Ett måste för nybörjare i gjutning: Hur kontrollerar man kol- och kiselhalten på ett säkert och effektivt sätt under gjutjärnssmältning?

Del I: Säkerhet är avgörande

All operation som involverar smält metall medför extremt höga risker. Som en Gjutjärnsgjutning nybörjare, måste du placera säkerhet framför allt och strikt följa följande driftsstandarder:

1. Strikt implementering av personlig skyddsutrustning (PPE)

• Helkroppsskydd: Du måste bära standard-kompatibel flamskyddade kostymer/arbetskläder i läder för att skydda mot strålningsvärme och förhindra stänk av smält metall.
• Ögon- och ansiktsskydd: Bär specialiserade helansiktsskydd (med tonade filter för att skydda mot intensivt ljus och infraröd strålning) och säkerhet glasses .
• Handskydd: Använd långskalade, värmebeständiga handskar .
• Fotskydd: Slitage säkerhet boots (de måste vara utformade för att vara slagtåliga, punkteringsbeständiga och förhindra att smält metall rinner in).
• Verktygsanvändning: Se till att alla verktyg som kommer i kontakt med smält metall är långskaftad och har bekräftats torra och förvärmda före användning.

2. Förebyggande av explosiva faror

• Strikt avfuktning: Detta är den mest kritiska säkerhetsåtgärden. Om smält metall kommer i kontakt med någon fukt (även spårmängder i verktyg, laddningsmaterial eller legeringar), kommer den omedelbart att generera en stor volym ånga, vilket orsakar en våldsam ångexplosion som stänker smält metall överallt.
• Laddningsförvärmning: Innan man lägger till något återvunnet skrot, stålskrot eller till och med legeringstillsatser (som ferrokisel, förgasare) till ugnen, måste vara genomgräddad och förvärmd to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.

3. Giftiga gaser och miljökontroll

• Ventilation: En stor mängd ångor kommer att genereras under smältning, särskilt carbon monoxide ($\text{CO}$) från oxidation och förbränning på smältytan. Smältverkstaden måste ha högeffektiv lokal frånluftsventilation och bra övergripande butiksventilation.
• Luftövervakning: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.

Del II: Effektiv kontroll av kol- och kiselinnehåll

Gjutjärns egenskaper bestäms i första hand av kolhalten ($%C$) och kiselhalten ($%Si$), som tillsammans styr stelningsbeteendet och den slutliga mikrostrukturen. Detta bedöms ofta med hjälp av Kolekvivalent (CE) :

$$CE = %C \frac{%Si %P}{3}$$

1. Kontroll och justering av kolinnehåll ($%C$) (förkolning)

Kol är kärnelementet för att bilda grafit och bestämma flytbarheten hos gjutjärn. När kol försvinner under smältning eller otillräckligt i laddningen, a förgasare måste läggas till.

• Val av förgasare: Förgasarens renhet och partikelstorlek påverkar direkt dess upplösningshastighet och uppkolningseffektivitet (procentandelen tillsatt kol som absorberas av det smälta järnet).
  • Högren grafit/konstgjord grafit: Hög renhet, fixerat kol $>98%$, högsta absorptionshastighet (vanligtvis $>90%$), lämplig för smältor med höga krav eller induktionsugnssmältning.
  • Petroleum Coke: Kostnadseffektiv, fast kol mellan $90%-95%$, en vanlig förgasare.
• Optimal tilläggsmetod: Uppkolningseffektiviteten är nära relaterad till positionen och tidpunkten för tillsatsen.
  • Mid-Charge Tillägg (elektrisk ugn): Detta är rekommenderas mest metod. Blanda förgasaren med en del av laddningen (som returskrot eller stålskrot) och placera den i mitten och nedre delen av smältbassängen. Under smältning har förgasaren en längre kontakttid i den överhettade zonen för att lösas upp, vilket uppnår högre absorptionshastigheter.
  • Yttillägg före knakning: Lämplig för mindre justeringar. Den slagg måste skummas ordentligt först, sedan strös förgasaren jämnt på ytan, med hjälp av elektromagnetisk omrörning (i induktionsugnar) eller manuell omrörning för att främja upplösning. Denna metod är relativt mindre effektiv men lättare att använda.

2. Kontroll och justering av kiselinnehåll ($%Si$) (silikonisering)

Kisel är en stark grafitiseringspromotor , avgörande för att förhindra bildandet av vitt gjutjärn.

• Huvudkälla för kisel: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
  • Tilläggsmetod: Vanligtvis läggs till flytande metall precis innan tappning . För att säkerställa homogenitet bör den tillsättas efter skumning av slaggen och hållas i tillräckligt lång blötläggningstid (cirka 5-10 minuter) för att tillåta fullständig smältning och blandning.
  • Viktigt med förvärmning: Ferrokiselklumpar måste förvärmas för att förhindra ångexplosioner från fukt.
• Kombinerad kol-kiseltillsats: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) är en utmärkt komposittillsats.
  • Princip: $\text{SiC}$ does not melt in the iron melt but dissociates via the reaction $\text{SiC} \rightarrow [\text{Si}] [\text{C}]$, releasing both silicon and carbon into the iron.
  • Fördelar: Den ökar samtidigt $%C$ och $%Si$ och har utmärkt för-ympning effekter, vilket bidrar till bildandet av fin grafit. Det läggs vanligtvis till avgift as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.

3. Undvika och kompensera för oxidationsförluster

Under smältningsprocessen, särskilt i de senare stadierna av smältning och överhettning, kan kol och kisel gå förlorade på grund av reaktion med atmosfären eller oxider i slaggen:

• Avbränningsreaktioner:
  • $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
  • $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
• Motåtgärder:
  • Slagkontroll: I rätt tid removal of slag containing high iron oxide ($\text{FeO}$) . $\text{FeO}$ in the slag will continuously oxidize the $\text{C}$ and $\text{Si}$ in the molten iron.
  • Ersättning: Vid bestämning av den slutliga sammansättningen, en viss avbränningsersättning bör inkluderas, vilket innebär att mängden tillsatt bör något överstiga målvärdet för att kompensera för normala förluster vid smältning.

Del III: Jämförelse av vanliga kol- och kiselkontrollmaterial

För att hjälpa dig göra ett välgrundat val listar tabellen nedan vanliga kol- och kiseljusteringsmaterial och deras viktigaste egenskaper: