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球化不良的原因及控制方法

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Issuing time:2017-01-12 08:57
　　　在20世纪六七十年代，生产球墨铸铁主要是使用冲天炉，由于焦炭质量差（块度大、密度低、固定碳含量低、含硫量）；铁液温度低；使用的球化剂制备的方式不完善；生铁的含硫、磷量高等，所以生产出的球墨铸铁的质量较差，球化质量不稳定。现在生产球墨铸铁大都是用电炉熔炼，炉温的高低容易控制；生铁等原材料的质量好；球化剂的种类多且质量好，因此球墨铸铁的质量也比较容易控制。但是球化不良仍是球墨铸铁生产中的主要缺陷之一。
　　球化不良表现在铸件断口上（一般多观察浇冒口断口），有大块黑斑或明显可见的小黑点；敲击铸件发出的声音不清脆；金相显微组织上有较多的厚片状石墨，有少量球状、团状石墨，或枝晶石墨（有时球化不良在金相上还有一个特征，即在厚片状石墨丛中，个别球状石墨反而还很圆整）。
　　产生球化不良的原因，总的来讲皆由以下三大类因素所影响：残留镁量或稀土量过低（但稀土含量过高时，则石墨圆整度变差，铸件易产生白口及缩松）；孕育作用不强或衰退；干扰元素过高。
　　但在实际生产过程中，产生球化不良的因素很多，有技术上的问题、有操作上的问题、也有管理上的问题。

　　1.球化剂质量差  
　　球化剂中Mg、RE含量经化验虽达到质量要求，但因熔炼技术不佳，含MgO较高（球化剂中含MgO＞1％，对球化质量就可能有影响），MgO对提高球化质量几乎没有作用，反而使球墨铸铁易产生夹渣缺陷；球化剂里含Ca等元素少，球化处理时反应激烈，Mg烧损较多。
　　防止措施：不使用质量差的球化剂（要对供应商、生产厂家进行考察，先少量购进，试用后再批量购买）。球化剂放置时间过长，易受潮氧化。

　　2.炉前球化处理操作不当  
　　球化剂倒入铁液包堤坝挖坑里后，未摊平拍实；表面覆盖物少，或覆盖层薄，或未填满球化剂块缝隙，冲入铁液后，不仅外露球化剂马上熔化反应，同时铁液大量进入球化剂块缝隙里，直接熔化球化剂或把球化剂冲起漂浮铁液表面，反应过早过快，Mg烧损较多。
　　防止措施：把倒入包底凹坑里的球化剂摊平、适当舂实，再把上面覆盖的孕育硅铁摊平并适当舂实，表面覆盖适当量的球墨铸铁屑（舂实）或一定厚度的球墨铸铁板。这样不仅把合金的缝隙填满，且有一定厚度覆盖层。

　　3.原铁液含硫量高  
　　硫是主要反球化元素，含硫量高会严重影响球化质量，当原铁液中的wS＞0.06％时，即便是加入较多的球化剂，也很难得到合格的球墨铸铁质量。在球化处理过程中，球化剂中的Mg，首先与铁液中的S起化学反应，生成MgS的熔渣，剩余的Mg才起到球化作用，RE同样如此。由于球化元素少，所以影响了球化质量。铁液含硫量高，即便加入大量的球化剂，如果浇注时间过长，扒渣不净，还会发生“返硫”现象，影响浇注到后期的铸件质量。原铁液中硫的主要来源是：使用了含硫量高的焦炭或新生铁。
　　防止措施：使用含硫量低的生铁及回炉料和焦炭；掌握好球化剂加入量与原铁液含硫量的关系；炉前及球化处理过程中采取脱硫措施（往焦炭上喷洒石灰水、电炉脱硫较为容易、球化包内加入碱面或烧碱）。
　　随炉料代入的球化干扰元素过高，如Ti、Sb、As、Pb、Al、Sn等。稀土元素虽有一定的消弱或抵消反球化干扰元素的能力，但铁液中含干扰元素太多，仍会恶化石墨球形状（畸形石墨）；即便球化，球墨铸铁材质的物理性能也会趋向很脆。因此，在生产QT400—18以及抗低温球墨铸铁时，要选用高纯生铁。

　　4.接铁液浇包放置不当  
　　出铁时铁液直接冲到压在凹坑里的球化剂上，不仅把覆盖物冲跑，而且使合金块直接受到高温铁液的冲击，或过早熔化激烈反应，或迅速漂浮至铁液表面，在铁液表面熔化烧损被空气吸收，减低了铁液对Mg的吸收率。
　　防止措施：放置好铁液包的位置，避免铁液直接冲击到合金上，让铁液平稳、快速的淹没合金并瞬时达到一定的深度，延长合金上浮的路程，便于合金充分被铁液吸收。

　　5.开始出铁液慢    
　　如果开始出铁液过于缓慢，液面在包内上升的速度慢，当铁液淹没合金后，表层部分合金就开始熔化反应，并接着上浮，由于合金表面与铁液表面距离短，合金没来得及熔化就大量的漂浮于铁液表面，Mg在铁液表面熔化烧损被空气吸收而损耗掉，降低了铁液对Mg的吸收率。
　　防止措施：对于冲天炉来讲 前炉缸内要存有充分的铁液，出铁前首先把堵塞出铁口周围的泥巴铲净，出铁时快速打开出铁口 ，让铁液很快达到铁液包容量深度的2／3（即一定深度），此时的球化反应，由于合金表面距离液面距离大，合金在铁液里上浮时，经过的路程长，合金边上浮、边熔化 、边被铁液充分吸收，球化剂中的球化元素Mg的吸收率高，球墨铸铁质量好。电炉出铁更为方便，开始快速出炉，当反应剧烈时慢速出铁或停止出铁，在反应平稳时继续出铁至要求量，如果反应平稳，尽可能先快后慢（中间不停）的一次出完。

　　6.装加球化剂过早或堤坝凹坑内铁液未倒净  
　　浇注后，红热的浇包底部，温度高于900℃。如果马上装球化剂，Mg、RE在高温的烘烤下损耗一部分（有冒烟现象）；若堤坝凹坑内铁液未倒净，Mg的损耗更多；另外过热的预热温度也会促使球化剂的过早熔化。
　　防止措施：让浇包冷却降温一段时间，在出铁液之前装球化　剂，同时，浇注后及时把浇包内剩余的铁液倒干净，并把包内的熔渣扒干净。

　　7.球化铁液温度过低  
　　球化铁液温度低于1390℃时，合金不易熔化，球化反应不完全，球化级别难以达到要求。球化剂在上浮过程中，由于铁液温度低，不能迅速地把球化剂熔化吸收，致使球化剂上浮到铁液液面熔化燃烧。

　　8.球化铁液温度过高  
　　球化铁液温度过高，覆盖剂以及球化剂熔化速度过快，由于纯Mg的密度为1.74g／㎝3，熔点651℃，沸点1105℃，即便是由于Mg与Si化合提高了合金的熔点，但也低于1400℃，更何况球化温度常在1490~1520℃，有的可能会更高一些。根据铸件的大小和铸件壁的厚薄，确实需要提高球化温度时，也要采取相对“低温处理高温浇注”的措施。另外，铁液温度过高，铁液往往氧化严重，由于Mg和RE易与氧化物产生化合反应，高温使得Mg、 RE的大量损耗和蒸发，降低了吸收率。

　　9.球化剂块度小、碎末多  
　　当球化剂块度碎小、碎末多时，虽然球化处理方法一样，但由于合金块之间没有空隙，熔化反应只能是剥皮式地缓慢逐层进行，若按同样的步骤去浇注，可能会出现前几箱球化不良，后几箱球化尚好的现象。
　　防止措施：根据铁液包的大小即球化处理铁液的多少，而选择球化剂块度的大小。碎末过多时需要过筛处理；如果球化反应过慢，可用钢钎穿过铁液捣几下所装的合金，让铁液钻入合金里，以便加快球化反应。

　　10.球化剂块度过大  
　　球化剂块度过大，在边上浮边熔化过程中，没有及时的被铁液吸收，而是漂浮到铁液表面熔化燃烧，散发到空气中而浪费掉。
　　球化剂块度的选择，是根据铁液包的大小即球化铁液的多少而确定的。

　　11.球化剂加入量少  
　　球化剂加入量的多少与材质的要求、铁液的含硫量、铁液质量、球化处理温度、铸件大小等因素有关。球化剂加入量少有两个原因：一是设计要求加入量本身就少；二是出铁液量没有控制好，出的铁液量超过要求。

　　12.铁液氧化  
　　铁液氧化后含氧量高，由于O和Mg的亲和能力很强，球化剂中的有效球化元素Mg，首先与O化合生产MgO熔渣，剩余的Mg才起到石墨的球化作用，由于氧损耗了大量的Mg，剩余的Mg不足于保证石墨呈球状的量，所以球化级别低，球化质量差。
　　防止措施：注意冲天炉低焦（炭）高度，防止铁液氧化；电炉熔化，不要使用过于氧化的炉料，防止铁液温度过高或高温长时间的保温，特别是10t大炉熔化铁液，每次球化处理1t，当球化处理后几包时，由于铁液在炉内的停留时间长，不但铁液缺少“晶核”，且易氧化。在球化处理后几包时，先在炉内进行“预处理”，添加适量的碳化硅、脱氧剂、增碳剂、硅铁等进行脱氧处理，并适当多加一些球化剂。

　　13.包的深径比及包坑  
　　（1）球化包的深度H与直接D的比例为：H／D＝1.5~2。如果用球化包处理半包，则违背高经比的初衷。
　　（2）球化包的包坑深度，在装入球化剂和覆盖剂后应尚余20~30mm，铁液进入包坑与覆盖剂熔融成半固态物质，延缓球化剂过早爆发，可以提高Mg的收得率。
　　（3）包底凹坑的宽度，以包底直径的1／4~1／3为好，投影面积小的凹坑增加了深度，有利于延缓爆发。
　　（4）浇注完毕后及时清理包内的熔渣，使每包球化剂装入凹坑的情况相同。

　　14.因浇注时间过长等原因而产生的球化衰退  
　　球化衰退的特征是：炉前球化良好，在铸件上球化不好；或者同一包铁液，先浇注的铸件球化良好，后浇注的铸件球化情况不好。浇注时间过长产生的球化衰退往往还和孕育衰退并存。保证石墨呈球状化Mg残量的多少，决定了铁液的球化质量。Mg与O以及S的亲和能力很强，Mg与O结合生成MgO而燃烧掉。特别是S，当S与Mg结合生成MgS的熔渣后漂浮到液面，漂浮到液面后MgS熔渣中的Mg，又与空气中的O结合生成MgO而燃烧掉，而分离出的S又返回铁液，又与Mg结合，铁液中的S像小船一样，不停的把铁液中Mg带到空气中燃烧掉，这就叫做“返硫现象”。随着浇注时间的延长，铁液中Mg的残留量越来越少。有资料介绍，随着浇注时间的延长，每延长1min，铁液中Mg的烧损为0.004%。
　　解决措施：如果因故延长浇注时间，可以覆盖适当厚度的保温剂，减少铁液与空气接触，减少铁液中Mg的烧损量。另外还应采取适当的随流孕育措施，把已经长大并呈畸形（长长后为片状石墨）的石墨分解或截断，使其形状趋于团球状。

　　15.孕育衰退
　　通过金相分析可以看到，孕育衰退的金相照片里，石墨球数量少，球径大，密度稀，球化级别低，通常铁素体含量少，珠光体含量增高，并且有碳化物的存在。孕育衰退产生的原因是：孕育剂加入量少，或孕育工艺不完善。 由于镁的存在是球化的必要条件，而孕育中的元素，是参与石墨化的充分条件，因此只讲球化处理而不重视孕育处理，是做不成高质量的球墨铸铁的。
防止措施：提高孕育剂的加入量；使用含钡、钙的长效孕育剂；采取二次孕育、浮硅孕育、随流孕育的复合孕育措施。

　　16.球化包或浇注包潮湿  
　　球化处理冲入铁液时，水经气化分解产生出氢气和氧气，O会中和掉球化剂中的部分Mg，变成了MgO熔渣，不仅降低了铁液中的含镁量，还容易使铸件产生渣孔及气孔缺陷。

　　17.现场管理
　　球化剂的管理和堆放不规范，可能会混入硅铁等；称球化剂的重量不准，或没有除皮、或看错称等。例如，某厂球墨铸铁的生产质量一直很稳定，突然有一天夜班前两炉出现球化不良，化验分析含硅量超标，经过研究分析，可能是白天打扫卫生时，把散落到地上的硅铁，整理到球化剂槽中了。另外，球化剂存放时间过长且保管不好，球化剂氧化，都会消弱球化作用，影响球化质量。
 　　


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