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球铁的化学成分
&球铁化学成分分析仪&碳硅分析仪&球铁的化学成分&球铁熔炼注意要点和质量对石墨化膨胀有很大影响，合适的碳含量、搞得石墨园整度与球化率及相当含量、中等偏小的球径石墨、减少球径大小不均及混合状石墨等，均有利于石墨膨胀力的增大，要努力做到上述要求，则在球铁熔炼过程中要特别注意以下几点：（1）化学成分的选择：&由于球铁石墨化膨胀与析出的石墨量有关，因此铁水成分中能促进石墨化的元素含量增加，将使石墨化膨胀增大。其中的碳含量有重要影响，但随着碳当量的增加，石墨膨胀量有一最大值，此时的碳含量大约为4.7%，参照此值按高碳低硅的原则来选取碳硅相对含量；锰和磷对石墨化不利，一般情况下要求含量越低越好，根据现有的炉料条件，锰应低于0.5%，磷应低于0.08%；硫是最重要的反球化元素之一，原铁水含硫越多，产生并残留在铁水中的硫化物越多，球化衰退速度也越快，低硫铁水不仅球化所必须得残留镁和稀土量很低，产生加渣和皮下气孔的可能性也大大减少，因此，努力获得低硫铁水是非常重要的，在冲天炉熔炼球铁时，希望含硫量最低于0.06%（2）重视炉料的质量：由于球铁对化学成分要求严格，其原铁水要求高碳、低硅、低锰、低硫、低磷，因此对新生铁、回炉料、废钢、铁合金、球化剂、孕育剂、焦炭等炉料一定要按上述要求进行采购和管理，对各料成分均要明确，并保证质量稳定，不轻易更换炉料来源地，如必须要换时，严格经过使用后再确定。（3）球化及孕育处理：球化处理一般采用堤坝式冲入法，坝内按球化剂、孕育剂、覆盖剂放入各料，球化剂的加入量根据熔炼形式而定，冲天炉熔炼的铁水含硫量高，一般按1.4~4.8%加入含约8%Mg的稀土硅铁镁球化剂；酸性炉衬感应炉熔炼时，可按1.2~1.4%加入；采用碱性电弧熔炼时，因能造渣除硫，可使铁水含硫量很低，其加入量只需0.4~0.5%就行。铁水包中的孕育剂加入量均为0.5%75SiFe。球化处理温度取1480度左右。浇注前，必须对铁水二次孕育，可采用倒包或随流的方式进行，按铁水重的0.2%加入粒度为0.3~0.8mm的75SiFe。以上操作对铁水球化率、石墨园整度、细化石墨球并增加其数量等都非常有利。（4）球化铁水检测；球化处理的铁水必须每包取样检测，可用三角试块法或一起进行，检查合格后才能充分浇注。&南京固琦分析仪器制造有限公司025-
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几种元素的原子半径和电负性镁铜铁锰硅铈镧镨钕钙碳原子半径（A）数值1.601.231.271.311.111.811.861.821.821.970.77和镁差值（%）-20-20-18-30+13+16+13+13+23-52电负性数值1.22.01.81.51.81.11.11.11.21.02.5和镁差值+0.8+0.6+0.3+0.6-0.1-0.1-0.10-0.2+1.3球铁原铁液主要含碳、硅两元素，镁在固态铁中的溶解度甚小。金属熔融后，晶格受到歪曲、破坏，出现大量空洞，溶解条件随之改变，溶解度增加。碳、硅也可以提高镁在铁中溶解度。例如，温度由1260℃升到1427℃，该溶解度增加0.5%；每增加碳1%，镁溶解度上升0.5%，而硅在这方面的能力仅及碳的1/3。 1427℃时，碳4.3%、硅3%的铁碳硅熔体中、镁溶解度可达2.6%。镁与硅形成化合物Mg2Si，其含镁63.41%,熔化温度1102℃。 Mg2Si和镁形成共晶体，含硅1.4%，共晶温度为637.6℃。 Mg2 Si和硅也可以组成共晶体，含硅58%、共晶温度为50℃。液态硅和镁可以互溶、但固态时，它们互溶的能力很低，尚无精确数字。镁和碳可以形成两种不稳定化合物Mg2C3 (碳42.56%)和MgC2（碳49.69% ) , MgC2（于600℃分解成Mg2C3和碳;Mg2C3在660℃左右又可分解成碳和镁蒸汽。化合物Mg2C3和MgC2硬而脆。镁和碳之间的溶解情况尚无报道。从它们的原子半径和电负性可推测，它们的溶解度甚小，甚至不溶解（表1）。2、镁的去气、脱硫作用镁和氧的亲和力很大，次于铈和钙。这些亲和力随温度下降而升高。单独用镁处理铁水时，镁则和氧反应，生成氧化镁。氧化镁熔点甚高，约为2800℃,沸点为3600℃，比重3.07～3.20克/厘米3，比铁水轻得多，可从铁液中浮起，进入熔渣，遂使球墨铸铁氧含量显著下降(表2)。表2
铁水经镁处理后，氧量的变化（%）第一组第二组第三组原铁水加镁后原铁水加镁后原铁水加镁后0.00640.00390.00220.00090.00430.0024镁和硫生成化合物MgS。镁和硫的亲和力比铈、钙低一些，比锰、铁高得多。单独使用镁处理铁液时，所生成的硫化镁比重比铁液低得多(2.6～2.8克/厘米3)，熔点高于2000℃，能上浮到铁液表面熔渣里，降低了铁液含硫量。可从原铁硫量0.04～0.08%降到0.02%以下。温度下降，镁与硫、氧的亲和力大增，因之，浇注、凝固过程中，镁继续脱硫、脱氧、不断生成硫化镁和氧化镁，构成所谓二次渣，它们浮出铸件的可能性甚小，有些聚集在上表面，成为夹渣。使用稀土镁球化剂，镁和稀土元素的脱氧、脱硫的作用复杂些。对比镁、稀土元素与硫、氧之间的亲和力，可以看出，同一元素的氧化物比硫化物稳定，并且，稀土氧化物、硫化物分别比氧化镁、硫化镁稳定。所以，稀土元素应该起主要脱硫、脱氧作用。是不是先脱氧，再脱硫呢?这里还要考虑铁液硫和氧含量，一般硫为0.04～0.08%,氧少得多，为0.002～0.006 %，即硫几乎比氧的浓度高10倍以上。可以认为，稀土元素和镁先脱硫，再脱氧。镁在氮气中可以燃烧，生成氮化镁Mg3N。和氧化物、硫化物相比，氮化物不稳定。铁液经镁处理后，所生成的氮化镁可以进入铁水表面熔渣里，从而导致球墨铸铁含氮量的下降。例如，含氮0.7%的原铁水经镁处理后降至0.5%，而铸件夹渣层含氮量却比正常区高2-6倍。镁和氢不能形成任何稳定化合物，例如，MgH仅在280℃以下才比较稳定。镁和氢、无论电负性或原子半径皆相差甚巨，它们之间不会大量互溶，镁加入铁液，因其有激烈沸腾搅拌铁水的作用，使铁水中氢量降低(表3)，但镁并不影响氢在铁中的溶解度。表3
铁水经镁处理后，氢量的变化(毫升/100克金属)第一组第二组第三组原铁水加镁后原铁水加镁后原铁水加镁后3.681.553.431.932.561.76由上述可知，铁液经镁处理后，氢、氧、氮、硫等元素的含量将减少，而镁的汽化、沸腾和激烈的搅拌作用使这些反应生成物上浮，逸出金属来得更容易，从而铁液的氢、氧、氮、硫诸元素含量显著下降，即镁有去气、脱硫的作用。二、稀土元素的性质和作用
稀土元素是指周期表第III族第六周期的镧系元素，其原子序数由57到71，共十五个。通常还把与它们性质相近的钇(Y)和钪(Sc)也算在稀土元素之列。所以，一般讲稀土元素共十七个。我国是一个稀土元素蕴藏量十分丰富的国家。稀土元素的化学性质十分活泼，在自然界中都以各种化合物的形式存在，含有稀土金属的矿物达250种之多。
稀土元素的化学性质及物理力学性能上的差别不大，这是由于原子的外层电子壳都是两个电子的缘故，而它们性能的微小差别与原子核大小有关。
根据原子结构、物理性能以及原料分布情况，可将稀土元素分成轻稀土(铈族)和重稀土(钇族)两组。
表4列举稀土元素的密度、熔点、沸点、熔化热、原子排列和原子半径。目前，所公布的数值往往因元素纯度不同，差异甚大。例如镧的熔点许多数据在920℃左右，它的沸点也在℃；其它如铈的沸点有的为2417士70℃。稀土金属的熔点比铁水温度低，但沸点远比铁水温度高，密度有些和铁水接近，有些甚至还高一些。这些物理性质都给简化球墨铸铁处理操作提供方便条件。 表4
稀土元素某些物理性质元素名称试样纯度[21]（%）熔点[21]（℃）沸点[19]（℃）熔化热[20]（卡/克分子）密度[20]（克/厘米）原子排列[21]（室温下）原子半径[20]（A）La（镧）99.0880+5374216006.162密排六方1.877Ce（铈）99.0805+537411238+46.768面心立方1.825Pr（镨）99.3930+5340016506.769密排六方1.828Nd（钕）99.51025+533001705+197.007密排六方1.821Pm（钜）（）*30001700（7.260）*斜方晶系（1.810）**Sm（钐）98～991060+521732061+157.536菱形1.802Eu（铕）（900）*171220005.245体心立方2.042Gd（钆）99.91035+10327321007.886密排六方1.802Tb（铽）99.01364+5307322008.253密排六方1.782Dy（镝）97.01410+10287338008.559密排六方1.773Ho（钬）98.11460+10287341008.779密排六方1.766Er(铒)99.31550+20317341009.062密排六方1.757Tm(铥)96.91545+10200043009.318密排六方1.746Yb（镱）99.8820+5170015006.959面心六方1.940Lu（镥）98.41650+10360045009.849密排六方1.734Sc（钪）94～961530+7300042002.985密排六方1.641Y(钇)97～991500+20320042004.472密排六方1.801注：“*”表示估计值，“**”表示估计值。 1、稀土元素的去气、脱硫作用稀土元素的化学性质十分相近，异常活泼，可以和氧、硫、氮、氢等形成化合物;然而它们之间仍有明显差别。镧、铈强烈氧化，镨、钕较弱。即使室温下，稀土金属也能够和潮湿空气反应，生成氧化物或者氢氧化物，金属表面很快变暗。这些金属在干燥空气中比较稳定，钆、钇放置几个月不起反应;可是，镧一定时间后会因氧化失去光泽。稀土金属在空气中加热到150～180℃则激烈氧化，燃烧(着火)；镧系前面的元素特别容易燃烧，例如，粉末铈在空气中会自燃。有些工厂发现，稀土镁中间合金长期放置，和空气接触，合金表面发暗，失去球化作用。因此，稀土金属保存时应尽力避免和空气接触。稀土元素呈三价，氧化物主要形式是Me203;只有铈呈四价，常态形式为Ce02。这些氧化物异常稳定，它们的生成热皆很大(表5)。以M e2O3类型而论，这类稀土氧化物的生成热比Al2O3稍大些；而CeO3的生成热比SiO2还大一些，亦即稀土元素与氧之间的亲和力极强，加入铁液应有强烈的脱氧作用。稀土氧化物熔点远比铁水温度高，有些稀土氧化物的密度接近铁液密度，有些则超过之（表5）。故而，它们不容易从铁液中逸出。稀土氧化物属于强碱性化合物，并且由镧到镥逐渐减弱。这些氧化物可以与酸性氧化物
稀土金属氯化物的某些物理化学性质氧化物密度[23](克/厘米3)熔点[27](℃)生成热[2](大卡/克分子量)La2O36．51～6·562135457LaO7.114Ce203 6．8671690445CeO7．77Ce02 7．3*233Nd203 7 .2772272士20432NdO8．18Pr2O3 7．0672200439Al2O33．92050400.0SiO22.51723208.0MgO3 .07～3.202800143.84注：“*”取自资料[21]表6
稀土硅酸盐的熔点、密度化合物熔点 (℃)密度 (克/厘米3)资料来源La20[SiO4]19305．72[28]Y20[SiO4]19804．49[28]Pr203·SiO218905.89[28]Ce203·2Si0217604.93[28]LaCrO32530士30[29] 如SiO2及中性氧化物Cr2O3组成正盐化合物如La20[SiO4]、Y20[SiO4]、Ce203·2Si02、LaCrO3等。它们的熔化温度比稀土氧化物低，密度也降低了(表6)。正盐化合物之间还可以组成固溶体(例如Sm203·Si02和La203·SiO2)，其熔点还可进一步降低。 目前，关于稀土金属在钢中的脱氧效果研究得较多，而在铸铁中的效果则研究得较少。大量试验和生产实践表明，稀土金属有减少钢中氧含量的作用。因此，普遍认为，稀土金属也有降低铸铁氧含量的作用。不过，这种看法并不是经常为测量所证实。 镁和稀土元素表现出不同的脱氧效果公它们的物理、化学性质以及工艺操作有密切关系。例如:1.稀土氧化物的密度比氧化镁大得多，前者还具有较高的熔点，稀土元素并不像镁那样加入铁水后，造成激烈沸腾、搅拌作用，故而，稀土氧化物难以完全逸出熔体，一部份必然残留在铸铁内部。目前采用的真空熔化测氧法所测量出的氧含量也包括氧化物的氧，不能反映出溶解在金属的氧的数量。稀土元素没有表现出显著的脱氧效果也就可以理解了；2.稀土元素加入铁液包内，所生成的脱氧产物没有足够时间逸出熔体，遂使铸铁中氧化夹杂物增加，故表现不出明显的脱氧作用。这种现象在炼钢中不乏实例，譬如，稀土元素加入钢锭模内，也很少有脱氧作用。应该强调指出，铁液经稀土处理后，溶解在金属的氧较少了；但，相当部分的氧以氧化物的形式出现。成为结晶核心，有助于石墨球化。因此不能根据氧“总量”的变化来衡量氧对石墨球化的影响。可以推想，倘若采用多种组元的稀土合金，譬如稀土合金、硅铁、硅钙混合物或者稀土一钙一硅合金进行处理，则会有较好的脱氧效果，因为它们能组成熔点较低、比重较小的稀土硅土硅酸盐，给氧化物上浮创造了前提。
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