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    淺述碳化硅脫氧劑的特性及其應用!

    文章作者:脫氧劑 發表時間:2020-11-19 15:06 所屬分類:行業新聞

    碳化硅是由一個碳原子和一個硅原子組成的化合物,其中硅占70%,碳占領區30%(按重量)。它是Edward G Acheson在制作人造金剛石時偶然發現的。由于它很堅硬,并且能切割玻璃、金屬以及其他材料,因此它最初的用途是用作磨料。由于它幾乎在任何溫度下都不氧化,所以可將其用作耐火材料。

    由于它在高溫下也非常穩定,所 以曾被廣泛用作窯爐的充填料。由于它能抵抗渣的侵蝕,所以可用作煉鋁爐和鼓風爐的渣線磚。由于它在有渣存在的情況下溶解時,碳原子和硅原子會成為帶電離子(C-4和Si +4)被釋出,因而又是一種被廣泛用于電爐煉鋼的有效脫氧劑。當將其加入灰鐵、球鐵或可鍛鑄鐵時,它不僅很易溶解,并會使碳和硅以合金形式進入熔體。

    當溫度低于1620℃時,其碳將起脫氧劑的作用,從而使諸如FeO和MnO之類不太穩定的氧化物,通過SiC+FeO=Si+Fe+CO這一反應而被還原。當溫度高于1620℃時(例如煉鋼時),硅將擔負起所有的脫氧任務,而碳則起增碳劑的作用,且其收得率可達100%。鐵的無芯感應熔煉是碳化硅的主要應用領域。在美國,約有95%的無芯感應爐都是用SiC作為主要的硅源。在灰鐵、球鐵和可鍛鑄鐵方面,都是通過SiC+FeO=Si+Fe+CO這個反應,用SiC來降低FeO和MnO在渣中的含量。

    由于FeO的存在能使任何渣的熔點下降,所以在任何既定的溫度下,因為渣的熔點的下降,都會使更多的渣變成液體。例如,當渣中的FeO含量為10%時,它的熔點將是1350-1400℃,加之在無芯感應爐的強烈攪拌作用下,這種液態渣將在熔體中被“均勻化”,從而把千萬個非常小的渣粒留在熔體中,鑄件的許多表面缺陷就是這種流動性很好的高FeO和MnO渣(通常稱之為硅酸錳渣)被帶入了鑄型造成的。

    如果加入SiC,從而把這種渣的FeO含量降到1或2%,其熔點就會提升到1500-1550℃,那么,在通常的出鐵溫度(1500-1550℃)下,這種渣或者仍然保持為固體,或者僅有很少量變成液體,從而將一較大的單體保留在爐子中,這就使得渣粒因有較高的上浮速度而容易被排除,并使其被帶入鑄型從而造成鑄件缺陷的機會大大減少。

    鐵水中存在非常小的FeO-SiO2夾雜(鐵橄欖石)是使鐵水流動性下降、縮松傾向增大、白口增多的主要原因,這對球鐵來說更是如此。因此,減少其在鐵水中的數量,就能消除增大縮松和白口傾向。

    由于碳化硅在鐵水中是溶解而不是熔化,因此,它進入鐵液所花的時間要比FeSi長。由于作用

    時間較長,所以衰退時間增大。因此,在球鐵方面,盡管爐子常常沒有給硅留有余地或者只留有很小的余地,然而許多鑄造廠已經發現,往爐料中配入至少3-4kg/T的SiC在經濟上是合算的。

    他們所看到的冶金效果是:白口發生減少,流渣造成的缺陷降低,石墨球數增加,縮松傾向減小,衰退時間增長。這部分是由于用殘留物含量低的SiC取代了含有鋁的硅鐵和N和S含量都較高的增碳劑的結果。

    SiC在球鐵方面的另一用途是進行純鎂處理時的“預孕育”作用。進行純鎂處理的缺點之一就是會增加產生縮松和碳化物的傾向。國外的研究表明:往處理包中加入2kg/TSiC是消除這一冶金問題的最有效辦法。

    由于FeO在球鐵渣中的含量比在灰鐵或蠕鐵渣中的含量要高,因此,流態渣對球鐵造成的問題要比對灰鐵或蠕鐵造成的問題更嚴重,因此,往球鐵中加入SiC的效果會更好。

    在灰鐵和蠕鐵方面,國外鑄造廠所觀察到的冶金效果與在球鐵方面所觀察到的效果基本相同:渣的數量和流動性減小,共晶團數量增多,白口傾向減少,衰退時間增長。另外,國外的灰鐵和蠕鐵鑄造廠常常都有足夠供在爐料中配入一定數量SiC的余地。最通常的加入量是:灰鐵10-15kg/T,蠕鐵5-10kg/T。我國是碳化硅生產大國,年產量已達20多萬噸,其中冶金級碳化硅的產量約占1/3左右,目前在我國主要是用作電爐煉鋼的脫氧劑,在鑄造廠的應用極少。

    由于我國許多鑄鐵廠,尤其是球鐵廠,都不同程度地存在著流渣引起的缺陷等問題,而且也都面臨著一個如何滿足越來越高的質量標準和日益激烈的成本競爭問題,因此,集脫氧劑和增碳劑于一身、且資源豐富的碳化硅必將成為我國許多鑄鐵廠減少流渣缺陷,提高鑄件質量,降低成本的一個非常重要的工具。

    此外,隨著用高鎂合金包芯線生產球鐵技術的日趨完善與推廣,用既能增碳、增硅,又能起預孕育作用的碳化硅部分或全部取代硅鐵的工作也必將被許多鑄鐵廠提到日程,因為這不僅能提高球鐵的質量,而且還能進一步降低生產成本。

    總之,碳化硅在我國當今鑄鐵廠的應用,既是勢在必行,更是大勢所趨。

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