Обязательно к прочтению начинающим литейщикам: Как безопасно и эффективно контролировать содержание углерода и кремния при выплавке чугуна?

Часть I. Безопасность превыше всего

Любая операция с расплавленным металлом несет в себе чрезвычайно высокий риск. Как Чугунное литье новичок, вы должны разместить безопасность прежде всего и строго соблюдать следующие эксплуатационные стандарты:

1. Строгое использование средств индивидуальной защиты (СИЗ).

• Полная защита тела: Вы должны носить соответствующую стандартам огнестойкие костюмы/кожаная рабочая одежда для защиты от лучистого тепла и предотвращения брызг расплавленного металла.
• Защита глаз и лица: Одежда специализированная полнолицевые щитки (с тонированными фильтрами для защиты от интенсивного света и инфракрасного излучения) и безопасность glasses .
• Защита рук: Использование термостойкие перчатки с длинной ручкой .
• Защита ног: носить безопасность boots (они должны быть ударопрочными, устойчивыми к проколам и предотвращать затекание расплавленного металла).
• Использование инструмента: Убедитесь, что все инструменты, контактирующие с расплавленным металлом, с длинной ручкой и были подтверждены в сухом виде и предварительно нагреты перед использованием.

2. Предотвращение взрывоопасных ситуаций

• Строгое осушение: Это самая важная мера безопасности. Если расплавленный металл вступит в контакт с какой-либо влагой (даже в следовых количествах в инструментах, шихте или сплавах), он немедленно выделит большой объем пара, вызывая бурную реакцию. паровой взрыв который разбрызгивает расплавленный металл повсюду.
• Предварительный нагрев заряда: Прежде чем добавлять в печь возвратный лом, стальной лом или даже легирующие добавки (такие как ферросилиций, науглероживатели), они необходимо тщательно пропечь и разогреть to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.

3. Токсичные газы и экологический контроль

• Вентиляция: Во время плавки образуется большое количество дыма, особенно carbon monoxide ($\text{CO}$) от окисления и горения на поверхности расплава. В плавильном цехе должно быть высокоэффективная местная вытяжная вентиляция и хорошая общая вентиляция цеха.
• Мониторинг воздуха: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.

Часть II: Эффективный контроль содержания углерода и кремния

Свойства чугуна в первую очередь определяются содержанием углерода ($%C$) и кремния ($%Si$), которые вместе определяют поведение при затвердевании и конечную микроструктуру. Это часто оценивается с помощью Углеродный эквивалент (CE) :

$$CE = %C \frac{%Si %P}{3}$$

1. Контроль и регулировка содержания углерода ($%C$) (науглероживание)

Углерод является основным элементом, ответственным за образование графита и определяющим текучесть чугуна. Когда углерод теряется при плавке или его недостаточно в шихте, карбюризатор необходимо добавить.

• Выбор карбюратора: Чистота и размер частиц науглероживателя напрямую влияют на скорость его растворения и эффективность науглероживания (процент добавленного углерода, поглощенного расплавленным железом).
  • Графит высокой чистоты/искусственный графит: Высокая чистота, фиксированный углерод $>98%$, самая высокая скорость поглощения (обычно $>90%$), подходит для плавок с высокими требованиями или плавки в индукционных печах.
  • Нефтяной кокс: Экономичный фиксированный углерод стоимостью 90-95%, широко используемый карбюризатор.
• Оптимальный метод добавления: Эффективность цементации тесно связана с местом и временем добавления.
  • Добавление в середине загрузки (электрическая печь): Это наиболее рекомендуемый метод. Смешайте науглероживатель с частью шихты (например, возвратным ломом или стальным ломом) и поместите его в среднюю и нижнюю часть плавильной ванны. Во время плавления науглероживатель имеет более длительное время контакта в перегретой зоне для растворения, обеспечивая более высокие скорости поглощения.
  • Добавление поверхности перед нарезанием резьбы: Подходит для небольших корректировок. шлак необходимо тщательно обезжирить сначала на поверхность равномерно насыпают карбюризатор, используя электромагнитное перемешивание (в индукционных печах) или ручное перемешивание для ускорения растворения. Этот метод относительно менее эффективен, но более прост в эксплуатации.

2. Контроль и корректировка содержания кремния ($%Si$) (силиконирование)

Кремний – сильный промоутер графитации , что имеет решающее значение для предотвращения образования белого чугуна.

• Основной источник кремния: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
  • Метод добавления: Обычно добавляют в жидкий металл непосредственно перед нарезанием резьбы . Для обеспечения однородности его следует добавлять после снятия шлака и выдерживать в течение достаточного времени (около 5-10 минут), чтобы обеспечить полное расплавление и перемешивание.
  • Важность предварительного нагрева: Куски ферросилиция необходимо предварительно подогреть, чтобы предотвратить паровые взрывы от влаги.
• Комбинированная углерод-кремниевая добавка: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) является превосходной композиционной добавкой.
  • Принцип: $\text{SiC}$ does not melt in the iron melt but dissociates via the reaction $\text{SiC} \rightarrow [\text{Si}] [\text{C}]$, releasing both silicon and carbon into the iron.
  • Преимущества: Он одновременно увеличивает $%C$ и $%Si$ и имеет отличные предварительная инокуляция воздействия, способствующие образованию мелкозернистого графита. Обычно его добавляют в заряжать as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.

3. Предотвращение и компенсация потерь от окисления.

В процессе плавки, особенно на поздних стадиях плавки и перегрева, углерод и кремний могут теряться из-за реакции с атмосферой или оксидами в шлаке:

• Реакции выгорания:
  • $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
  • $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
• Контрмеры:
  • Контроль шлака: Своевременно removal of slag containing high iron oxide ($\text{FeO}$) . $\text{FeO}$ in the slag will continuously oxidize the $\text{C}$ and $\text{Si}$ in the molten iron.
  • Компенсация: При определении окончательного состава определенная пособие по выгоранию следует учитывать, то есть добавленное количество должно немного превышать целевое значение, чтобы компенсировать обычные потери во время плавки.

Часть III: Сравнение обычных материалов для контроля углерода и кремния

Чтобы помочь вам сделать осознанный выбор, в таблице ниже перечислены распространенные углеродные и кремниевые корректирующие материалы и их основные характеристики: