爐前鐵水熱分析儀在鑄鐵領域的應用方法

來源： 作者： 時間：2015-3-16 17:21:56

爐前鐵水熱分析儀在鑄鐵領域的應用方法

爐前鐵水成份熱分析技術是以鑄鐵組織形成過程的凝固溫度曲線為被測對象，由計算機對凝固溫度曲線迸行解析，從而計算出鐵水的碳當量（CE％），碳含量（C％），硅含量（Si％）等指標的鑄鐵爐前快速分析技術，測量精度可達到CE：±O.1O％、C：：±0.05％、Si：±0.l0％�，F在被廣泛用于鑄鐵生產的在線測量，是一種成熟可靠的測定方法，但使用過程中需要注意在以下幾個方面

1、熟悉熱分析技術的特點，使其在實際生產中充分發(fā)揮作用

   我們從事鑄造技術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的基礎工具，它給出了鐵水成份下凝固過程相變溫度之間的定量關系，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性能存在一定的關系，我們就是通過這種關系進行金屬材料各項性能指標的猜測，調控生產過程。鐵碳平衡相圖的測定方法與熱分析技術測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)下測定出的結果，而熱分析技術測定出的冷卻曲線是生產實際中使用鐵水，它的成份相對比較復雜，冷卻曲線的形態(tài)與標準狀態(tài)也有一定差異，但正是這種差異更能代表鐵水的實際狀態(tài)，我們使用這種實際鐵水的冷卻曲線進行鐵水質量分析與控制更加接近生產實際，與單純使用以成份為基礎的鐵碳平衡相圖進行生產分析與控制相比減少了一個環(huán)節(jié)，其結果將更加正確，控制的精度更高，在生產中發(fā)揮的作用將更有力。

2、把握鐵水成份、性狀與鐵水質量的關系

   很多研究證實影響鐵水質量的因素除成份外，鐵水性狀也是影晌鐵水質量的一個重要因素，所謂鐵水性狀即某一成份的鐵水某一時刻所處的狀態(tài)，不同的熔煉過程的不同時刻鐵水的性狀是各異的，這種性狀以鐵水成份為基礎條件隨時間而動態(tài)變化的，這種性狀的不同必然會對鑄件性能產生影響。但對性狀對鐵水質量的影響假如使用常規(guī)的基于成份的分析方法我們無法加與區(qū)別。對于基于過程測定的熱分析法來講，由于其測定的是鐵水動態(tài)凝固的一個完整過程，通過對不同測定過程進行對比分析，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鑄件質量的影響提供了一種有利的定量分析工具。使用熱分析儀對同一爐鐵水不同保溫時間進行測定的結果，從測定結果發(fā)現，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，即證實了鐵水質量并不是只與成份有關，要獲得高質量的鐵水需進行多種因素綜合控制。

根據以上分析可以看出，熱分析技術所測定的鐵水冷卻曲線，除通過由TL、TE的數值推算出［c］、［si］含量進行定量監(jiān)控外，通過對冷卻曲線狀態(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、過氧化等現象。

3、熱分析技術應用于工廠爐前控制，需注重的幾個問題

   固然理論熱分析技術的應用非常廣泛，但由于要求使用者具有一定的理論水平和相當的實踐經驗，就我國鑄造企業(yè)實際職員的素質和知識結構情況而言，還很難達到，目前還主要應用在測量鑄鐵白口化冷卻曲線，通過TL、TE的數值推算［C］、［Si］含量的層面上，在使用中經常會出現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：

  ①、鐵水碳當量、［C］、［Si］含量測量范圍的認定：從丈量原理上講，熱分析儀器只能丈量共晶鐵水，過共晶鐵水由于先凝固的初生相為石墨，開釋的結晶潛熱不規(guī)律，在冷卻曲線上無明顯特征點，無法快速正確的在爐前判定出初晶溫度TL，所以根據冷卻曲線無法正確計算出鐵水的C、Si含量，這里所說的過共晶鐵水的概念與一般理解的過共晶不同，鐵碳相圖上鐵水的共晶點的碳含量約為4.30％，但由于實際鐵水中的共晶點確認熱分析儀所能夠測量的鐵水碳當量，Si元素有降低共晶凝固溫度，進步鐵水共晶點碳當量的作用，同時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一步降低，高鐵水共晶點碳當量，所以熱分析儀所能測量的鐵水碳當量遠大于理想狀態(tài)時的4.32％的范圍，根據Si％含量及其他元素的不同其碳當量的測量上限可以達到4.83％。C、Si含量的測量范圍由鐵水凝固過程中的初晶溫度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，就可以依據經驗公司推算出其C、Si元素的含量。但由于某一鐵水Si％、C％組合不同，其測量范圍與理論上測量范圍有一點誤差。

  ②、過冷失敗的處理：在使用熱分析技術分析鐵水成份過程中，在某種條件下會出現鐵水在共晶凝固過程中不能按照亞穩(wěn)定系白口方式凝固，呈現共晶溫度過冷現象，無法正確判定共晶溫度致使測量失敗，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，在凝固時抵消了Te無素的白口化傾向，起到形核核心的作用。消除此現象方法可采取增加Te加進量，進步鐵水溫度、延長保溫時間，使未完全融化的合金微小顆粒充分熔化。

  ③、測量誤差原因分析：由前面的論述可以看出熱分析法在爐前鐵水控制的應用是一種基于成份當量的過程控制，并非嚴格意義上的成份測量方法，其對于成份的丈量的依據是理想狀態(tài)Fe-C-Si三元素相圖，實際生產過程中的鐵水與理想狀態(tài)的Fe-C-Si三元素相圖所依據鐵水間的差異必然會傳遞到成份測量過程中，影響成份測量的精度，固然對于穩(wěn)定的差異所造成的誤差可以通過修正系數加以修正，但對于鐵水中除C和Si元素外的其他元素的波動所造成的誤差則沒有有效的修正措施，這一點實際測量時需引起注重，在原材料不穩(wěn)定予以考慮。

對于普通熱分析系統(tǒng)來講也是如此，普通熱分析儀器只進行白口凝固冷卻曲線測定，通過捕捉到初晶溫度TL、共晶溫度TE這兩個特征點，由內裝的計算機程序計算出碳當量［CE］、碳含量［C］、硅含量［Si］，需要說明的是：鐵水成份熱分析儀報告的［C］、［Si］含量是鐵水中所有元素對TL、TE綜合作用效果，等效［C］、［Si］元素對TL、TE作用效果的報告。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，其數值與常規(guī)化學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TL、TE都有著不同程度的影響，但影響最大的是［C］、［Si］這兩個元素。在常規(guī)條件下調整TL、TE最方便的方法、也是調整這兩個元素的含量。因此要獲得預想的組織和性能，只要調整［C］、［Si］這兩個元素的含量，就能夠將TL、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，互相反應以后，對備自的作用程度有著抵消和增強。鐵水成份熱分析儀由TL、TE推算出來的［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出實際效果的含量。因此當鐵水中其他的成份、含量發(fā)生變化時熱分析儀測報的［C％］、［Si％］的有效含量就會發(fā)生變化。

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