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如何配料及原材料的化学成分含量要求

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人气:-发表时间:2020-07-13 15:26【

如何配料及原材料的化学成分含量要求

配料前在选择原材料时,即要照顾到铸件的质量要求,还要注意到各材料的价格,以及库存量,尽可能多的利用本厂的回炉料、废钢、废杂铁,以降低库存积压和降低铸件的生产成本。

配料方法及工式,除碳的配料计算方法是两个以上外,其它元素的配比计算方法,均是累积法。

1、碳的计算工式一、

C=1.8%+CL 2   

式中C——铁水的含碳量(%

CL ——炉料中的平均含碳量(%

1.8%——在用冲天炉冶炼时,炉料经预热、熔化、过热、还原过程中,脱碳量和增碳量的(估算)中间值。

该式只适应用于冲天炉碳量的计算,不适用于电炉配料的计算,且为了计算结果符合本单位设备的冶炼情况,1.8%系数须根据多次熔炼经验的修正选取。

例如:HT250牌号灰铸铁的含碳量为3.13.4%,所用新生铁的含碳量3.8%,回炉料的含碳量3.2%,废钢的含碳量0.4%

估算配比,新生铁加入量40%,回炉料加入量35%,废钢加入量25%

C=1.8%+3.8×0.4+3.2×0.35+0.4×0.25                   2   ×100%

 =3.17%

2、累积计算法

就是将按比例投入的各种炉料,各自代入成分的量,相加在一起,把冶炼过程中的增减率计算在其中,再调整到目标成分的范围,该计算方法适应于冲天炉的配料,也适应于电炉的配料。

使用原材料的化学成分含量如表二所示:


表二

原材料名称

主要化学成分(%

C

Si

Mn

生铁Z18

3.5

1.6~2.0

0.5

回炉料

3.2

1.9

0.8

废钢

0.4

0.27

0.5

用上述原材料并配用硅铁75、锰铁65,用冲天炉生产HT200牌号的灰铸铁,其化学成分要求如表三所示。

表三:

成分


含量%


牌号

C

Si

Mn

P

S

HT200

3.1~3.4

1.8~2.1

0.7~0.9

<0.15

0.12

根据实践经验应考虑到,增碳率为10%,炉料中硅的烧损为15%,硅铁中硅的烧损为20%。炉料中锰的烧损为20%,锰铁中锰的烧损为25%

经调整后材料配比如表四所示:

表四

原材料

配入量(%

生铁Z18

45

回炉料

40

废钢

15

累积代入的成分:

C=3.5%×0.45+3.2%×0.4+0.4%×0.15)×1.1(增碳率)≈3.2%

Si=1.8%×0.45%+1.9%×0.4+-0.27%×0.15)×(1-0.15)(烧损率) 1.37%

Mn=0.7% ×0.45+0.8%×0.4+0.5%×0.15)(烧损率)

     ≈0.568%

当然每次配料,不可能一次配料计算成功,需多次调整配料比,方能达到理想,对于初掌握者来说,尤其是这样。

3、碳的计算方法三,列方程式

该配料方法的优点是,在掌握了冲天炉增碳率之后,可一次配料成功,不需要试调配几次。

原材料的化学成分含量如表二所示;

铸件材质HT200,各化学成分要求范围如表三所示;

冲天炉增碳率为10%

先确定回炉料的加入量为40%,回炉料代入碳:

3.2%×0.4=1.28%

总入炉料应代入碳(即未增碳10%以前的量):

3.2%(要求碳量中线)                         1+10%(增碳量) ≈2.91%

生铁和废钢共需代入碳:2.91%-1.28%=1.63%

列方程式:

设生铁加入量为 x

3.5%(生铁含碳量)×x+0.4%(废钢含碳量)×[(1-40%)-x]=1.63%      x=45%

废钢加入量:(1-40%)-45%=15%

以上配料,碳达到了预期目的,但硅、锰仍达不到要求,需要补加硅铁和锰铁,补加硅铁、锰铁及其它任何铁合金,均可用下式求得。

补加量(%)=要求%             合金含量%×收得率%×100%

目标中线硅含量是1.95%,炉料中代入硅是1.37%,还差0.58%的硅量,需要添加硅铁来补充其差,硅铁的需补加量即可用上式算出。

硅铁75#补加量(%)=  0.58% 75%×0.8×100%

                      ≈1%

目标中线锰含量应是0.8%,炉料代入的锰是0.568%,还差0.232的锰量,需添加锰铁来补充。

锰铁65#补加量(%)=0.232% 65%×0.75×100%

                   ≈0.5%

在生产普通铸铁或者普通钢时,掌握了以上方法基本可以指导生产了,但是,在生产合金钢,特别是高合金钢时,还要考虑到,为保证材质有足够的合金成分含量,在添加铁合金时,随之而代入的其它成分,另外还要考虑到如何降低生产成本。

例如用电炉生产合肥水泥研究设计院研究的“中碳多元合金钢”时。

中碳多元合金钢的主要化学成分含量如表一所示,常用的铬铁化学成分如下表所示:


类别

化学成分含量%

Cr

C

Si

低碳铬铁

60

0.5

2.0

高碳铬铁

62

9.5

3.0

在配料过程中,铬含量取中线5%,就需要加入上表两类铬铁共计8%(因为低碳铬铁和高碳铬铁的含铬量接近,所以先混在一起计算其加入量),才能接近中线要求。由于铬铁中含有一定量的碳和硅,加入8%铬铁的同时,势必引起碳和硅的增加。另外,在保证铬含量5%时,如果全部用高碳铬铁,碳量必超。如果全部用低碳铬铁,再用增碳剂调碳,又会因为低碳铬铁的价格比高碳铬铁的价格高的太多,而使生产成本上升。在保证化学成分合格又要降低生产成本的情况下,采用低碳铬铁和高碳铬铁的搭配使用。在实际生产中,当炉前化验结果出来后(碳、硅),要想很快的正确的搭配投料比,确有一定困难,而且往往容易忙中出错,所以要不断总结经验,作到熟中生巧。为了便于配料,我们列制一个如表五的常规配料表,操作起来就方便、快捷、准确了。

表五:

炉前化验

铬铁加入量(%

铬铁代入硅量(%

碳(%

低碳铬铁

高碳铬铁

0.2

4

4

0.2

0.3

4

4

0.2

5

3

0.4

5

3

0.18

6

2

使用上表有两个问题需要说明:(1)有两栏格内的高低碳铬铁为什么是两种配比呢?尽管都是“中碳多元合金钢”,由于所要浇注的铸件不同,根据其服役状况的不同,有意识的取碳的上线或下线。本文后有所述。(2)炉工在操作中只要注意投料质量,硅含量就不会超限。炉前化验硅含量,加上铬铁代入硅量的和,与目标硅量的差,再加硅铁补充。

在了解上述配料基本知识和注意事项之后,虽然可以指导生产了。但是,想要使自己的产品质量更加稳定,使铸件化学成分稳定在最佳含量范围内,从而达到铸件最佳物理性能的匹配,作到物尽其用,还是不足到,还要进一步了解,并懂理以下因素:

1)即便是同一材质要求的铸件,由于铸件自身几何形状不同,以及铸件服役工况条件的差异,而有意把其中某个成分控制在上线,或某个成分应控制在下线。

例如球磨机的一仓衬板与二仓衬板或隔仓板。一仓衬板在服役工作时所承受的冲击力较大,而二仓衬板所承受的冲击力相对较小。大直径球磨机衬板所承受的冲击力就大,而小直径球磨机衬板所承受的冲击力就小。即便要求都是“中碳多元合金钢”材质,但是在配料作业中,前者的碳量有意识的取下线,提高其冲击韧性,防止工件断裂而失效。后者的碳量则应取上线,而提高其硬度,增强抗磨损能力。隔仓板由于其几何形状复杂,厚薄悬殊大,孔多体长,自身产生应力较大,虽然承受的冲击荷较小,其含碳量也应有意识的取下线。

2)根据铸件的服役状况,什么样的铸件应取什么样的金相,哪个成分的高低,对材质金相有什么样的影响?能引起材质综合物理性产生什么样的变化?都应作到心中有数。

例如油田钻井用的泥桨泵高铬双金属缸套的内套和采石厂用的破碎机锤头,它们的材质都是高铬铸铁,其主要成分见表一,由于它们的工况条件各不相同,在控制其化学成分的上下线时就存在有一定的差异。如碳和锰,在高铬铸铁中,碳含量高金相组织中的碳化物量多,材质相对硬度高耐磨性好而韧性降低。锰在高铬铸铁中起到稳定奥氏体的作用,我们知道,奥氏体是个软相,硬度低而韧性好,只有在强冲击磨损条件下才发生相变,才能使硬度提高耐磨损性能良好。 泥桨泵缸套的内套,主要承受的是滑动磨损,几乎不存在冲击磨损,对材质的硬度要求高而对韧性要求相对较低些,所以其含碳量应控制在中上线,而锰含量应控制在中下线。破碎机锤头的情况就不同了,工作中承受着强冲击磨损,对材质的冲击韧性及硬度要求都高,而耐磨性和冲击韧性又是一对矛盾,有时还不得不顾此失彼,为了实现材质冲击韧性和硬度的最佳配合,需要弄清诸多因素存在间的相互关系,此处不再赘谈。就仅对高铬锤头材质中碳和锰量来说,碳含量应适当取中下线,而锰含量应取其中上线。   

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2020.07.13

     



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