基于铁水氧含量快速测试的球化效果评价方法

发布时间：2020-07-01 23:15

【摘要】：圆整的石墨形态和均匀的基体组织决定了球墨铸铁优越的力学性能,其中球墨铸铁铸态组织的球化率,被广泛认为是评价其组织和力学性能好坏的最重要指标。铁水中氧元素一直被认为是在石墨结晶和生长过程中最活跃元素,其含量影响铸态组织的最终形态,而近年来随氧电池法在炼钢工业中的普遍应用,对铸铁铁水活性氧含量的“在线”快速检测也成为热门研究方向。本文应用自制定氧探头,检测球墨铸铁铁水中活性氧含量指标:氧活度α_o和氧电势E_o值,并分析了铁水中氧含量与球化孕育效果的变化规律,最终形成一套以铁水中氧活度α_o和氧电势E_o评价球化率的方法,基于该方法设计了球铁球化效果评价系统。研究了原铁水和球化铁水中氧活度α_o和氧电势E_o的变化规律,并用热力学观点和氧含量状态分析了二者在表征铁水中氧含量变化趋势上的异同,并着重解释了产生差异的原因。明确了二者对温度和氧含量变化的敏感性。研究了球化剂加入量变化实验和球化铁水静置实验中,氧活度α_o、氧电势E_o、球化率的变化,验证了活性氧含量对球化效果的影响,在综合考虑氧化作用和孕育作用的前提下,明确了低氧环境(α_o0.3ppm,E_o-150mV)对获得高球化率球墨铸铁(90%)的重要作用。发现氧活度α_o能较准确地识别球化率变化、氧电势E_o能及时地反应铁水中氧含量变化。获得了不同球化率铁水所对应的氧活度α_o和氧电势E_o的范围,根据双参数法(α_o,E_o),给出了不同球化率的分区,并量化了球化率分区的数学模型,在此基础上,测得球化铁水冶金状态坐标(E_o/mV,T'/℃),即可实现对球化率预测。构建了基于铁水氧含量快速测试的球化效果评价系统,能简单方便、迅速准确地测得球化铁水的温度、氧电势及氧活度数据,并根据双参数法数学模型,给出球化率预测值。通过球化铁水现场定氧实验表明,系统的氧含量检测、球化率预测方法有效。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG250
【图文】：

图 1-1 通用定氧探头结构Fig.1-1 Structure of universal fixed oxygen battery定氧探头基本原理：电池的核心是半电池中的固体电解质管，它相当桥，如果不考虑细微的电子导电和空穴导电，那么固体电解质内外氧唯一可传导的物质。以 CaO 或 MgO 掺杂的 ZrO2粉体作固体电解质+MoO2或 Cr+Cr2O3粉作参比电极，如图 1-2，图左侧是氧浓差半电池的质管部分，右侧指示其局部氧离子传导方向，当电解质管内外处于不时，电解质的电极界面将发生电极反应，建立起不同的电化学平衡。比极（管内）和被测极（管外）间活性氧氧浓度差的作用下，通过固管氧离子从被测极向参比极传送，在固体电解质与铁水接触表面将发应[20-21]，根据能斯特方程式，如式（1-5）22 2OoOln ln4 O 4 O( )( ) ( )RT PRTaF P F PE = =ⅠⅡ Ⅱ（1所述 αo是氧活度值，代表铁水中活性氧含量，R 是气体常数，F 是法，Eo是固体电解质管内外测得的电势差，即氧电势值，T 是铁水的实度，PΙ(O2)是铁液中的氧分压，PⅡ(O2)是参比电极中的氧分压，若半电

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图 1-2 固体电解质管工作原理图Fig.1-2 Working principle of solid electrolyte tube上所述，将测量氧电势 Eo的半电池和测量温度 T 的热电偶封装成品定氧探头，连接插枪，再连接二次仪表，进行调试和校对后图 1-3，将连接好的定氧探头插入待测高温铁水中，一般在极短0 s），即可在二次仪表上显示氧电势 Eo和测量温度 T 曲线平台，动算出氧活度 αo，实现金属液活性氧含量的在线测量。

【参考文献】