黑渣(硅酸镁渣)是一种以MgO和SiO2复合形成的化合物为主体、并含有硫化物、氧化物、铁、碳以及少量硫、钙、锰所形成的熔渣。从形态上看,这种熔渣呈块状、条索状或细碎状。块状黑渣常和漂浮石墨结合在一起,尺寸由几百微米到几毫米,邻近渣区的石墨大部分是片状或蠕虫石墨。绳索状黑渣多半是在铁水流动时形成,一般多出现在铸件上部。其附近的石墨多数呈爆裂状或蠕虫状,更远处有不规则石墨或片状石墨。单个细碎黑渣体积比较细小,成群地存在于铸件各处,没有漂浮石墨的区域也有这种渣存在。渣区附近存在不规则石墨,邻近渣区氧含量很低。
硅酸镁渣在光镜下呈暗黑色,常称为黑渣。
黑渣的主要组成物是MgO、SiO2组成的复化合物硅酸镁(2MgO·SiO2或 MgSiO3)和非晶质硅酸盐。硅酸镁被称为镁橄榄石。在黑渣中的质量分数约为25%~30%。除了镁橄榄石以外,黑渣中还含有 FeSiO4(铁橄榄石)。MgSiO3和 FeSiO4或以聚合状态或以游离状态存在于铁水中。上述成分的熔渣熔点较高,成为铁水中的固态渣。
含有镁和硅的球化合金中镁大部分以Mg2Si形式存在。合金中的Mg2Si在高温铁水中瞬间即行燃烧,残留物为MgO和硅。硅进一步氧化生成的SiO2与MgO反应,可能产生两种产物:
2MgO+SO2—>Mg2SiO4(镁橄榄石)
MgO+SiO2—> MgSiO3(顽辉石)
当MgO和SO2符合2MgO·SiO2化合比或MgO过剩时反应产物绝大多数为Mg2SiO4,反之则 MgSiO3生成量增加。我们希望尽量减少渣中 Mg2SiO4量,因为Mg2SiO4含量少的熔渣,易于浮至铁水表面而被清除。
炉前处理完毕的铁水应尽快浇注。因为铁水停留时间延长,硅的氧化物增多,而且Mg2SiO4的阳离子被铁离子置换,置换下来的镁可能又进入新的硅酸盐,增加黑渣数量。
以硅酸镁为主体的熔渣量随加镁量增加而增加。加镁0.15%时,熔渣总量约占铁水重量的0.1%。球化剂中硅含量低时,Mg2SiO4、晶态和非晶态氧化物均减少。即使球化剂不含硅,上述物质仍存在。球化剂中含有铈或重稀土元素,明显减少黑渣的生成量。残余镁量超过0.06%时,黑渣量明显增加。MgS不是构成黑渣的物质,但它容易和黑渣聚合,增加黑渣体积。
黑渣是影响球墨铸铁质量的缺陷,应尽力使之减少或消除。主要的消除方法是在铁水中加入占铁水重量0.05%~0.1%的铝冰晶石(Na3AlF6)。高温下冰晶石能溶解铁水及熔渣中的镁、硅、钙、铁、铝的氧化物,氧化物在冰晶石中溶解后形成熔点较低的液态熔渣。铁水浇注前镇静几分钟,熔渣浮于铁水表面再加些除渣剂或氟化钙,使渣呈聚集状态,即可顺利扒除。对减少铸件中的黑渣十分有效。
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南京诺金高速分析仪器厂
2021年10月30日
