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1、鑄鐵熔解作業 實務簡介,前 言 一.熔解主材料副材料介紹: a.主材料:銑鐵;廢鋼;回爐料;(鑄焦) b.副材料:矽;錳;硫;磷;鉻;銅;錫;銻;鉍; 鉬;鎳;增碳劑;孕育劑;(球化劑) 二.元素功能特性介紹: a.五大元素C ;S i ;M n ;S ; P b.其他有色金屬C r ; C u ; S n ; S b ; M o ;N i Ni ; B i. c.列為有害金屬A l ; T i ; Te ; P b;Zr. 三.熔解配料及下料介紹: a.配料比例的影響 b.下料作業的順序,c.下料作業應注意事項 d.熔解過程應注意事項 四.化學成份管制介紹: a.分析式樣取樣檢驗 b.元素的
2、增補稀釋 五.鐵水溫度持溫時間管制介紹: a.鐵水溫度管制的目的和影響 b.持溫方式對成份的影響 c.持溫方式對爐襯的影響 六.出鐵量級殘湯回湯管制介紹: a.出鐵量多寡的影響 b.殘湯回湯管制作業,七.停爐(封爐)作業介紹: a.工頻爐停爐作業 b.化鐵盧封爐作業 八.熔解保養維護作業介紹: a.五大 b.其 c.列 九. 熔解爐緊急應變作業介紹: a.熔解架橋應變處理 b.爐壁穿刺應變處理 c.突然停電應變處理 d.循環水停水應變處理,前言: 我國史書記載禹曾鑄九鼎,這是我國關 鑄造工藝較早的紀錄,其後商周秦漢晉隋 唐以降,各有記載以及工藝製品傳世至今 ;其中以青銅製品最為豐富. 鑄造是一
3、門古老的工藝,製造流程是:將 特定材料液化並注入於特定模型中,經固 化成形及表面處理後得到原設計的製品. 簡單歸納鑄造大項流程為:製品設計開 發;模型製作;材料熔冶;澆注固化;半成品 外觀處理;成品檢驗評價.,a.片狀石墨鑄鐵 b.晶狀石墨鑄鐵 c.球狀石墨鑄鐵 d.縮狀石墨鑄鐵,1.依石墨形狀分類:,鑄鐵的分類:,鋼與鑄鐵以含碳2%作為 分界,低於2%稱之為鋼, 高於稱之2%為鑄鐵.,a.白鑄鐵 b.斑鑄鐵 c.灰口鑄鐵,2.依破斷面的光澤分類:,a.肥粒鐵鑄鐵 b.波來鐵鑄鐵 c.沃斯田鐵鑄鐵 d.變韌鐵鑄鐵,3.依基地組織分類:,一.熔解主材料 副材料介紹,鑄鐵主要熔解材料 大宗料:銑鐵
4、;廢鋼;回爐料; 鑄焦 輔助料:矽;錳;鉻;銅;錫;鉬;鎳; 磷;硫;銻;铋;增碳劑; 接種劑;球化劑,鑄鐵五大元素介紹: C : 1.促進石墨化 2.增加流動性 3.降低凝固溫度 含C量4.3%時有兩條液相線在此點相交 ,此點稱之為共晶點. 亞共晶過共晶 CE值 = T.C.(%)+0.31 S iiiI (%) Sc = CE值 / 4.30 亞共晶11過共晶,Fe-C Fe-Fe3C 相 圖,亞共晶11過共晶 1.C含量3.0%左右,初晶沃斯田鐵大量析 出,石墨分布在樹枝狀晶間隙長成細微 短小且具方向性的E型石墨. 2.隨著C含量的增加,在沃斯田鐵晶出後, 從初晶與與熔液的交界處,產生大
5、量具 有片狀石墨的共晶胞,全體成份均勻長 度較長的片狀石墨組織.,亞共晶11過共晶 3.在共晶成份附近的C含量時,初晶沃斯 田鐵較少從周邊開始凝固,在過冷熔液 中發生的共晶包,容易生成共晶狀細微 的D型石墨, 冷卻過速時這種趨勢越是 明顯.,亞共晶11過共晶 1.C含量3.0%左右,初晶沃斯田鐵大量析 出,石墨分布在樹枝狀晶間隙長成細微 短小且具方向性的E型石墨. 2.隨著C含量的增加,在沃斯田鐵晶出後, 從初晶與與熔液的交界處,產生大量具 有片狀石墨的共晶胞,全體成份均勻長 度較長的片狀石墨組織 3.在共晶成份附近的C含量,初晶沃斯田鐵 較少從週邊開始凝固,在過冷熔液中發生 的共晶包容易生成
6、共晶狀細微的石墨,S i:1.強烈促進石墨化元素 2.共晶平衡溫度差加大,降低白口化 3.使共晶點的C含量降低0.31% 4.高碳鑄鐵加S i時易晶出共晶石墨, 冷卻速率快時此傾向愈明顯.,M n:1.提高鑄件硬度與強度 2.主要是與鐵水中的S連結成M n S, 減少硬點或逆冷激 3.不大改變石墨晶出的共晶溫度 4.促進白口化傾向元素,可溶於肥粒 鐵中形成複碳化物;或溶於雪明碳 鐵中增加安定度,使波來鐵細化不 易產生肥粒鐵 要得到較多的肥粒鐵基地組織時,所需含Mn量的計算式:Mn=1.7xS%+0.15,P : 1.降低鑄鐵的融點 2.改善熔液的流動性 3.促進白口化傾向元素,可溶於肥粒 鐵中
7、形成磷化物網狀組織;溶於史 帝田鐵中的雪明碳鐵不易分解,使 硬度過硬 4.降低碳熔解度,增加雪明碳鐵析出 5.易偏析及促使結晶粒徑變大,提升 延性至脆性轉換溫度,會促進低溫 脆性,盡可能保持在0.06%以下,S : 1.增加碳的活性 2.促進石墨化及共晶包形成 3.降低熔融鐵水的流動性 4.減緩共晶包成長速度,及妨礙共晶 沃斯田鐵生成,使石墨不共晶凝固, 而生成斑鑄鐵或白鑄鐵 5.Mn量不足時會促進白口化傾向,易 形成局部硬點或逆冷激 6.灰口鑄鐵S含量低於0.06%以下時, 容易接種快速失效;薄件澆鑄 S 含 量應保持於0.08%以上,其他元素的影響 (FC材質),其他元素的影響 (FC材質
8、),其他元素的影響 (FCD材質),其他元素的影響 (FCD材質),其他元素的影響 (FCD材質),熔解作業管制項目: 配料比例 化學成分 鐵水溫度 持溫時間 出鐵重量 殘湯回湯,熔解配料比例的影響 :,1.成本面的影響 : 成本低減,2.品質面的影響:成分堆積的遺傳 結構訊息的遺傳 物理性質的遺傳,並依所需特性添加其他合金,鐵水化學成分的影響: 鑄鐵是高碳多元Fe-C 合金其主,要成分為 C = 2.4 4.0 %,S i = 0.8 3.2 %,M n = 0.2 2.0 %,P = 0.05 1.20 %,S = 0.01 0.15 %,鐵水的液態結構並非單相液體, 而是多相的熔體,碳在
9、鐵液中存 在的型態,是鑄鐵液態結構的重 要特徵;從液相向固相變化過程 中,熔液的結構對相分結晶,凝固 組織的形成,以及鑄鐵的缺陷,有 著重要的影響.,鐵水的液態結構,Fe-C Fe2C Fe3C Fe4C Fe5C2 Fe6C Fe7C3 Fe8C Fe20C9 Fe23C Fe23C6,碳在鐵液中存在的型態,碳已充分熔解為Fe - C,沃斯田鐵;石墨的成核與生長困難,容易形成形成Fe3 C,碳未充分熔解為Fe - C,沃斯田鐵;石墨的成核與生長容易,不易形成Fe3 C,由未充分熔解的C2;C6分子堆積而成,沃斯田鐵及石墨的成核與生長都容易.,碳簇的大小和數量決定於含碳量,熔液的溫度及高溫保持
10、時間短,碳簇有成為石墨核心的作用 ,以及促進樹枝狀沃斯田鐵析出的功能.,當熔液過熱及長時間高溫保持,碳簇會進一步熔解成碳原子,完全熔解的碳原子,易形成穩定的Fe3C.,當熔液中有強烈碳化物促進元素時,會影響碳簇生成石墨核心的作用,反而會促進形成Fe3C. Fe3C的形核能比石墨小,當熔液過熱或長時間高溫保持,碳化物促進元素會穩定Fe3C的分子. 鑄鐵熔液高溫熔冶時,需要提高碳的濃度來促進石墨生成.,工頻爐下料順序,爐底有殘湯下料順序,廢鋼回爐材增碳劑其他元素,銑鐵欠量成份微調,爐底無殘湯下料順序,廢鋼回爐材增碳劑其他元素,銑鐵欠量成份微調,(碎料廢鋼),(擠壓廢鋼),回爐材廢鋼增碳劑其他元素,
11、銑鐵欠量成份微調,(擠壓廢鋼),下料注意事項,爐內有殘湯,下料應注意避免鐵水噴濺,爐底無殘湯,細料先下料減少爐底衝擊,燙傷附近工作人員或司爐者本身,下料量應保持預留高度避免熔湯過滿,造成凹裂損壞,投料時應盡可能低避免傷及上緣爐襯,鍍鋅廢鋼料避免900oC以下冷爐投料,熔解持溫時間的影響 :,鑄水的脫氧反應:,FeO+CFe+CO (氣),FeO+SiFe+SiO2(固),FeO+MnFe+MnO (液),1375,SiO2(固)+2CSi+CO,MnO+CMn+CO,鐵水溫度的影響: 孕育劑及添加材易熔解 溫度高 較能發揮應有之效果. 球化反應激烈加速失效. 孕育劑及添加材熔解不 溫度低 均,
12、相對的也容易造渣. 球化反應遲頓攪動不佳.,殘湯回湯的影響: FC材質爐底殘湯高轉材殘湯多 質時,硫及合金不易稀釋 ,鐵水調度困難度增加. 回爐的注湯已加孕育劑; 回湯多 合金,頻繁回爐容易造成 部分化學元素堆積.,熔解架橋應變處理 爐壁穿刺應變處理 突然停電應變處理 循環水停水應變處理,熔解安全管制項目:,所謂熔解架橋:是指銑鐵廢鋼回爐材及其他輔料.等,在熔解過程中,因為熱對流氣氛不佳,使部分剛剛熔化的鐵水,又凝固在工頻爐襯下段或化鐵爐加料帶上方,並逐漸形成拱狀密閉支撐,使中表層爐料無法繼續坍塌下料完成熔解,熔解架橋現象是非常危險的,處理不當可能發生爆炸造成人員傷亡及設備財產和商譽的損失.,熔解架橋應變處理,熔解架橋的危險,是因為已熔解積存在爐底的鐵水,持續受熱升溫變成超高溫金屬氣液混合熔體,當密閉空間內壓力超過爐體設計範圍時,就會發生快速穿刺而導致爐體爆炸.,鑄砂處理,作業統計: 1.新砂;樹脂砂投入量 2.黏土投入量 3.生碳粉投入量 4.糊精投入量 5.混練桶數,作業確認: 1.開機前混練機集塵風管;確認系統砂存量 2.確認抗壓強度;安定性;透氣性;試片重量 3.Line上冷卻水應開或關 4.冷篩機送風量;集塵風管閘門開啟量,
