一、偏析及其减少偏析的方法
出炉铁水的温度,通常要比硅铁的熔点高300~350℃,因此铁水冷凝较慢,在缓慢的冷凝过程中,密度小的纯硅上浮,密度大的硅化铁下沉,即在冷凝后的硅铁锭中,成分并不均匀,锭的上层硅含量较高,锭的下层硅含量较低,这种现象称为成分偏析现象。
实践证明,硅铁的成分偏析随浇铸厚度增加,随冷却速度减慢而加剧,并与合金含硅量有关。例如,厚锭中的偏析比薄锭中的偏析严重,75%硅铁的偏析又比45%硅铁的偏析严重。
合金成分严重的偏析,会增加硅铁的粉化倾向。为减少成分偏析现象,一是应减少铁锭厚度;二是降低铁水浇铸温度;三是加快铁锭冷却速度。75%硅铁锭厚度小于100mm,45%硅铁锭厚度应小于150mm。
浇铸完毕,硅铁呈桃红色时,应脱模将铁锭夹于盛铁箱。否则,铁锭在锭模内碎裂,给吊铁带来困难。
二、粉化及防止粉化的措施
硅铁在存放或运输过程中,有时会出现下述现象:铁块变成粉末,并放出具有臭鸡蛋气味的气体,而当铁块存放在潮湿的地方或与水相接触时,铁块变成粉末的趋势更加强烈,这一现象习惯上称为硅铁的粉化。硅铁粉化是一个相当严重的质量问题,对此曾进行过广泛的研究。
从硅铁状态了解到,75%硅铁和45%硅铁,铁水冷却凝固时,都会出现能够溶解Al、P、Ca、As等杂质的∈相。经金相研究证明,∈相中的杂质大多数以磷化物的形态聚集于各晶体问界,在随后的冷却过程中,随着∈相向FeSi2转化,固体铁锭发生显著的体积变化。体积变化所产生的内应力,使铁锭内部产生裂纹。这些铁锭在存放或运输过程中,空气中的水分就会逐渐渗入铁锭内的裂缝中,与聚集在各晶粒间界的磷化物反应,生成有毒的具有臭鸡蛋气味的PH3和AsH3气体,同时使各晶粒界遭到彻底破坏,铁锭变成粉末。
由此推知,凡含硅大于33.46%的硅铁均有粉化倾向,尤以含硅50%~60%的硅铁粉化倾向大。硅与铁的合金容易产生偏析,合金上部的硅含量和下部的硅含量之差达20%以上。合金锭的厚度越大,凝固的时间越长,则偏析也越严重。
三、实践证明:
(1)环境中的水分是造成硅铁粉化不可缺少的外在因素;
(2)纯净无杂质的硅铁,实际上是不会发生粉化的;
(3)P、Al、Ca、As 的存在是造成粉化的内在原因,尤其是 P、Al 影响最大;
(4)硅铁锭的冷却速度是影响粉化的重要因素。
四、为了防止粉化,在实际生产上可采取下列措施:
(1)减少铁锭厚度;
(2)减少硅铁中杂质含量,特别是铝、磷、钙的含量;
(3)硅铁与水和水蒸气隔绝防止水淋;
(4)加快铁锭的冷却速度,阻止各相变化。
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