摘 要：用中頻感應(yīng)電爐熔化Ｚ１４生鐵，獲得化學(xué)成分和溫度比較穩(wěn)定的原鐵液，按適當(dāng)比例加入球化劑和孕育劑，進(jìn)行球化處理和孕育處理，可穩(wěn)定地生產(chǎn)出φ530mm軋機(jī)用球墨鑄鐵梅花套管。
關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵；球化處理；球化劑；孕育劑
影響鑄態(tài)球鐵生產(chǎn)穩(wěn)定性的因素很多，要穩(wěn)定地生產(chǎn)球墨鑄鐵，必須在生產(chǎn)中把握好以下幾點(diǎn)：穩(wěn)定的化學(xué)成分和鐵液溫度，準(zhǔn)確的鐵液量，合適的球化和孕育處理方法，以及可靠的爐前控制。
1 設(shè)備選擇
1.1 熔煉設(shè)備選擇
熔煉設(shè)備的選用首先是在滿足生產(chǎn)需要的前提下，遵循高效、低耗的原則。感應(yīng)電爐的優(yōu)點(diǎn)是：加熱速度快，爐子的熱效率較高，氧化燒損較輕，吸收氣體較少。因此，用中頻電爐熔煉，可避免增硫、磷問(wèn)題，使鐵水中P不大于0.07％、S不大于0.05％。
1.2 球化包的確定
為了提高球化劑的吸收率，增加球化效果，球化處理包應(yīng)比一般鐵液包深。球化包的高度與直徑之比確定為2:1。
2 原材料選擇
2.1 爐料選擇
球鐵球化劑的加入效果條件是：高碳、低硅、大孕育量。為了穩(wěn)定化學(xué)成分和有效地控制促進(jìn)白口化元素和反球化元素，保證熔煉鐵水的質(zhì)量，選用張鋼Z14生鐵，其化學(xué)成分：C＞3.3％，Si 1.25％～1.60％,P≤0.06％，S≤0.04％。
2.2 球化劑的選擇
球化劑的選用應(yīng)根據(jù)熔煉設(shè)備的不同，即出鐵溫度及鐵液的純凈度（如含硫量、氧化程度等）而定。我國(guó)最常用的是稀土鎂硅鐵球化劑，采用這種球化劑處理時(shí)，由于合金中含硅量較高，可顯著降低鎂處理時(shí)反應(yīng)的劇烈程度。同時(shí)也能因增硅而有些孕育作用。電爐生產(chǎn)時(shí)，因溫度相對(duì)較高，所用球化劑的化學(xué)成分見(jiàn)表１。
表1 球化劑FeSiMg8Re7化學(xué)成分
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項(xiàng)目
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出鐵溫度
/℃
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S %
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球化劑成分/%
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Mg
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Re
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Si
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電爐
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1420~1480
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≤0.04
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7.0~9.0
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6.0~8.0
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≤44.0
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3 爐前控制
3.1 化學(xué)成分選擇
球鐵原鐵液應(yīng)高碳、低硅、低硫、低磷?？刂坪昧虻暮浚巧a(chǎn)球鐵的一個(gè)重要條件。幾種牌號(hào)的球鐵的化學(xué)成分見(jiàn)表2。
3.2 球化和孕育處理
球化劑加入量應(yīng)根據(jù)鐵液成分、鑄件壁厚、球化劑成分和球化處理過(guò)程的吸收率等因素分析比較確定。一般為1.6％～2.0％，若球化劑放置時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)適量多加。球化反應(yīng)控制的關(guān)鍵是鎂的吸收率，溫度高，反應(yīng)激烈，時(shí)間短，鎂燒損多，球化效果差；溫度低，反應(yīng)平穩(wěn)，時(shí)間長(zhǎng)，鎂吸收率
表2 球鐵化學(xué)成分 ％
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牌 號(hào)
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C
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Si
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Mn
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S
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P
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QT400~18 球化前
球化后
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3.6~4.1
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0.9~1.2
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≤0.4
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≤0.05
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≤0.07
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3.5~4.0
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2.6~3.2
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≤0.02
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QT450~10 球化前
球化后
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3.6~4.1
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0.9~1.2
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≤0.4
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≤0.05
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≤0.07
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3.5~3.9
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2.5~3.0
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≤0.02
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QT600~3 球化前
球化后
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3.6~3.9
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0.9~1.2
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0.6~0.8
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≤0.05
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≤0.07
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3.5~3.8
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2.2~2.6
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≤0.02
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QT700~2 球化前
球化后
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3.6~3.9
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0.9~1.2
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0.6~0.8
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≤0.05
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≤0.07
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3.5~3.8
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2.1~2.5
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≤0.02
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高，球化效果好。因此，一般在保證足夠澆注溫度的前提下，宜盡可能降低球化處理溫度，控制在1420～1450℃。球化劑要砸成小塊，粒度一般在5～25mm，加在包底，再在上面加硅鐵和鐵屑。
孕育處理是球墨鑄鐵生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它不僅促進(jìn)石墨化，防止自由滲碳體和白口出現(xiàn)，而且有助于球化，并使石墨變得更細(xì)小，更圓整，分布均勻，從而提高球墨鑄鐵的力學(xué)性能。孕育劑一般多采用FeSi75，其加入量根據(jù)對(duì)鑄件的力學(xué)性能要求，一般為0.8％～1.0％。孕育劑的粒度根據(jù)鐵液量多少，一般砸成5～25mm的小塊。孕育劑應(yīng)保持干凈、干燥。
球化劑和孕育劑要在出鐵前加入包中，在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，剛出完前一爐鐵后，包很熱，過(guò)早加入會(huì)使其粘結(jié)在包底而削弱球化和孕育效果。為了延遲球化反應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)球化和孕育效果，要在球化劑和孕育劑的上面覆蓋一層鐵屑。球化處理的方法較多，一般多采用操作簡(jiǎn)便的沖入法處理球鐵。
3.3 球化效果爐前檢驗(yàn)
爐前檢驗(yàn)孕育、球化效果好壞，一般采用三角試樣。澆注三角試樣，冷至暗紅色，淬水冷卻，砸斷后觀察斷口。斷口銀白色，尖端白口，中心有疏松，兩側(cè)凹縮,同時(shí)砸斷時(shí)有電石氣味,敲擊聲和鋼相似,則球化良好,否則球化不良。
3.4 澆注
由于球鐵液容易出現(xiàn)球化衰退，因此，鐵液球化處理后要盡快澆注，一般在處理后15min內(nèi)澆注完畢，不會(huì)有球化衰退問(wèn)題。
4 結(jié)
語(yǔ)
在生產(chǎn)中，用Z14號(hào)生鐵作原材料，中頻感應(yīng)電爐熔化鐵水，控制鐵水化學(xué)成分為：C3.5％～3.99％，Si1.2％～1.5％，P＜0.06％，S＜0.05％。采用高度與直徑之比為2∶1的球化包，把球化劑與孕育劑砸成10～20mm小塊，球化劑按1.8％，孕育劑按0.9％比例，向包內(nèi)先加球化劑，再加孕育劑，最后在上面覆蓋干燥的鐵屑。鐵水在爐中升溫到1480℃左右出鐵，待反應(yīng)結(jié)束后10min內(nèi)澆注完畢。生產(chǎn)的φ530mm軋機(jī)用球墨鑄鐵梅花套管，其化學(xué)成分為：C3.5％～3.8％，Si2.2％～2.6％，Mn0.6％～0.8％，S≤0.02％，P＜0.07％，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均達(dá)到較高要求，使用效果相當(dāng)理想。使用１年后證明，球墨鑄鐵本身具有高強(qiáng)度、耐磨、抗熱疲勞等特性，能完全起到軸聯(lián)接作用；能大大減小噪音、改善工人勞動(dòng)環(huán)境；當(dāng)過(guò)冷鋼等超負(fù)荷情況下，梅花套管能自動(dòng)破裂，起到過(guò)載安全保護(hù)作用；還能顯著延長(zhǎng)軋輥和梅花軸的使用壽命。同期相比，軋輥消耗降低8％，梅花軸消耗降低11％，連同設(shè)備維修工時(shí)減少而使同期產(chǎn)量的提高，共取得經(jīng)濟(jì)效益近7萬(wàn)元。
AAA*球化劑：我國(guó)廣泛采用的球化劑是稀土鎂合金。鎂是重要的球化元素，但它密度?。?span>1.73g/cm3）、沸點(diǎn)低（1120℃），若直接加入鐵液，鎂將浮于液面并立即沸騰，這不僅使鎂的吸收率降低，也不夠安全。稀土元素包括鈰（Ce）、鑭（La）、鐿（Yb）和釔（Y）等十七種元素。稀土的沸點(diǎn)高于鐵水溫度，故加入鐵水中沒(méi)有沸騰現(xiàn)象，同時(shí)，稀土有著強(qiáng)烈的脫硫、去氣能力，還能細(xì)化組織、改善鑄造性能。但稀土的球化作用較鎂弱，單純用稀土作球化劑時(shí)，石墨球不夠圓整。稀土鎂合金（其中鎂、稀土含量均小于10%，其余為硅和鐵）綜合了稀土和鎂的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)合了我國(guó)的資源特點(diǎn)，用它作球化劑作用平穩(wěn)、節(jié)約鎂的用量，還能改善球鐵的質(zhì)量。球化劑的加入量一般為鐵水質(zhì)量的1.0%~1.6%。
孕育劑：促進(jìn)鑄鐵石墨化，防止球化元素造成的白口傾向，使石墨球圓整、細(xì)化，改善球鐵的力學(xué)性能。常用的孕育劑為含硅75%的硅鐵，加入量為鐵水質(zhì)量的0.4%~1.0%。由于球化元素有較強(qiáng)的白口傾向，故球墨鑄鐵不適合鑄造薄壁小件。
球化處理：以沖入法最為普遍，如圖1-50所示。將球化劑放在鐵液包的堤壩內(nèi)，上面鋪硅鐵粉和稻草灰，以防球化劑上浮，并使其緩慢作用。開(kāi)始時(shí)，先將鐵液包容量2/3左右的鐵液沖入包內(nèi)，使球化劑與鐵液充分反應(yīng)。爾后，將孕育劑放在沖天爐出鐵槽內(nèi)，用剩余的1/3包鐵液將其沖入包內(nèi)，進(jìn)行孕育。
BBB*由于原鐵液含硫量較高,不可能達(dá)到<0
018%的要求,球化劑的加入量需考慮去硫耗鎂量。碳硫分析儀的快速測(cè)定,能及時(shí)提供原鐵液的含硫量,試驗(yàn)中原鐵液的含硫量在0
02%～0 03%,去硫耗鎂量在0
0076%上下波動(dòng),這在工藝上是可以接受的。
球化劑的用量直接影響殘余鎂量的多少。如果球化劑加入量過(guò)多,就會(huì)引起殘余鎂量過(guò)多,雖然不致于影響球化合格率(球徑大小仍屬正常),但是它會(huì)增加收縮,引起脆性。同時(shí)由于原鐵液含錳量偏高,球化劑加入量過(guò)多,較易出現(xiàn)碳化物,白口傾向嚴(yán)重,導(dǎo)致球數(shù)合格率的下降;如果球化劑加入量過(guò)少,就會(huì)導(dǎo)致殘余鎂量不足,影響球化的合格率,球數(shù)合格率也會(huì)降低。表1是在正常試驗(yàn)情況下的結(jié)果,并說(shuō)明如下:①球化劑加入量1 4%時(shí),由于殘余鎂量不足,出現(xiàn)蠕蟲(chóng)狀石墨;②加入量1 8%時(shí),由于殘余鎂量過(guò)多,出現(xiàn)碳化物,導(dǎo)致球數(shù)下降,不過(guò)二者球徑大小仍合乎要求;③球化合格率非球化率。
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