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熱分析儀器使用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題
熱分析儀器使用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題劉長(zhǎng)起王學(xué)華天津撤布浪斯探測(cè)儀器有限公司，天津300251）鑄鐵爐前快速熱分析技術(shù)是以鑄鐵組織形成過(guò)程的凝固溫度曲線為被測(cè)對(duì)象，對(duì)凝固溫度曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，得到不同成分下曲線的特征點(diǎn)，根據(jù)預(yù)先確認(rèn)后的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出鐵液的碳當(dāng)量（CE%）、碳含量（C%）、硅含量（S%）等指標(biāo)的鑄鐵爐前快速分析技術(shù)，測(cè)量精度可以達(dá)到CE：0.10%，是鑄鐵生產(chǎn)中爐前使用的簡(jiǎn)潔、快速、準(zhǔn)確的儀器，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛應(yīng)用于爐前鐵液的在線測(cè)量。隨著近幾年國(guó)內(nèi)鑄造市場(chǎng)的快速發(fā)展，熱分析儀在獨(dú)資、合資和生產(chǎn)出口鑄件的工廠得到迅速的普及，并取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
但在我們多年的現(xiàn)場(chǎng)服努過(guò)程中，熱分析儀器的使用在許多工廠都存在著或多或少的問(wèn)題，有著各種各樣的懷疑。結(jié)合多年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，把我們?cè)诜^(guò)程中遇到的一些大家關(guān)心的普遍問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)如下，供廣大相關(guān)人員探討、交流、提高，以使熱分析技術(shù)的應(yīng)用能在鑄造工廠被廣泛地使用，發(fā)揮它應(yīng)有的作用。
1熱分析儀器的實(shí)際使用特點(diǎn)及檢量線的調(diào)整1.1熱分析技術(shù)的原理熱分析的原理出自鐵碳平衡相圖，它給出了鐵液成分與凝固過(guò)程中相變溫度之間的定量關(guān)系。鐵液凝固相變溫度又與鑄件成型后的各項(xiàng)物理性能存在一定的關(guān)系。熱分析儀就是通過(guò)這種關(guān)系進(jìn)行金屬材料各項(xiàng)性能指標(biāo)的預(yù)測(cè)，通過(guò)調(diào)整鐵液中主要的碳、硅含量，得到不同的鑄件組織性能。
1.2儀器分析原理與實(shí)際情況的不同之處鐵碳平衡相圖的測(cè)定方法是在一種理想狀態(tài)下測(cè)定出的結(jié)果，而熱分析技術(shù)測(cè)定出的冷卻曲線是生產(chǎn)實(shí)際中的鐵液冷卻曲線，它的成分相對(duì)復(fù)雜，冷卻曲線的形態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)有一定的差異，但正是這種差異更能代表鐵液的實(shí)際狀態(tài)，使用這種實(shí)際鐵液的冷卻曲線進(jìn)行鐵液質(zhì)量分析與控制更加接近生產(chǎn)實(shí)際，其結(jié)果將更加準(zhǔn)確，控制的精度更高，在生產(chǎn)中發(fā)揮的作用將更有力。
1.3儀器的檢量線調(diào)整熱分析的測(cè)量結(jié)果是通過(guò)計(jì)算得到的，計(jì)算公式是通過(guò)回歸統(tǒng)計(jì)方法得來(lái)的。儀器所帶的公式系數(shù)為實(shí)驗(yàn)室條件下標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可允許企業(yè)直接應(yīng)用。但各工廠的原料、熔煉工藝不同，各種牌號(hào)鐵液的成份配比不同，會(huì)帶來(lái)不同的偏差。當(dāng)偏差過(guò)大時(shí)，為能與各個(gè)不同的使用企業(yè)情況吻合，需要重新修正公的相關(guān)系數(shù)，這就使熱分析儀器使用時(shí)會(huì)有檢量線調(diào)整問(wèn)題（具體的調(diào)整方法見(jiàn)熱分析儀器的使用說(shuō)明書(shū)）。
2熱分析檢測(cè)結(jié)果與鐵液質(zhì)量的關(guān)系鐵液質(zhì)量的好壞不僅僅指成分是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，鑄件成型后的物理性能是評(píng)價(jià)鐵液好壞的zui終標(biāo)準(zhǔn)。
許多研究證明影響鑄件物理性能的眾多因素中，除了鐵液中各種成分的具體含量，鐵液性狀也是影響鐵液質(zhì)量的一個(gè)重要因素。所謂鐵液性狀即在某一時(shí)刻鐵液所處的狀態(tài)。不同的熔煉過(guò)程的不同時(shí)刻鐵液的性狀是各異的，這種性狀隨時(shí)間而動(dòng)態(tài)變化，這種性狀的不同必然會(huì)對(duì)鑄件性能產(chǎn)生影響。但鐵液性狀對(duì)鐵液質(zhì)量、zui終的鑄件質(zhì)量等的影響，如果使用常規(guī)的基于成分的分析方法我們無(wú)法加與區(qū)別。對(duì)于基于過(guò)程測(cè)定的熱分析法來(lái)講，由于其測(cè)定的是鐵液動(dòng)態(tài)凝固的一個(gè)芫整過(guò)程，通過(guò)對(duì)不同測(cè)定過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，即可區(qū)分出這種性狀的不同，從而為我們研究鐵液性狀對(duì)鑄件質(zhì)量的影響提供了一種有利的定量分析工具。是曰本撤布浪斯公司的熱分析儀TCS對(duì)同一爐鐵液不同保溫時(shí)間進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果。從測(cè)定結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，同一爐鐵液在不同的狀態(tài)下其澆注后的組織性能各不相同，即證明了鐵液質(zhì)量并不是只與成分有關(guān)，要獲得高質(zhì)量的鐵液需要進(jìn)行多種因素綜合控制，而這是化學(xué)和光譜的成分分析方法不能實(shí)現(xiàn)、不能達(dá)到的地方，熱分析技術(shù)卻獨(dú)善此長(zhǎng)。
中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)1/2007 15對(duì)同一爐鐵液保溫不同時(shí)間測(cè)量的結(jié)果熱分析技術(shù)應(yīng)用于爐前控制，可以更加全面地反映鐵液質(zhì)量。正是由于這一點(diǎn)，當(dāng)工廠的原材料變化較大時(shí)；熔煉工藝發(fā)生較大的變化時(shí)；成分配比發(fā)生較大的變化時(shí)，都需要對(duì)熱分析儀器進(jìn)行檢量線調(diào)整。
3儀器使用過(guò)程中的問(wèn)題3.1樣杯的使用問(wèn)題（a）對(duì)于成分分析，一定取未孕育的原鐵液澆入樣杯；（b）注入鐵液溫度高于初晶溫度5（TC，溫度低則不能測(cè)定出初晶溫度，溫度太高則容易熔斷熱電偶絲；（c）注入鐵液量要求充滿樣杯體積的90% 100%，太少則溫度平臺(tái)變陡，不能識(shí)別出正確的特征點(diǎn)；太多時(shí)鐵液溢出使成分及性能測(cè)定樣杯中的添加劑失，不能發(fā)揮作用。在球化率測(cè)定中鐵液量還引起樣杯的熱容量變化。
?。╠）―次測(cè)量芫成后，盡快取下用過(guò)的樣杯，避免樣杯座溫度升高，影響以后測(cè)量精度。
3.2冷卻曲線異常的問(wèn)題U）冷卻曲線I明顯，但共晶溫度出現(xiàn)回升，Ts測(cè)試失?。ǎ?。
原因①樣杯中少I(mǎi)；或無(wú)Te；②鐵液中微量元素干擾（Ti）；③孕育后鐵液，強(qiáng)烈的孕育作用祗消了白口化元素的作用。
?。╞）冷卻曲線無(wú)I點(diǎn)，但Ts平臺(tái)存在（，4）。原因①澆注溫度低于初晶溫度；②鐵液碳當(dāng)量太高或太低，超出儀器的測(cè)量范圍。
原因一些合金元素在初晶階段放出大量結(jié)晶潛熱。高Cr鑄鐵發(fā)生此現(xiàn)象的情況多。
3.3儀器的接地問(wèn)題在大功率電氣設(shè)備附近使用熱分析儀器，曲線的形狀有時(shí)出現(xiàn)鋸齒狀或共晶平臺(tái)處出現(xiàn)溫度漂移，造成測(cè)量失敗。此時(shí)，補(bǔ)償導(dǎo)線及儀器的屏蔽是關(guān)鍵問(wèn)題，一定要單獨(dú)做地線，保證絕緣電阻小于1以下。
3.4合金鑄鐵問(wèn)題特殊的合金鑄鐵，由于合金元素的含量偏大，合金元素對(duì)冷卻曲線的影響程度要大于金屬液體中的碳、硅對(duì)曲線的影響。雖然CE%、C%、Si%都在儀器的測(cè)量范圍之內(nèi)，但也不能很準(zhǔn)確測(cè)量該種鐵液的相應(yīng)成分。上海，廣州、秦皇島等都有這一情況發(fā)生過(guò)。
3.5其它（a）高磷鑄鐵問(wèn)題：高磷鑄鐵中，磷的作用相當(dāng)于1/3的硅，對(duì)硅的成份分析有很大的影響，使用時(shí)需進(jìn)行特殊處理。
?。╞）沖天爐溶煉時(shí)，偶爾的共晶再輝，除少數(shù)白口元素失或鐵液倒多白口化元素作用減弱外，大多數(shù)客戶是由于爐料中微量元素的偶然變化所造成。
?。╟）一些孕育后的鐵液，也能直接用白口化樣杯進(jìn)行測(cè)量，但當(dāng)使用強(qiáng)烈孕育效果的孕育劑后，可能就不能測(cè)量了，需要改在孕育前使用。
4結(jié)論（1）與其它成分分析儀器的對(duì)比在對(duì)各種成分分析方法的比較后，從操作性能、時(shí)間效率、綜合費(fèi)用上，熱分析的使用都是很好的選擇。
?。?）冷卻曲線問(wèn)題不正常的冷卻曲線，反映了不正常的鐵液狀態(tài)或不正確的操作，應(yīng)很好地分析比較，處理突變的鐵液，糾正不正確的曰常操作。
?。?）鐵液性狀的量化熱分析對(duì)鐵液性狀的分析是其它成分分析不能比擬的，可以利用它對(duì)同種成分的鐵液得到不同物理性能的鑄件。
（4）一些高合金元素的鑄鐵，需要進(jìn)行特殊的處理后，才能使用熱分析