铸件

关于201材料铸造的质量缺陷,急盼解答

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蜡模工艺,201不锈钢材料,生产蛋糕拍子,产品结构较复杂,55%存在裂缝、麻点等缺陷。怀疑炉温过高,目前未能测量炉温,但估计1500-1600度。
1.对于201材料,不知多少温度合适?
2.对于201材料,是否需要加其它硅之类的材料?比例多少?

如能解决生产问题,愿以重金酬谢!并如有机会,可建立长期关系,作为我厂技术指导专家。
联系人:陈女士
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钢铁合金液净化剂的应用

铸钢铸铁在熔炼过程中一直到金属液在铸型内凝固之前,合金液中有大量的非金属夹杂物,这些夹渣物的来源有两个方面,一是金属炉料带入的,如金属炉料表面的粘附物,铁锈、油渍、杂物,还有废铸件、浇冒口粘附的型砂等。二是熔炼过程中冶金反应的产物;包括两个方面: 1、合金液内发生的反应,如2[FeO]+[Si]=[SiO2]S+2FeL而生成的SiO2; 2、合金液或炉渣与炉壁材料间发生的反应,如2[CaO]+[SiO2]S=2CaO•SiO2等。
合金液中的非金属夹杂物比重轻,大部分在熔炼过程中聚集上浮至合金液表面被扒除;少部分残留在合金液内,颗粒大的在铸件内形成渣孔导致铸件报废,颗粒小的在铸件凝固后形成微观夹杂物,降低铸件的综合机械性能。
各种夹杂物残留在合金液内是有害的,即使是以渣的形式被扒除,残留的渣多量大也是极其有害的。一是渣多量大,夹杂物残留在合金液内的几率就多,其次是夹杂物影响合金的导磁、导电,使合金料熔化速度变慢,导致熔化能耗的增加;还有过量的杂物被加热、熔化同样要吸热,这也导致合金熔化能耗的增加。
合金中非金属夹杂物主要有:各种氧化物、盐类,大多的是硅酸盐,还有少量的硫化物等。常见的氧化物及复杂化合物的物理性能如表;

几种氧化物的主要物理性能
氧化物 CaO MgO MnO FeO Na2O SiO2 Al2O3 TiO2 V2O3 P2O5 FeS CaS
密度(g/cm3) 3.32 3.50 3.36 5.9 2.27 2.23-2.65 3.96 4.24 4.87 2.39 4.6 2.8
熔点(℃) 2530 2650 1580 1400 860 1710-1723 2050 1840 1977 - 1193 -

几种复杂化合物的主要物理性能
化合物 MnO·SiO2 2MnO·SiO2 MnO·Al2O3 2FeO·SiO2 Al2O3·SiO2 3MnO·Al2O3·3 SiO2
密度(g/ cm3) 3.72 4.04 4.23 4.32 3.05 4.18
熔点(℃) 1291 1345 1560 1205 1487 1195

合金液中的非金属夹杂物含量较多是SiO2、Al2O3、CaO等,它们的熔点很高,在铸钢铸铁熔炼的温度范围内难以熔化、颗粒又小,所以很难上浮。当这些氧化物与合金液中或有意向合金中加入的某些物质发生反应,生成复合盐,构成多种氧化物组成炉渣,熔点就大大降低,密度也明显下降,颗粒变大,容易上浮。下表是冲天炉炉渣的典型成分,酸性渣熔点在1300-1350℃,密度小于3g/cm3,碱性渣熔点稍高一些。

冲天炉常见炉渣的成分范围
名称 炉渣化学成分(%)
SiO2 CaO Al2O3 MgO FeO MnO P2O5 FeS
酸性渣 45-55 20-30 5-15 1-5 2-5 2-10 0.1-0.6 0.2-0.8
碱性渣 20-35 35-50 10-20 10-15 ≤2 ≤2 ≤0.1 1-5

降低非金属夹杂物的数量以及对已生成的夹杂物最大限度地快速排除,是合金熔炼及合金液处理的一项重要任务。合金液净化剂基于这种目的研究开发出的一种新型的铸钢铸铁熔炼的净化剂,经过实际使用,净化剂具有以下方面的特点和作用。
1、净化剂的熔点低,熔融状态呈碱性
净化剂的主要成份
组元 CaO Na2O SrO SiO2 Al2O3 V2O5 CaF2 其它*
重量比例(%) 10-18 23-32 2-8 5-15 3-12 1-6 4-9 少量
这种以多种氧化物组成的净化剂呈碱性,碱性的提高是靠增加低熔点的氧化钠[Na2O的熔点约860℃、沸点1100℃],而不是靠增加高熔点的氧化钙[CaO熔点约2530℃]。遇热后,净化剂中的Na2O迅速熔化、气化,能加快CaO、SiO2、Al2O3等高熔点氧化物的结合,生成低熔点的硅酸盐,等2CaO·SiO2 、2MnO·SiO2 、3MnO·Al2O3·3SiO2 等构成低熔点的炉渣,也就是说,净化剂在合金液中呈熔融状态,能迅速吸附合金液中的非金属夹杂物,构成复杂的化合物,熔点降低、密度下降、颗粒变大上浮,然后被扒除。冶金上,把这种利用熔融渣净化合金的操作,称为渣洗。市场上销售的聚渣剂也是多种氧化物组成的,多数呈酸性,熔点高,在合金液表面熔化慢,对合金液中非金属夹杂物的吸附性差,使合金中的微观夹杂物不易聚集上浮,其作用远远不如我们开发生产的净化剂。
2、提高钢铁合金液纯净度,减少渣孔气孔、增加产品成品率
钢铁合金在熔炼过程中,合金液中不可避免的有很多非金属夹杂物,这些夹杂物的聚集上浮,然后清除,就能减少其危害性。非金属夹杂物上浮的快慢取决于上浮速度,合金液中夹杂物的上浮速度计算式为:

式中: g=重力加速度 =合金的粘度
合-夹=合金、夹渣物的密度
分析V的计算式,影响V的最大因素是r,,其次是夹;V与r的平方成正比,即合金液中,渣的颗粒增大1倍,上浮速度增大4倍。对于铸铁还是铸钢,式中合变化不大,所以夹越小,合- 夹值越大,即V值就越大。前面的分析表明:净化剂的操作使用,能促使简单化合物变成复杂的盐、形成炉渣,即渣的颗粒变大,密度变小,这些都有利于渣的上浮、排除,结果合金液中残留下来的渣减少,降低铸件产生渣孔的机率。
合金粘度的大小表示合金液内的固体颗粒的内摩擦力的大小。残留在合金液中非金属夹杂物颗粒越大越多,合金液的粘度就越大,换句话说,合金液的流动性就越差,不利于合金液中的气体及非金属夹杂物的排除。加入净化剂的操作,净化剂中低熔点、低沸点的物质能促使非金属夹杂物迅速变大上浮,残留在合金液中非金属夹杂物及有害气体减少。结果,在同样的温度下,合金液的流动性增加,这些都有利于合金液中气体的排除,降低了因气孔而造成的废品。渣孔、气孔的减少,提高了产品的成品率。
3、增加钢铁合金液的还原量,减少合金液损耗
中频炉熔炼或双联熔炼的过程中,钢铁合金液中存在着不等量的氧化铁,这些不等量的氧化铁大部分都裹在炉渣中被扒除,少部分仍然残留在钢铁合金液内形成夹杂物,影响产品的性能,甚至造成产品报废;加入净化剂的操作,净化剂中的碱性氧化物发挥作用,即净化剂呈碱性,加入熔炼金属料或合金液中,能减少钢铁合金在熔炼过程中被氧化的几率,即减少了合金液中氧化铁的含量,增加了合金液中的氧化铁被还原的几率,能最大限度的促进炉渣中氧化铁的还原,炉渣量明显减少,炉渣的粘度明显降低,合金液纯净度明显提高,促进渣铁层更好的分离,大大减少炉渣中裹入的铁,一般使用净化剂每吨熔炼钢铁合金料比不使用净化剂多产出5-13公斤的钢铁合金液成品;同时减少钢铁合金液的损耗,提高生产效益,降低生产成本。
4、加快钢铁合金料的熔化,缩短熔炼时间,减少用电量
感应电炉熔炼钢铁合金,净化剂是放置于炉料的中间位置,炉料被感应加热,净化剂中低熔点的Na2O等迅速熔化、气化,熔融或汽态的Na2O充填到炉料间隙中,冲洗炉料表面,并发生 2Na2O + SiO2 = 2Na2O·SiO2这个反应能加快炉料表面的粘附物从炉料表面脱离,炉料表面清净有利于金属的导磁导电;表面干净的炉料也容易被加热软化,熔炼过程中能有效减少炉料的搭棚架桥,这些都有利于促使炉料熔化速度加快,熔化时间缩短,达到节能的目的。回炉料表面粘附的杂物越多,加入碎料、或铁屑的比例越大,这种作用就越明显。
5、球铁生产使用能降低球化剂的加入量
球铁生产中,铁液的熔炼方式决定了铁液的含硫量。一般冲天炉熔炼,铁液的含硫量在0.05-0.08%之间;电炉熔炼,铁液的含硫量在0.02-0.04%之间。当熔炼方式一定,即铁液含硫量一定,球化剂的牌号即球化剂的成分固定的时候,球化剂的加入量直接和球化处理温度及铁液含硫量有关,如果球化处理温度也一定的时候,球化剂的加入量就仅仅与铁液的含硫量有关,铁液含硫高,球化剂加入量就多。如表
铁液的含硫量与球化剂的加入量
原铁液含硫量(%) 0.11-0.1 0.1-0.085 0.085-0.07 0.07-0.06 0.06-0.05 0.05-0.04 0.04-0.03
球化剂的加入量(%) 1.8-2.0 1.7-1.9 1.6-1.8 1.5-1.7 1.4-1.6 1.3-1.5 1.2-1.4
球化剂的主要成份(%) Mg8-10 Re8-12 Si38-42
净化剂呈碱性,加入铁液后,净化剂中CaO、Na2O与铁液内的FeS发生反应,降低铁液内的含硫量,导致球化剂加入量减少。CaO、Na2O的脱硫反应为:
CaO+FeS=CaS+FeO
Na2O+FeS=Na2S+FeO
CaS、Na2S上浮、排除,铁液含硫量降低。
6、电炉熔炼,对炉衬有较好的保护作用
感应电炉熔炼铸钢铸铁,炉衬材料多为酸性,即打结炉衬的材料主要成份是SiO2,高温下SiO2与碱性氧化物发生化学反应,如2[CaO]+ SiO2=2CaO·SiO2,该反应侵蚀炉壁,降低炉衬的寿命,所以炉渣碱度越高,对炉壁侵蚀越大。净化剂呈碱性,但是在使用中,是将净化剂放置于炉料中间,净化剂中的碱性氧化物不易接触炉壁。再者净化剂中含量最高的Na2O熔点低,沸点也低(熔点约860℃,沸点约1100℃),在铁液的高温下,它能促使其他非金属夹杂物迅速熔化、聚合,而其本身以游离态的形式在铁液内存在的时间很短,与炉壁材料直接发生反应的几率很低。净化剂中,若不考虑Na2O,只考虑CaO、Al2O3、Fe2O3等熔融状态,其碱度是很低的。
炉渣碱度的计算方法有2种。
按照离子理论,渣的碱度为100克渣中氧离子的摩尔数NO2-。碱性氧化物释放O2-氧离子,而酸性氧化物消耗氧离子,碱度的计算式为:B=NO2-=NCaO+NMgO+NMno+NFeO+……-2NSiO2-3NAl2O3 -2NFe2O3-3NP2O5
按照分子理论计算,渣的碱度为碱性氧化物与酸性氧化物的比,计算式为:

R<0.8为酸性, R>1.2为碱性, R=0.8-1.2为中性。
显然,熔融状态下的净化剂,Na2O大部分气化后,剩余成分呈弱酸性,就是说,在相同温度下,相同的时间内,净化剂的操作,对炉衬不会造成侵蚀。
炉衬是酸性的,回炉料粘附的型砂,主要成份是SiO2,市场上多数聚渣剂,主要成分也是SiO2。熔化过程中,熔融的渣粘度大,与炉壁接触后,高熔点、粘度大的渣容易粘附在炉壁上,操作者要经常用钢钎等工具清除,清除过程中很容易破坏炉衬的釉面层,降低炉衬的使用寿命。加入净化剂后,炉渣很快变成低熔点的硅酸盐,粘度降低不易粘附在炉壁上,就不会损坏炉衬的釉面层,延长炉衬的使用寿命.
还有:加入净化剂的操作,使炉料熔化速度加快,缩短了炉料、炉渣与炉衬之间在高温下的接触时间,换句话说,加入净化剂的操作缩短了炉衬在高温下被侵蚀的时间。综合以上分析,添加净化剂的操作,炉衬寿命不但不会降低,反而还会有效的延长。
7、使用净化剂的经济效益分析
合金熔炼过程中,添加净化剂的操作能使熔化过程缩短,降低能耗,还能提高设备的功效;合金液得到净化,减少了铸件的气孔、渣孔的缺陷,提高了铸件的质量,提高了成品率;铸件废品的降低,减少了废铸件的回炉重熔,进一步起到降低能耗的作用。还有,球化剂加入量的减少,炉衬寿命的提高等等,其综合经济效益远远大于因购买净化剂而花费的代价,以某厂实用效果为例。
生产的基本条件:1吨感应电炉,配变功率为600KW,使用净化剂后,每炉熔化时间缩短14分钟,成品率提高约6%,仅节电一项进行计算,单炉熔化时间节省约1分钟,电价按0.70元/度计。
单炉节约电费: 0.70×( 14 ÷ 60 )× 600 = 98(元)
单炉净化剂成本: 1 × 85 = 85(元)
仅此一项1吨铁水节省:( 98 – 85 ) = 13(元/吨)。
再加上电炉功效的提高,炉衬寿命的延长,产品废品率的降低等,综合效益非常可观。
使用净化剂还有很好的社会效益:加入净化剂的操作能耗降低,产品成品率提高,废品件的回炉重熔量减少,进一步降低能耗,再加上减少熔炼过程中废渣的排放等,一定程度上达到了节能减排的目的。
总之,我们的净化剂是一个非常好的铸钢铸铁熔炼的净化剂。
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