龍枚青 莫正田 楊楚謀 薛敏 湯迪文 賈偉峰 吳超 劉湘資 肖金奎
(桃江新興管件有限責任公司，湖南桃江 413400)
摘要:在材質為球墨鑄鐵件生產過程中，我們通過對不同的球化劑顆粒使用情況研究發現，使用5一12mm粒度的球化劑同15一35mm粒度的球化劑相比較，較小粒度的球化劑使用效果較佳，對鎂的吸收率較高，加入量較少，成本較低。
關鍵詞：較小粒度球化劑；球化反應時間；球化效果
我們都知道，球化劑粒度大小對球化反應起著很大的作用，因此鑄造生產廠家對球化劑既有化學成分要求又有球化劑的粒度要求，我們公司以前規定的球化劑粒度是15一35mm，在生產實踐中我們通過觀察發現，在球化反應過程中使用較大顆粒的球化劑時，鎂的吸收率較低，相對需要球化劑加入量較多。
一、現狀
我公司是世界500強企業新興際華集團旗下的一個三級子公司，年產球墨鑄鐵件3萬余噸，長期以來我們采用消失模鑄造工藝，對球化后鐵水溫度要求較高（球化后鐵水溫度1510℃-1530℃），球化劑加入量較高，一般加入量在2%-2.4%，導致球化劑需求成本居高不下。針對球化劑成本較高的現象，我們把降低球化劑加入量作為公司的工藝技術攻關的一個課題。?
二、研究方向及目的
在鐵水各項參數相同或相近并保證材質的前提下，比較各種粒度的球化劑對加入量的影響。立足生產實踐，排除管理影響，找到適合我公司生產的合理球化劑粒度。
三、研究試驗
1.1試驗條件及工藝
3t沖天爐，10t保溫電爐，2t澆包1個，高徑比為1.4一1.5。根據我公司消失模鑄造工藝的特點，金相試樣及機械性能Y試塊均粘在鑄件上，同鑄件同時澆注成型。
為了保證球化處理的穩定性和澆注鑄件的工藝要求，鐵液出爐溫度控制在1560℃一1580℃，每包鐵水最多澆5箱。澆注第一箱鑄件鐵液溫度為1480℃一1500℃，澆注最后一箱的開澆溫度不低于1440℃。澆注時間從球化處理結束到澆注結束在10 min之內，特大件澆注時間不超過12 min。
孕育工藝為爐前采用75硅鐵孕育，加入量為0.8%一1.0%，澆注時采用漏斗法瞬時孕育，加入量為0.1%一0.15%。
1.2成分選定及試驗方法
稀土球化劑的化學成分應符合表1的規定
表1
|
Ca( %) |
Si( %) |
Mg(%) |
Re(%) |
MgO(%) |
Ba(%) |
|
4.0-5.0 |
≤44 |
7-9 |
2.0-4.0 |
— |
2.0-3.0 |
根據產品材質要求：球化后鐵水應符合表2的規定
表2
|
C(%) |
Si(%) |
S(%) |
P(%) |
Mn(%) |
|
3.4-3.9 |
2.1-2.9 |
≤0.025 |
≤0.05 |
≤0.4 |
根據我公司20多年球墨鑄鐵件的生產經驗，為了保證材質，我們對球化后鐵水殘硫、殘鎂做了如下規定：S含量0.015%時，Mg含量0.045%，當S增減0.001%時，Mg對應增減0.002%。
我們試驗比較了多種粒度的球化劑同我公司正在使用的15一35 mm的球化劑使用效果，其中粒度為5一12 mm的球化劑優勢很明顯。
采用粒度為5一12 mm及15一35 mm的球化劑進行對比較試驗，情況如下：
表3
|
粒度15-35球化劑試驗數據 |
|
加入量(%) |
鐵水重量(%) |
電爐鐵水溫度(℃) |
球化反應時間(秒) |
化學成份(%) |
球化等級 |
石墨大小 |
機械性能 |
|
C |
Si |
Mg |
S |
P |
Mn |
抗拉強度Mpa |
延伸率% |
|
1.8 |
2002 |
1604 |
58 |
3.91 |
2.72 |
0.045 |
0.013 |
0.046 |
0.130 |
2 |
7 |
415 |
7 |
|
1.7 |
2004 |
1603 |
55 |
3.91 |
2.61 |
0.039 |
0.015 |
0.047 |
0.132 |
5 |
4 |
391 |
4.5 |
|
先夯實，再覆蓋劑覆蓋。 |
表4
|
粒度5-12球化劑試驗數據 |
|
加入量(%) |
鐵水重量(%) |
電爐鐵水溫度(℃) |
球化反應時間(秒) |
化學成份(%) |
球化
等級 |
石墨
大小 |
機械性能 |
|
C |
Si |
Mg |
S |
P |
Mn |
抗拉強度Mpa |
延伸率% |
|
1.8 |
2004 |
1605 |
69 |
3.93 |
2.69 |
0.057 |
0.010 |
0.049 |
0.134 |
2 |
7 |
463 |
15 |
|
1.4 |
2000 |
1609 |
70 |
3.88 |
2.59 |
0.041 |
0.012 |
0.051 |
0.136 |
3 |
6 |
412 |
6.8 |
|
1.3 |
2010 |
1600 |
70 |
3.90 |
2.52 |
0.039 |
0.014 |
0.047 |
0.141 |
5 |
4 |
395 |
4.9 |
|
不用夯實，不用覆蓋劑覆蓋。 |
結論：從上面兩個表中可以看出，為了保證QT400-5材質，15-35mm粒度球化劑加入量應該加入量1.8%，并且要用覆蓋劑，而用5-12mm粒度球化劉加入量只要加入1.4%即可。粒度5-12 mm球化劑的吸收率為57%，粒度15-35 mm的為48%。
圖1球化處理
圖2澆注及瞬時孕育
大量試驗結果表明，5-12 mm粒度球化劑比粒度15-35 mm球化劑的球化處理效果相近，而且加入量要少0.4個百分點，反應也平穩。其原因在于5-12mm球化劑的顆粒之間的間隙較小，鐵液不易鉆入，只有當鐵液量達到一定量的時候，合金才逐層融化，延長了球化劑的起爆時間。5-12 mm粒度球化劑與粒度15-35 mm球化劑相比，前者反應時間更長，而且，球化反應在較多的鐵液量狀態下進行時，球化劑顆粒在鐵液中上浮和熔化的路程長，減少了鎂的逃逸，增加了鎂的吸收率。另外，粒度為15-35 mm球化劑顆粒之間的間隙大，鐵液容易鉆入。即使加覆蓋劑的情況下，由于球化劑中較大的顆粒，在鐵液中上浮和熔化過程中不完全，部分球化劑在鐵液表面與空氣接觸發生燃燒，反應劇烈。此過程實際上是鎂的損失過程，即2Mg+O2=2MgO，減少了鎂的吸收率。
使用粒度5-12mm球化劑的另一個特點是可以取消球化劑覆蓋。我們對更小顆粒球化劑做過試驗，由于容易粘鐵水包底部，不適合我公司的生產。
四、生產結果
從表3和表4對比可以看岀，在生產中如使用粒度15-35 mm球化劑，加入量要加入2.0%才能保證材質要求。如使用粒度5-12 mm球化劑，加入量只要加入1.6%就能保證材質要求。
使用粒度5-12mm球化劑情況下，按每年生產3萬噸鑄件、成品率84%計算，一年能少用球化劑144噸， 少用覆蓋劑55噸，僅球化劑、覆蓋劑兩項就可節省150萬元左右，這個數字對已經是薄利的鑄造業來說可不是一筆小數目。
五、結論
上述實驗結果分析得出：
1、粒度大小對球化劑的球化作用影響不大，效果的好壞在于怎樣使用。
2、小粒度球化劑的優點是加入量少，反應平穩，吸收率高。
3、采用小粒度(5-12mm)球化劑可降低生產成本，能大幅度提高企業經濟效益。
龍枚青，湖南桃江人，高級工程師，從事消失模鑄造技術研究20余年
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