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简述铁合金碳化硅与增碳剂在铸造方面的应用有哪些?
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碳化硅是由一个碳原子和一个硅原子组成的化合物,其中硅占70%,碳占领区0%(按重量)。它是Edward G Acheson在生产人造金刚石时偶然发现的。由于它很坚硬,并且能切割玻璃、金属以及其他材料,因此碳化硅最初的用途是用作磨料。因为碳化硅几乎在任何温度下都不氧化,所以可将其用作耐火材料。由于它在高温下也非常稳定,所以曾被广泛用作窑炉的充填料。由于它能抵抗渣的侵蚀,所以可用作炼铝炉和鼓风炉的渣线砖。由于它在有渣存在的情况下溶解时,铁合金中的碳原子和硅原子会成为带电离子(C-4和Si +4)被释出,因而又是一种被广大用于电炉炼钢的有效脱氧剂。当将其加入灰铁、球铁或可锻铸铁时,它不仅很易溶解,并会使碳和硅以合金形式进入熔体。当温度低于1620℃时,其碳将起脱氧剂的用处,从而使诸如FeO和MnO之类不太稳定的氧化物,通过SiC+FeO=Si+Fe+CO这一响应而被还原。当温度高于1620℃时(例如冶炼时),硅将担负起所有的脱氧任务,而碳则起增碳剂的作用,且其收得率可达100%。铁的无芯感应熔炼是碳化硅的主要应用领域。在美国,约有95%的无芯感应炉都是用SiC作为主要的硅源。在灰铁、球铁和可锻铸铁方面,都是通过SiC+FeO=Si+Fe+CO这个反应,用SiC来降低FeO和MnO在渣中的含量。

因为FeO的生存能使任何渣的熔点下降,所以在任何既定的温度下,因为渣的熔点的下降,都会使更多的渣变成液体。例如,当渣中的FeO含量为10%时,它的熔点将是1350-1400℃,加之在无芯感应炉的强烈搅拌作用下,这种液态渣将在熔体中被“均匀化”,从而把千万个非常小的渣粒留在熔体中,铸件的许多表面缺陷就是这种流动性很好的高FeO和MnO渣(通常称之为硅酸锰渣)被带入了铸型造成的。如果加入SiC,从而把这种渣的FeO含量降到1或2%,其熔点就会提高到1500-1550℃,那么,在通常的出铁温度(1500-1550℃)下,这种渣或者仍然保持为固体,或者仅有很少量变成液体,从而将一较大的单体保留在炉子中,这就使得渣粒因有较高的上浮速度而容易被排除,并使其被带入铸型从而造成铸件缺陷的机会大大减少。

铁水中存在非常小的FeO-SiO2夹杂(铁橄榄石)是使铁水流动性下降、缩松倾向增大、白口增多的主要原因,这对球铁来说更是如此。因此,减少其在铁水中的数量,就能消除增大缩松和白口倾向。

因为碳化硅在铁水中是溶解而不是熔化,因此,它进入铁液所花的时间要比FeSi长。由于用处时间较长,所以衰退时间增大。因此,在球铁方面,尽管炉子往往没有给硅留有余地或者只留有很小的余地,然而各项铸造厂已经发现,往炉料中配入至少3-4kg/T的SiC在经济上是合算的。他们所看到的冶金效果是:白口发生减少,流渣造成的缺陷降低,石墨球数增加,缩松倾向减小,衰退时间增长。这部分是因为用残留物含量低的SiC取代了含有铝的硅铁和N和S含量都较高的增碳剂的结果。

SiC在球铁方面的另一用途是进行纯镁处理时的“预孕育”用处。进行纯镁处理的缺点之一就是会增加产生缩松和碳化物的倾向。国外的研究表明:往处理包中加入2kg/TSiC是消除这一冶金问题的最有效办法。

由于FeO在球铁渣中的含量比在灰铁或蠕铁渣中的含量要高,因此,流态渣对球铁造成的问题要比对灰铁或蠕铁造成的问题更严重,因此,往球铁中加入SiC的效果会更好。

在灰铁和蠕铁方面,国外铸造厂所观察到的冶金效果与在球铁方面所观察到的效果基本相同:渣的数量和流动性减小,共晶团数量增多,白口倾向减少,衰退时间增长。另外,国外的灰铁和蠕铁铸造厂常常都有足够供在炉料中配入一定数量SiC的余地。最通常的加入量是:灰铁10-15kg/T,蠕铁5-10kg/T。我国是碳化硅生产大国,年产量已达20多万吨,其中冶金级碳化硅的产量约占1/3左右,目前在我国主要是用作电炉炼钢的脱氧剂,在铸造厂的应用极少。

由于我国各项铸铁厂,尤其是球铁厂,都不同程度地生存着流渣引起的缺陷等问题,而且也都面临着一个如何满足越来越高的质量标准和日益激烈的成本竞争问题,因此,集脱氧剂和增碳剂于一身、且资源丰富的碳化硅必将成为我国许多铸铁厂减少流渣缺陷,提高铸件质量,降低成本的一个非常重要的工具。

此外,随着用高镁合金包芯线生产球铁技术的日趋完善与推广,用既能增碳、增硅,又能起预孕育作用的碳化硅部分或全部取代硅铁的工作也必将被各项铸铁厂提到日程,因为这不仅能提高球铁的质量,而且还能进一步降低生产成本。

总之,碳化硅在我国当今铸铁厂的应用,既是势在必行,更是大势所趋。

增碳剂属于外加铸造、炼铁增碳原料。优质增碳剂是生产优质钢材必不可少的辅助添加剂。同样的化学成分,采用不同的熔炼工艺、不同配料和配料比,铁液的冶金质量完全不同。获得好的渗碳效果,电炉采用的是增碳技术,冲天炉采用的是高温精密铸造技术。

增碳剂对精密铸造产品的影响主要有三方面。

1、在高的碳量条件下,为获得高强度的灰铸铁铸件,熔炼过程采用全废钢加增碳剂的工艺,是铁液更加纯净,生产的铸件材料性能高。

2、铁液增碳技术,在熔炼过程中特别是电炉熔炼,可以增加石墨晶核,同时减少铁液氧化。

3、增碳是防止或减轻收缩倾向最好的措施。由于铁液凝固过程中的具有石墨化膨胀的用处,因此有效的石墨化会减少铁液的收缩倾向。

增碳剂在铸造时运用,可大幅度增加废钢用量,减少生铁用量或不用生铁。电炉熔炼的投料方式,应将增碳剂随废钢等炉料一起往里放入,小剂量的添加可以选择加在铁水表面。但是要避免大批量往铁水里投料,以防止氧化过多而出现增碳效果不明显和铸件碳含量不够的情况。增碳剂的加入量,根据其他原材料的配比和含碳量来定。不同种类的铸铁,根据需要选择不同型号的增碳剂。

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