一．引言

　　鐵合金（包括Si-Fe症歇，Mn-Fe，Mo-Fe等），主要用做煉鋼的脫氧劑航娩，合金元素的加入等。目前國內(nèi)外鐵合金的生產(chǎn)成型方法主要是模鑄鹰党。經(jīng)過冶煉→出鐵→去渣→澆入鑄撵徘眩→一次破碎→清除雜質(zhì)→二次破碎→最終產(chǎn)品，在這些過程中有7%左右的鐵合金變成了金屬粉末钓藏，這是一個很大的消耗状奴，也是一個很大的損失，僅八一鐵合金廠每年就這一項損失500～600萬元精臭，并且在破碎的過程中消耗大量的人力耗憨、物力（每天約有200～400人在現(xiàn)場進行人工破碎）。如何利用一種高新技術來生產(chǎn)鐵合金材料是鐵合金生產(chǎn)單位和國內(nèi)外鑄造及冶金專家一致關注和要解決的問題摇祖。國外已經(jīng)開始研究連續(xù)模鑄方法生產(chǎn)鐵合金眷篇。分析認為，利用連續(xù)鑄造技術來代替模鑄生產(chǎn)具有以下特點：提高錳硅鐵合金的產(chǎn)品質(zhì)量荔泳。簡化生產(chǎn)工藝蕉饼，節(jié)省大量人力、物力和財力玛歌。提高錳硅鐵合金的收集率和綜合成材率椎椰。降低能耗和材料損耗厦幅、減少污染，保護環(huán)境慨飘。易于實現(xiàn)機械化确憨、自動化，實現(xiàn)鐵合金的綠色生產(chǎn)瓤的。連鑄的這些特點休弃，可以說它給冶金企業(yè)帶來了一次變革，是一個非常具有前景的鑄造技術圈膏。綜上所述塔猾，錳硅鐵合金連鑄技術的研究與開發(fā)具有重要的實際意義，也具有重大的經(jīng)濟價值稽坤，如果把錳硅鐵合金的模鑄生產(chǎn)改變?yōu)檫B續(xù)鑄造生產(chǎn)永炭，預計每年獲得的直接經(jīng)濟效益僅八一鐵合金廠一個單位就可達500萬以上。因此土嚼，北京科技大學與廣西八一鐵合金（集團）有限責任公司于2001年9月開始共同開發(fā)錳硅鐵合金連鑄新技術魏桅。

　　二．實驗條件及內(nèi)容

　　實驗室以牌號為FeMn68Si18的錳硅鐵合金為實驗合金，其化學成分為：65.66%Mn缓缝，18%Si钳葬，0.197%P，1.38%C赂品，0.030%S翩腹。利用自制帶有特殊結晶器的連續(xù)鑄造實驗裝置研究以下內(nèi)容：研究錳硅鐵合金連鑄新工藝實現(xiàn)錳硅鐵合金連鑄生產(chǎn)的主要工藝參數(shù)（熔煉與澆注溫度，拉坯速度誓豺，結晶器的冷卻強度等）和各種參數(shù)的相互匹配; 研究連鑄錳硅鐵合金制品的質(zhì)量刷裂。

　　三．實驗結果及分析

　　1．錳硅鐵合金連鑄工藝

　　（1）合金熔化溫度吏恃、澆注溫度

　　實驗測定合金的微分熱分析曲線麦回，在微分曲線上第一個溫度下降速度減緩點處，對應的冷卻曲線上錳硅鐵合金的液相線溫度為1244℃恕刘，在微分曲線上第二個溫度下降速度增大點處，對應冷卻曲線上錳硅鐵合金的固相線溫度為1222℃抒倚，錳硅鐵合金的結晶溫度間隔約22℃褐着；由于合金中所含的錳和硅都是易于氧化的元素，并且合金結晶凝固的溫度間隔較大托呕，因此要采用較高的熔化溫度凈化錳硅鐵合金液含蓉。參考幾種鐵合金的熔化溫度，確定Fe68Si18合金的熔化出爐溫度范圍為1400～1450℃项郊，澆注溫度范圍是1270～1340℃馅扣。利用型號為GLEELE1500的熱模擬實驗機測定了不同溫度下硅錳合金的強度斟赚。從圖看出：600℃、700℃差油、800℃和900℃下錳硅合金的強度分別為76MPa拗军、127 MPa、49 MPa和49 MPa蓄喇。澆注時合金的過熱度高于100 ℃時发侵，合金在結晶器中冷卻所釋放的熱量不能及時充分傳出，且容易熔化在結晶器壁形成的坯殼偷真，使坯殼厚度變薄闲招，由于在800～900℃高溫下，錳硅合金的強度僅50MPa熙同，而鋼在1000℃的強度已達100MPa以上蒿疲，所以錳硅合金在連續(xù)鑄造過程中容易將坯殼拉斷，甚至把坯殼熔化锻刹，導致拉漏棉玻。

　　要穩(wěn)定錳硅鐵合金連鑄必須具備以下條件：

　　① 過熱度在結晶器中散失完全都宅；

　×衅② 在結晶器中形成穩(wěn)定厚度的坯殼；

　±㈤稀③ 在連鑄過程中喳律，形成坯殼不斷裂；

　”衿凇④ 由于錳硅鐵合金在室溫下脆性很大赤朽，必須保證錳硅鐵合金在結晶器出口處合金溫度不能低于600-800℃ 。

　±ヂ搿（2）錳硅鐵合金連鑄工藝

　　經(jīng)過實驗研究,對于不同尺寸的鑄坯,其合適的連續(xù)鑄造工藝為：

　　1. 將合金保持在一定的溫度進行澆注气忠，對于一定尺寸鑄坯，連鑄機的冷卻能力越高赋咽、結晶器長度大旧噪，合金的連續(xù)鑄造速度大。

　　2．連鑄錳硅鐵合金的宏觀質(zhì)量

　　連續(xù)鑄造直徑為54毫米的錳硅鐵合金鑄坯(a)及其表面形成明顯的振動波紋(b)脓匿，由此看出淘钟，使用內(nèi)襯石墨套的結晶器，由于石墨的潤滑作用陪毡，所得到的連續(xù)鑄造錳硅鐵合金鑄坯具有光潔清晰的外觀表面米母。

　　3．連鑄錳硅鐵合金的微觀質(zhì)量

　　連續(xù)鑄造錳硅鐵合金鑄坯組織致密，從圖看到毡琉，模鑄試樣組織中存在較多的疏松和孔洞铁瞒。由于模鑄鑄錠的體積比較大妙色，合金本身傳熱能力差，因此其熱量散發(fā)較慢慧耍，鑄錠的凝固速度緩慢身辨，液體合金的粘度較大，合金的流動性差甫蹄，補縮能力也差树吏，所以鑄錠容易形成參差不齊、帶有尖銳邊角的縮松和縮孔缚粮，疏松的尖銳邊角處產(chǎn)生應力集中漫介，形成合金組織的薄弱部位，錳硅鐵合金本身較脆囊叛，在應力集中處合金組織容易產(chǎn)生斷裂赏碑；在連鑄坯最后澆注的鐵合金液存在著液心，凝固時在中心形成一段集中縮孔学蟀。正常的連鑄坯組織中疏松數(shù)量少射愧，單個疏松的體積也比模鑄疏松小。放大倍數(shù)為1000倍的連鑄邊緣組織户虐，試樣中沒有明顯的疏松孔洞卓俱，裂紋呈明顯的金屬色。這是因為連鑄坯的體積較小紊荞，鑄坯邊緣的冷卻強度大庶艾，合金的凝固結晶速度較快，因此合金組織顯著細化擎勘；由于合金本身傳熱能力差咱揍，因此其熱量散發(fā)較慢，鑄錠的凝固速度緩慢棚饵，加上合金的流動性差煤裙，補縮能力也差，所以合金組織中形成分散細小的縮松噪漾；由于相變和熱應力在縮松邊角處造成應力集中硼砰，鐵合金本身比較脆，在受應力作用合金組織中形成較小的裂紋欣硼。

　　對比觀察連續(xù)鑄造與模鑄錳硅鐵合金的顯微組織题翰，可以看出，連續(xù)鑄造錳硅鐵合金的顯微組織明顯細化分别、致密。對連鑄與模鑄兩種方法生產(chǎn)鑄錠不同部位化學成分進行分析存淫，結果表明耘斩，連續(xù)鑄造生產(chǎn)的鑄錠各個部位化學成分均勻淌影，消除了偏析。與模鑄生產(chǎn)相比圈喻，連續(xù)鑄造合金錠的體積小脾韧，加上結晶器內(nèi)循環(huán)水的強烈冷卻，鑄錠凝固結晶速度快爸见，合金處于液態(tài)時間短聂突，合金中各種元素均來不及進行遠程擴散，合金就結晶凝固了应攘，因此易于偏析的元素不能偏聚言刨，鑄錠各個部位的化學成分均勻，消除偏析轧翘，顯著提高合金質(zhì)量焦伸。

　　將連續(xù)鑄造與模鑄的錳硅鐵合金試樣進行X射線衍射分析。發(fā)現(xiàn)兩種工藝所制得的試樣形成的衍射譜線有較大的差別曙辑。物相分析結果表明服筋，二者除了含有相同的組織組成物Mn、FeSi母债、Si午磁、Fe之外，連續(xù)鑄造錳硅鐵合金組織組成物還有Fe2MnSi和Fe3Si毡们，而模鑄的錳硅鐵合金組織組成物還有MnSi迅皇。Fe的原子量為56，Mn 的原子量為55漏隐，Si的原子量為28喧半。FeMn68Si18合金中各元素的原子百分數(shù)分別為11.7at%、58.3 at%青责、30at%挺据。從Fe-Mn-Si三元合金相圖分析，F(xiàn)eMn68Si18合金成分位于一個兩相區(qū)脖隶，其組織為固溶有Fe的Mn3Si(LT)和固溶有Fe的Mn5Si3化合物的兩相混合物扁耐。由于鑄造過程中合金的冷卻速度比較快，合金是非平衡凝固产阱，因此合金凝固后的組織與平衡相圖上所分析的組織組成物是有偏差的婉称，而且連續(xù)鑄造比模鑄時合金的冷卻速度大得多，所以兩種鑄造方法所得到合金的組織也存在差異构蹬。掃描電子顯微鏡觀察分析甩幔，模鑄試樣FeSi相的晶粒呈塊狀和片狀分布于基體中，棱角處比較尖銳祠喻，對基體有割裂作用栽乘；連鑄試樣的晶粒形態(tài)圓整芽贫，分布均勻，大大減輕了對基體的割裂作用挚粱。

　　四.結論

　　1．不同尺寸硅錳鐵合金連鑄坯的合適連鑄工藝為：合金保持在一定的溫度進行澆注吴爵，對于一定尺寸鑄坯，連鑄機的冷卻能力越高惊柱、結晶器長度大错猬，合金的連續(xù)鑄造速度大。

　　2．連續(xù)鑄造錳硅鐵合金的組織細化樱凄、致密标炭。

　　3．由于連鑄的冷卻速率大于傳統(tǒng)模鑄工藝的冷卻速度，合金凝固時形成的過渡相能夠保存到室溫巾甲。利用X射線衍射研究表明連鑄試樣由Mn涕克、FeSi、Si悬襟、Fe2MnSi衅码、Fe3Si、Fe等相組成脊岳；模鑄試樣由Mn逝段、FeSi、Fe割捅、Si和MnSi組成奶躯。

　　4．模鑄試樣FeSi相的晶粒呈塊狀和片狀分布于基體中，角處比較尖銳亿驾，對基體有割裂作用嘹黔；連鑄試樣的晶粒形態(tài)圓整，分布均勻莫瞬，大大減輕了對基體的割裂作用儡蔓。

　　5．連續(xù)鑄造合金化學成分均勻，消除偏析疼邀，顯著提高合金質(zhì)量喂江。

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