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  • 1980 | 共 1
  • 詳細信息
  • 種類 煉鋼生鐵 牌號 L4 磷含量 0.04(%)
    硫含量 0.04(%) 碳含量 3.5(%) 矽含量 0.2-0.4(%)
    錳(Mn) 0.1-0.4%

    生鐵的特性
    煉鋼生鐵裏的碳主要以碳化鐵的形態存在,其斷麵呈白色,通常又叫白口鐵。這種生鐵性能堅硬而脆,一般都用做煉鋼的原料。
    鑄造生鐵中的碳以片狀的石墨形態存在,它的斷口為灰色,通常又叫灰口鐵。由於石墨質軟,具有潤滑作用,因而鑄造生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能。但它的抗拉強度不夠,故不能鍛軋,隻能用於製造各種鑄件,如鑄造各種機床床座、鐵管等。
    球墨鑄鐵裏的碳以球形石墨的形態存在,其機械性能遠勝於灰口鐵而接近於鋼,它具有優良的鑄造、切削加工和耐磨性能,有一定的彈性,廣泛用於製造曲軸、齒輪、活塞等高級鑄件以及多種機械零件。此外還有含矽、錳、鎳或其它元素量特別高的生鐵,叫合金生鐵,如矽鐵、錳鐵等,常用做煉鋼的原料。在煉鋼時加入某些合金生鐵,可以改善鋼的性能。
    生鐵的分類
    生鐵是含碳量2.11%-6.67%並含有非鐵雜質較多的鐵碳合金。生鐵的雜質元素主要是矽、硫、錳、磷等。生鐵質硬而脆,缺乏韌性,幾乎沒有塑性變形能力,因此不能通過鍛造、軋製、拉拔等方法加工成形。但含矽高的生鐵(灰口鐵)的鑄造及切削性能良好。
    生鐵是高爐產品,按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩大類。習慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵,把鑄造生鐵簡稱為鑄鐵。鑄造生鐵通過鍛化、變質、球化等方法可以改變其內部結構,改善並提高其機械性能,因此,鑄造生鐵又可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特種鑄鐵等品種。
    生鐵也可分為普通生鐵和合金生鐵,前者包括煉鋼生鐵和鑄造生鐵,後者主要是錳鐵和矽鐵。合金生鐵作為煉鋼的輔助材料,如脫氧劑、合金元素添加劑。普通生鐵占高爐冶煉產品的98%以上,而煉鋼生鐵又占中國目前普通生鐵的80%以上,隨著工業化水平的提高,這個比例還將逐漸增加。
    從廣義的角度講,鐵還分為化學純鐵(含C幾乎為零),工業純鐵(含C小於0.05%),以及海綿鐵、粒鐵等。但它們皆非高爐冶鐵產品,而且用途也各異。當鐵中含C在0.03%-1.2%範圍時則為鋼,含C1.2%-2.5%的鐵缺乏實用性,一般不進行工業生產。
    生鐵是高爐產品,按其用途可分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩大類。習慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵,把鑄造生鐵簡稱為鑄鐵。鑄造生鐵通過鍛化、變質、球化等方法可以改變其內部結構,改善並提高其機械性能,因此,鑄造生鐵又可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特種鑄鐵等品種。
    生鐵冶煉工藝
    生鐵的冶煉雖原理相同,但由於方法不同、冶煉設備不同,所以工藝流程也不同。高爐生產是連續進行的。一代高爐(從開爐到大修停爐為一代)能連續生產幾年到十幾年。生產時,從爐頂(一般爐頂是由料鍾與料鬥組成,現代化高爐是鍾閥爐頂和無料鍾爐頂)不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑,從高爐下部的風口吹進熱風,噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石,主要是鐵和氧的化合物。
    高爐內的還原氣體產生於風口前的燃料燃燒,這一過程產生了兩大運動流:一個是上升的熱煤氣流,一個是下降的爐料流(鐵礦石、焦炭、熔劑等)。高爐內的一切反應均發生於煤氣和爐料的相向運動和相互作用之中。它包括爐料的加熱、蒸發、揮發和分解;鐵及其它元素的還原;爐料中非鐵氧化物的熔化、造渣和生鐵的脫硫;鐵的滲碳及生鐵的形成;爐料和煤氣之間的熱交換等等,是一係列物理化學反應過程的總和。
    生鐵的化學成分
    生鐵中除鐵外,還含有碳、矽、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。
    碳(C):在生鐵中以兩種形態存在,一種是遊離碳(石墨),主要存在於鑄造生鐵中,另一種是化合碳(碳化鐵),主要存在於煉鋼生鐵中,碳化鐵硬而脆,塑性低,含量適當可提高生鐵的強度和硬度,含量過多,則使生鐵難於削切加工,這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟,強度低,它的存在能增加生鐵的鑄造性能。
    矽(Si):能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀,能去氧,還能減少鑄件的氣眼,能提高熔化生鐵的流動性,降低鑄件的收縮量,但含矽過多,也會使生鐵變硬變脆。
    錳(Mn):能溶於鐵素體和滲碳體。在高爐煉製生鐵時,含錳量適當,可提高生鐵的鑄造性能和削切性能,在高爐裏錳還可以和有害雜質硫形成硫化錳,進入爐渣。
    磷(P):屬於有害元素,但磷可使鐵水的流動性增加,這是因為磷減低了生鐵熔點,所以在有的製品內往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性,優良的生鐵含磷量應少,有時為了要增加流動性,含磷量可達1.2%。
    硫(S):在生鐵中是有害元素,它促使鐵與碳的結合,使鐵硬脆,並與鐵化合成低熔點的硫化鐵,使生鐵產生熱脆性和減低鐵液的流動性,故含硫高的生鐵不適於鑄造細小件。鑄造生鐵中硫的含量規定最多不得超過0.06%(車輪生鐵除外)。
    生鐵相關物質區別
    鋼是由生鐵再煉而成,有較高的機械強度和韌性,還具有耐熱、耐腐蝕、耐磨等特殊性能。
    1)鐵與鋼的區別
    鐵在自然界中蘊藏量極為豐富,占地殼元素含量的5%,居地球物質中的第四位。鐵元素很活潑,容易與其它物質結合。習慣上常說的鋼鐵是對鋼和鐵的總稱。鋼和鐵是有區別的,所謂鋼鐵,主要由兩個元素構成,即鐵和碳,一般碳和元素鐵形成化合物,叫鐵碳合金。含碳量多少對鋼鐵的性質影響極大,含碳量增加到一定程度後就會引起質的變化。由鐵原子構成的物質叫純鐵,純鐵雜質很少。含碳量多少是區別鋼鐵的主要標準。生鐵含碳量大於2.0%;鋼含碳量小於2.0%。生鐵含碳量高,硬而脆,幾乎沒有塑性。鋼不僅有良好塑性,而且鋼製品具有強度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗衝擊、易提煉等優良物化應用性能,因此被廣泛利用。
    2)生鐵與熟鐵的區別
    生鐵一般指含碳量在2~4.3%的鐵的合金。又稱鑄鐵。生鐵裏除含碳外,還含有矽、錳及少量的硫、磷等,它可鑄不可鍛。根據生鐵裏碳存在形態的不同,又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。煉鋼生鐵裏的碳主要以碳化鐵的形態存在,其斷麵呈白色,通常又叫白口鐵。這種生鐵性能堅硬而脆,一般都用做煉鋼的原料。鑄造生鐵中的碳以片狀的石墨形態存在,它的斷口為灰色,通常又叫灰口鐵。
    由於石墨質軟,具有潤滑作用,因而鑄造生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能。但它的抗拉強度不夠,故不能鍛軋,隻能用於製造各種鑄件,如鑄造各種機床床座、鐵管等。球墨鑄鐵裏的碳以球形石墨的形態存在,其機械性能遠勝於灰口鐵而接近於鋼,它具有優良的鑄造、切削加工和耐磨性能,有一定的彈性,廣泛用於製造曲軸、齒輪、活塞等高級鑄件以及多種機械零件。此外還有含矽、錳、鎳或其它元素量特別高的生鐵,叫合金生鐵,如矽鐵、錳鐵等,常用做煉鋼的原料。在煉鋼時加入某些合金生鐵,可以改善鋼的性能。
    一般含碳量小於0.2%的叫熟鐵或純鐵,含量在0.2-1.7%的叫鋼,含量在2%以上的叫生鐵。熟鐵軟,塑性好,容易變形,強度和硬度均較低,用途不廣;生鐵含碳很多,硬而脆,幾乎沒有塑性。
    生鐵的檢測分析
    應用Simultix11型X射線熒光光譜儀對生鐵進行爐前快速分析,與化學法相比,X射線熒光光譜法具有製樣簡單、分析速度快、結果準確等優點,分析Si、Mn、P、S、Ti的時間可由30min縮短到10min。
    1)X射線熒光光譜法的現場分析特點
    X射線熒光光譜分析是表麵分析,分析麵是φ30mm圓片,元素分析線的出射深度是不足0.1mm的表麵層。為確保準確性,要求生鐵樣品成分均勻,無偏析,表麵光潔度好。
    2)試樣的采集與製備過程
    生鐵中非金屬元素 C、Si、P、S 等含量高,在試樣采集時易偏析。碳在鐵碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影響碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳轉化為化合碳,則可大量減少偏析現象。矽和碳是促進碳石墨化的元素,矽高碳易石墨化;矽低碳易形成化合碳。煉鋼生鐵一般矽低硫高(Si≤1.25%、S≥0.070%),屬白口生鐵。另外,冷卻快慢對偏析現象影響很大,采取急冷措施可促使碳形成化合物,減少偏析。為此,總結鐵水在凝固過程中的規律,采用熱導率高的鋼鐵鑄模,澆鑄小尺寸試樣(32mm×50mm)。
    3)鐵水澆鑄到鑄模
    鐵水澆鑄到鑄模的瞬間,鐵水溫度由大約1400℃迅速降至700℃左右,同時鑄模由室溫升至幾百度,這樣使成型後的鐵塊冷卻速度變緩。為進一步強化急冷效果,參考了標準樣品製備工藝中的經驗,即鐵水成型後在紅熱狀態下脫模,投入到冷水中或置於空氣中冷卻,這樣做急冷效果更好。
    4)試樣澆鑄完成並冷卻
    試樣澆鑄完成並冷卻後,用切割機切割,取其下部流水冷卻,用砂輪片打磨分析麵。打磨好樣塊應紋理清晰、平整、光潔。打磨時,過熱的樣塊應用流水冷卻,以防局部過熱,導致結構發生變化。工作時,砂輪片應及時更換,以防由於砂輪片粒度變化太大,造成偏差。
    在高溫下,焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來,得到鐵,這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵,鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣,從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出,經除塵後,作為工業用煤氣。現代化高爐還可以利用爐頂的高壓,用導出的部分煤氣發電。
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