(huì)傳遞到成份測(cè)量過(guò)程中，影響成份測(cè)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)際測(cè)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］含量是鐵水中所有元素對(duì)TL、TE綜合作用效果，等效［C］、［Si］元素對(duì)TL、TE作用效果的報(bào)告。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)分析方法分析出碳含量C％、硅含量Si％是有差別的。

盡管諸多的因素對(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)元素。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，只要調(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。在鐵水中除了碳［C］、硅［Si］兩大成份以外、還存在著多種微量元素，在鐵水中這些微量元素有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有著不同的作用程度。這些元素互相融合，互相反應(yīng)以后，對(duì)備自的作用程度有著抵消和增強(qiáng)。鐵水成份熱分析儀由TL、TE推算出來(lái)的［C］、［Si］含量，是鐵水中的［C］、［Si］元素綜合了其他元素的作用以后所能表現(xiàn)出實(shí)際效果的含量。因此當(dāng)鐵水中其他的成份、含量發(fā)生變化時(shí)熱分析儀測(cè)報(bào)的［C％］、［Si％］的有效含量就會(huì)發(fā)生變化。

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