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合成鑄鐵溶煉過程中增碳劑與碳化娃的**配伍 (三)

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文章附圖


合成鑄鐵溶煉過程中增碳劑與碳化娃的**配伍 (三)


四、碳化硅的特性和鑄鐵冶金效果

碳化硅是碳原子與硅原子以共價健結合的非金屬化合物,分子式為SiC,具有與石墨相似的六方晶體結構,可以列為石墨化增碳劑的特殊形態。碳化硅冶煉爐和石墨化爐都是屬于同類型的電阻爐。

4.1冶金碳化硅的工藝特性

碳化硅冶煉的間歇電阻爐的溫度呈中心高,向外逐漸降低的趨勢。圖3是碳化硅冶煉爐溫度及含量分布趨勢。碳化硅的晶粒顯示出由內粗外細的晶體結構,即中心部位于碳化桂晶體具有一定方向的鏈式結構,是晶體在放射式鍵的方向上聯結,還有些鍵緊根生長在一起,形成致密的晶體結構,尺寸達數毫米,SiC含量97%以上屬a-SiC晶型是磨料級碳化硅,做磨具和耐火材料的原料。離爐芯愈遠, 隨著溫度下降,碳化硅的晶體排列無一定規則,是

多孔疏松的微晶結構,晶體尺寸在數微米是β-SiC 晶型SiC含量在90%以下的二級、三級碳化硅稱冶金碳化硅,是煉鋼的脫氧劑、提溫劑或作鑄造的孕育劑和預處理劑。

4.2碳化娃的冶金性能

4.2.1碳化硅的溶解特性

在正常的大氣壓下,碳化硅是不溶解的在2780 °C直接分解成氣態硅。碳化硅能在鐵液中逐漸溶解,因為碳化硅在空氣中氧化,在其顆粒表面形成一層Si02膜,保護它不再氧化,故1 400°C穩定少變化。碳化硅在金屬氧化物的反應溫度:FeO 1300°C、MnO 1360°C、CaO 1 000°C、MgO 1000°C在鐵液和熔渣中的堿性金屬氧化物和碳化硅表面 Si02膜反應,形成低溶點化合物,碳化桂表面形成的Si02被破壞,碳化硅繼續被氧化,部分分解成Si和 C進入鐵液。

4.2.2碳化硅的脫氧性能

碳化硅有關反應的自由能變化值均為零。炭化硅與鐵液中或熔渣中的氧相互反應,放出大量的熱反應式為:

鐵液 3 [Fe0]+SiO=3[Fe]+Si02+C0

ΔG°=607.354-91.57T

熔渣(FeO)+SiC=[Fe]+Si+CO

     ΔG°=261.001-52.88T

由于按下列反應,渣中的氧化鐵由5%-15%降到0.5%或更低,如此巨烈的爐渣,液態金屬及爐襯的反應特性,提高了S在渣中的分配系數,從0.5-2.5%到4.0-17.5,從而降低金屬中的S量 0.035%-0.045%。同時減少渣的數量。除Si外,還降低鐵液中氣體的含量,因為從式中看出,CO釋放可帶出其他氣體氣。

4.2.3碳化硅的氧化氣氛下的耐高溫特性

在碳化硅表面形成的Si02膜,對抵抗氧化具有特殊意義,根據它所固有的抗氧化性,碳化硅無論抵制沖天爐中氧化爐氣,還是電爐中溶解時,都經得起空氣的侵蝕。它能承受鐵液溫度不穩定造成的不良影響,無論溫度高低,都能達到良好的冶金效果。

4.3碳化硅的鑄鐵冶金特性

4.3.1碳化硅的預處理作用

合成鑄鐵熔煉過程,為改變鐵液的結晶條件,常加入攜帶Si載體材料(如硅鐵等),為改變鐵液的結晶條件、鐵液狀態和化學成分,以獲取優質鐵液所作的條件準備,稱之為預處理。表5是硅鐵與碳化硅在鐵液中的溶解特性。

表5硅鐵與碳化硅的溶解特性

Si載體

硅鐵

碳化硅





溶解特性

1 210°C起溶化到鐵液中

在空氣中不溶化,在鐵液堿性金屬氧化物中能逐漸溶解,較長的時間后所

生石墨才能形成

不含碳

含30%的碳

石墨晶體只由一個核心構成,核心中的碳只能從鐵液中來,在鐵液中溶解速度快、濃度差、消失時間快。

石墨晶體核心多,凝固時碳過飽和區域作為核心起作用,形成石墨的數量多,形成的時間以及壽命都長。更能承受鐵液不穩定造成的不良影響。碳化硅顆粒表層的Si02膜的阻礙,影響石墨的生成時間和停留時間,使石墨析出時間延長,使碳化硅起到了保證長效孕育功能。


由于最終的目的不同,預處理的內容有所區,對灰鐵而言,共晶團細化而分布均勻,石墨呈A 型,并使石墨變小、變短;對球鐵而言,使石墨球數增加,石墨球型更好,鐵素體增加。預處理的效果的參數是:石墨形態共晶平衡溫度的過冷度,共晶體粒度,在所有的情況下,隨著飽和度增加,石墨共體晶粒度提高,共晶過冷度減少。

碳化硅的預孕育能力有一種新評價,文獻指出:含SiC82%與88%的所呈現的結果,不是含高SiC量的碳化硅表現出的強烈的生核效果,而是最低的那部分碳化硅在起作用,圖4是SiC種類和預處理結果之間的關系。對Si02膜層延遲溶解過程的方法是將SiC加入少量堿性物質,形成低熔的堿堿性硅酸,觀察碳化硅溶解過程。人為的對SiC98%進行氧化處理,溶解速度明顯降低到與SiC84%接近, 證明Si02膜對SiC顆粒溶解動力學起重要影響,可以說SiC起到長效孕育的Si源作用。



4.3.2碳化硅的孕育作用

合成鑄鐵鐵液中,石墨的析出,石墨形核,主要依靠非異質晶核作為鐵液中大量的石墨生核劑,一般都是通過孕育來擴大非異質形核范圍,碳化硅加入到鐵液中逐漸熔融到鐵液中發生下列反應。

SiC+Fe=FeSi+C(非平衡石墨)

式中SiC里的Si和Si結合,余下的C就是非平衡石墨,作為石墨析出的核心。非平衡石墨鐵液中的C元素不均勻分布,局部C元素過高,微區出現“碳峰”,析出的石墨就稱為非平衡石墨。這種新生石墨有很高的活性,很容易吸收鐵液中的碳,孕育效果極其優越。由此可見碳化硅就是這樣一種硅基生核劑。熔煉時加入碳化硅對灰鐵來說,由于非平衡石墨的預孕育作用,可以提高共晶團大量形成和生長的溫度,有利于形成A型石墨,還可以以晶核數量增多,使片狀石墨細小,提高石墨化程度,減少白口傾向,從而提高鑄件力學性能。對于球墨鑄鐵而言,結晶核心增多,石墨球數隨之增加,球化率得以提高。碳化硅作鑄鐵合金的添加劑除了增碳功能外,它產生的特殊伴生功能,對改善提高鑄鐵質量具有特殊意義。表6是碳化硅的孕育作用與伴生功能,文獻指出sic是**的脫氧劑,改善鑄件質量,降低鑄件不合格率,減少廢品的一種方便、實用、經濟、簡單的技術措施。


4.3.3碳化硅提高硅石爐襯的感應電爐的使用壽命

碳化硅的脫氧作用,降低FeO和MnO在渣中的含量。耐火材料系統中的FeO都會生成低熔點的兩相化合物,是渣中對爐襯最有侵蝕性的組分,在爐襯為硅石的條件下,FeO會與Si02生成溶點1 170°C,并常常成為黑色薄膜出現在爐壁上的鐵攬石。因此減少渣中FeO含量,可以使爐襯的壽命提高 10%-100%。

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