《铬铁矿砂粘砂机理探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铬铁矿砂粘砂机理探讨（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、试 验 研 究 Research铬 铁 矿 砂 粘 砂 机 理 探 讨武汉汽轮发电机厂 (湖北省武汉市 430074)华 中 理 工 大 学黄 晋 胡人慧 黄 敏黄乃瑜摘 要 通过对高铬不锈钢用水玻璃铬铁矿砂以及在厚 大 铸 钢 上 用 呋 喃 树 脂 铬 铁 矿 砂 作 造 型 材 料 产 生 “釉 化 ”粘砂 缺陷的分析 ,认为这是一类由铬铁矿砂在界面与高铬钢或 铬 铁 矿 砂 与 树 脂 碳 化 膜 之 间 发 生 氧 化 2还 原 反 应 ,将 铬 铁矿砂中的铁还原出来 ,这种还原铁与砂粒形成致密混合物并紧密地附着在铸件表面而形成的 “釉化 ”粘砂 。 关键词 : 铬铁矿砂 “釉化 ”
2、粘砂 粘砂机理Research on Mechan isms of Metal Ponetration in Chromite Sand Mol dHuang J in Hu Renhui Huang Min( Wuhan Steam Turbine & Generator Plant) Huang Naiyu( Huazho ng U niversit y of Science & Technology)Abstract An investigatio n o n t he causes of “glazing”defect s w hich of ten occur w hen so di
3、um silicate o r f uran resin2bo unded chro mite sand molds o r co res are used of high chro mium stainless steel casting and heavey2sectio n steel casting is carried o ut . It is believed t hat t he“glazing”defect result s f ro m o xidizing2reducing reactio n o n t he interf ace bet ween chro mite s
4、and and liquid high chro mium steel o r chro mite sand and resin carbo n film. In t he re2 actio n t he chro mite is reduced to iro n w hich is blended wit h chro mite sand gains to fo r m an co mpact mixt ure adher2ing tightly to t he surf ace of castings.Key words : Chro mite sand “Glazing”defect
5、s Mechanisms of bur ning2o n低 合金钢等厚大铸 钢 件 ,采 用 水 玻 璃 铬 铁 矿 砂 ( 包 括酯 法和 CO2 法 ) 和 严 格 控 制 粘 土 加 入 量 的 粘 土 铬 铁 矿砂 ;小型薄壁以及厚大铸钢件中 “供氧 ”良好的孔槽 腔 内 ,采用酸硬化 呋 喃 树 脂 铬 铁 矿 砂 ,配 之 以 耐 火 涂 料 ,均能获得光洁的表面质量 。但 是 ,在不锈钢叶片上 ( ZG0Cr13Ni4Mo ,见 图 1) 采 用水玻 璃 铬 铁 矿 面 砂 6 , 在 厚 大 铸 钢 件 封 闭 型 结 构内 ,例如高压缸汽室 ( ZG20CrMo ,见 图 2
6、) 电 机 推 力 头中心孔 ( ZG20 SiM n ,见图 3) 等 ,采 用 呋 喃 树 脂 铬 铁 矿砂都极易产生 “釉化 ”粘砂缺陷 。 另外 ,使用粘土含 量 高 、 杂质多的粘土铬铁矿砂 ,也 经 常 使 铸 件 产 生 粘 砂 缺陷 ,由此可见 ,铬 铁 矿 砂 型 防 止 粘 砂 并 不 是 全 方 位的 ,而是有条件限制的 。2 “釉化 ”粘砂缺陷的特征在 水轮机不锈钢 叶 片 表 面 上 的 “釉 化 ”粘 砂 层 一 段 都较薄 ,厚 约 1 2 mm ,表 观 象 陶 瓷 釉 , 剥 离 下 来 的 残片断 面 用 砂 轮 机 打 磨 , 可 见 连 续 分 布 的
7、金 属 光 泽 “, 釉化 ”粘砂缺陷见图 4 。 在汽轮机高压缸汽室内由于铬铁矿砂 在 高 温 下 具 有 烧 结 封 闭 砂 粒 孔 隙的 特性 ,因此有很 强 的 抗 钢 液 渗 透 能 力 1 ,用 它 生 产 厚 大铸钢件 ,能 获 得 光 洁 的 表 面 质 量 。 到 目 前 为 止 ,解决厚大铸钢件渗透粘砂问题较有效的方法 ,主要是 采用铬铁 矿 砂 作 面 砂 材 料 2 。 但 是 , 实 事 并 非 完 全 如 此 ,铬铁矿砂在 防 粘 砂 方 面 并 不 总 是 有 效 的 ,铬 铁 矿砂产生粘砂缺陷 ,文献 3 、 4 已有报道 ,国内各大重 机 厂也有 发 现 5
8、, 在 武 汉 汽 轮 发 电 机 厂 应 用 铬 铁 矿砂 生产厚 大 铸 钢 件 的 实 践 中 也 屡 屡 碰 到 6 , 特 别 是 酸硬化呋喃树脂 ( 南 非 ) 铬 铁 矿 砂 更 是 容 易 产 生 所 谓 的 “釉化 ”粘 砂 缺 陷 , 严 重 地 影 响 了 铸 钢 件 的 表 面 质 量 。 这就促使人们 不 得 不 重 新 对 铬 铁 矿 砂 进 行 认 真 研究和评价 。1 铬铁矿砂应用概况和出现的问题武 汉汽轮发电 机 厂 使 用 铬 铁 矿 砂 已 有 十 多 年 的 历史 ,主要用于生产电站设备汽轮机高压缸隔板及水 轮机不锈钢叶片等 ,内在质量和表面质量都要求极
9、高 的 厚大铸钢件 ,武汉汽轮发电 机 厂 的 经 验 是 : 碳 钢 和 37 铸造技术 1/ 1998 铬铁矿砂粘砂机理探讨图 1 水 轮 机 不 锈 钢 叶 片 工 艺 示 意 图Fig. 1 Schematic diagram of foundry technology in hydraulic2t urbinestainless steel blade图 2 汽 轮 机 高 压 缸 工 艺 示 意 图 图 3 电 机 推 力 头 工 艺 示 意 图 图 4 “釉 化 ”粘 砂 示 意 图Fig. 4 Schematic diagram of sectio nof“glazing”de
10、fectFig. 2 Schematic diagram of foundry Fig. 3technology in steam2t urbine high p ressure cylinderSchematic diagram offoundry technology in generator t hrust collar材毛质重ZG0Cr13Ni4 Mo5 800 kg9 000 kg1 5501 600 CO22水 玻 璃 铬 铁 矿 砂材毛质重ZG20Cr Mo2 900 kg4 500 kg1 5301 550 酸 硬 化 呋 喃 树 脂 铬 铁 矿 砂材毛质量ZG20 SiMn1
11、 900 kg3 500 kg1 5301 550 酸 硬 化 呋 喃 树 脂 砂浇 注 总 重浇 注 温 度 两 砂 材 料浇 注 总 重浇 注 温 度 型 芯 材 料浇 注 总 重浇 注 温 度 型 芯 材 料311 化学成分分析如果这种粘砂层中的金属铁是来自钢液的渗透 ,那么对粘砂层做化学分析时会发现 ,粘砂层中除铁外 各 组成物 的 质 量 百 分 含 量 一 定 比 原 砂 有 显 著 下 降 。 由 于铸件材质为 ZG20 SiM n ,实际 含 M n 量 为 1 . 33 % 粘 砂 层 中 的 M n 元 素 含 量 也 会 比 原 砂 高 。 CaO 、 MgO 、 Al2
12、 O3 高温化学 稳 定 性 好 ,不 易 与 其 它 元 素 发 生 氧化还原反应 ,测 定 它 们 在 粘 砂 层 中 的 百 分 含 量 , 并对照原砂 ,有充分的判断说服力 。 粘砂层和铬铁矿 原 砂化学成分分析见表 1 。 分析表明 ,“釉化 ”粘砂层 和铬 铁 矿 原 砂 中 的 Al2 O3 , MgO , CaO 和 M n 元 素 含 量几乎是一致的 ,这说明粘砂层中的金属铁是从型砂 自身的化学反应中生成 ,而不是来自界面钢液的液态 渗透 。的 “釉化 ”粘砂层 也 较 薄 ,表 观 与 叶 片 情 况 相 类 似 ,但在 电机 推 力 头 中 心 孔 内 的 “釉 化 ”粘
13、 砂 层 厚 度 却 达20 30 mm ,几乎是中心孔型芯所用 铬 铁 矿 砂 的 实 际 厚度 ,将这种粘砂层用氧割从铸件上完整地剥离下来 后 发现 , 粘 砂 陶 瓷 片 上 的 涂 料 层 完 好 无 损 , 厚 度 达2 mm ,无金属液渗透的迹 象 ,铸 件 孔 内 表 面 光 洁 、 质 量良好 。 粘砂陶瓷残片见图 5 。把 清理下来的 “釉 化 ”粘 砂 陶 瓷 片 断 面 用 砂 轮 机 打 磨抛光 。 则整 个 断 面 却 呈 现 出 金 属 光 泽 。 这 种 金 属 光泽分布均匀 ,没 有 明 显 的 浓 度 梯 度 ,仅 在 靠 近 界 面处的 1 3 mm 内的金
14、属含量略少 于 其 它 部 位 。 从 宏 观上看 , 这 种 “釉 化 ”粘 砂 缺 陷 不 象 是 机 械 渗 透 粘砂 ,抛光后的粘砂层断面结构见图 6 。3 呋喃树脂铬铁矿砂粘砂类型试验判断为 了证明电机推 力 头 中 心 孔 内 的 “釉 化 ”粘 砂 不 是机械渗透粘砂 ,对其粘砂层残片作了化学成分分析 和金相分析 。表 1Tab. 1“釉化 ”粘砂层和铬铁矿砂成分分析结果 %Result s of co mpositio n analysis for “ Glazing”crust and chro mite raw sandCr2 O3 FeO Al2 O3 MgO CaO S
15、iO2 Mn“釉 化 ”粘 砂 层 14 . 00 7 . 37 0 . 77 痕 量南 非 铬 铁 矿 原 砂 47 . 54 27 . 37 14 . 35 7 . 23 0 . 68 0 . 95 痕 量312 金相分析将 “釉化 ”粘砂层残片横断面打磨抛光 ,在显微镜 下 观察金相 ,金相照 片 见 图 7 。 图 7 a 为 未 腐 蚀 金 相照片 ,从中可看出在金属基体上均匀镶嵌着铬铁矿砂或 是铬铁合金颗粒 。 图 7 b 是 腐 蚀 后 的 金 相 照 片 ,从 中可看出金属基体中有片状珠光体 ,大块白色区是图 5 “釉化 ”陶瓷片示意图Fig. 5 Schematic diag
16、ram of“glazing”ceramiccrust 38 图 6Fig. 6抛光后粘砂层断面示意图Schematic diagram sectio n of“glazing”ceramiccrust af ter polishing铬铁矿砂粘砂机理探讨 铸造技术 1/ 1998反应而形成的氧化 还原型化学粘砂 。411 高铬钢 铬铁矿砂界面反应机理 高铬钢 易 氧 化 、 流 动 性 差 ,一 般 浇 注 温 度 都 高 达1 550 1 600 。 这 就 使 铸 钢 液 - 砂 型 界 面 温 度 在 浇 注后很快上升到 1 500 以上 。 在高 温 热 作 用 下 , 铬 铁矿 砂 发 生 分 解 反 应 , 析 出 FeO , FeO 的 熔 点 为1 370 左 右 , 以 液 相 形 式
