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球墨鑄鐵熔煉處理工藝及其注意事項

來源:未知 佚名 2019-01-19 浏覽次
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  鑄鐵的合金化處理可以追溯到20世紀三四十年代,合金化處理使得鑄鐵性能有了質的飛躍,同時也誕生了一些特殊用途的鑄鐵如耐磨、耐蝕和耐熱性能。采用孕育的方式來生産鑄鐵也是在這個時期内産生的。在20世紀40年代末,孕育後具有球形石墨的的鑄鐵替代了通常的片狀石墨鑄鐵,我們稱這類鑄鐵為球墨鑄鐵。

  球化元素與反球化元素的分類

  球化元素按其球化效果,一般分為三組。

  第一組:Mg、Y、Ce、La、Pr、Sm、Dy、Ho、Er。

  第二組:Ba、Li、Cs、Rb、Sr、Th、K、Na。

  第三組:Al、Zn、Cd、Sn。

  第一組球化能力最強,第二組次之,第三組最弱。

  當用鎂作球化元素時,第三組元素往往産生反球化作用。

  反球化元素 :硫和氧是鑄鐵中常見的反球化元素,此外Ti、Al、B、As、Pb、Sn、Sb、Bi、Te、Se等則屬于鐵液内常見的反球化元素。附表是按其作用機理分類。

  如何選擇球化劑

  球化劑和孕育劑是球化處理過程中最重要的材料,除了質量穩定外,選擇合适的球化劑還需要考慮以下幾種因素。

  球化處理溫度:如果球化處理溫度>1480℃,球化反應會比較劇烈,進而造成較低的鎂吸收率。為了使球化反應平穩,則可選擇鈣含量相對較高的球化劑。如果球化溫度<1480℃,則可以使用鈣含量相對低一點的球化劑。

  處理包尺寸:如果處理包的高徑比為1:1,則由于鎂蒸汽的散失會導緻鎂吸收率的降低,建議使用鈣含量較高的球化劑。如果處理包的高徑比為2:1,則球化反應會比較平穩,鎂蒸氣會擴散到鐵液中,鎂吸收率得到提高。

  球化處理工藝:如果不使用蓋包法,那麼球化反應産生的煙霧就會進入到大氣中,并且會産生刺眼的白光。為了使球化反應平穩,可以采用低鎂高鈣的球化劑。如果使用蓋包法工藝,鐵液不會飛濺,并且産生的煙霧較少,可使用高鎂低鈣的球化劑,以減少加入量,降低球化成本。

  處理重量:如果處理鐵液的重量小于500kg,那麼可使用粒度較小的球化劑,推薦使用粒度12mm以下的球化劑。如果處理鐵液的重量在500~1000kg,可使用粒度較大的球化劑,如粒度為3~25mm的球化劑。如果處理鐵液的重量大于1000kg,則可以使用4~32mm的球化劑。

  矽含量:如果鑄造産品的工藝出品率較低或者廢品率較高,想通過多加回爐料和廢鋼的方式進行熔煉,而最終鑄件對鐵水的矽含量有嚴格要求。在孕育量沒法進一步降低的前提下,可使用低矽球化劑進行處理,這樣可使回爐料多加8%~15%,可降低鑄造廠的生産費用。

  原鐵液硫含量:如果原鐵液硫含量較高,如果不進行脫硫處理,則需要高鎂高稀土的球化劑,并且加入量會較高,如果原鐵液的硫含量較低,則可以使用低鎂低稀土的球化劑,且加入量會較低,低鎂低稀土的球化劑成本也會比較便宜。

  不同的球化方式

  目前常用的球化方式有以下幾種:包内處理法(包括直沖法,三明治法和蓋包法)、型内球化法、流淌法、純鎂處理工藝(包括轉包法和包芯線法)。現就這幾種球化方式的優缺點簡單介紹以下。

  包内處理法:這是最常見的球化工藝,應用範圍廣,小到幾公斤的汽車件,大到幾十噸的風電件都可以使用這種工藝。以蓋包法的鎂吸收率最高,其次是三明治法。缺點是目前自動化程度不高,國内已有一些設備廠在研發自動加料系統。

  型内球化法:現在使用這種工藝的鑄造廠不是很多,因為這種工藝的缺點比較明顯,球化處理産生的渣子有時會進入型腔,造成夾渣缺陷而産生廢品。另外,這種球化工藝對鐵液溫度及鐵液流速要求較高,否則會球化不均勻。

  流淌法:顧名思義,流淌法是鐵液流過裝有球化劑的球化室而進行球化,目前這種工藝用的并不是太多。優點是自動化程度相對高一些;缺點是對鐵液溫度和鐵液流速要求較嚴。

  純鎂球化工藝:有時也叫高鎂球化工藝,目前主要有兩種形式,轉包法和包芯線法。這種方法的優點是自動化程度較高,也有利于環保;缺點是鎂吸收率偏低,産生的煙霧和渣子較多。

  附圖從煙霧和渣子及鎂吸收率等方面對各種球化工藝進行對比。

  

  生産球墨鑄鐵的注意事項

  現在簡要總結一下生産球鐵的注意事項。

  (1)原鐵液的硫含量及其他微量元素不要太高。如果原鐵液硫含量和其他微量元素含量太高,則需要較多的球化劑加入量或者稀土含量較高的球化劑,這樣球化劑的成本就會增加,另外過多的球化劑會造成更多的渣子,不利于鑄件質量的穩定。稀土含量太多,則會在大斷面的鑄件上易産生碎塊狀石墨。

  (2)球化處理的穩定性。球化處理工序是球墨鑄鐵生産過程中的關鍵工序,隻有球化處理工序穩定了,鑄件的質量才能穩定。針對不同的産品,不同的原鐵液硫含量,該加入多少球化劑、孕育劑等,都要寫入作業指導書并且嚴格執行。

  (3)避免較長的等待時間。 球化孕育處理後,應立即進行澆注。因為随着時間的延長,殘留鎂會燒損并且孕育效果會衰退。

  (4)避免過高的殘留鎂含量。較高的殘留鎂含量會增大鑄件的縮松傾向,對于一般球墨鑄鐵,殘留鎂含量(質量分數)應控制在0.035%~0.045%,對于高鎳球墨鑄鐵,殘留鎂含量應控制在0.06%~0.07%。

  (5)對要求較高的鑄件使用較好的孕育劑。 對要求較高的風電件、高鐵件等,則應選擇孕育效果較強的随流孕育劑(如具有專利的Ultraseed/Ce)。其特點是能顯著增加石墨球數,且石墨球形圓整。

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