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爐前鐵水分析儀的熱分析功能
爐前鐵水分析儀的熱分析功能
鐵件的材質(zhì)質(zhì)量標準，是以材質(zhì)的性能和組織為交貨驗收條件。貫穿著鑄鐵生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，化學(xué)成分、冷卻速度、核心數(shù)量與組織結(jié)構(gòu)和機械性能的關(guān)系,
在鑄鐵材質(zhì)驗收標準中規(guī)定的性能實驗指標，是常溫條件下檢查力學(xué)性能的結(jié)果。因此在常溫下鑄鐵的性能與組織具有唯一的相關(guān)關(guān)系。
鑄鐵的組織由鐵水的化學(xué)成份、冷卻速度、核心數(shù)量這三大要素決定。變換這三大要素的量值可以獲得各種不同的鑄鐵組織、獲得人們需要的材質(zhì)性能。在生產(chǎn)中通過改變這三大要素的量值，可獲得以下不同的鑄鐵材料：
高氧含量（30～40 PPM）的亞共晶成分、充分的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是灰口鑄鐵。
低氧含量（6～8 PPM）的近共晶成分、充分的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是球墨鑄鐵。
中氧含量（10～20 PPM）的近共晶成分、貧乏的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是蠕墨鑄鐵。
針對上述三大鑄鐵材質(zhì)生產(chǎn)的在線檢測需求，熱分析具有以下測量功能：
爐前鐵水分析儀檢測活性碳當量【CE】：
熱分析能夠測量出鐵水的活性碳當量（鐵水中所有石墨化、反石墨化成分和碳的綜合作用結(jié)果，區(qū)別于CE=C+Si/3的計算碳當量）�；钚蕴籍斄渴莻�非常重要的參數(shù)。它決定著鐵水以怎樣的組織形式開始凝固。
如果CE過低的話，初晶溫度隨之升高。初晶溫度高導(dǎo)致鐵水的過熱溫度減小，鐵水的流動性降低，發(fā)生冷隔缺陷的風(fēng)險度增大。初晶溫度越高，凝固冷卻的速度越大，產(chǎn)生白口缺陷的風(fēng)險度越大。
CE過低還導(dǎo)致初生奧氏體過多，縮孔的風(fēng)險度增大。使灰鐵的抗拉強度過高，球鐵和蠕鐵的石墨過少等結(jié)果。
如果CE過高的話，會導(dǎo)致初生奧氏體過少、石墨過多�；诣F的抗拉強度降低的結(jié)果。
當CE高于共晶成分時，凝固從石墨化漂浮開始，鐵水的流動性降低，也會導(dǎo)致冷隔(湯竟、重皮)缺陷的發(fā)生。石墨化漂浮會導(dǎo)致共晶凝固時的碳含量減少，石墨化膨脹少，所以過共晶鐵水的縮松風(fēng)險性較大。
爐前鐵水分析儀活性硅當量【SiE】：
熱分析能夠測量出鐵水的活性硅當量【SiE】。在鐵水凝固成鑄鐵組織時，真正起作用的是活性硅當量【SiE】，而不是鐵水中的硅含量【Si】。更不是化學(xué)分析和光譜分析的，包含了夾雜態(tài)的SiO2、孕育態(tài)的Si分子團等含量的總硅量�；钚怨璁斄颗c硅含量的關(guān)系可用下式描述：
SiE = Si + 0.155Al + 0.12Cu + 0.06Co + 2.68P + 0.1Ni+ 0.44Sb + 1.25Mo+ 0.24W + 0.52Sn
+ 0.1Ti + 0.04Mn + 0.89S - 0.51Cr - 0.28V - 2.24B•••••••••
初生奧氏體量【γ1】
熱分析能夠測量出凝固鐵水的初生奧氏體量【γ1】。
生產(chǎn)灰鐵時凝固鐵水的初生奧氏體量越高，形成的樹枝狀奧氏體枝晶越發(fā)達，灰鐵的強度越高。
由于初生奧氏體枝晶中沒有石墨，所以生產(chǎn)球鐵時初生奧氏體枝晶的生長分布決定了凝固組織中石墨的分布。球鐵中的初生奧氏體量越高，球鐵中的球數(shù)越少。還會發(fā)生球狀石墨沿枝晶排列的現(xiàn)象。
初晶溫度越高，初生奧氏體量越多，凝固外殼內(nèi)的鐵水溫度越高，鐵水在封閉外殼內(nèi)的降溫幅度越大，產(chǎn)生的體積收縮越大。又由于鐵水可以在初生奧氏體的枝晶間流動，所以初生奧氏體量越多，鑄件中產(chǎn)生的縮孔越大。
活性氧含量【O】:
熱分析能夠測量出鐵水中的活性氧含量(鐵水中的自由氧含量，不包含鐵水中SiO2、MgO、Al2O3等氧化物中的O量。與化學(xué)分析或光譜分析的，包含了鐵水中SiO2、MgO、Al2O3等氧化物的總氧量有所區(qū)別)。
出鐵前測量的活性氧含量，可用于灰鐵孕育劑，球鐵的球化劑、蠕鐵的蠕化劑的精確定量計算。
出鐵后測量的活性氧含量，可用于測量球化鐵水和蠕化鐵水中的活性鎂含量。
活性鎂含量【Mg】:
眾所周知：根據(jù)熱力學(xué)的鎂-氧平衡方程，可以用熱分析獲得的活性氧含量計算出球化、蠕化后鐵水中的活性鎂含量(鐵水中的自由鎂含量，不包含MgS、MgO、Mg3N2等反應(yīng)物中的Mg量。與化學(xué)分析或光譜分析的，包含了MgS、MgO、Mg3N2等反應(yīng)物的總鎂量有所區(qū)別)。
當鐵水中的活性鎂含量為0.028～0.038%時，鐵水凝固形成的是球鐵組織。球化鐵水中的活性鎂含量過高時，不僅僅是浪費球化劑，還會在球鐵鑄件的心部產(chǎn)生反白口組織。球化鐵水中的活性鎂含量過低時，凝固組織中將出現(xiàn)大量的蠕狀石墨。
當鐵水中的活性鎂含量為0.008～0.016%時，鐵水凝固形成的是蠕鐵組織。蠕化鐵水中的活性鎂含量過高時，凝固組織中將出現(xiàn)大量的球狀石墨。我國的蠕鐵生產(chǎn)之所以不能形成高蠕化率的穩(wěn)定量產(chǎn)，主要原因就
沒有使用活性鎂含量，這個決定蠕化率的重要參數(shù)來進行蠕鐵生產(chǎn)控制。
再輝段石墨生成量【S1】：
熱分析能夠測量出鐵水的再輝段石墨生成量【S1】。再輝段石墨生成量大時，在共晶凝固的前期會集中從鐵水中析出大量的石墨。
間隙在鐵水中的碳析出成石墨時，從無到有的擠占了鐵水的空間，形成了鐵水的石墨化膨脹。在共晶凝固前期集中產(chǎn)生的石墨化膨脹，會導(dǎo)致型壁移動的鑄造缺陷發(fā)生，進而導(dǎo)致鑄件尺寸的不穩(wěn)定。
在總量一定的前提下，會造成再輝后石墨生成量（S2）的減少，使共晶凝固后期無足夠的膨脹石墨填充體積收縮，會導(dǎo)致縮松缺陷的發(fā)生。
再輝后石墨生成量【S2】
熱分析能夠測量出鐵水再輝后石墨生成量【S2】。在總量一定的前提下，再輝段石墨生成量小時，再輝后的石墨生成量就大。再輝后出現(xiàn)的石墨化膨脹可以填充共晶凝固時產(chǎn)生的體積收縮，從而可減少發(fā)生縮松缺陷的傾向。
反白口風(fēng)險度【₩】
熱分析能夠測量出鐵水的反白口風(fēng)險度【₩】。反白口是鐵水在選擇結(jié)晶過程中，將低熔點的成份排擠到鑄件的中心部位很后凝固。這些低熔點的成份大多是白口化元素，因此在鑄件很后凝固的部位產(chǎn)生了白口組織。區(qū)別于鑄件表面高速冷卻產(chǎn)生的白口組織，將鑄件中心部位的白口組織稱為：反白口組織。
反白口組織會造成鑄件中心部位的機加工困難，以致發(fā)生加工后期的整體機件報廢。通過反白口風(fēng)險度的測量，可以預(yù)知發(fā)生反白口缺陷的程度。
球鐵回爐鐵使用的過多時，發(fā)生反白口的傾向就大一些。反白口傾向大的球鐵回爐鐵過多時應(yīng)該賣掉一些，以免造成反白口問題的惡性循環(huán)。
熱分析是測量鐵水中的活性氧含量、共晶程度、型核能力、冷卻速度、相變特征參數(shù)的唯一檢測手段。這是其他分析方法所不及的。
當前只有爐前鐵水分析儀能夠測量出鐵水的狀態(tài)是否具備形成目標材質(zhì)的綜合條件。也只有熱分析測量到鐵水符合目標材質(zhì)生成條件時，澆注的鑄件有保證符合驗收標準的各項指標要求。
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