搜索
中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集21控制球化的球铁消失模铸造变质处理技术刘强樊自田叶升平黄刚（华中科技大学材料学院，武汉，430074）摘要：本文针对消失模球铁铸造过程中出现的球化问题，采取铁水预处理、控制球化、加强孕育的球铁消失模铸造变质处理技术后，解决了传统冲入法高温球化的不足。以生产实践为基础，着重控制球化剂的起爆时间和强度，取得了比较好的球化效果。关键词：消失模铸造；球铁；控制球化；高强高韧Abstract:Thisarticleaimsatthespheroidizing’sproblemwhichappearesinLFCprocessoftheductileironcasting,bytakingsomemeasuressuchasthepretreatmentofmolteniron,controlingthespheroidizing,strengtheningtheductileironwithmetamorphicprocessinLFCprocess,itcouldsolvetheshortcomingsofhightemperature’sspheroidizingwhichisnamedcrushmethod.Onthebasisofpracticeproduction,itfocusonthecontrolingofinitiationtimeandintensityofnodularizer,whichobtainsabetterspheroidizingeffect.Keywords：LFCprocess；Ductileiron；Controlthespheroidizing；Highintensity&hightenacity1.引言消失模铸造是21世纪的绿色铸造技术，较之传统的铸造工艺具有无与伦比的先进性。尤其是消失模简单生产线，花钱少、上马见效快，受到业内的青睐。近年来，我国消失模铸造得到超常规的发展，在铸造设备、铸造原辅料、铸造工艺日益成熟的背景下，球铁消失模铸造技术日趋完善，球铁产量不断增长。2.我国球铁消失模铸造现状我国球铁消失模铸造产量世界第一，随着球铁消失模铸造技术的不断提高，对于消失模铸造球墨铸铁生产企业而言，球墨铸铁生产技术已不是难题，生产企业一般能稳定生产，多数企业的球化级别达到3级，能满足普通牌号要求，达到1-2级的较少，但和工业发达国家相比，球化水平偏低。尤其是对于高延伸率要求的球铁，国内只有少数企业能够稳定生产。大多数企业球化工艺采用冲入法，虽然简单快捷，但镁吸收率低，造成球化级别偏低，石墨球数量少，石墨球不够圆整，使得延伸率达不到要求。3.消失模球铁的工艺特点消失模球铁的主要特点就是球化温度高，即出铁温度高。众所周知，球化反应控制的关键是镁的吸收率，温度高，反应激烈，时间短，镁烧损多，球化效果差；温度低，反应平稳，时间长，镁吸收率高，球化效果好。中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集22但是，消失模球铁因其工艺特点：一方面由于泡沫分解带走大量的热量，造成浇注温度要高于其他铸造工艺的浇注温度30-50℃[1]；另一方面，一包多浇，要求铁水温度要有足够的富余温度；最后，为了消除或减轻消失模铸造特有的皱皮和碳夹杂缺陷，需要适当提高浇注温度。基于以上种种原因，尤其是在生产薄壁件时，为确保浇足，造成球铁消失模铸造出铁温度远远大于其他铸造工艺的出铁温度，造成球化反应剧烈，时间短，镁烧损多、吸收率低，球化级别偏低，石墨球数量少，石墨球不够圆整，延伸率达不到要求。4.国内外球化处理工艺现状球化处理生产铸态球墨铸铁的主要环节，球化处理效果直接关系着球墨铸铁件质量的好坏。目前，国内外球化处理方法主要有压力加镁法、冲入法、转包法、盖包法、喂丝法等[2]。压力加镁法的优点是，使用纯镁进行球化处理，镁的吸收率高，可达70℅~80℅，处理过程中的劳动环境较好。缺点是，设备费用比较高，操作复杂，严格，处理时间长铁液降温多，因此需要较高的出炉温度；球化处理时压力大，容易发生工伤事故。冲入法的优点是，处理方式和设备简单，容易操作，在生产中有较大的灵活性，一般可使用含镁量较低(＜10℅)的各种合金球化剂。但是该工艺在球化处理过程中镁光，烟尘非常大，劳动环境差，镁的吸收率不太高，球化剂消耗量大，球化效果及球铁性能不太稳定。转包法设备费用较高，球化过程中与冲入法相似，也产生较大镁光和烟尘，并且转包内反应室的小孔容易被铁液或熔渣堵塞，清理和保持小孔的尺寸比较麻烦，难于连续处理铁液。虽然最终残留镁量的波动范围比冲入法低，但仍不能令人满意。另外，纯镁的强脱氧作用，使晶核量减少，提高了铁液的收缩敏感度，需要用更大的冒口。盖包法克服了冲入法中镁氧化烧损严重、吸收率、低球化剂消耗量大、劳动环境差等缺点，但是包盖起吊困难,操作难度大。喂丝法脱硫脱氧效果好,镁的吸收率高；渣量少，渣的碱度高；减少了处理过程的烟尘和镁光；可以实现自动化作业。缺点是设备费用高[3]。5.控制球化的球铁消失模铸造变质处理技术五十年代以来，球化处理工艺经历了大大小小的许多变化，大体上可划分为二个阶段:五十年代以纯镁型球化剂和压力加入法为主，从六十年代中期开始普遍应用以硅镁合金球化剂和冲入法为主的处理工艺。我国更是大规模地推广应用稀土硅镁球化剂，有力地促进了中国球铁生产的发展。冲入法工艺则由于其简便易行的特点很快在国内得到推广应用并沿用至今，中小型消失模铸造企业更是以冲入法为主。提高球铁消失模铸造工艺，应该从改进冲入法入手。为提高球铁消失模生产的工艺水平，达到稳定生产高强高韧球墨铸铁的目的，作者从改进冲入法入手，研究完善了整套的控制球化的球铁消失模铸造变质处理技术，现与业内人士分享。5.1预处理在出铁前，利用SiC、增碳剂等添加剂对铁液进行预处理，其目的是改善铁液的性能，增加单位面积的形核核心，提高Mg的吸收率，大幅度增加单位面积石墨球数，细化石墨球，提高石墨球圆整度和球化率。应用实践证明，在同样的工艺情况下，无论是薄壁球铁件，还是厚大球铁件，采用中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集23预处理的单位面积石墨球数比未采用预处理的高20%-80%，同时石墨球径更为细小，并可大幅度提高铁液流动性和抗衰退能力。5.2控制球化的球铁消失模铸造球化处理工艺消失模铸造需要较高的出铁温度，带来的是球化剂起爆剧烈，镁光、烟尘大，稀土镁烧损严重，球化时间短，球化率低。为此，作者改进了球化工艺，控制球化剂的起爆时间和强度。加高球化包的堤坝高度，将球化剂、孕育剂分成两份，放入堤坝两侧，用铁板和除渣剂盖实，根据铁水温度调整铁板和除渣剂厚度，使堤坝两侧球化剂先后起爆。调整后的最佳状态是一侧球化剂球化反应完毕后，另一侧球化剂开始球化反应。控制球化的结果是，球化反应平稳，镁光、烟尘强度低，铁水呈平稳翻滚状、无飞溅情况发生，球化时间由原来一分钟左右延长至3分钟左右。5.3加强孕育球化反应结束、扒渣完毕，采用FeSi、复合孕育剂覆盖在铁水表面强化孕育，然后加覆盖剂，开始浇注。6.结论通过铁水预处理、控制球化、加强孕育的控制球化的球铁消失模铸造变质处理技术后，解决了传统冲入法高温球化的不足，使得球化反应平稳，镁光、烟尘强度低，球化率明显提高可达一级，石墨球细小圆整。控制球化的球铁消失模铸造变质处理技术，为高强高韧球墨铸铁的稳定生产，尤其是为需要高温球化的小件、薄壁件等产品的生产，提供了一种简单易行的处理方案。参考文献：[1]黄乃瑜,叶升平,樊自田.消失模铸造原理及质量控制[M].武汉：华中科技大学出版社,2004[2]王成铎,孙雅心,李蒙,郭振廷.常用的球化处理方法[J].现代铸铁，2004（03）[3]赵鹤平,朱德兵.喂丝法球化处理工艺在铸造生产中的应用[J].铸造,2002（07）图1常见球化包示意图