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鑄鐵用碳化硅材料的性能及其使用要點
日期:2017-10-31 瀏覽:2398

   我國鑄造行業使用碳化硅已經有很多年的歷史了。走過了使用冶金用碳化硅-只是強調利用它的強還原作用,到鑄鐵用碳化硅——既強調其強還原作用的同時又突出認識到其對石墨結晶的形核功能的認識過程,技術提高過程。

   我國是碳化硅原料的生產大國,也是出口大國。在滿足國外用戶的不同需求的過程中,不斷提高自己的生產技術水平,拓展碳化硅的應用。


(石墨結晶)

   無論是冶金級-強還原性碳化硅,還是既要求強還原性更要求其對石墨結晶時的強烈持久的形核作用的鑄鐵用碳化硅。

   都是碳化硅的生產過程中的不可避免的產生的“下腳料”-生產碳化硅的高溫爐內的低溫區形成的結晶構造不適宜磨料使用的碳化硅。

   這些“下腳料”破碎以后??梢葬槍κ褂靡筮M行再加工。鑄鐵用碳化硅使用的增效材料是光伏產業中的經過適當處理的“多晶硅”下腳料。

   針對灰鑄鐵、球墨鑄鐵的不同生產工況要求,鑄鐵用碳化硅,常常使用不同的鑄造行業常用的粘結劑淀粉、糊精、水玻璃、硅酸鹽水泥熟料、建筑硅酸鹽水泥等形成不同的形狀-壓球、壓塊。實際生產過程中,如果有優質增碳劑的協同配合,效果更會更好一些。


(球墨鑄鐵管)

   由于是“下腳料”的碳化硅,過去的冶金級碳化硅,鑄鐵用碳化硅的價格不高。但是,隨著市場需求的增加,供應商的再制造的技術理論水平的提高造成的碳化硅再制品的性能的明顯提高。

   隨著碳化硅價格的提高。過去使用廉價碳化硅替代硅鐵,以降低生產成本的現象,可能已經不存在了。

   有些供應商使用碳化硅等等材料的生產過程中產生的細微粉粒,添加在鑄鐵用碳化硅再制品中,以明顯降低生產成本,這不一定是好辦法。因為這樣的“碳化硅”,往往表面被二氧化硅包裹,存在污染物。其中的純碳化硅組分明顯降低。今年就發生在某大型央企,出現的碳化硅預處理劑“無效果”的現象就與使用這種“碳化硅”有關。


(泡沫陶瓷碳化硅)

   SiC按照化學式計算,含硅量=28/28+12=70%;含碳量=12/28+12=30%。實際商品碳化硅由于純度等等的關系,含硅量含碳量略為偏低一些。通常溫度下,碳化硅屬于化學惰性物質。比較穩定的存在,熱到1300度,由于其表面形成的比較致密的二氧化硅薄的保護作用,碳化硅仍然是比較穩定的。而1400多度以上,如同石英砂爐襯被鐵水里面的碳還原的反應一樣,由于碳的化學活性大大增強,導致了以下化學反應被明確啟動:

   2C+SiO2=Si+2CO;

   碳化硅表面的二氧化硅保護膜被鐵水里面的碳量,鐵水熔煉所加的增碳劑所還原,失去保護膜的高溫碳化硅化學活性被啟動,其中的碳和硅得以充分發揮其強還原劑作用:

   SiC+FeO=Si+Fe+CO

   由于CO的逃逸,這個化學反應將正向推進,對高溫鐵水中的氧量進行還原,從而得到還原性高溫鐵水,應該指出的是,由此必然產生碳和硅的回收率問題-不同工況時,碳和硅的回收率-“燒損”現象是不同的,沒有燒損卻是不正常的現象。

   鐵水中的彌散的FeO-SiO2細微的夾雜物,不易浮出而脫離鐵水,是使鐵水流動性下降,補縮能力降低,縮松傾向增大,白口趨勢明顯的重要原因之一。曾經在某工廠,沖天爐球墨鑄鐵生產中看到氧化程度大的原鐵水,球化良好,但是,對熱壓邊縫隙補縮冒口澆注的195柴油機平衡軸,充型速度明顯減慢,同時,出現不能補縮的現象。打碎平衡軸,得到證實,整包鐵水報廢。著名的福士科公司認為,還原良好的純凈鐵水,其充型能力、補縮能力都被增強了。

(二氧化硅)

   同時,失去惰性二氧化硅保護膜的高溫碳化硅,這樣的的化合物不是很難的被分解打開于鐵水中,其不斷分解持續形成新生的碳和硅原子,一方面它們顯示很強的還原性,另一方面,實際使用中產生的是天文數字量級的碳化硅,其碳和硅原子造成鐵水的極微觀區域碳當量達到超過過共晶狀態,明顯降低了鐵水的過冷度,這樣形成非?;钴S的濃度起伏,伴隨碳化硅的分解、打開、融入,激發了石墨結晶的動力學條件。

   這時的碳化硅分解、打開、融入,同時產生了的物理-化學現象,伴生了活躍的溫度起伏和鐵水中間某些化學構成的結構形態起伏。而剛剛尚未溶解的碳化硅,碳和硅溶質顆粒和剛剛結晶析出的石墨顆粒,它們在鐵水熔液中被“布朗運動”,也促進了鐵水的這些活躍。這樣看來,我們對碳化硅的作用的研究使用是不可小噓的。

   簡介:化學現象中的布朗運動-懸浮微粒,在液體或氣體中的永不停息地做不規則運動的現象。其解釋為:作為布朗運動的粒子非常微小,在周圍液體或氣體分子的碰撞下,產生一種隨機的漲落不定的凈作用力,導致微粒的布朗運動。間接反映并證明了分子熱運動。

   每個液體分子對小顆粒撞擊時給顆粒一定的瞬時沖力,由于分子運動的無規則性,因而,布朗運動是無規則的。因為由于液體的運動是永不停息的,所以液體分子對固體微粒的撞擊也是永不停息的-顆粒越小,溫度越高,布朗運動越明顯。


(布朗運動)

   布朗運動是大量分子做無規則運動對懸浮的顆粒各個方向撞擊的作用的不均衡性造成的,所以,布朗運動是大量液體分子集體行為的結果。值得鑄造工作者關注的是,鐵水中的“活性元素”O和S對這種布朗運動有促進作用-這是我們在孕育中要求有效使用一定的O和S元素的基礎。布朗運動現象可以作為解釋碳化硅的作用長效現象的基礎。

   中國沖天爐技術的提高,建立在70年代,在全國進行沖天爐技術大普查的基礎上,借鑒了國外大雙沖天爐技術??上?,那時候,我國鑄造廠使用的是多孔隙的冶金焦,焦炭內部需要進行氧化,生成一氧化碳。就需要比較高的風機風壓和風量。但是同時,那時候已經明確,沖天爐用風,講究的是風壓而不是風量。

   隨著國外對沖天爐燃燒技術的認識的提升,他們經歷了爐底風口送風技術,單排風技術的進程。國際著名企業力士樂公司曾經在北京開了一家獨資公司-華德鑄造公司,其中的5噸沖天爐就是單排送風,中國主要的技術負責人多次要求改為大雙模式,被力士樂技術負責人一直堅決否定。


(熱風沖天爐)

   對大雙沖天爐技術進行調整,取得了很好的效果-帶一排輔助風的單排送風的相對小風口沖天爐技術。該技術強調的是送風的速度,就好比使用鉗子夾住橡膠水管出口的一部分,使水流高速沖出,達到風力吹進底焦內部并且保證了其在底焦中的送風通道,促成底焦內部的高溫燃燒。這對于當前,我們使用致密焦炭的高溫燃燒是非常有利的。底焦內部的燃燒被強化,而底焦的附壁高溫燃燒的優勢相對弱化,這對沖天爐運行無疑是有利的。相對強大的上排主風口,造成鐵水的強氧化還原的冶金效果,下排輔助風口,延長了鐵水的高溫時間,和還原狀態。

   這有利充分發揮碳化硅對鐵水的預處理作用。鑄鐵用碳化硅的使用:一部分放在底焦中部,逐漸落入主風口下,有利于對鐵水進行還原,起到持續提高石墨結晶晶核形態數量的強大作用。批料里面也加入一定的的鑄鐵用碳化硅壓塊、壓球。

批料里面的碳化硅在沖天爐的氧化區內顯示化學惰性-其表面形成的二氧化硅保護膜,而主要表現為預熱到高溫。而在沖天爐的高溫還原區,充分發揮其作用。甚可能利用碳化硅的這樣的性質,利用沖天爐存在送風通道,給我們向爐內噴吹懸浮在風中的碳化硅微顆粒提供了可能性,這是在以后的生產中非常值得探索的。碳化硅供應商完全可以提供微顆粒碳化硅,而且價格幾乎沒有提高。

   生產實踐證實了適當縮小風口的沖天爐技術,無論用于球墨鑄鐵的生產,還是用于灰鑄鐵的生產,都是可能明顯提高鑄鐵品質-鐵水溫度高,還原良好的。有利于降低鐵水的不良遺傳性特別是明顯改善原鐵水的遺傳性帶來的塊狀石墨、尺寸超大石墨、石墨不均勻分布。


(中頻熔煉爐)

   中頻爐熔煉鐵水,建議盡量做到:大部分爐料熔化過程中,不覆蓋造渣劑,任由大氣對其氧化,稱之為亞氧化熔煉技術,以破壞鐵水的不良遺傳性,特別是氧化鉛鋅等極有害元素使其成為渣子從而脫離鐵水,隨后,使用造渣劑覆蓋鐵水,高溫1500-1550度5分鐘或再長一點時間進行處理,以分解打開原鐵水的塊狀石墨,由于在整個熔煉過程中,石墨的結晶晶核在不斷減少,而碳化硅對鐵水的預處理作用效果只有在高溫下顯現,并且可以延續一定的時間,建議在熔煉初期就可以加入鑄鐵用碳化硅,以利于鑄鐵用碳化硅球、塊、大顆粒的預熱和打開。更好地發揮其對鐵水的預處理作用。

   鑄鐵用碳化硅的使用效果可以根據被處理的鑄鐵的質量進行判斷:1.灰鑄鐵,共晶團明顯增加,石墨分布均勻無方向-不折不扣的A型石墨,石墨長度3-5級。鑄件加工性能明顯改善。2.球墨鑄鐵,球墨尺寸細小,圓整度明顯改善,機械性能特別是斷后伸長率明顯提高,加工性能明顯改善。鐵水充型補縮能力提高。

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