球墨铸铁熔炼处理工艺及其注意事项

      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。