几种球化处理比较.doc

各种球化处理方法述评 发布时间：2012-06-26 07:01:42 浏览次数：217来源：张忠仇，李克锐( 郑州机械研究所，河南，郑州，450052 ) 摘 要：球化处理是生产高质量球铁件的重要环节之一。通过对国内外球化处理方法的介绍和分析，提出应按照球化剂种类、铸件大小，产量规模、生产方法和环保等条件选择最合适的球化处理方法，逐步改变我国大多数工厂只采用冲入法球化处理的状况。 关键词：球墨铸铁；球化处理方法 球化处理是生产高质量球铁件的重要环节之一，我国大多数工厂只采用敞口包冲入法球化处理工艺。这种方法，球化剂烧损大、镁的回收率低，球化不稳定，特别是镁光烟雾，造成铸造车间环境污染。人们也在寻求别的途径进行球化处理，如盖包、转包、喂线等等。某些工厂经过摸索，积累了很好的经验，不断改进，取得很好效果，但也有相当一部分工厂，由于没有掌握要领，采用新方法出现了这样那样的问题，又重新采用冲入法处理。全国铸铁及熔炼专委会在征求部分专家的意见后，认为有必要在第八届学术会议上展开重点研讨。 1、铸铁石墨球化有关问题 自1948年英国莫勒Morrogh和美国INCO公司宣布往铸铁中加入稀土元素铈和镁获得球状石墨，并在1949年开始生产球墨铸铁以来，人们从实践中认识到，使铸铁石墨球化的元素，主要是镁，其它元素（稀土、钙、锂、锶等）在不同条件下虽也有一定的球化能力，但只是用于抑制干扰元素的影响，起辅助球化作用，过量反而会影响球墨的圆整度，影响球化，起不良作用。 郑州机械研究所早在上世纪70～80年代就开始进行稀土、镁元素对铸铁变质作用的研究。试验表明，镁是最好的球化元素，单独用稀土处理，也能球化，但稀土元素球化效果不好、球形差，易出现各种变态石墨、白口倾向大。球化剂中含少量稀土元素能降低保证球化的残余镁量，增加石墨球数，消除干扰元素的作用和减少氧化夹杂，因此球化剂应以镁为主，辅以少量稀土。[1]国外研究工作者如Lalich[2]、Barton[3]也得出了同样的试验结果。 回顾我国球铁发展历程，过去提的“稀土镁球铁”，是在一定历史、物质和技术条件下的产物，现在更名为“镁球铁”或“镁稀土球铁”，或许更科学、更合理。 选择合适的球化处理方法实质就是研究如何提高镁的回收率，即加入最少量的镁（使球铁中含有保证球化的Mg残），获得球化率高且质量稳定的球铁，同时球化处理过程还要安全、平稳、便捷和环境友好。[4] 镁元素的物理性能列于表1。 表1 镁的部分物理性能 在元素周期 表中的序数 原子量 晶格排列 密度 熔点 沸点 比热 熔化潜热 汽化潜热 12 24.32 紧密六 方晶格 1.73g/cm3 651℃ 1107℃ 0.25卡/克.℃ 86.3卡/克 1254±61.8卡/克 图1 敞口包一般冲入法,高径比=2:1 将镁加入铁液中会产生以下问题： 1）镁在固态铁中的溶解度非常小，在铁液中，随温度升高，碳硅含量增加，溶解度略为增加； 2）镁的沸点为1107℃，而球化处理时铁液的温度约1500℃左右，如加入纯镁，不采取安全保护措施，将会迅速汽化，形成很高蒸汽压，引起激烈的沸腾喷溅； 3）镁的密度仅为1.73g/cm2，比铁液的密度7.3g/cm3小得多，这将促使加入的镁漂浮至液面而沸腾和燃烧； 4）镁和氧有很大的亲和力，两者很易生成白烟状的MgO，会污染铸造车间的空气； 5）一部分Mg与S生成MgS；MgO往往与来自铁液和包衬耐火材料中的SiO2生成MgSiO3；这些氧化物/硅酸盐/硫化物混合在一起在铁液表面生成一层粘膜，或形成固体状的夹杂物。 这些夹杂物如未被彻底清除，有可能进入铸件形成夹渣缺陷，成为球铁件报废的主要原因之一。 生产中，以镁回收率（Mg回收率，%）来表示球化处理的效果： Mg回收率很大程度上取决于球化方法；一般随处理温度提高而下降；受处理包的设计和维护以及球化剂（镁合金）的选择影响较大。 2、国内外球化处理方法介绍[5]、[6]、[7] 2.1 包内冲入法 2.1.1 敞口包一般冲入法 这种方法在早期应用比较广泛，国外较多使用Ni-Mg合金，密度比纯镁大得多，如含Mg 10%的Ni-Mg合金密度约可达8.1g/cm3。将这种合金置于包底凹坑内，迅速冲入铁液，合金不会上漂。适用生产高镍奥氏体球铁（如排气管、增压器等铸件）。国内处理包高径比H:D一般较小，约为1.2，现逐渐要求≥1.5，但也比国外小。此外，国内球化剂大多为镁稀土硅铁，密度较小，所以这种不加覆盖剂的方法基本不用。 2.1.2 夹层覆盖冲入法（Sardwich, 三明治法） 在包底凹坑装入球化剂上再覆盖一定数量的球铁、废钢、铁屑、硅铁（有时还加入碳化钙）压实，最上面再盖一块预先浇铸的铁板，覆盖一夹层，所谓的S