球墨铸铁生产工艺之生产基本条件

本文先介绍铸态球墨铸铁之生产的基本条件

球墨铸铁是一种广泛应用于各工业部门的重要结构材料，它的出现使铸铁材料的性能发生了质的飞跃，因此在国内外发展都很快，许多方面已取代了锻钢、铸钢及可锻铸铁的应用，成为产量仅次于灰铸铁的铸造合金材料。以往球铁均需通过各种不同的热处理手段方能达到相应的牌号要求，从而耗费能源、污染环境、增加成本、延长生产周期、加重工人劳动强度，因此生产铸态球铁便成为近年来国内外球铁生产方面的一个重要发展方向。据数据统计，我国用于灰铸铁件热时效的能耗每吨铸件为40～100kg标准煤，而用于球墨铸铁件退火、正火的能耗每吨铸件为100～180kg标准煤。我国球墨铸铁件中高韧性铁素体球铁和高强度珠光体球铁占有很大的比重，通常是采用退火、正火处理。采用铸态球墨铸铁生产技术省去了退火、正火处理工序，节约能源，避免了因高温处理而带来的铸件变形、氧化等缺陷。所以，推广应用铸态球墨铸铁生产技术，对于铸造行业的节能降耗减少排放，以及提高经济效益都具有非常重要的意义。

 广义上的铸态球铁应包括GB/T 1348-2009《球墨铸铁件》中的所有材质牌号，但是由于QT800-2和QT900-2在铸态条件下极难稳定地生产，所以一般不考虑在内。近年来随着对优质球铁件的需求量越来越大，对其质量要求也越来越高，甚至达到了苛刻的程度。除了抗拉强度和伸长率之外，室温或低温冲击功、屈服强度、硬度、球化率、石墨大小、基体组织一直到化学成分对重要球铁件或某些客户来说，也成为了质量验收指标。除了浇注单铸试块，附铸试块外，还有要求铸件指定位置的本体试块，最近发展到在铸件里取样的掏料试样。球铁铸造厂要生产铸态球墨铸铁，必须经得起客户指定的力学性能、金相组织等综合性能检验的考验，必须能够稳定地生产，铸态合格率要达到90%以上，否则不能认为是成功。

1.熔炼设备

铸态球铁对原铁水的质量要求: 化学成分稳定，符合设计要求；好的冶金质量、洁净、无氧化现象；高的出铁温度。目前我国大部分铸铁厂是采用冲天炉熔炼，也有部分采用冲天炉—电炉双联熔炼和中频感应炉。用冲天炉熔炼时，要保证低硫铁水和准确的重要元素含量，出炉温度稳定在1420—1480℃。使用双联熔炼和中频炉独立熔炼更有利于控制铁水化学成分和温度，特别是使用中频炉使铁水清洁少杂质，操作更简便。

2.检测仪器

加强对铁水质量的实时检测是控制熔化过程的关键，炉前快速分析法是非常有效的控制方法。浸入式快速热电偶测温，是获得合适出铁温度、浇注温度的保证；根椐热分析法结合计算机技术而研制成功的铁水质量管理仪、快速微分热分析仪等，快速测定C、Si量、铁水凝固冷却曲线、球化率等，实践证明是极有推广价值的先进即时检测仪器, 对生产高性能高品质铸态球墨铸铁件必不可少。

3. 球化判断（炉前检验）

炉前球化情况判断可采用火苗观察法，炉前三角试片法，炉前快速金相法和炉前快速光谱分析法。

（1）火苗观察法。当球化反应结束或补加铁水时，铁水表面逸出镁光及白黄色火焰，则表示球化良好。

（2）三角试片法。较常采用的一种方法，球化、孕育处理后，待试样表面呈暗红色时取出；底部向下淬水，打断观察断口。如断口底部及两侧有缩凹，中心有缩松，断口不平齐呈锯齿状，银灰色（银白色），致密，晶粒细小，敲击有钢声，嗅有电石味，表示球化孕育良好。如断口有小黑点，球化不太好。如断口乌黑，晶粒粗大或有许多黑点，呈麻脸状，敲击闷声，则为不球化。

（3）炉前快速金相法。试样直径为20~30mm（视铸件大小，壁厚大小定）。金相观察球化级别要求不低于4级，表明球化良好。低于4级，表明球化不良或球化衰退。

（4） 炉前快速光谱法。快速测定球铁的化学成分，铸件的五大元素及残留镁、稀土量、微量元素等15种元素同时测出。以含镁量来判定球化情况。

4. 原材料的选择

原材料的选择对生产铸态球铁是很重要的，原材料的质量对铸件的质量起决定性作用，必须要选择质量稳定的供应商，加强原材料的进厂检验。

（1）铸造生铁

生铁应高碳低硅，低锰、低磷硫。由于这种铁素体球铁的化学成分要求较高。选用地方生铁应慎重，因常规五元素（C、Si、Mn、P、S）虽然符合要求，但如果含有干扰元素或有害元素，就会导致球化不良、出现白口等。对石墨片粗大，渣气孔较多的生铁也尽量不用或少量搭配使用。

（2）回炉铁

回炉铁应使用球铁浇冒口和废品铸件，杜绝使用市场收购的废旧成分不明的铸铁件。对于生产中产生的球化衰退件，也要求单独堆放，并在生产中搭配使用。回炉铁在使用前应清除表面粘砂及型腔内的砂芯等，并力求洁净不混有杂物。

（3）废钢

废钢主要是用来调整碳量，应是成分明确的碳素钢，或是品种单一的合金元素含量低的碳钢。废钢表面不得有严重锈蚀和油污，夹带的泥砂必须清理干净。使用“废钢增碳”电炉独立熔炼工艺时，作为主要金属炉料的废钢最好是汽车、五金冲压件边角料压成团块的纯净碳素废钢。

（4）焦炭

焦炭的优劣直接影响到冲天炉熔炼时的冶金质量和铁水温度，要求固定碳高、强度高、硫量低、灰分少。如果焦炭的含硫量高，焦炭中的硫就会大量进入到铁液中，铁液含硫量就高，势必在球化处理时球化剂要多加，还容易导致球形较差，白口增大，薄件加工困难，甚至有可能出现球化不良、球化衰退现象。因此，生产中最好选用铸造焦炭，固定碳要大于80%以上，含硫量要小于0.5%。

（5）球化剂

球化剂是保证产品质量的重要材料，要求成分稳定、均匀。其选用应根据熔炼设备、铁液的含硫量、铁水的处理温度和产品的结构而定。对于冲入法球化处理工艺，球化剂一般采用稀土硅铁镁合金。块度为10~25mm，粉状物不大于10%，MgO%含量小于1%。

（6）孕育剂

孕育剂也是球铁生产环节中的重要铁合金材料。球化处理后加入孕育剂不仅能消除渗碳体，而且还可以提高球化率，细化石墨球，使其圆整，分布均匀。实践证明，孕育效果和孕育剂的成分有很大关系。目前，国内使用最多的是FeSi75，有的企业采用含钡、锶、钙、铝、铋等元素组成的长效复合孕育剂。如硅钡、硅锶、硅钙等。组合使用FeSi75和长效复合孕育剂效果较好。

（7）增碳剂

使用“废钢增碳”电炉独立熔炼工艺时，要用到增碳剂。最好选用化学纯度高及晶体形态好的结晶石墨增碳剂。好的增碳剂除了无硫、高而稳定的增碳率外，还有促进石墨化及增强孕育的功能。

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