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摘 要：为了探究用氧含量来评价铁水球化孕育效果的方法,使用氧浓差电池在线检测法研究了球墨铸铁不同球化状态铁水制备过程中的氧含量.结果表明,在铁水中氧活度αo和氧电势Eo对铁水含氧状态表征上存在差异.通过对浓差电池法铁水氧含量检测热力学和铸铁石墨球化冶金原理分析,可知温度和氧平衡状态是导致αo和Eo测试出现偏差的主要因素.分析了单参数方法（αo）评价球化率的不足,给出了双参数法（αo和Eo）来评价球化率,并初步阐述了其冶金意义.
关键词：球墨铸铁；氧活度；氧电势；冶金原理；球化状态
DOI：10.15938/j.jhust.2018.01.006
中图分类号： TG143.5
文献标志码： A
文章编号： 1007-2683（2018）01-0030-05
Abstract：In order to explore the evaluation method of nodularization effect in iron melting through oxygen content, the active oxygen content was tested online in the preparation of nodularized melting with different nodularizing status by oxygen concentration cell. The results showed that there was an obvious difference between oxygen activity αo and oxygen potential Eo in the characterization of oxygen content status in the iron melting. By thermodynamics and metallurgical theory analysis of the oxygen concentration cell and graphite spheroidization in iron melting, the testing temperature and oxygen balance status in the iron melting might be the main causes leading to the difference between αo and Eo. Accordingly, the disadvantage of single parameter method by αo to evaluation spheroidization rate was analyzed, and simultaneously the twoparameter method combined αo with Eo was investigated for nodularization evaluation. Finally, the metallurgical implications of the αo and Eo were further explained.
Keywords：ductile iron； oxygen activity； oxygen potential； metallurgical theory； nodularization status
0引言
鐵水中氧含量不能直接测得,使用浓差氧电池法可以检测铁水中氧的状态含量,包括氧活度αo和氧电势Eo两种参数[1],通过测定钢水中的氧含量可以指导脱氧精炼生产,对铸铁铁水在线测氧的研究,大多用探头反馈的αo评价石墨形态,预测球化孕育效果[2-4],并依此确定球化剂加入量或球化剂补加量[5-6]；也有学者用Eo评价球化率,并得到较好的对应关系[7].多数研究者都从评价球化率角度来应用αo和Eo,评价方法比较单一、准确性较低,且对铁水球化前后氧活度αo和氧电势Eo的变化规律及其球化冶金作用的分析不够深入.
本文采用高精度定氧探头,测试球墨铸铁不同球化状态铁水制备过程中的氧活度αo和氧电势Eo的变化,深入讨论二者对评价铁水含氧状态的异同,并结合二参数来评价铸造铁水冶金状态及石墨球化效果,提高了评价的科学性和准确性.
本研究采用小包实验,铁水和空气接触比表面积大,吸氧量大,球化效果衰退较大包显著.随温度降低,铁水中的氧溶解度降低,多余的溶解氧趋向于转变成化合状态.在未球化铁水中,氧含量主要受温度控制（溶解度降低）.在铁水随炉缓慢降温的情况下,氧原子凝结成氧分子或成冶金化合态较慢,基本处于平衡状态,氧活度呈现下降趋势[13]；而球化铁水中含有大量的活性Mg,活性氧含量主要受Mg氧化反应控制,在含氧量极低的情况下,铁水将较快吸附空气中的氧,其它较低稳定状态氧化物中的氧也将分解而使铁水含氧量增加,以便趋于保持和Mg的氧化反应平衡状态,于是铁水中的含氧量在温度降低的情况下仍有所升高[14-15].在大包或保护气氛球化状态下,此种现象将不明显.在覆盖保护的球化铁水中（见图2）,氧电势Eo和氧活度αo的变化趋势和无覆盖保护铁水基本相同,随铁水停留时间延长,氧活度值αo稍有降低,但氧电势Eo回升幅度较小,对应金相组织未出现球化衰退.由此说明,覆盖保护铁水氧化程度减小.以上分析可以得出,电池的氧活度αo区别于氧电势Eo的变化规律,主要是由于氧活度αo的计算公式强烈依赖温度项,而氧电势项Eo主要受控于铁水中含氧状态,这是由计算过程引入的差异.
浓差电池系统中,在氧离子的传质过程中,因固体电解质管的极化作用[16-17],使电解质管内表面出现一层极薄的参比极金属层,电解质管外表面铁水处出现富氧层,这种现象Mo参比极比Cr参比极明显,同时随探头插入铁水的时间延长而越明显,特别在球化铁水浇注前静置过程中,极化现象造成电解质管内外氧离子浓度差上升,使氧电势Eo升高,即电池系统中氧含量（用氧电势Eo表征）高于铁水系统中真实氧含量,显示出局部和整体的差异,故相比于铁水系统整体氧含量,电池系统测得氧电势Eo在评价铁水增氧程度上有少许的超前性,本文采用Cr作参比电极,同时探头插入铁水时间较短,极化现象不明显可以忽略.
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参考文献：
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