熱模法大口徑2GS球鐵管承口夾渣缺陷的防止

盧彥會(huì) 李朝暉 李曉勤 白占順

熱模法大口徑2GS球鐵管承口夾渣缺陷的防止

盧彥會(huì) 李朝暉 李曉勤 白占順

通過對大口徑球鐵管球化處理及澆注工藝進(jìn)行研究，確認(rèn)承口充型時(shí)間、承口凝固速度、涂料的強(qiáng)度及覆蓋劑中的鐵屑是形成熱模法球鐵管承口夾渣的主要因素。為避免承口夾渣缺陷，同時(shí)進(jìn)一步降低球化工序成本，對球化處理工藝及澆注工藝進(jìn)行改進(jìn)，并用于生產(chǎn)實(shí)踐，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

球墨鑄鐵管 球化 夾渣 覆蓋劑 球化等級

1.原球化處理工藝的缺點(diǎn)

由球化反應(yīng)的化學(xué)過程，我們知道球化劑中的鎂進(jìn)入鐵液后首先起脫硫去氧作用，當(dāng)鐵液中的硫量、氧量降至一定值時(shí)，鎂開始對石墨的球化起作用，促進(jìn)石墨長成球狀。鎂的脫硫反應(yīng)式為：

如果鐵液中氧、硫含量高就會(huì)增加球化劑耗量，影響球化效果。我公司在原球化處理工藝中所采用的覆蓋劑為回爐料和鐵屑，但是目前鐵屑采購困難，且氧化嚴(yán)重含有大量雜質(zhì)。而氧化嚴(yán)重的鐵屑增加了鐵液中的氧化元素的含量，因此，當(dāng)氧化嚴(yán)重的鐵屑融入鐵液后不僅消耗大量的球化劑，影響球化質(zhì)量，同時(shí)形成大量的氧化物給扒渣操作帶來困難，使鐵液中渣量增加，從而影響球鐵管的內(nèi)在質(zhì)量。

2.試驗(yàn)方法

為了避免承口夾渣缺陷，提高球化質(zhì)量，我們對球化工藝和澆注工藝進(jìn)行了改進(jìn)，取消覆蓋劑中的鐵屑，只用回爐料作覆蓋劑，增加回爐料的用量，調(diào)整澆注和噴涂工藝參數(shù)增加承口凝固速度和涂料層的強(qiáng)度。

3.試驗(yàn)結(jié)果及分析

我們對大量的管子進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們對承口D3面夾渣的主要原因分析如下：

在3月份出現(xiàn)的D3面夾渣有兩種形式：

表1 球化工藝現(xiàn)場跟蹤試驗(yàn)結(jié)果

表2 澆鑄工藝現(xiàn)場跟蹤試驗(yàn)結(jié)果

3.1 機(jī)械夾渣

這部分夾渣管所占的比例比較少，約占全部夾渣管數(shù)量的30%。夾渣缺陷產(chǎn)生的主要原因是涂料和隨流孕育不適合生產(chǎn)要求。涂料方面造成承口夾渣的原因是：

（1）噴涂在管模內(nèi)表面的涂料強(qiáng)度低

導(dǎo)致涂料強(qiáng)度低的原因有兩個(gè)方面：一是配置的涂料本身強(qiáng)度低；二是噴涂時(shí)風(fēng)壓、罐壓沒有達(dá)到規(guī)定的壓力，特別是噴嘴間隙和噴頭角度的調(diào)整最為關(guān)鍵。

（2）流槽內(nèi)表面的石墨涂料附著力不夠

潮濕的流槽涂料接觸高溫鐵液時(shí)會(huì)爆裂脫落，這部分涂料被沖入承口型腔形成夾渣。

（3）承口砂芯上的涂料

如果芯子上的涂料過厚，并且沒有完全干燥，澆注過程中也易造成承口D3面的夾渣缺陷。

3.2 氧化渣

形成這種夾渣的先決條件是：①原鐵水的含碳量過高，大于3.8%；②碳當(dāng)量大于4.5%；③澆注溫度過高，大于1330℃；④澆注后鐵水凝固的時(shí)間大于4分鐘；⑤球化不良和球化衰退；⑥原鐵水氧化嚴(yán)重等。我們在3月份出現(xiàn)的大量承口夾渣管主要原因是因?yàn)殍F水在承口凝固時(shí)間過長造成的，由于2GS管的承口形狀特殊，重量比T型管的承口重量多162公斤，近40mm壁厚的承口完全凝固需3-4分鐘的時(shí)間。在此期間會(huì)造成球化衰退和石墨漂浮，即便碳當(dāng)量不高（4.0%-4.2%）在溫度和時(shí)間變化較大的情況下，同樣會(huì)產(chǎn)生石墨漂浮現(xiàn)象，這是離心鑄造特有的缺陷之一。

4.糾正預(yù)防措施的制訂

為防止2GS球鐵管夾渣，制訂如下工藝措施：

4.1 預(yù)防承口D3面機(jī)械夾渣的措施

（1）嚴(yán)格控制配涂的涂料強(qiáng)度、粘度和比重，要控制在工藝規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)，且必須一次配涂成功。

（2）嚴(yán)格控制所用噴嘴的加工質(zhì)量，噴嘴的涂料出口的孔徑，按1.5mm、2.0mm、2.5mm三種尺寸加工。直徑大于2.5mm的噴嘴不允許使用。

（3）噴涂時(shí)的風(fēng)壓，當(dāng)風(fēng)壓低于0.4Mpa時(shí)不允許噴涂。

（4）流槽涂料要嚴(yán)格按工藝進(jìn)行涂刷，新補(bǔ)刷流槽涂料后，澆注前流槽溫度要大于150℃，保持此溫度時(shí)間大于15分鐘，防止因流槽涂料潮濕造成在澆注過程中引起的涂料脫落。

（5）芯子涂料層的厚度要控制在0.8-0.2mm范圍之內(nèi)，涂料厚度大于1.2mm的芯子不允許上機(jī)使用，制備好的芯子存放時(shí)間要大于8小時(shí)，小于18小時(shí)。

（6）隨流孕育嚴(yán)格執(zhí)行前澆點(diǎn)遲開3秒的規(guī)定，隨流孕育劑量嚴(yán)格控制在鐵水重量的0.3%-0.4%。

4.2 防氧化夾渣的措施

（1）改變一次球化的工藝，變一次出鐵為兩次出鐵，先出鐵水總量的2/3的鐵水進(jìn)行球化，待球化反應(yīng)的鎂光消失后，再出剩余的1/3鐵水。

（2）按兩次出鐵的球化工藝、球化前的鐵水成分與原工藝一致，球化溫度1450-1550℃，出鐵前工頻爐斷電1.5-2分鐘后測溫，扒渣后出鐵球化。

（3）取消球化包內(nèi)的鐵屑覆蓋工藝，把原鐵屑覆蓋改為回爐料覆蓋，以減少鐵水中的渣量。

（4）球化包的扒渣在撒上聚渣劑后靜置30秒以上，扒渣2-3次。

（5）澆注工藝的變化主要是澆注溫度、噴涂前的管模溫度、澆注轉(zhuǎn)速、前澆點(diǎn)停留時(shí)間、扇型包的翻包速度、澆注后的冷卻速度、推管溫度等進(jìn)行如下調(diào)整：

①澆注溫度控制在1270-1300℃（僅使用于2GS DN1400mm產(chǎn)品）。

②噴涂前的管模溫度控制在180-240℃之間，承口的噴涂溫度≤220℃（管模軸向最大溫差不大于40℃）。

③前澆點(diǎn)的停留時(shí)間要嚴(yán)格控制在13秒內(nèi)，超過13秒要及時(shí)調(diào)整扇型包的翻包速度。

④澆注后的冷卻，要調(diào)整外噴水加速承口的冷卻速度，這是防止承口D3 面夾渣和球化衰退及石墨漂浮的重要措施。承口凝固的時(shí)間要基本上與管身同步，冷卻速度在2-2.5分鐘之間，特別要注意管身與承口的冷卻速度，防止出現(xiàn)激冷裂紋的現(xiàn)象。

⑤扇型包的翻包速度要不大于65秒，超出此速度要調(diào)整。

⑥推管溫度控制在600℃以下。

⑦開外噴水的時(shí)間要在澆注車退出管模后立即打開外噴水，內(nèi)噴水的時(shí)間要控制在外噴水停止后打開，水量要成霧狀。

⑧定期調(diào)整膠體磨的間隙，保證涂料通過膠體磨時(shí)涂料被磨細(xì)。

⑨噴涂裝置要定期進(jìn)行檢修，不允許有跑冒滴漏的現(xiàn)象，對過濾器要定期清洗，包括涂料容易出現(xiàn)沉淀的各個(gè)部位。

⑩噴嘴要定期更換，不允許私自改動(dòng)噴嘴的任何尺寸，涂料的出口直徑最大不可超過2.5mm。超過2.5mm的噴嘴不允許使用。噴嘴出口處應(yīng)為斜面，不允許使用有臺(tái)階的噴嘴。

5.結(jié)論

通過嚴(yán)格控制涂料的強(qiáng)度，噴嘴的質(zhì)量。同時(shí)改進(jìn)球化工藝，調(diào)整澆注溫度等工藝參數(shù)。鑄管的承口夾渣缺陷得到有效控制。采取上述工藝措施后，我公司2GS球鐵管的承口夾渣缺陷明顯降低，夾渣管的比例由原來的4%降至0.5%。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)編.鑄造手冊第一卷[M].鑄鐵.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[2]陸文華等主編.鑄造合金及其熔煉[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[3]范英俊編著.離心球墨鑄鐵管工藝及裝備[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

（作者單位：新興鑄管股份有限公司）