熱模離心球鐵管噴鎂球化工藝的改進

張建強 申發(fā)田

摘 要：新興鑄管熱模離心球墨鑄鐵管始建于2005年，自開始生產，球化方式經沖入法、轉包處理法，目前正在使用噴吹處理法。但由于熱模球鐵管冷卻慢、處理后鐵水停留時間長、鐵水溫度不穩(wěn)定、澆注系統導致的鐵水澆注散流、飛濺等因素影響，導致使用噴吹法球化質量不穩(wěn)定，球化衰退現象比較普遍，鎂粒消耗也居高不下。本文介紹了在現有噴鎂球化工藝的基礎上，通過試驗的方式摸索、改進一種新型的球化方式，極大地提高和改善了球化質量，同時也節(jié)約了球化成本。

關鍵詞：球墨鑄鐵管 球化工藝 改進

中圖分類號：TU991.36 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0077-02

新興鑄管目前采用噴吹處理法進行球化處理，但存在質量不穩(wěn)定、球化衰退現象比較普遍等問題。本文通過試驗的方式嘗試多種方法，改進目前球化方式，改善球化質量，并降低球化成本。

1 目前球化方式的狀況

噴吹法是將噴槍插入球化包鐵水底部，利用氮氣作為載體，在0.4～0.5MPa壓力下，把0.2mm粒度以下鎂粒噴入鐵水深部，使之在強烈的攪拌條件下與鐵水反應，從而完成球化處理的方法。細粒狀鎂粒以較高速度在鐵水中運動，大大改善反應的擴散條件，提高反應速度，使硫、氧充分消除，效果較好[1]。

噴吹法也有一定弊端，噴鎂球化時必須確保噴吹罐能夠穩(wěn)定均勻連續(xù)并且可調流量地噴吹顆粒鎂，否則會帶來一系列的后果。如果供鎂不均勻呈脈沖狀，會造成鎂短時間劇烈反應形成鐵水大量噴濺，鐵損增高。沒有反應完的鎂上浮到表面燃燒，鎂的收得率下降，脫硫率下降，這些往往成為噴鎂失敗的主要原因，同時過于集中的鎂粒還容易造成堵槍，不得不停止噴吹進行處理，延長了處理周期，降低了設備的作業(yè)率和完好率。

同時在大口徑熱模離心球墨鑄鐵管實際生產時，影響因素較多：

（1）熱模球鐵管規(guī)格一般為DN1200以上的大口徑，生產節(jié)奏比較長，15～20min/支，鐵水自球化后等待時間約10min。

（2）每支管鐵水噸位≥3.6t，澆注時間40～45s，由于鐵量大澆注過程鐵水飛濺、翻花嚴重，容易造成鐵水氧化。

（3）熱模離心球鐵管為了避免產生鑄態(tài)滲碳體，生產每支管時都要在管模模具表面噴涂0.8～1.00mm的隔熱涂層，導致冷卻速度慢。

（4）由于生產節(jié)奏影響導致鐵水溫度不穩(wěn)定。

（5）由于噴鎂氮氣壓力的波動導致噴鎂不均勻。

（6）鐵水球化效果受噴槍插入液面深度影響。

故實際生產時球化衰退缺陷較多。此外，鎂粒消耗也居高不下，導致成本上漲。

2 球化方式的改進

2.1 改進方案

為了減少熱模實際生產中影響因素對球化質量的影響，新興鑄管在生產大口徑熱模球鐵管時嘗試新的球化方式。理論認為，球化時間距離澆注時間越短，球化效果越好，因此在澆注的時候嘗試增加一次球化。

改進方案：利用噴吹法進行噴鎂，相同鎂粒分兩次加入。第一次球化主要減少鐵樹中的熔渣，凈化鐵水；以模粉作為載體，均勻混合加入鎂粒，在澆注時利用氮氣將模粉、鎂粒混合物在管模模具內均勻布料，可以實現邊澆注邊球化，提高球化質量，

益處：澆注、球化同步進行，充分發(fā)揮Mg的球化作用。避免因鐵水溫度波動、鐵水氧化、等待時間長等因素造成球化衰退。同時和第一次噴吹法同時進行，避免澆注時球化的夾渣缺陷。

2.2 試驗條件、過程

鐵水熔煉條件：2座20t容量、3000kWh功率電爐；鐵水升溫溫度1450℃，靜置5～10min充分出渣；出鐵溫度1420℃～1450℃。

鐵水成分：C 3.3%～3.5%，Si 0.8%～1.2%，Mn 0.2%～0.3%，P 0.070%～0.080%，S 0.020%。

試驗規(guī)格：1600K9規(guī)格，出鐵量6.15t。

第一次噴吹球化參數見表1，噴鎂量由原來的2.5～3.0kg/t改為1.5kg/t，球化鐵水Mg含量由原來的0.070%～0.090%降到0.040%～0.050%。

第二次球化參數：管模粉與鎂?；旌媳壤秊?0∶1，混合物內的鎂粒噸鐵加入量為1kg/t。試驗兩次球化鎂粒噸鐵消耗量合計是2.5kg/t。

2.3 試驗結果

2.3.1 球化質量

通過對比發(fā)現，石墨球圓整度、石墨球密度、大小、二次球化試驗管的球化質量均比原噴吹球化質量大大提升。數據對比見表2。

2.3.2 性能

二次球化試驗管的抗拉強度達到505MPa，延伸率為16.5%，略優(yōu)于正常噴吹球化管。

2.3.3 斷口分析

二次球化試驗管管壁斷口宏觀呈銀灰色，無白口傾向。整個斷面致密、無明顯夾渣情況，僅局部內壁表層2mm范圍內有渣層疏松。第一次噴吹法除渣效果顯著，第二次管模內澆注時球化并未造成管壁夾渣。

2.3.4 弊端

第一，本次試驗通過改變以往的噴鎂方式，將球化時間延后到與澆注時間同步，充分發(fā)揮鎂的球化作用，鑄件的金相球化效果得到了很大提高，但噴鎂量相同，成本并沒有下降。

第二，由于鎂粒在管模模具內與鐵水反應劇烈，對噴涂在管模模具表面的隔熱涂層造成破壞，造成離心球鐵管管身細微粘鐵，影響管身外觀。

3 方案優(yōu)化

3.1 針對上述試驗弊端，在原來試驗基礎上進行優(yōu)化

（1）將第二次球化所用的鎂粒改為鎂粉均勻混合，減弱鎂粒劇烈反應對涂層的集中破壞，并將用量逐漸減小進行試驗。

（2）將管模模具噴涂涂層強度（提高膨潤土與硅藻土的比例）提高。

3.2 試驗結果

（1）通過將鎂粒改為鎂粉，提高涂層強度，管身外觀粘鐵消失，外觀得到提升。

（2）將第一次噴吹鎂的加入量降低為1.2kg/t，二次球化鎂的加入量分別調為0.9kg/t、0.8kg/t、0.7kg/t、0.6 kg/t。當下降到0.6%時，平均球化率保持在80%以上，仍較正常噴吹法的球化效果好（見表4）。

成本方面，鎂噸鐵消耗量可以降到1.8kg/t，節(jié)約鎂粒成本至少0.7kg/t。

4 結語

（1）通過二次球化的方式，實現球墨鑄鐵管邊澆注邊球化，既可以避免夾渣，又可以忽略球化鐵水等待時間長、澆溫波動大等客觀條件對球化衰退的影響，極大改善了熱模鑄鐵管球化質量。

（2）在保證球化質量的前提下，二次球化的方式可以節(jié)省鎂的消耗，在目前鎂消耗基礎上，加強除渣可進一步減少消耗。

（3）逐步實現孕育劑中添加鎂的成分，實現邊孕育邊球化，合理優(yōu)化球化工藝。

參考文獻

[1] 郝石堅.球墨鑄鐵[M].化學工業(yè)出版社，2014.

[2] 金海軍.噴鎂脫硫球化工藝技術改進及應用[J].河南冶金，2009（5）：33-35.

[3] 安志平.噴鎂球化在離心球墨鑄鐵管生產中的應用[J].熱加工工藝，2011（17）：75.