知识篇——球化不良主要原因及控制

 

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的损耗欧美av在线观看;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。