关于球墨铸铁球化处理工艺的探讨高才炜

关于球墨铸铁球化处理工艺的探讨高才炜

高才炜

高才炜

上海圣德曼铸造海安有限公司南通市海安县226600

摘要：随着近些年我国高新技术的发展，球墨铸铁迅速发展，成为应用十分广泛的铸铁材料，市场对球墨铸铁性能的要求也越来越高。为提高球铁铸件品量，满足用户需求，主要通过原材料的选择和过程方法控制，对球墨铸铁的球化处理工艺进行探讨，并得出球化处理过程控制对球铁铸件品质稳定起到至关重要的作用。

关键字：球墨铸铁球化；处理工艺；探讨

引言

对于工业的生产技术中，墨铸铁以其优秀的力学性能、造价便宜和制造方便的优势，被广泛应用到矿产勘探、农机具、汽车工业等。由于应用范围的扩大和应用场合的变化，人们对球墨铸铁的品质和性能提出了更高的要求。在球墨铸铁生产中可以应用多种球化处理方法，这些球化处理方法各有利弊，需要企业根据实际生产条件进行合理选择应用。

1球化剂的选择

球墨铸铁球化中，优质的球化剂必须具有较高的纯净度，各组成成分所占比例没有较大变化，MgO的含量低，一般应低于1%，合金组织致密，无较明显缩松，粒度起伏范围较小，合金断口致密没有金属光泽，无气孔、夹渣等缺陷。目前使用最为广泛的是稀土镁合金球化剂，包括QRMgaREb系列及FeSiMgaREb系列，也有使用纯镁作为球化剂的。生产应用当中，由于生产工艺、设备条件、产品类型的不同，所选择的球化剂种类具有较大差异。例如熔炼炉为电炉时，铁液的纯净度较高，要选用稀土及镁含量低一些的球化剂，冲天炉熔炼后的铁液所含杂质元素较多，需要球化元素含量较高；硫是消耗球化元素的主要因素，稀土元素与硫的结合能力较强，所以，高硫铁液所选择的球化剂稀土含量应较高；铸件为铸态铁素体选择的球化剂应含有较低比例的稀土，铸态珠光体组织应选择含铜或含碲的复合球化剂；铸件为厚大件应选择高镁球化剂，薄壁件应选择镁含量相对较低的球化剂；另外，出铁温度对球化剂也有一定的要求。除成分外，球化剂的粒度是球化剂的另外一个重要参数，粒度小的球化剂熔融并粘在浇包底部失去球化作用，从而使有效球化剂含量减少；粒度过大容易漂浮到铁液表面发生汽化、氧化或烧损等，使球化剂的损失增加。球化剂的粒度主要与一次处理的铁液的量有关，同时也与浇包形状，球化剂覆盖程度等诸多因素有关。

1.2球化剂添加量计算模型建立

球墨铸铁球化中球化剂的使用，以灰色关联模型或改进的灰色关联模型或联合灰色关联模型对原铁水基本化学成分（活性碳当量CEL、硅当量SiE、C和Si含量、微量元素含量水平）、石墨形核能力、氧化程度及S含量等冶金状态特性进行综合评价，评价体系由热分析曲线上的特征参数和炉前快速光谱成分分析结果组成，反映原铁水冶金状态对球化效果的影响。在评价之前，首先确定在生产条件下各冶金状态参数的阀值，并以各参数阀值的中值序列组成统计最优参比状态。评价时，对待测铁水状态参数序列与统计最优状态参数序列进行灰色关联性分析，根据灰色关联度综合评价值（平均灰色关联系数）与球化剂添加量WMg的相关性，建立考虑球化剂中Mg和稀土RE元素的收得率以及孕育“促球”作用的球化剂添加量WMg计算公式。

2球化处理工艺选择

2.1包芯线喂丝法

球化处理过程中，所谓的包芯喂丝法是把具有适当粒度的球化合金用钢皮包裹起来制成包芯线，然后通过特制的喂丝系统把包芯线伸入到铁液当中。根据芯线的成分、铁液温度、铸件特点及浇注情况等因素，选择合适的喂丝长度，即球化剂的加入量；根据铁液的液面高度、量及温度等选择合适的喂丝速度。喂丝机可以设置喂丝速度、喂丝长度、喂丝模式等参数，处理过程中，喂丝机通过传动机构将包芯线按照设置好的参数配置，连续不断地插入到加盖包的处理包铁液中，既可避免镁蒸气的瞬间大量爆发，保证镁合金的安全加入，又可避免镁的大量逸出和烧损，提高镁在铁液中的吸收率。包芯线喂丝法中的合金加入量少，包芯线中硅百分比减少，可以使铁液液增硅减少，增加回炉料的比例，减少球化剂加入量和增加回炉料比例，能大幅减少生产成本；喂丝法的生产过程依靠自动化操作，减少人为操作产生的误差，加入过程连续、均匀、稳定，可实现较准确的定量控制。

2.2冲入法

儿冲入法是在我国当前的工业技术中最广泛的球化处理方法，通常是使用堤坝式球化处理包。为了降低铁液和镁之间反应的剧烈程度以及镁蒸气的挥发速率，冲入法通常使用含镁量较低的合金球化剂。冲入法在所有球化处理方法当中具有高的应用比例，主要原因为设备成本低、处理方法简单、对操作的要求较低，不需要复杂的技术支持，生产过程比较灵活。冲入法的不足之处在于生产环境恶劣，并造成严重污染。同时球化合金的效率低，烧损严重，造成资源浪费。另外，冲入法所用的合金一般要求高硅，这会导致铁液的增硅幅度很高，甚至达到0.8%，以上两个因素结合使得铁液的精确控制无法实现。

3高韧性球墨铸铁的熔炼工艺

3.1原、辅材料选择

球磨铸铁对于原材料的选择过程中，熔炼高韧性球墨铸铁的主要材料是废钢（低碳钢）、增碳剂、硅铁、回炉料、球化剂、孕育剂等。原材料应无油、无锈、低锰、低硫、成分明确。

3.2熔炼操作

接下来的熔炼操作需要按比例称料，然后按顺序向中频电炉内加料，加料顺序为：回炉料→废钢→增碳剂→硅铁→回炉料→废钢。送电开始熔炼。全部炉料添加完毕，升温至1480～1500℃，增碳时间5～10min，扒渣取样进行光谱分析。若成分符合原铁液成分要求，调至1430～1470℃的工艺温度，开始出铁球化处理。若成分不满足要求，按比例调整成分，取样化验，直至满足要求为止，升温至工艺要求的球化温度出铁。

3.3球化、孕育工艺

对于球化的处理在生产合格球墨铸铁的关键，只有球化良好，孕育方法得当，才能得到石墨球圆整、均匀、晶粒细小、致密的球墨铸铁。所以生产球墨铸铁球化、孕育处理是关键。球化采用的浇包为球铁包，修筑能盛放所需球化剂、覆盖孕育剂的堤坝。球化方式采用冲入法球化。具体操作为：球铁包烘烤至暗红色；将铁液量1.4%～1.5%、粒度为10～25mm、预热温度100～150℃的球化剂颗粒放至堤坝包的一侧，冲实，上面均匀覆盖铁液量0.2%～0.3%、粒度15～20mm的75SiFe孕育剂，铺平、冲实，表面用珍珠岩覆盖，最后在孕育硅铁上加盖和包坝一侧形状类似的球铁板；出铁1/3左右时开始采用随流孕育。孕育剂采用3～5mm的硅铁颗粒，使用量铁液量0.4%～0.6%；反应完结束，待钢包中铁液平静后反复扒渣，扒去所有浮渣，铸件浇注前加入铁液量0.10%～0.15%粒度再小一些的75SiFe孕育剂，放至液面上，反复搅拌，进行瞬时孕育。

3.4球化处理动态调控系统构建

球化处理动态调控系统构建球化处理动态调控系统主要分为测试评价单元和调控单元，包括实施铁水熔炼、质量检测、专项功能实现及辅助设备在内的各单元执行机构。动态调控方法原理简图，系统分设原铁水冶金状态调控子系统、球化处理与效果调控子系统、孕育处理与效果调控子系统以及铁水球化最终微调子系统。每个子系统分别由硬件和软件（或软件固化模块）两部分组成。它们分别与主机的输入输出通道相连，并由其指令控制完成相应操作。各硬件单元之间的关系，在计算机系统管理软件的控制下，可实现铁水冶金质量状态项目的检测与评价、铁水称量、球化剂孕育剂喂线补加以及炉体温度调整等功能。其中原铁水和球化效果测评和调控单元安放在感应熔炼炉台附近，铁水最终微调单元可作为球化调控的配套单元，如果条件允许，球化效果的调整都可在铁水最终状态微调阶段完成。系统软件主要包括初始化、数据采集、数据处理、文件处理及数据库模块，主体控制程序汇聚各参数并进行计算分析完成多种功能显示与动作控制。

结语

在球墨铸铁生产中，球化剂的选用和球化处理温度的控制对球墨铸铁稳定生产及其品质至关重要。球墨铸铁件生产企业能够根据自身生产条件及状况，综合评价每种球化处理方法，扬长避短，选择适于自己的球化处理方法，从而保证球墨铸铁件品质。

参考文献：

[1]高广阔，石力军，常世俭，等.高强度铸态球墨铸铁整体桥壳材质及工艺的研究开发[J].铸造，2012，61（06）：27-32.