爐前鐵水分析儀的熱分析功能

鑄鐵件的材質質量標準，是以材質的性能和組織為交貨驗收條件。貫穿著鑄鐵生產的各個環(huán)節(jié)，化學成分、冷卻速度、核心數(shù)量與組織結構和機械性能的關系, 

在鑄鐵材質驗收標準中規(guī)定的性能實驗指標，是常溫條件下檢查力學性能的結果。因此在常溫下鑄鐵的性能與組織具有唯一的相關關系。 

鑄鐵的組織由鐵水的化學成份、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性能。在生產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生的是蠕墨鑄鐵。 

針對上述三大鑄鐵材質生產的在線檢測需求，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)生冷隔缺陷的風險度增大。初晶溫度越高，凝固冷卻的速度越大，產生白口缺陷的風險度越大。 

CE過低還導致初生奧氏體過多，縮孔的風險度增大。使灰鐵的抗拉強度過高，球鐵和蠕鐵的石墨過少等結果。

如果CE過高的話，會導致初生奧氏體過少、石墨過多。灰鐵的抗拉強度降低的結果。 

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，也會導致冷隔(湯竟、重皮)缺陷的發(fā)生。石墨化漂浮會導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，凝固外殼內的鐵水溫度越高，鐵水在封閉外殼內的降溫幅度越大，產生的體積收縮越大。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等反應物中的Mg量。與化學分析或光譜分析的，包含了MgS、MgO、Mg3N2等反應物的總鎂量有所區(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。我國的蠕鐵生產之所以不能形成高蠕化率的穩(wěn)定量產，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生的石墨化膨脹，會導致型壁移動的鑄造缺陷發(fā)生，進而導致鑄件尺寸的不穩(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。 

反白口風險度【₩】 

熱分析能夠測量出鐵水的反白口風險度【₩】。反白口是鐵水在選擇結晶過程中，將低熔點的成份排擠到鑄件的中心部位最后凝固。這些低熔點的成份大多是白口化元素，因此在鑄件最后凝固的部位產生了白口組織。區(qū)別于鑄件表面高速冷卻產生的白口組織，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。通過反白口風險度的測量，可以預知發(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的綜合條件。也只有熱分析測量到鐵水符合目標材質生成條件時，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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