預(yù)處理技術(shù)在球鐵生產(chǎn)上的應(yīng)用

趙靜 黃永紅 尹倩

摘 要： 本文主要分析預(yù)處理技術(shù)的概念、處理劑所具備的條件和應(yīng)用要點(diǎn)，并分析球鐵生產(chǎn)中預(yù)處理技術(shù)所具備的優(yōu)勢，比如石墨球單位面積數(shù)增加、球化率提高、抗衰退性能提高、球化劑加入量降低以及縮松廢品降低等，為生產(chǎn)出質(zhì)量較高的球鐵鑄件提供新型有效的方法。

關(guān)鍵詞： 球鐵;預(yù)處理技術(shù);質(zhì)量

【中圖分類號】TG255 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.36.161

在生產(chǎn)球鐵過程中經(jīng)常施工純Mg或是REMg合金當(dāng)做球化劑，通過Mg或者是RE來和鐵液之中的S產(chǎn)生反應(yīng)，降低鐵液中的S，以此獲得相應(yīng)的獲得球形石墨。在生產(chǎn)球鐵時(shí)主要有以下要求：力學(xué)性能良好、球化率或是級別良好;組織致密性強(qiáng)、較低過冷度和較小白口傾向、潔凈和連續(xù)的基體、處理工藝與鑄件質(zhì)量穩(wěn)定等。通常在球鐵大批量生產(chǎn)條件下，對熔煉節(jié)奏加以調(diào)節(jié)，以此控制鐵液中W（O2，從理論上來講具有可行性，但是無法落是在實(shí)際生產(chǎn)中，這會(huì)對生產(chǎn)效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。而在生產(chǎn)球鐵時(shí)應(yīng)用預(yù)處理技術(shù)，將不會(huì)對其鐵液熔煉節(jié)奏及效率產(chǎn)生影響，并且可確保鐵液的W（O2量一致，為球化反應(yīng)提供穩(wěn)定的條件。

1 預(yù)處理技術(shù)概念

球化反應(yīng)之前添加預(yù)處理劑，控制鐵液中O/S處于較低并穩(wěn)定的水平，以此穩(wěn)定形成形核質(zhì)點(diǎn)，為球化反應(yīng)打造良好條件方法為預(yù)處理。在球化處理前應(yīng)用預(yù)處理技術(shù)可以將鐵液中O/S控制在穩(wěn)定、較低的水平上，并且形成許多穩(wěn)定形核質(zhì)點(diǎn)，能夠?qū)㈣F液過冷度降低，以此減少球化劑用量，使石墨球單位面積數(shù)量增加，并提升球化率，為質(zhì)量較高的球鐵產(chǎn)品生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。

2 預(yù)處理劑需具備的條件

預(yù)處理劑功能元素應(yīng)具有以下特征：和鐵液中O/S有較強(qiáng)的反應(yīng)活性，其硫化物和氧化物的標(biāo)準(zhǔn)將生成較低的吉布斯自由能;應(yīng)有盡量小的密度，可類似于鐵液;需具備較高熔點(diǎn);質(zhì)點(diǎn)尺寸應(yīng)符合形核質(zhì)點(diǎn)要求。第ⅡA族的Ba可滿足上述條件，由Mg到Ba，和O/S反應(yīng)程度慢慢減弱，從而反應(yīng)生成的硫化物和氧化物逐漸加大密度;逐漸提升熔點(diǎn)、并減小尺寸、逐漸加強(qiáng)抗衰退能力，從而可知Ba非常適合作為預(yù)處理劑。

3 預(yù)處理技術(shù)在球鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢

（1）球化劑加入量減少15%～30%，增強(qiáng)Mg吸收率。預(yù)處理劑與鐵液O/S先產(chǎn)生反應(yīng)，對鐵液w（O2和w（S）加以控制，減少15%～30%的球化劑加入量。在13～40包次中添加0.3%Inoculin390，以獲得較高并且均勻的Mg吸收率;41～59包次減少15%球化劑Mg吸收率。

（2）提升石墨球單位面積數(shù)量，可有效提升球化率。具備BaS、BaO證明石墨球沉積核心較好，有利于析出C原子，從而形成許多細(xì)小石墨球。

（3）鐵液凈化，將鐵液MgS和MgO等夾雜去除掉，可構(gòu)成質(zhì)量高并且穩(wěn)定的干渣，相較于普通沖入法更容易扒除產(chǎn)生的稀渣。對比兩種處理方法所產(chǎn)渣相成分，可知應(yīng)用預(yù)處理技術(shù)，可通過扒渣扒除鐵液中的MgO以及MgS等有害夾雜，使鐵液更加凈化;普通球化處理工藝很少會(huì)扒除MgS及MgO，鐵液中依舊存在大量夾雜，主要扒出是Fe。在兩種渣形態(tài)差異方面，應(yīng)用預(yù)處理技術(shù)之后會(huì)產(chǎn)生較高熔點(diǎn)的BaO，并且尺寸較小，適合形核，即便存在少量的結(jié)合，渣尺寸擴(kuò)大后，受到熔點(diǎn)高的影響容易與鐵液分離;普通球化反應(yīng)所產(chǎn)的渣熔點(diǎn)低，并且是大尺寸的MgO、MgS等，極易彎曲纏繞。并且纏繞在大尺寸的MgS/MgO中，能夠填充許多鐵液，使得渣熔點(diǎn)近似于鐵液，將很難扒出，扒出部分存有許多液態(tài)Fe，沒有扒出部分懸浮在鐵液中，很難去除，在澆注之后會(huì)在鑄件中構(gòu)成夾雜或夾渣缺陷。

（4）獲得更低、更穩(wěn)定的W（Mg殘，將縮松傾向減小。因?yàn)轭A(yù)處理技術(shù)能夠?qū)⑶蚧瘎┘尤肆繙p少，可凈化鐵液，能夠控制鐵液中W（Mg殘）量在更小范圍內(nèi)，以此確保有良好的球化，進(jìn)而降低鐵液縮松傾向，確保鑄件組織致密和白口傾向小。當(dāng)W（Mg殘值處于0.04%以下時(shí)，基本上鐵液凝固區(qū)間和W（Mg殘量無關(guān);當(dāng)鐵液W（Mg殘量提升超過0.05%時(shí)，將會(huì)迅速擴(kuò)大鐵液凝固區(qū)間的溫度范圍，增寬奧氏體析出范圍，迅速增大縮孔和縮松傾向;當(dāng)W（Mg殘量超過0.06%，將會(huì)有更大的縮松以及縮孔傾向。相較于國外優(yōu)質(zhì)球鐵件，國產(chǎn)球鐵件在質(zhì)量上的差異是致密程度。國外球鐵件的W（Mg殘量在0.025%～0.035%，國產(chǎn)W（Mg殘量通常在0.04%～0.05%，甚至?xí)_(dá)到0.05%～0.07%，這將增加球化保險(xiǎn)系數(shù)，這將犧牲其致密性;通過上述可知，球鐵球化質(zhì)量與W（Mg殘量無直接聯(lián)系，游離Mg將起到真正球化作用。MgS/MgO高可能會(huì)導(dǎo)致W（Mg殘高，而實(shí)際游離Mg依舊比較低，無法實(shí)現(xiàn)良好球化，進(jìn)而產(chǎn)生許多夾渣;在使用預(yù)處理技術(shù)后，在W（Mg殘低條件下能夠確保良好球化，并將鐵液縮松以及縮孔傾向大幅降低，以此獲得完善的鑄件。另外，較低、合理的W（Mg殘量還可將鐵液過冷度以及白口傾向有效降低，并且能夠過濾和補(bǔ)縮鐵液，以此為設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和補(bǔ)縮系統(tǒng)創(chuàng)造良好條件。

（5）穩(wěn)定工藝，提高抗衰退能力。同樣成分的兩個(gè)球鐵鐵液，一個(gè)為普通球化處理，另一個(gè)為預(yù)處理，對其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對比對比。剛處理完0 min取樣進(jìn)行做熱分析和對比各項(xiàng)參數(shù);處理10min后取樣，對比其參數(shù)變化;處理完30 min后取樣，對比其曲線以及參數(shù)變化。通過相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果可知，在剛處理完后取樣，預(yù)處理以及沒有預(yù)處理的熱參數(shù)相同;而10 min時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些不大的變化;而30 min時(shí)兩者熱參數(shù)會(huì)有較大差距。鐵液通過預(yù)處理后，具有更好的穩(wěn)定性，并且常見可保持各項(xiàng)性能無變化，有著較慢的衰退速度;而鐵液在普通處理后，前期性能良好，在時(shí)間的推移下，各項(xiàng)參數(shù)的穩(wěn)定性開始變差，并有較大的變化，不具備良好抗衰退性能。

結(jié)束語：預(yù)處理技術(shù)能夠向球鐵高質(zhì)量生產(chǎn)提供新方法，在球鐵鑄件質(zhì)量改善方面具有指導(dǎo)意義，并具有以下優(yōu)勢：提升單位面積石墨球數(shù)量;提升球化率;減少夾雜、消除縮松以及降低皮下氣孔;提升球鐵抗衰退能力;以及優(yōu)化、完善加工性能。在球化反應(yīng)前應(yīng)用預(yù)處理技術(shù)，能夠保證其生產(chǎn)質(zhì)量，提升其生產(chǎn)效率，以獲得良好經(jīng)濟(jì)效益。

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