新型球墨鑄鐵球化處理方式展望

穆廣錄

（河南洛陽中信重工重鑄鐵業(yè) 河南洛陽 471000）

新型球墨鑄鐵球化處理方式展望

穆廣錄

（河南洛陽中信重工重鑄鐵業(yè) 河南洛陽 471000）

本文分析了國內(nèi)外現(xiàn)今生產(chǎn)球墨鑄鐵常用的幾種方法以及每種方法的利弊，并提出了解決這些弊端的一種新型的球化處理方法，以現(xiàn)有的科技水平這種球化處理方法方法一定能實(shí)現(xiàn)。

球墨鑄鐵；球化方式；展望

前言

如今國內(nèi)外生產(chǎn)球磨墨鑄鐵的方法有很多，比如沖入法，轉(zhuǎn)包法，壓力加鎂法，蓋包法，喂線法等多種形式，但每種方法都有其局限性，本文就是通過多年生產(chǎn)實(shí)踐提出一個(gè)可以解決現(xiàn)行蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中各種球化方式的不足，依據(jù)現(xiàn)在的科技水平一定能實(shí)現(xiàn)。

1 常用球墨鑄鐵的處理方法以及其優(yōu)點(diǎn)與不足

1.1 沖入法

沖入法是目前國內(nèi)外使用比較廣泛的方法，其方法就是把球化劑放在包底，上面覆蓋上孕育劑，然后把熔化好的鐵水直接倒入包內(nèi)使鐵水球化得到球墨鑄鐵。有最大的優(yōu)點(diǎn)就是操作簡單，幾乎不需要借助其他設(shè)備，盡管為了提高球化質(zhì)量人們想出了許多種不同的沖入方式I比如在包底修筑堤壩等），但是其缺點(diǎn)也還是從根本上無法解決，主要表現(xiàn)鎂的吸收率低，污染嚴(yán)重，球化質(zhì)量受人為因素以及球化劑質(zhì)量影響較大。因此球化質(zhì)量波動(dòng)較大。

1.2 轉(zhuǎn)包法

轉(zhuǎn)包法也是比較常用的處理球鐵的方法，其優(yōu)點(diǎn)就是鎂吸收率相對(duì)較高，使用安全，處理過程中鐵，主要表現(xiàn)在鎂吸收率低，污染嚴(yán)重，受人為因素和客觀因素影響較大等。轉(zhuǎn)包法鐵水溫度降低少，其缺點(diǎn)就是在生產(chǎn)過程中較大的鎂光和煙塵，反應(yīng)室小孔易堵塞且清理困難，也不能連續(xù)生產(chǎn)。

1.3 壓力加鎂法

壓力加鎂法就是把金屬鎂通過一定方式加入密閉的鐵液中，壓力加鎂法雖然用純鎂進(jìn)行球化處理提高了鎂的吸收率，改善了一些工作環(huán)境，但是其操作復(fù)雜而且嚴(yán)格，另外其處理時(shí)間較長，鐵水降溫較大。更重要的是處理時(shí)安全系數(shù)很小，易發(fā)生安全事故。

1.4 喂線法

喂線法是近幾十年發(fā)展起來新型的的球化處理方法，其原理就是把球化劑以包芯線的形式通過設(shè)備把包芯線插入到鐵水中得到球墨鑄鐵，我國喂線法用球化線包芯線中鎂含量比普通沖入法用的球化劑高4～5倍，國外也有用純鎂做包芯線（只能說國情不同，不能照搬）。優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：①鎂的吸收率較高；②污染較少（但其除塵設(shè)備比較龐大而且一旦管道堵塞很難清理）；③球化處理溫度可控，可真正實(shí)現(xiàn)高溫出爐，低溫處理（澆注）；④鐵水中殘余鎂可控；⑤大大減少了人為因素的影響；⑥也可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，還可以最大限度的發(fā)揮熔煉設(shè)備生產(chǎn)球鐵的潛能。其不足就是：①由于包芯線在運(yùn)行時(shí)理論上是沿著一定方向運(yùn)動(dòng)，所以隨著不斷的喂線，這個(gè)點(diǎn)上的金屬鎂就會(huì)大量聚集，所產(chǎn)生的鎂蒸汽就會(huì)使鐵水劇烈沸騰。也白白浪費(fèi)不少鎂。②包芯線在包內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡不確定，因?yàn)槠湓诟邷厍闆r下芯線的剛性變?nèi)?，在球化時(shí)由于鐵水的不斷劇烈翻動(dòng)，包芯線極易彎曲從而使其在某個(gè)高度嚴(yán)重偏離中心（其實(shí)在空運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下芯線也不是直線運(yùn)行），而導(dǎo)致底部鐵水球化不良或未球化。③每次處理鐵水都要求不能出滿，鐵水高度必須有一個(gè)合理的余量（一般都比較大）否則在球化處理時(shí)鐵水會(huì)大量溢出。④對(duì)于單線運(yùn)行的小型球化站，一旦鐵水量確定，其所對(duì)應(yīng)的喂線參數(shù)也就隨之確定，沒有可變更的余地。

2 新型球化方法的總體思路

目前的球化處理方式或多或少都存在著不足之處，為了彌補(bǔ)以上球化方法的不足，設(shè)想采用把球化劑（以鎂為主）通過一定裝置轉(zhuǎn)換成類似彈丸形狀，采用可控的某種動(dòng)力裝置（氣動(dòng)或電動(dòng)）將其射入待處理的鐵液中，并且每次射入鐵液表面的位置不能重合，從而避免鎂在同一位置的不斷累積疊加而使鐵液劇烈沸騰所引起的使鎂的浪費(fèi)最終導(dǎo)致降低鎂的吸收率，也減少了空氣污染，改善生產(chǎn)環(huán)境。如果這樣就可以大幅提高球化劑中鎂的含量（目前我國通常采用的包芯中鎂含量僅為30%左右，采用此方法理論上可以使用純鎂做球化劑，根據(jù)我國國情在球化劑中還需加入一定量的稀土元素）。我們不妨把這種方法暫時(shí)叫做射丸法球化處理方式。其最大特點(diǎn)就是把球化劑以分散、點(diǎn)狀形式加入鐵液中，避免了由于鎂的疊加引起的鐵水劇烈翻騰。同時(shí)射丸頻率可無極調(diào)速，以適應(yīng)不同的處理鐵水量。

3 新型球化方法的結(jié)構(gòu)方框圖及各部分思路

圖1

（1）方框圖中球化劑可采用更高含鎂量，其中可根據(jù)需要添加其他微量元素，根據(jù)我國目前的生鐵狀況不易采用純鎂處理球鐵，孕育劑可采用普通硅鐵或其它復(fù)合孕育劑，球化劑和孕育劑均可以做成粉狀或做成包芯線，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一性，球化劑和孕育劑外形需一致。

（2）轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是指分別將球化劑、孕育劑制成類似于子彈形狀（把包芯線進(jìn)行分段處理）或其他有利于噴射的形狀。

（3）將轉(zhuǎn)換好的彈丸一起放入一個(gè)容器中。

（4）把混合在一起的彈丸重新一個(gè)個(gè)有序排列送入發(fā)射裝置。需提前根據(jù)原鐵水成分計(jì)算出球化劑孕育劑的加入量，無需分別加入。

（5）射入裝置負(fù)責(zé)將拍了好的球化劑、孕育劑通過動(dòng)力裝置一設(shè)定好的參數(shù)以某一確定的速度和位置射入鐵水包中。并且可通過調(diào)接射入頻率改變球化處理時(shí)間，以滿足不同需要。為簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，彈丸射入速度以球化劑到達(dá)鐵水底部為準(zhǔn)，孕育劑采用球化劑的速度即可，通過鐵水翻騰攪拌使鐵水成分均勻一致。

4 參數(shù)確定

假設(shè)包內(nèi)鐵液高度為H，射入的球化劑、孕育劑的速度為v，孕育劑，球化劑載體的起爆熔化時(shí)間為t，根據(jù)牛頓定律有：

V=（H+1/2at2）/t

其中a=F/M；

F=自身重力mg、鐵水的浮力ρgv、鐵水的粘滯力的合力（只要球化劑，孕育劑外形確定，F(xiàn)值就已是確定值）；

M可以用球化劑的質(zhì)量代替，因?yàn)槲覀兊哪康氖亲屒蚧瘎┑竭_(dá)包底，即便是孕育劑沒有到達(dá)包底，通過球化時(shí)鐵水的翻動(dòng)也能使鐵水成分均勻。

此公式中除了v，只要球化劑孕育劑形狀、重量確定，其余的都是已知的或是定值，因而很容易確定v的值。

V值就是發(fā)射裝置所要完成的任務(wù)之一。

發(fā)射裝置所要完成另一任務(wù)如圖2所示。

之所以讓球化劑、孕育劑分散開來就是避免球化劑過分集中而引起鐵液的過分沸騰從而導(dǎo)致鎂的大量流失以及造成的環(huán)境污染。最理想的射入點(diǎn)就相鄰的兩個(gè)射入點(diǎn)距離盡量大或者射入點(diǎn)是隨機(jī)的而且能盡量能覆蓋整個(gè)鐵水表面。

圖2

圖3 球化處理時(shí)鐵液表面示意圖

5 預(yù)計(jì)達(dá)到的效果

（1）由于分散加入球化劑，不會(huì)發(fā)生球化時(shí)劇烈的鐵水翻騰，可以大大提高鎂的吸收率，既降低了成本也節(jié)約了社會(huì)資源。

（2）處理球鐵時(shí)可以不受鐵水量和鐵水包形狀的限制，從而降低了生產(chǎn)設(shè)備成本。

（3）球化劑和孕育劑在包內(nèi)幾乎做直線運(yùn)動(dòng)，不存在上下鐵水球化不一致的情況。

（4）根據(jù)鐵水量的不同可以通過調(diào)節(jié)球化劑的加入頻率改變球化處理時(shí)間。

（5）提高球化劑的含鎂量可以減少球化劑的加入量，從而減少球化處理時(shí)產(chǎn)生的浮渣，降低了鑄件夾渣的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（6）由于是點(diǎn)狀分散加入球化劑金屬鎂，安全系數(shù)很高。

（7）整個(gè)處理過程所需參數(shù)較少，操作簡單，可靠性和最終鐵水穩(wěn)定性也會(huì)提高。

（8）也可實(shí)現(xiàn)高溫出爐，低溫球化處理，低溫澆注，這對(duì)大型球墨鑄鐵件生產(chǎn)有利。

（9）連續(xù)球化處理不受影響。

6 結(jié)論

射丸法球化裝置一旦實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)踐，其效果將比現(xiàn)行的任意一種球化處理方式先進(jìn)，是一種理想的球化處理方式，生產(chǎn)出的球墨鑄鐵質(zhì)量高而且穩(wěn)定性一致性好?？梢詮浹a(bǔ)其他球化處理方式的不足。其設(shè)備成本預(yù)計(jì)與喂線設(shè)備持平或略高。在科技發(fā)展的今天，此設(shè)備一定能實(shí)現(xiàn)。

[1]王成鐸，等.常用的球化處理方法.

TG255

A

1004-7344（2016）21-0243-02

2016-7-10