我国的钢产量巨大,品种众多,市场竞争十分激烈。为了提高产品质量,降低钢水中碳的成分偏差熏 获得优质铸钢,炉外准确定碳和调碳是低成本高效率生产的一种很好的方法。即通过添加特定的增 碳剂改变钢包中的钢水碳含量,调整钢号。目前,国内外对增碳及增碳工艺的研究报告比较少<1 ～4>,而且在实际的增碳过程中,现有的增碳剂增碳效果不是十分理想,且增碳过程控制不稳。 因此研制出一种新型高效增碳剂对于提高钢产品产量和质量具有其重要的现实意义<5>。1试验 设计及试验方法本文对影响增碳效果的各种因素进行充分研究,认为影响增碳剂增碳效果的主要因 素有增碳材料、增碳剂组成配比及增碳剂形状结构。为此,笔者通过实验研究的方法,对优化设计 提出的方案进行研究讨论获得最优的增碳剂。首先,对增碳剂中增碳产品及组成配比进行设计。根 据增碳效果、石墨产品的质量及价格综合评价,增碳产品选择一种化工副产品,这种产品含碳量高 、杂质少且价格十分低廉。因此,选择了这种增碳产品作为增碳剂的增碳材料。为了解决单一增碳 产品由于和钢水密度相差悬殊易在钢液中漂浮的问题,本研究采用铸铁粉作为配重,两种材料按不 同的比例混制,其密度的变化如表1所示。根据增碳剂的密度,我们选定具有代表性的三种成分, 即含碳量在25%、50%及75%三种组成配比的增碳剂作为研究对象。增碳剂在钢包中的溶解 扩散情况和增碳剂的形状有很大的关系,根据相关的设计,我们确定了圆柱形、圆筒形及薄板形三 种形状的增碳剂进行研究,比表面积大,增碳剂与钢水接触面积大,溶解扩散速度就快。三种形状 的增碳剂表面积如表2所示,其制备的形状如图1所示,从表1可以看出,在相同体积及相同高度 情况下,圆筒的表面积最大。根据上述设计的组成配比及形状,以中频感应电炉模拟钢包,试验采 用称量法,通过称量加入到钢水中不同时间的增碳剂剩余部分的重量来计算熔化率。采用实际投入 法,将不同组成的增碳剂分别投入到钢水中,然后取样进行化学分析来计算增碳率。采用ZG20 作为试验用钢水,钢水温度保持在1580℃左右。表1碳铁配比与增碳剂密度的关系碳含量/% 铁含量/%试样密度/g·cm-310905.0025803.5030703.18406 02.6950502.3360402.0675301.7580201.6790101. 52表2同体积、同高度下圆柱、圆筒及薄板表面积圆柱体圆筒体薄板体高度/mm505050 半径/长度/mm17.820.6100内半径/宽/mm10.310体积/mm35000 05000050000表面积/mm27578.9511701.4365002试验结果及 分析根据上述的试验设计进行了熔化率及增碳率的试验,熔化率试验结果如图2～4所示,从熔化 率曲线可以看出,对相同形状的增碳剂,随着时间的增加,单位时间的熔化量增加,不同形状的熔 化率相比较,圆筒状的增碳剂熔化率最大。以上表明,随着时间的增加,对于任何一种形状的增碳 剂其比表面积(表面积/体积)都在增加,因此,随着时间的增加,其熔化率增加。根据前面的计 算,圆筒形增碳剂表面积最大,因此,单位时间熔化量也就大,即熔化率高。确定了圆筒形的增碳 剂具有较好的熔化情况,我们又对不同配比的增碳剂进行了增碳率的试验,试验结果如表3所示。 从表3可以看出,含碳50%的增碳剂增碳率较高,达到86.14%,含碳25%及含碳75% 的增碳剂增碳效果次之。25%含碳量中加入的铁粉较多,对增碳不利,另外,在相同处理时间内 如果烧损是相同的,这样也是25%含碳量增碳率不高的原因之一。75%的增碳剂增碳率不高的 原因主要是受到石墨漂浮的原因所致,即由于增碳剂密度小,在熔化过程中上浮,本应该增碳的材 料,由于上浮被熔渣所俘获,而失去了增碳的作用,这就是75%的增碳剂增碳率低的原因。3结 论(1)用圆柱形、圆筒形、薄板形试样分别进行了增碳剂的熔化试验,通过对不同时间间隔增碳 剂熔化余量的测量,得出三种形状试样分别在碳含量为25%、50%、75%时的熔化率。由实 验结果看出三种形状在碳含量为25%时,熔化率最大,碳含量为50%熔化率稍低。其中又以圆 筒形试样的熔化情况最好。(2)在确定圆筒形试样熔化情况最好的基础上,对圆筒形试样在碳含 量为25%、50%、75%三种情况下进行了增碳剂的吸收试验,由试验结果得出碳含量为50 %时,增碳率最高,可以达到80%以上。(3)由实验结果可以得出圆筒形增碳剂的增碳效果最 好,碳含量为50%时,熔化和增碳情况相对比碳含量25%、75%要好。表3不同配比的圆筒 形增碳剂试块增碳率试样型号原钢水(5kg)C25%C50%C75%试样重/g-1381 0698试样含碳/g-34.55373.5钢样成分/%0.20.681.091.34钢 样含碳/g1034.9455.6568.31增碳量/g-24.9445.6558.31吸收率/%-72.2986.1479.34增碳剂组成及结构优化的试验研究@戴建东$黑龙江省机械科学研究院!黑龙江哈尔滨150040
@吴士平$哈尔滨工业大学!黑龙江哈尔滨150001增碳剂;;形状;;铁碳比在增碳原料固定 的条件下,决定增碳剂增碳效果的因素主要是熔化率和增碳率。文中以冲入法工艺为基础对增碳剂 的形状、增碳材料中铁碳配比以及由于形状、成分的不同所带来的熔化率和增碳率的差异进行了充 分的研究。研究结果表明在铁碳配比相同的情况下圆柱形、圆筒形和薄板形三种形状中,以圆筒形 的比表面积最大,熔化和吸收最为理想;当形状相同,铁碳配比不同时,对碳含量25%、50% 、75%三种成分的试样进行了实验分析,发现碳含量25%时,熔化率最高,碳含量为50%熔 化率稍低,而增碳率以碳含量为50%的试样为最高。<1>孙效成.炼钢增碳剂———一种类石墨的研制
.岩矿测试,2000熏19穴2雪押112-116.
<2>师昌绪.材料大辞典.北京:化学工业出版社熏1994.
<3>MarceloB熏Mourao.Experimentalinvestigation ofdissolutionratesofcarbonaceousmaterialsin liquidirorncarbonmelts.Met-alluigicalTransactionsB熏1993熏24穴8雪押629-637.
<4>朱维明.工频炉熔炼铸铁的增碳技术.机械工程师熏1999熏穴5雪押36-37. 配比不同时,对碳含量25%、50%、75%三种成分的试样进行了实验分析,发现碳含量25 %时,熔化率最高,碳含量为50%熔化率稍低,而增碳率以碳含量为50%的试样为最高。<1 >孙效成.炼钢增碳剂———一种类石墨的研制.岩矿测试,2000熏19穴2雪押112-116.
<2>师昌绪.材料大辞典.北京:化学工业出版社熏1994.
<3>MarceloB熏Mourao.Experimentalinvestigation ofdissolutionratesofcarbonaceousmaterialsin liquidirorncarbonmelts.Met-alluigicalTransactionsB熏1993熏24穴8雪押629-637.
<4>朱维明.工频炉熔炼铸铁的增碳技术.机械工程师熏1999熏穴5雪押36-37.
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