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球墨铸铁熔炼处理工艺及其注意事项

来源:未知 佚名 2019-01-19 浏览
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  铸铁的合金化处理可以追溯到20世纪三四十年代,合金化处理使得铸铁性能有了质的飞跃,同时也诞生了一些特殊用途的铸铁如耐磨、耐蚀和耐热性能。采用孕育的方式来生产铸铁也是在这个时期内产生的。在20世纪40年代末,孕育后具有球形石墨的的铸铁替代了通常的片状石墨铸铁,我们称这类铸铁为球墨铸铁。

  球化元素与反球化元素的分类

  球化元素按其球化效果,一般分为三组。

  第一组:Mg、Y、Ce、La、Pr、Sm、Dy、Ho、Er。

  第二组:Ba、Li、Cs、Rb、Sr、Th、K、Na。

  第三组:Al、Zn、Cd、Sn。

  第一组球化能力最强,第二组次之,第三组最弱。

  当用镁作球化元素时,第三组元素往往产生反球化作用。

  反球化元素 :硫和氧是铸铁中常见的反球化元素,此外Ti、Al、B、As、Pb、Sn、Sb、Bi、Te、Se等则属于铁液内常见的反球化元素。附表是按其作用机理分类。

  如何选择球化剂

  球化剂和孕育剂是球化处理过程中最重要的材料,除了质量稳定外,选择合适的球化剂还需要考虑以下几种因素。

  球化处理温度:如果球化处理温度>1480℃,球化反应会比较剧烈,进而造成较低的镁吸收率。为了使球化反应平稳,则可选择钙含量相对较高的球化剂。如果球化温度<1480℃,则可以使用钙含量相对低一点的球化剂。

  处理包尺寸:如果处理包的高径比为1:1,则由于镁蒸汽的散失会导致镁吸收率的降低,建议使用钙含量较高的球化剂。如果处理包的高径比为2:1,则球化反应会比较平稳,镁蒸气会扩散到铁液中,镁吸收率得到提高。

  球化处理工艺:如果不使用盖包法,那么球化反应产生的烟雾就会进入到大气中,并且会产生刺眼的白光。为了使球化反应平稳,可以采用低镁高钙的球化剂。如果使用盖包法工艺,铁液不会飞溅,并且产生的烟雾较少,可使用高镁低钙的球化剂,以减少加入量,降低球化成本。

  处理重量:如果处理铁液的重量小于500kg,那么可使用粒度较小的球化剂,推荐使用粒度12mm以下的球化剂。如果处理铁液的重量在500~1000kg,可使用粒度较大的球化剂,如粒度为3~25mm的球化剂。如果处理铁液的重量大于1000kg,则可以使用4~32mm的球化剂。

  硅含量:如果铸造产品的工艺出品率较低或者废品率较高,想通过多加回炉料和废钢的方式进行熔炼,而最终铸件对铁水的硅含量有严格要求。在孕育量没法进一步降低的前提下,可使用低硅球化剂进行处理,这样可使回炉料多加8%~15%,可降低铸造厂的生产费用。

  原铁液硫含量:如果原铁液硫含量较高,如果不进行脱硫处理,则需要高镁高稀土的球化剂,并且加入量会较高,如果原铁液的硫含量较低,则可以使用低镁低稀土的球化剂,且加入量会较低,低镁低稀土的球化剂成本也会比较便宜。

  不同的球化方式

  目前常用的球化方式有以下几种:包内处理法(包括直冲法,三明治法和盖包法)、型内球化法、流淌法、纯镁处理工艺(包括转包法和包芯线法)。现就这几种球化方式的优缺点简单介绍以下。

  包内处理法:这是最常见的球化工艺,应用范围广,小到几公斤的汽车件,大到几十吨的风电件都可以使用这种工艺。以盖包法的镁吸收率最高,其次是三明治法。缺点是目前自动化程度不高,国内已有一些设备厂在研发自动加料系统。

  型内球化法:现在使用这种工艺的铸造厂不是很多,因为这种工艺的缺点比较明显,球化处理产生的渣子有时会进入型腔,造成夹渣缺陷而产生废品。另外,这种球化工艺对铁液温度及铁液流速要求较高,否则会球化不均匀。

  流淌法:顾名思义,流淌法是铁液流过装有球化剂的球化室而进行球化,目前这种工艺用的并不是太多。优点是自动化程度相对高一些;缺点是对铁液温度和铁液流速要求较严。

  纯镁球化工艺:有时也叫高镁球化工艺,目前主要有两种形式,转包法和包芯线法。这种方法的优点是自动化程度较高,也有利于环保;缺点是镁吸收率偏低,产生的烟雾和渣子较多。

  附图从烟雾和渣子及镁吸收率等方面对各种球化工艺进行对比。

  

  生产球墨铸铁的注意事项

  现在简要总结一下生产球铁的注意事项。

  (1)原铁液的硫含量及其他微量元素不要太高。如果原铁液硫含量和其他微量元素含量太高,则需要较多的球化剂加入量或者稀土含量较高的球化剂,这样球化剂的成本就会增加,另外过多的球化剂会造成更多的渣子,不利于铸件质量的稳定。稀土含量太多,则会在大断面的铸件上易产生碎块状石墨。

  (2)球化处理的稳定性。球化处理工序是球墨铸铁生产过程中的关键工序,只有球化处理工序稳定了,铸件的质量才能稳定。针对不同的产品,不同的原铁液硫含量,该加入多少球化剂、孕育剂等,都要写入作业指导书并且严格执行。

  (3)避免较长的等待时间。 球化孕育处理后,应立即进行浇注。因为随着时间的延长,残留镁会烧损并且孕育效果会衰退。

  (4)避免过高的残留镁含量。较高的残留镁含量会增大铸件的缩松倾向,对于一般球墨铸铁,残留镁含量(质量分数)应控制在0.035%~0.045%,对于高镍球墨铸铁,残留镁含量应控制在0.06%~0.07%。

  (5)对要求较高的铸件使用较好的孕育剂。 对要求较高的风电件、高铁件等,则应选择孕育效果较强的随流孕育剂(如具有专利的Ultraseed/Ce)。其特点是能显著增加石墨球数,且石墨球形圆整。

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