【摘要】：圓整的石墨形態(tài)和均勻的基體組織決定了球墨鑄鐵優(yōu)越的力學(xué)性能,其中球墨鑄鐵鑄態(tài)組織的球化率,被廣泛認(rèn)為是評價其組織和力學(xué)性能好壞的最重要指標(biāo)。鐵水中氧元素一直被認(rèn)為是在石墨結(jié)晶和生長過程中最活躍元素,其含量影響鑄態(tài)組織的最終形態(tài),而近年來隨氧電池法在煉鋼工業(yè)中的普遍應(yīng)用,對鑄鐵鐵水活性氧含量的“在線”快速檢測也成為熱門研究方向。本文應(yīng)用自制定氧探頭,檢測球墨鑄鐵鐵水中活性氧含量指標(biāo):氧活度α_o和氧電勢E_o值,并分析了鐵水中氧含量與球化孕育效果的變化規(guī)律,最終形成一套以鐵水中氧活度α_o和氧電勢E_o評價球化率的方法,基于該方法設(shè)計了球鐵球化效果評價系統(tǒng)。研究了原鐵水和球化鐵水中氧活度α_o和氧電勢E_o的變化規(guī)律,并用熱力學(xué)觀點和氧含量狀態(tài)分析了二者在表征鐵水中氧含量變化趨勢上的異同,并著重解釋了產(chǎn)生差異的原因。明確了二者對溫度和氧含量變化的敏感性。研究了球化劑加入量變化實驗和球化鐵水靜置實驗中,氧活度α_o、氧電勢E_o、球化率的變化,驗證了活性氧含量對球化效果的影響,在綜合考慮氧化作用和孕育作用的前提下,明確了低氧環(huán)境(α_o0.3ppm,E_o-150mV)對獲得高球化率球墨鑄鐵(90%)的重要作用。發(fā)現(xiàn)氧活度α_o能較準(zhǔn)確地識別球化率變化、氧電勢E_o能及時地反應(yīng)鐵水中氧含量變化。獲得了不同球化率鐵水所對應(yīng)的氧活度α_o和氧電勢E_o的范圍,根據(jù)雙參數(shù)法(α_o,E_o),給出了不同球化率的分區(qū),并量化了球化率分區(qū)的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,測得球化鐵水冶金狀態(tài)坐標(biāo)(E_o/mV,T'/℃),即可實現(xiàn)對球化率預(yù)測。構(gòu)建了基于鐵水氧含量快速測試的球化效果評價系統(tǒng),能簡單方便、迅速準(zhǔn)確地測得球化鐵水的溫度、氧電勢及氧活度數(shù)據(jù),并根據(jù)雙參數(shù)法數(shù)學(xué)模型,給出球化率預(yù)測值。通過球化鐵水現(xiàn)場定氧實驗表明,系統(tǒng)的氧含量檢測、球化率預(yù)測方法有效。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG250
【圖文】：

圖 1-1 通用定氧探頭結(jié)構(gòu)Fig.1-1 Structure of universal fixed oxygen battery定氧探頭基本原理：電池的核心是半電池中的固體電解質(zhì)管，它相當(dāng)橋，如果不考慮細(xì)微的電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電，那么固體電解質(zhì)內(nèi)外氧唯一可傳導(dǎo)的物質(zhì)。以 CaO 或 MgO 摻雜的 ZrO2粉體作固體電解質(zhì)+MoO2或 Cr+Cr2O3粉作參比電極，如圖 1-2，圖左側(cè)是氧濃差半電池的質(zhì)管部分，右側(cè)指示其局部氧離子傳導(dǎo)方向，當(dāng)電解質(zhì)管內(nèi)外處于不時，電解質(zhì)的電極界面將發(fā)生電極反應(yīng)，建立起不同的電化學(xué)平衡。比極（管內(nèi)）和被測極（管外）間活性氧氧濃度差的作用下，通過固管氧離子從被測極向參比極傳送，在固體電解質(zhì)與鐵水接觸表面將發(fā)應(yīng)[20-21]，根據(jù)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，代表鐵水中活性氧含量，R 是氣體常數(shù)，F(xiàn) 是法，Eo是固體電解質(zhì)管內(nèi)外測得的電勢差，即氧電勢值，T 是鐵水的實度，PΙ(O2)是鐵液中的氧分壓，PⅡ(O2)是參比電極中的氧分壓，若半電

圖 1-2 固體電解質(zhì)管工作原理圖Fig.1-2 Working principle of solid electrolyte tube上所述，將測量氧電勢 Eo的半電池和測量溫度 T 的熱電偶封裝成品定氧探頭，連接插槍，再連接二次儀表，進(jìn)行調(diào)試和校對后圖 1-3，將連接好的定氧探頭插入待測高溫鐵水中，一般在極短0 s），即可在二次儀表上顯示氧電勢 Eo和測量溫度 T 曲線平臺，動算出氧活度 αo，實現(xiàn)金屬液活性氧含量的在線測量。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2737413