冷硬铸铁轧辊气孔的产生与防止.pdf

冷硬铸铁轧辊气孔的产生与防止 黄 心 蜂 铸 造 分 厂 提 要 本文对产生气孔的机理 从理论与实践中进行深入的研究分析 指出铁水中气体饱和度 高 铸 型质 量差 和熔注工艺不 当 是导致 轧辊产生气孔 的主 要原因 从而根据不 同的熔炼 炉 采用合 理的熔炼 操作 工艺 提高铁 水的碳 硅量 和正确处 理铁水 把铁水的气体饱 和度 降到最 小值 正确设计和采用优质铸型 合 理地控制铁水 的出炉温度和浇 注温度等 技术 措施 可以 有效地把气孔 的产生 降到最 低的程度 1 前 言 由于 各厂采用的冶炼炉 工 装 生产的 原辅 材料 不同和技术 力量 的强弱等因素 的差 异 所 以冷硬铸 铁轧辊的合格率高 低悬殊 高的厂家达9 7 以上 低的厂 家只 有8 0 左 右 而气孔是冷硬铸铁 轧辊 经常 发生 的主要 铸 造缺艏之一 这不仅 影响了生产厂家 的经 济效益 而且 影响了用户轧材 的产质 量 为 此 研究解决 冷硬 铸铁轧辊产生气孔 提高 轧辊 的质 量是生产 的重要课题 小 表面张力很大 故形 成气 泡的 机率很 少 j而在不纯洁 的铁 水 中 气泡形 成的半径往 往大于铁水在 这种 气体饱 和度 时 的 临界尺 寸 r r临界耐 气泡 则可 能存在于 熔体 中 铁水在熔 炼过程 中存 在铁 水一烙渣 分界 面 以及炉底 包壁和铸型不 光洁等 都大 大促使 气泡的形成 j固体非 金属 夹杂物也可 成为气泡的核 心 铁 水于凝 固过程 气体溶 解度急剧 改变均促使 气泡 形成 气泡 的平均 半径 r 0 3 m IT 1 故上述式 2 可 表达 为 1 一 影 2 铁 水附气体 饱和度对产生气孔 的影 响 铁 水浇入铸 型 以后于凝 固过程 气体在 其 中的溶解度随之降低 而气体从熔体析出 便可 能形成气孔 气 孔的 形成条件 是 气泡内的气体压力 P 气 大于外界压力 P 外 即P 气 P 外 式 中 P气 PH 2 Pc o PN 2 1 P b P大气压力 P铁水静 压力 P表 面张力 2 在纯洁 的铁水 中 气泡 形 成 的 半径很 H一为铁 水柱 高度 c m r 一为铁 水比重 o o o 7 k g m a 一 为表面张力 冷硬铸 铁 为 0 0 0 1 5 k g C m 所 以 1 0 0 7 H 1 1 0 0 0 7 H 4 由式 4 可知 铁水 中气体饱 和度相同 时 轧辊上部产生气孔的 机率 大于下部 而根 据上述 式 1 P 气 P H PC O t 25 维普资讯 4 P N 可知析出气体的总压力等于氢 一 一 氧化碳 氮分压力的总和 一 般铸铁的含N 量在O 0 0 2 一O O O 8 取其平均值0 0 0 5 则 PN 0 0 6 大气压 对P 气影响不大 所以 氧和氢的饱和度对气 孔的形 成起主要 作用 而铁 水 中CO含量 及 Pc o 主 要决定于铁 水 中的氧 含量 而氧的饱 和度决定于熔渣 中 F e o酊含量I所以P 上 式 中 m 1 l Kc 2 9 6 5 当铁水在良好还原渣 F e O 1 0 熔 炼时 其 含氧量 在0 0 1 以下 则 由图 1得 知Pc o 一 5大气 压 而铁 水 中氢的浓 度主 要决定 于 炉气 中H H O之和的 分压力 当 炉料 燃料干燥并在良好还原渣下熔炼和铁 水 出炉后在 大气 中停 留时间较 短 时 则铁水 中含氢 量在 0 0 0 0 6 左 右 由 图 2得知P H 0 5 大气压左右 所以此 时的P气 P H 十 Pc o PN2 0 5 4 0 5 0 0 6 1 0 6大 气 压 由于P气 1 5 0 0 与高温浇 注 如 1 3 4 0 时 因 高温铁水在大气中停 留的时间长 容易吸收 大量 水份与 气体 使 铁 水氧化 加剧 而高温 浇注时使 气体停 留在铁水内 当冷硬 层快速 冷却凝 固时 t 体 来不及 完全逸 出 或高温 出炉与低温 浇 注 如 P 外 和式 1 的分析 铁 水 中氧 和氢的 饱和度对 气孔 的形成起主要 作 用 所 以应 采取一 切有效的 技术措 施来降低 铁水中氧和氢的含量 4 1 1 1铁水在还 原渣或弱氧化渣下 熔 炼 采用碱性 电弧 炉熔炼铁水 后期 在还原 渣下精炼 可 以把 熔渣 中的Fe 0降低 到 4 以下 同时氢的含量 也可降低到0 0 0 0 6 以 下 采用 无芯 士频 炉 中频感应 炉 熔 炼铁 水 用木炭或碎玻璃配合t 3 的萤石造渣和复 盖 铁水液面 熔渣 中的F e O含量可 降至 6 以下 同样 可 以显 著降低 铁水 中氧和氢的 含 量 采用反射 炉熔炼 铁水 应严格控 制煤粉 或油燃料 中的水份 同时精炼期不要用石灰 石造渣 而采用石灰 萤石雨l 炭粉等 作造 渣 材料 使 渣 中F e O 1 0 可 以有效地降低 氧和 氢的含量 采 用酸性 冲天炉熔炼铁水 造渣材料 切 忌全部用 石灰石 而用 1 3 1 2石 灰 石 1 2 2 3 萤石j有条件时I J 采用石灰 萤 石作熔剂 提高炉渣的碱度至0 6 0 9 和减 少铁水 中氧和氢的含量 最好采用碱性冲天 炉熔炼 可有效 地提高炉渣 的碱度到 1 5 2 0 使 熔渣 中的F e O降至 6 以下 从而 降低 铁水 中氧 和氢 的含量 4 1 1 2正确的熔炼操作 不 管采用那 种 熔炼 炉熔炼铁水 加入炉 内的炉料 燃料 必须 干 净 干 燥 除 冲天 炉 外 熔炼过程加入炉内的台金材料和脱氧 2 8 造淹材料需彻底烘烤 在 冲天 炉熔炼冷硬铸铁时 应 合理 控制 送 风强度 风量 过大使 铁水氧化 度和气体饱 和度显著增加 风量 过低 则使 铁水温度低粘 度增 大 所 以进风 强度 控制在9 O 一1 1 0 m m rai n 为宜 与此同时 应保持炉料和底焦 的高度 而降低铁水的氧化度和气体的饱 和 度 4 1 1 3适当提高铁水的碳硅含量 由于共 晶度对 铁水的气体饱和 度产 生严 重 的影 响 所以应严格控制碳 当量 实践 还 表明 碳当量相同则 c 高S i 低 轧辊产生气 孔的机率 大 故对 冷硬铸铁轧辊 的生产 控 制 C3 1 3 6 Si 0 5 0 7 是 恰 当的 至 于自 n深度 可以加入促进白 n化的合金 材 料来解决 无限冷硬铸 铁轧辊则控制 C 3 0 8 5 S i 0 8 1 1 对 于无限 冷硬球铁 轧 辊控制 C 3 0 3 5 S i 1 5 2 o 同 时 M 0 4 O 0 8 若 加稀 土则RE 0 O 1 5 0 0 5 4 1 1 4正确 地处 理铁水 白 n深度 的调整 为了调 整 白 口的深 度 往往于铁水 出炉后 需经 调整处理 处 理 铁水的硅铁籽 氧化铁皮等 需 彻底烘 烤 从 减少气体的饱和度 来说 应尽 量少用或不用 氧化铁皮 来增加 白 E l 的深度 而采用铁水包 中加碎锫铁和浇杯加入锴 量碲粉来解决 铁水 的复盖 铁水 出炉渣 扒净后于 铁水 液面复盖炭化谷壳或珍珠岩等复盖材料以减 少铁水液 吸收大气 中的水份和气体 从而减 少铁水 中氧和 氢的含量 4 2提高铸型的质量 4 2 1选 用优质 的冷型和涂料 冷型材质 可选 用 HT2 5 0 3 O 0 灰 E l 铸铁 或蠕铁 使 冷型具有 良好 的力学性能和导热 性能 同时冷型使用前其内表面的铁锈和污 物需 擦刷干净 使用 过程 内壁 表面 出现严重 维普资讯 龟裂纹 疏松 坑洞等歃陷应停 止 继 续使 用 冷型涂料应选 用粘结性 好强 度高发气量 小 的材料 可 以采 用 电极粉 石墨粉 水玻 璃的水涂料 若采用石墨粉 糖 浆 水 涂料 时 需注 意糖 浆发酵 与否 以减 少发气量 J最 好 少采用粘结 剂全 部为粘土的石 墨 粉 水涂 料 同时 电极 粉 石墨粉 需过 o3 0 A筛 去掉 大颗 粒和夹杂物 涂料 需混制均匀 比 重为 1 2 1 3 5 g c I 1 涂料 层厚 度0 3 一O 5 m 1 上薄下厚 无限冷硬铸铁轧辊冷型 涂料 层可 提高到0 4 0 7I 1 m 为 了使 涂料 中的水份彻底蒸发 涂料时 冷 型 温度应在 1 4 0 1 8 O 4 2 2 提高砂型部位铸型 的透 气性 和排 气性 砂型 部位的型砂透气性应 良好 同时砂 型 的烘烤温度控制在 4 0 0 5 0 O 并 保持 6小 时 以上 使 烘烤后残 留水份 O 1 0 设计砂 部位的铸型应考虑有足档的通 气性 一般砂型 部位砂箱 通气 眼面 积为藏部 位砂箱壁面积 3 5 4 2 3 提高铁水 柱高度 根据上述 式 4 P 外 1 1 0 0 0 7 H 所 以增加 冒口高度可以提高 H 但在保证轧辊 不产 生缩孔情况 下 不许 提高 冒口高度 对 于 冲洗法生产轧 辊 设计直 浇道时 适 当增加 其高度 一般高出冒口上端3 0 O mm以上 这 样使冷硬层于凝固初期相应地提高了铁水柱 的高度H 使外 界压力P外增大 以减少或消 除轧辊冷硬层 气孔 的形成 4 3 合理控 制铁 水的温度 上述 分析指 出 铁 水高温 出炉 配合高温 浇注 或高 温 出炉低 温浇注 均增加铁 水的 氧化度和 含气 量 而低温 出炉 则使 铁水 中非 金属 夹杂物增多而增加气 泡的核 心 并 常导 致 浇温过低 气体 逸 出困难 因此 对于冷硬 铸铁 合 理的出炉温度 应控制在 1 4 O 0 一 8 0 浇注温度 1 2 8 0 1 3 3 0 J C S i 含量低 和 中小型轧辊取 中上限 反之 取中下限 这 样有利于铁 水的氧