[发明专利]一种铸铁碳当量精确值的计算方法及其应用

说明书

技术领域

一种铸铁碳当量精确值的计算方法及其应用，属于铸铁合金技术领域。

背景技术

具有共晶成分的铁碳合金结晶范围窄，铁液流动性好，易补缩，铸件缩松倾向小。生产中通常将铁液碳当量控制在共晶点附近，以获得优质铸件。然而，在碳当量、浇注温度等条件相同的情况下，以来源不同的生铁做原料进行铸造生产时，铸件缩松废品率波动很大，有时却高达30%。研究发现，来自炼铁企业的铸造生铁质量保证指标为C、Si、Mn、S、P五大元素。炼铁所用的铁矿粉来源十分复杂，铁矿粉中含有许多微量元素根本无法控制，造成生铁中微量元素含量呈多变性。这些微量元素铸造过程中产生遗传性影响，致使配料时无法准确控制碳当量，导致质量波动大。

一般铸造生产过程中计算碳当量只考虑C、Si的作用，而没有考虑微量元素的含量和作用，称为名义碳当量，计算结果经常与实际碳当量相差较大而偏离共晶点，导致铸件缩松缺陷增多。实际上，铸铁的实际碳当量不仅与C、Si有关，而且与Mn、S、P以及其它微量元素有关，阻碍石墨化元素如Mn、Cr、V、Mo、Cr等会使碳当量减少，促进石墨化元素如S、S、P、Al、Cu、Ni等会使碳当量增加。现有铸造生产过程中计算碳当量只考虑碳（C）、硅（Si）的作用，而没有考虑微量元素的含量和作用，即为名义碳当量，直接采用CE₁＝w(C)+1/3w(Si)计算。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种铸铁碳当量精确值的快速调节方法及其应用，可快速调整碳当量至共晶点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该铸铁碳当量精确值的计算方法，其特征在于，采用如下步骤：

a)采用光谱仪测量铁液中碳的质量分数w(C)，硅的质量分数w(Si)，以及铁液中除铁之外其它各元素的质量分数w(M)_i；

b)根据碳当量公式计算实际碳当量；其中，k为铁液中元素的石墨化作用程度系数；q是元素石墨化倾向指数，促进石墨化元素取0，阻碍石墨化元素取1；n是元素数量。

具体的，步骤b）中所述铁液中元素的石墨化作用程度系数k和元素石墨化倾向指数q的常见取值如下：

表1常见元素的石墨化作用程度系数和石墨化倾向指数

将上述q、k及n值和步骤a）中的w(M)_i代入碳当量公式计算出碳当量CE即可。

本发明还包含了对上述铸铁碳当量精确值的计算方法的应用：

依据上述公式计算获得铸铁中实际碳当量CE，根据实际碳当量CE调整铁液中硅铁加入量，使实际碳当量CE贴近共晶点4.28%，当CE≤4.28%时，增加碳硅含量，当CE≥4.28%时，减少碳硅含量。

与现有技术相比，本发明的铸铁碳当量精确值的快速调节方法及其应用所具有的有益效果是：现有铸造生产过程中计算碳当量只考虑碳（C）、硅（Si）的作用，而没有考虑微量元素的含量和作用，计算出的碳当量为理论碳当量，与实际碳当量差距较大，影响铸铁铸造性能。本发明同时考虑了碳、硅和微量元素的作用，计算精确度提高了ΔCE＝|CE-CE₁|，可以准确快速的地控制铁液碳当量。通过调整碳硅含量，使铁液碳当量保持在共晶点附近，补偿了微量元素对铁液碳当量的作用，消除了铁液的遗传性影响，减少了铸件内部缩松。其中名义碳当量的计算公式CE₁＝w(C)+1/3w(Si)为现有技术的碳当量计算方法，实际碳当量的计算公式为本发明人通过多次实践总结所得，通过建立数学模型的方法获得精确的碳当量值。按本发明的方法计算、调整碳当量，可以使球墨铸铁的缩松缺陷由原来的5.4%左右降低到0.37%以下，内在质量显著提高。表1常见元素的石墨化作用程度系数和石墨化倾向指数，是发明人经过理论分析和试验总结得出的数据，含括球墨铸铁常见的、质量分数较大的元素。本发明计算快速准确，方便在生产过程中及时调整炉料配比或硅铁加入量，使碳当量更接近共晶点，改善了铸造性能，提高了铸件质量。

具体实施方式

下面结合球墨铸铁的生产实例对本发明铸铁碳当量精确值的快速调节方法做进一步说明。其中实施例3为最佳实施例。

表2实施例1~3光谱仪检测结果

实施例1

本实施例中，其方法按如下步骤: