球化劑、球化包芯線的選擇和球化工藝參數(shù)的確定

在對熔煉材料的長期技術(shù)服務(wù)過程中，發(fā)現(xiàn)有些鑄造單位，不知道如何根據(jù)自己生產(chǎn)鑄件的牌號、結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝、爐料的情況選擇球化的種類和成分，對于球化劑中各種成分的作用還不是很清楚，有的單位不能根據(jù)自己單位的實(shí)際情況確定正確的球化工藝參數(shù)，這一方面造成不同程度的成本升高，而且造成資源的浪費(fèi)。                              

 球化劑的分類：

2.1根據(jù)球化劑中主要的球化元素可分為：鎂系球化劑、稀土系球化劑和鈣系球化劑鎂系球化劑：鎂是球化能力最強(qiáng)的元素，也是應(yīng)用最廣泛的球化劑，盡管從熱力學(xué)上看，鎂與氧、硫的親和能力要次于鈣和鈰，但從動力學(xué)角度，由于鎂的沸點(diǎn)（1107℃）低，密度?。?/span>1.738g/cm³），對鐵水有攪拌作用，鎂的實(shí)際脫氧去硫的作用大于鈣和鈰。鎂作為球化元素可以使石墨球園整，對合金液處理前的含硫量范圍適應(yīng)性好，并且在亞共晶和過共晶成分的合金液均能起到良好的球化效果，但是由于鎂與大部分反球化元素不相化合或者化合程度很小，故鎂球化劑的缺點(diǎn)是抗反球化元素能力低^【1】；鎂的密度低，在鐵液中容易上浮，球化衰退快，形成夾渣、縮松和皮下氣孔等缺陷的傾向大；而且反應(yīng)劇烈，燒損大，煙霧大，惡化環(huán)境。稀土系球化劑：稀土的沸點(diǎn)高，其中鈰的沸點(diǎn)為1400℃，密度大（7.4-7.6g/cm³），球化處理時無沸騰和火光煙塵，環(huán)境污染少，勞動條件好，但反應(yīng)動力學(xué)條件差，石墨球圓整度差，常出現(xiàn)團(tuán)狀及團(tuán)片狀石墨，在大斷面球墨鑄鐵件及熱節(jié)部位易產(chǎn)生石墨畸變，白口傾向及石墨漂浮都比鎂球墨鑄鐵嚴(yán)重；稀土元素能和反球化元素形成穩(wěn)定的化合物，從而在一定程度上可抵消這些元素的干擾作用，對原鐵液中反球化元素含量可比用鎂時適當(dāng)放寬；對過共晶成分的鐵液有穩(wěn)定的球化效果，對于含硫量為0.06%的鐵液在殘留鈰為0.04%以上時，就能使鐵液中石墨球化，但對亞共晶成分鐵液要求鐵液含硫量極低（0.006%），并且加入量大。稀土球化劑有利于凈化鐵水，鑄件夾渣、縮松傾向小，但由于加入量高及成本高等因素一般不再單獨(dú)使用，最好與鎂復(fù)合使用。在球化劑常用的稀土中，鑭的球化作用最弱，只有在激冷區(qū)有一定的球化作用。但鑭氏球化劑可以延緩共晶過程中石墨的析出，對防治鑄件縮松有一定的作用。輕稀土元素起球化作用的含量范圍較窄，加入量不足難以球化，加入過多，白口傾向嚴(yán)重并出現(xiàn)異形石墨；重稀土元素釔對高碳過共晶合金液有很好的球化作用，在高碳過共晶合金液中，釔的球化能力比鈰強(qiáng)，略遜于鎂；碳量較低時，冷卻快則成白口，冷卻慢則不球化。釔與鎂、鈰不同的是可以過量加入，在碳當(dāng)量和冷卻速度適當(dāng)時，加入量達(dá)到正常球化需要量的3-4倍也不出現(xiàn)白口，而且釔的脫硫能力極強(qiáng)，且不回硫。因此可以利用釔的過量增加和不回硫特點(diǎn)來提高鐵液的抗衰退能力。鈣系球化劑：鈣的沸點(diǎn)1440℃，密度1.54g/cm³，作用平穩(wěn)，對于要求高溫球化處理（大于1500℃）的鐵液，球化劑除了采用低鎂低稀土的成分外，還可以在球化劑中添加一定含量的鈣，延緩鐵液與球化劑反應(yīng)的劇烈程度。雖然從熱力學(xué)的角度上其與硫、氧的親和力比鎂強(qiáng)，但與硫、氧反應(yīng)的動力學(xué)條件差，球化能力弱，需要加入量大，造渣多。金屬鈣很容易氧化，不便于儲存，故一般不單獨(dú)做球化劑。加鈣處理的球墨鑄鐵的白口傾向比加鎂處理的白口傾向要小，使得加鈣處理的球墨鑄鐵對硅、錳的敏感性較小，容易得到鑄態(tài)鐵素體基體。分別是含硅量、含錳量不同時，加鈣處理與加鎂處理的白口傾向?qū)Ρ取?/span>

目前單純的稀土球化劑和鈣系球化劑已不再單獨(dú)使用，而是結(jié)合鎂、稀土、鈣的優(yōu)點(diǎn)以合理的比例含量做成稀土鎂硅鐵合金球化劑。

2.2按照制作方法和形狀可分為：普通球化劑和球化包芯線

普通球化劑是將幾種合金或者金屬用電爐熔化澆注成一定形狀，或者破碎成一定行塊度的顆粒；

球化包芯線是先將一定成分的球化劑破碎成一定細(xì)度的粉狀顆粒，然后用包線機(jī)用一定寬度和一定厚度的鐵皮將球化劑粉末顆?；蛘呤菐追N合金的粉末顆粒包裹成一定粗細(xì)的金屬線，使用時用專用喂絲機(jī)以一定速度喂入金屬液。

3.1球化劑種類的選擇原則

球化種類的選擇一般要根據(jù)鑄件的種類、牌號、重量、結(jié)構(gòu)，爐料的情況等來選擇。

對材質(zhì)中硅含量要求低的鑄件，為防止球化過程中增硅過多，選用無硅的純鎂球化劑；對含干擾元素少的爐料，選用無稀土的純鎂球化劑或者鎂硅鐵合金球化劑；對含干擾元素多的爐料，選用含稀土的稀土硅鐵鎂合金球化劑；對大型珠光體球鐵，選用銅鎂合金；對高鎳奧氏體、貝氏體球墨鑄鐵件，選用鎳鎂球化劑；對于鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件、高韌性鐵素體球墨鑄鐵件，首先選用含鋇的稀土硅鐵鎂合金，或者無稀土球化劑；對于鑄件大小穩(wěn)定，批量大，每次球化鐵水重量穩(wěn)定的鑄件，首先考慮采用球化包芯線。

3.2球化劑成分的選擇

球化劑的成分包括鎂、稀土、鈣等球化元素、硅、鋁、和銅、鎳、鐵等。球化元素是主要起球化作用的元素，硅則在球化劑的熔煉過程中和鎂形成MgSi合金，起到減少鎂燒損和上浮的作用。銅、鎳、鐵含量的多少可以起到調(diào)節(jié)球化劑的密度的作用，防治在在球化反應(yīng)過程中，球化劑上浮過快的作用，從而提高鎂的吸收率。另外球化中還含有氧化鎂，則是由在球化劑的生產(chǎn)過程中由金屬鎂氧化形成，另外氧化鎂的含量高，增加鐵液中氧化渣的數(shù)量，則鑄件形成黑斑缺陷的機(jī)率就越大。

3.2.1鎂含量的確定

球化工藝參數(shù)的確定

4.1 鐵水球化量的確定

一次球化鐵水量的多少決定于澆注時間的長短，最好一次球化鐵水量要保證從鐵液球化完到鐵液完全澆完能夠控制在12分鐘內(nèi)，最長不要超過15分鐘。

4.2 球化溫度的確定

鐵液球化溫度的高低是由澆注溫度的高低決定的，也就是由尾箱需要滿足的最低澆注溫度決定的。

鐵液的球化溫度=尾箱的需要滿足的最低澆注溫度+出鐵降溫+球化降溫+導(dǎo)包降溫+運(yùn)輸、澆注過程的降溫。球化溫度確定的原則是在滿足尾箱需要的最低澆注溫度的前提下球化溫度越低越好。

4.3 球化劑加入量的確定

球化劑的加入量取決于以下幾個因素：

4.3.1 原鐵水的含硫量 、含氧量

原鐵水的含硫量越高，球化劑的加入量越高；原鐵水的含硫量越低，加入量越低。鐵液含氧量高時，加入量要高些。

4.3.2 球化劑中的鎂、稀土含量

球化劑中鎂含量高，球化劑加入量低；球化劑中鎂含量低，球化劑加入量高。

4.3.3 鐵水的球化處理溫度

鐵水的球化處理溫度高，球化劑加入量高；鐵水的處理溫度低，球化劑加入量低。

4.3.4 球化處理工藝  

球化劑加入量的高低還要根據(jù)采用的球化處理工藝來定，采用鎂的吸收率高的處理工藝，球化劑加入量低；采用鎂的吸收率低的處理工藝時，球化劑加入量高。

表3：球化劑的粒度和一次球化鐵水量的關(guān)系

4.5.5 球化后鐵水的硫含量  

球化后鐵液的硫含量高，隨著時間的延長，球化衰退的快，殘留鎂量要控制的高些；球化后鐵液的硫含量低，球化衰退的慢，殘留鎂量可以低些。

4.6 殘留稀土的確定

球化后鐵液殘留稀土含量的多少根據(jù)以下因素確定：

4.6.1 鐵液中反球化元素的含量多少  

當(dāng)鐵液中反球化元素含量高時，鐵液的稀土殘留量要高些；鐵液中反球化元素的含量低時，鐵液的稀土殘留量要低些。

4.6.2 鐵液溫度

鐵液溫度高時，球化衰退速度快，鐵液中殘留稀土適當(dāng)提高，可以減緩鐵液球化衰退速度。

4.6.3 鑄件壁厚

為防止薄壁鑄件產(chǎn)生白口和厚大鑄件中心產(chǎn)生碎塊石墨，鐵液的殘留稀土要低些。

4.6.4 鑄件的牌號（或者組織）

由于殘留稀土提高鐵液的過冷度，珠光體基體球鐵殘留稀土可適當(dāng)高些，鐵素體基體球鐵殘留稀土要低些。

4.7 喂絲球化速度的確定

喂絲球化工藝中喂絲速度決定決定著包芯線中鎂的吸收率，合適的喂絲速度要保證球化絲伸入到離液面底部100～200mm時起爆，以保證包內(nèi)鐵液脫硫充分。喂絲速度過低，則不能保證球化包芯線深入到鐵水包底起爆，使球化包底部的鐵水不能和包芯線內(nèi)的球化粉料充分接觸脫硫；喂絲速度過快，則會使球化包芯線到達(dá)底部時不能起爆，使球化包芯線在浮力作用下上浮到鐵液上部或者表面燃燒，起不到脫硫脫氧的作用。圖4是鐵水溫度低時，因球化包芯線因?yàn)槲菇z速度過快球化包芯線到達(dá)鐵水包底部后上浮到鐵液表面燃燒后的情況（鐵水重量：7.5噸；鐵水溫度1430℃；喂絲速度50米/分鐘，鐵液喂絲球化前后硫含量幾乎不變。后將喂絲速度調(diào)整為35米/分鐘，脫硫、球化正常）。

4：喂絲速度過快造成的球化線上浮到鐵液表面燃燒