較大型球鐵件鐵液的喂線孕育及球化處理工藝

董 立 王亞明 萬 飛 高 軍 譚 偉 陳 麗 孟文玲 許庭國 邊 蒙

(內(nèi)蒙古北方重工集團，內(nèi)蒙古014030)

目前我廠球鐵件鐵液的孕育及球化處理采用包底筑坑放球化劑和覆蓋一層孕育劑+出鐵時沖入孕育劑+出鐵后包內(nèi)加浮硅的工藝方法，孕育、球化處理12 min后就會出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象。而新建10 t中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)的較大型的球鐵件，球化處理后到澆注完成的時間為13 min～20 min，不可避免的出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，降低球化級別，造成球鐵件性能指標不合格，達不到產(chǎn)品要求。我們針對較大型球鐵件球化衰退和質(zhì)量問題，摸索出一套成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗。

1 球化劑及孕育劑的選用

我廠生產(chǎn)球鐵件選用的球化劑是稀土鎂合金(QRMg8Re3)。稀土鎂合金是由鎂、鈣和以鈰、鑭、釔為主的稀土元素組成的復(fù)合球化劑，鎂、鈣、鈰、鑭、釔元素具有促進石墨球化，使鐵液中的石墨結(jié)晶成為球狀，提高石墨圓整度，以及脫氧、脫硫的重要用途。稀土鎂合金密度大，熔點與鐵液溫度相近，球化反應(yīng)平穩(wěn)，因此被廣泛用于球鐵件的生產(chǎn)。孕育劑選用孕育效果好、吸收率高和穩(wěn)定性好的75SiFe孕育劑。Si是促進石墨化元素，我廠生產(chǎn)33-07大汽車軸承蓋、小齒輪架、驅(qū)動輪用球墨鑄鐵件時發(fā)現(xiàn)，隨著含硅量的增加，球墨鑄鐵基體中珠光體組織降低，鐵素體組織增加。在高牌號EEMS11007-Ⅱ鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵的生產(chǎn)中，Si含量為2.4%～2.8%，需要加入大量的75SiFe孕育劑，并使用稀土鎂合金對鐵水進行球化處理，因此采取的孕育和球化處理工藝方法成為球鐵件質(zhì)量控制的主要環(huán)節(jié)。下面介紹在配料(選用S、P含量低的優(yōu)質(zhì)生鐵、廢鋼)、溫度不變的情況下，隨著處理方法的不同，各生產(chǎn)爐次平均性能指標的變化情況。

2 傳統(tǒng)孕育及球化生產(chǎn)工藝

原工藝孕育及球化處理工藝是在包底一側(cè)筑凹坑，面積占包底的2/5～1/2，用來堆放球化劑，在包底凹坑堆放好球化劑后，把占總用量0.5%～0.8%的硅鐵孕育劑均勻覆蓋在包底凹坑里的球化劑上面，加鋼板壓蓋壓好，由于壓鐵熔化會導(dǎo)致鐵水降溫，所以需要在300℃下烘烤鐵水包，在出鐵時鐵液沖向未放置球化劑的一側(cè)，應(yīng)盡量減少鎂燒損，延緩球化反應(yīng)處理衰退的時間。根據(jù)鐵水的液相線溫度將球化處理溫度控制在1 420～1 450℃。將0.8%～1.2%的孕育劑經(jīng)出鐵槽沖入，進行鐵水“一次”孕育處理，出鐵后包內(nèi)加入0.3%～0.5%浮硅進行“二次”孕育處理。先后對10 t中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)的EEMS11007-Ⅱ球鐵件鐵液，在球化處理后12 min～15 min前、后分別取樣各10爐，檢測發(fā)現(xiàn)球化級別從1～2級降低到4級，且抗拉強度、延長率和硬度大大降低，具體數(shù)據(jù)見表1。球化處理后12 min內(nèi)效果良好，12 min～15 min便已出現(xiàn)明顯的球化衰退現(xiàn)象。Si吸收率、孕育劑、球化劑用量具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 EEMS11007-Ⅱ鑄態(tài)鐵素體球鐵件力學(xué)性能和工藝參數(shù)Table 1 Table 1 Mechanical property and process parameters of EEMS11007-Ⅱ as-cast ferrite spheroidized iron parts

注：1.硅鐵覆蓋在包底球化劑上面，其上加鋼板壓蓋后進行一次、二次孕育≤12 min后取樣。
2.硅鐵覆蓋在包底球化劑上面，其上加鋼板壓蓋后進行一次、二次孕育≥12 min～15 min后取樣。
3.喂線法孕育及球化處理20 min后取樣。

3 球化衰退分析

孕育劑加入時間不同時，抗衰退能力也不同，原因在于：在球化反應(yīng)初期加入孕育劑，在高溫和激烈攪拌的鐵水中C和Si的濃度起伏以及溫度起伏逐漸減小時，結(jié)晶核心也被重熔，結(jié)果使球墨數(shù)量明顯減少，球徑增大，滲碳體量增多，出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象。一次孕育能保證良好的球化效果，是因為孕育劑經(jīng)出鐵槽沖入，能增大Si濃度起伏和加劇溫度起伏。采用稀土鎂硅球化劑處理球鐵，盡管有足夠的Mg殘留量，但若不作孕育處理，則石墨基本不以球狀析出，說明球化衰退主要是孕育衰退。盡管孕育效果與球化效果密切相關(guān)，然而保證球化的Mg和Re在鐵水中的衰減速度是較慢的，而“回硫”現(xiàn)象對Mg和Re的消耗，則可在徹底扒渣時避免，這點更說明球化衰退主要是指孕育衰退。也進一步證明了孕育處理對球化過程起到重要的作用。

孕育處理時不宜采用一次性大量加入孕育劑的方式，應(yīng)采用不間斷、多次加入孕育劑，快速孕育，迅速澆注的方式。作為延緩球化嚴重衰退的補救措施，出鐵后包內(nèi)加浮硅“二次”孕育處理時Si的吸收率很不穩(wěn)定(溫度降低、開澆后鐵水量變化)，而且為了保證整個澆注過程的球化效果，必須加入大量浮硅才能滿足鐵水的吸收，剩余的浮硅都在澆注后同渣一起倒掉，造成原材料浪費，鑄造成本增高，Si的最終成分控制也不穩(wěn)定。所以“二次”孕育處理最好選用近似型內(nèi)球化和孕育方面的快速處理工藝。但因型內(nèi)球化和孕育需加過濾網(wǎng)，澆注時間長易粘結(jié)堵塞，造成鐵水澆不進型內(nèi)，鑄件報廢，所以不能推廣應(yīng)用。

4 喂線法孕育及球化處理新技術(shù)

喂線法孕育及球化處理新技術(shù)能夠同時、快速有效、均勻不間斷的進行球化和孕育處理。具體方法是在出鐵水過程中用雙孔喂絲機將厚度為0.35 mm～0.4 mm的稀土鎂合金和直徑為?6 mm～?21 mm的硅鐵合金(帶鋼)包芯線以(80～120)m/min的速度喂入金屬液中。用變頻無極調(diào)速器調(diào)整喂線速度，根據(jù)原鐵液中的含硫量調(diào)整喂線的長度，以保證球化和孕育質(zhì)量。對10 t中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)的EEMS11007-Ⅱ球鐵件鐵液在球化處理20 min后進行取樣，檢測發(fā)現(xiàn)球化級別為1～2級，表明球化處理效果良好，無明顯球化衰退現(xiàn)象，保證了球化質(zhì)量。孕育劑中的Si吸收率明顯提高，球化劑和孕育劑用量明顯降低，具體數(shù)據(jù)見表1。喂線法孕育和球化處理不僅實現(xiàn)了降本增效，還減少了球化處理煙霧，改善了勞動條件，既可用于中小件的球鐵生產(chǎn)，也可用于較大的球鐵件生產(chǎn)。

5 結(jié)論

采用喂線法孕育及球化處理新工藝，簡化了球鐵件的操作過程，減少了鐵水溫降，減少球化劑、孕育劑用量，大大降低原材料成本。同時球化和孕育時間大大縮短，球化質(zhì)量穩(wěn)定，能夠滿足較大型球鐵件的球化、孕育工藝要求，可大大提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

[1] 張承武.煉鋼學(xué).北京：冶金工業(yè)出版，1991.

[2] 高澤平，等.爐外精煉.北京：冶金工業(yè)出版，1996.