冲入法球化处理工艺的改进文档格式.docx
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铁水温度损失大，渣量多，铸造废品率高。
笔者根据二十多年的工作经验、客户的要求、同行的先进经验，采取了一些“创造”性的方法，在生产0.5kg~400kg的球墨铸铁件时，使用5-2球化剂，加入量降低至0.82~1.0%。
正常情况下，球化率达到80%以上的包次达到99%以上。
参照《现代铸铁》2011年6月提供的一组数据，进行球化处理工艺对比
指标
国冲入法
国外盖包法
球化浇注处理包
本项目
Mg的吸收率%
35
60
61
＞63
球化剂消耗量%
1.4
1.1
0.82~1.05
球化质量
差
优
铁液温度损失/℃
70
40
40~70
劳动条件
好
Mg吸收率（%）
={0.75×
（原铁水含硫量%—残余硫量%）+残余镁量%Mg}/镁加入量（%）
以15年8月18日夜班生产平衡块为例：
原铁水S0.026，残余硫量0.022，残余镁量0.031%Mg;
球化级别：
3级
球化剂加入量6.8kg，含Mg按6%计算，出铁775kg（球化剂加入量0.88%）
Mg吸收率（%）={0.75×
（0.026%-0.022%）+0.031%Mg}/{0.88×
6%}=64.3%
做到以上效果，措施如下：
1.对原铁水进行预处理——脱氧
1.1对原铁水进行脱氧的起因
在球化反应中，除考虑反球化元素S以外，还要考虑O的作用。
Mg+O→MgO。
铁液中的ω（O）量与铁液温度、保温时间息息相关。
缓慢熔炼的铁液紊流程度小，铁液中的ω（O）量较低（<
40ppm）；
快速熔炼的铁液往往紊流程度大，铁液中的ω（O）量高（>
80ppm），有时甚至高达120-140ppm。
经过计算，因熔炼条件不一致，造成两种铁液的ω（O）量一个为20ppm，一个为120ppm，就相当于原铁液中有0.01%的ω（S）量波动，这是不容忽视的情况。
另外，如果熔炼用的原材料铁锈多，熔炼好的铁水，氧化也比较严重；
熔炼好的铁水，在1550℃以上过热保温，也容易氧化。
采用感应电炉熔炼，原铁水的ω（S）量一般在0.01~0.025。
如果考虑不到有相当于0.01%的ω（S）在波动，不加以调整球化剂的加入量，就会出现严重的冶金质量问题。
造成球化剂加入量相对不足，使得石墨球圆整度差、发生球化不良，导致球化级别不够；
若球化剂加入量相对过剩，将使得残余Mg量高，从而导致皮下气孔、显微缩松等铸造缺陷。
在球化反应前，铁液对球化剂的需求保持在一个相对稳定的水平，就必须使球化前铁液的ω（O）、ω（S）量相对固定在一个较低的水平，这就是预处理技术的起因。
1.2在对铁水采取脱氧技术前，本公司存在的问题
1.2.1球化剂加入量大、球化质量不稳定
笔者生产的球铁件有0.3~2kg的管卡类铸件、2~10kg的割草机皮带轮铸件、7~10kg的重卡用行星架、10~20kg的轿车用飞轮、15~20kg的柴油机平衡块、20~40kg的轮边减速器壳/差速器壳、250~300kg的柴油机飞轮铸件等等。
球铁件的牌号为QT400-15、QT450-10、QT450-12、QT500-7、QT600-3。
熔炼设备为1.5T/h、5T/h的中频感应电炉。
球化包每包出铁水量为750kg/包和1500kg/包两种。
造型设备主要为ZZ416垂直分型无箱射压造型线。
造型线使用3个250kg的浇注包。
采用5T/h电炉熔炼，在造型线上生产20~25kg/箱的铸件，每包出铁水750kg，一般每炉出6包铁水。
球化、浇注6包铁水，用时55~60分钟。
在造型线上生产12~15kg/箱的铸件，每包出铁水500kg，每炉出10包。
球化、浇注10包铁水，用时100分钟左右。
铁水在炉停留的时间越长，温度越高，氧化得越严重。
为了确保铸件球化级别≥3级，5kg以上的铸件,残余Mg不得不控制在0.05~0.085%，大大超出国家要求的0.03~0.06的围。
即使如此，残余Mg在0.05~0.055%时，经常有球化不良的包次出现。
2012年以前，球化剂的加入量为1.65%~1.5%。
2012年~2014年上半年的生产条件：
球化包修成堤坝式，包窝深度200mm。
为控制好球化反应速度，在球化剂上面覆盖1%的覆盖合金。
使用的球化剂为OGRC-6（G），含Mg量在6.8左右。
生产7~10kg的重卡用行星架，球化剂的加入量为1.35，残余Mg量多数控制在0.05~0.08的围。
1.2.2铸件质量差，缩孔、缩松倾向严重
我公司生产的行星架系列产品，在腿部及法兰盘接触处存在着热节。
在热节处容易产生缩孔。
特别是法兰盘较薄9GFT行星架，补缩通道不畅通，残余Mg达到0.055%以上时，在解剖检查的样件中，几乎都发现有缩孔、缩松存在。
9GFT行星架铸件的法兰盘厚度为20mm，腿部热节圆直径约30mm。
成品法兰盘厚度为：
15.5mm。
铸件补缩非常困难。
同种类型的行星架2405022TOOH，成品法兰盘厚度为：
17.8mm，铸件法兰盘厚度25mm，很少产生缩松。
将残余Mg适当降低至0.045~0.055，缩孔、缩松倾向减少了，但是，出现了大批球化级别为4~5级的包次。
因球化级别不合格而报废的包次大幅上升。
这增加了生产安排的难度，严重影响了公司对客户的供货，降低了公司的信誉。
1.3对以上问题的分析
1.3.1原铁液冲入球化包，球化剂开始反应，在形成石墨球以前，Mg会先对铁液进行脱氧，再进行脱硫。
Mg对原铁液而言，是很强的脱氧剂。
球化处理后，Mg会强烈地吸收各种来源的氧。
因此，Mg可能在保温停留、浇注和浇注系统中发生紊流时损失。
严重氧化的原铁液（由于熔化和保温温度高、炉料中废钢量高、炉料与大气含水等）将在球化处理过程中消耗大量的Mg，造成Mg吸收率低。
球铁球化质量的好坏与ω（Mg残）并没有直接的关系，真正起作用的
是游离ω（Mg）量。
有时，ω（Mg残）量高，可能是化合态ω（Mg）量高，即ω（MgS）、ω（MgO）量高。
感应电炉熔炼，炉料主要为生铁、废钢、低S的增碳剂，硫高的可能性不大。
通过炉前快速C、S分析或光谱分析，原铁水中的S是可以在出铁球化前获悉的。
因铁水氧化，铁液含FeO高，发生反应Mg+O→MgO，会导致Mg被大量消耗，生成过大的ω（MgO）量。
而此时游离ω（Mg）量低，不仅不能获得良好的球化效果，而且会形成更多的缩松、夹杂。
铁水过度氧化，ω（MgO）量过高，游离ω（Mg）量过低，致使残
余Mg高达0.05~0.055，铸件仍出现球化不良的根本原因。
铁水过度氧化，除了铁水在炉就氧化以外，还有一种情况：
球化包、
浇注包未烤干、烤透。
出铁球化时，包衬中的水分进入铁水，发生呛火。
H2O分解成H和O，O和Mg形成MgO。
1.3.2ω（Mg残）量在0.04%以下时，铁液的凝固区间基本和ω（Mg残）量
无关，但当铁液中ω（Mg残）量增加到0.05%甚至更高时，铁液的凝固区间迅速扩大，使得奥氏体析出围增宽，缩孔、缩松倾向迅速增大。
如果ω（Mg残）量在0.06%或更高，其收缩倾向更大。
同时，随着ω（Mg残）量的升高，铁液有效补缩时间占铸件整个凝固时间的百分比也必须随之增加，才有可能获得健全的铸件。
换言之，在不调整补缩工艺的情况下，随着ω（Mg残）量的升高，铸件出现缩松的几率也大为升高。
综上，ω（Mg残）量过高是9GFT行星架产生缩孔、缩松的主要原因。
另外，球化过程中产生的氧化镁（MgO）化学稳定性很高，具有高熔点（会一直保持固相），低密度（在铁液中漂浮），在铁中的溶解度很低。
氧化镁渣会上浮到浇包铁液的表面，浇注入铸型后会上浮并积累在铸件的上表面，也可能被卷进铸件部形成有害夹杂物。
1-4以上问题的解决方案
1.4.1导致ω（Mg残）量中游离ω（Mg）量比例低的因素有两个：
一是原铁水的S高。
通过采用特级球墨铸铁用生铁、优质碳素结构钢的下脚料、高温石墨化处理增碳剂，可以将原铁水的S稳定地控制在一个较低的水平。
而且，原铁水的含S量也是可以检测获知的。
即原铁水的含S量是可控的。
原铁水的S太低（0.004或更低），会降低孕育效果。
二是原铁水的O不稳定，有时高，有时低，不易控制。
原铁水的O高时，Mg+O→MgO，ω（Mg残）量中ω（MgO）量比例较高，游离ω（Mg）量低。
只有将原铁水的O控制在一个较低的水平，才可以提高ω（Mg残）量中的游离ω（Mg）量的比例。
1.4.2如何将原铁水的O控制在一个较低的水平？
对原铁水进行脱氧。
1.4.3对原铁水进行脱氧的机理：
在出铁前7分钟左右，扒渣后将脱氧预处理剂加入炉铁水表面，使其与FeO反应，将FeO中的O置换出来。
脱氧预处理剂的功能元素必须具备以下特点：
（1）和铁液中O反应活性强，其氧化物的标准吉布斯自由能要低；
（2）这种元素的氧化物密度尽可能小，最好和铁液类似；
（3）这种氧化物的熔点要高。
根据标准吉布斯自由能-T图，各元素被氧化的难易程度，随温度略有变动，但有一个大致的顺序：
Cu、Pb、Ni、Co、P、Fe、Cr、Mn、Si、Ti、Al、Mg、Ca。
元素与氧的亲和力按此顺序逐渐增加。
想脱出FeO中的O，必须使用Fe以下的元素如Mn、Si、Al、Ca。
还有两个元素Ba、La，具备脱氧的功能。
早期的研究表明：
Ba并不溶于铁液，Ba具有比Ca强很多的表面活性。
加入铁水，在铁液中起强脱氧剂的作用。
Ba夺取其它金属氧化物中的氧，生成更为稳定的氧化物漂浮在铁液表面，即净化铁液又保护铁液免受氧化。
1.4.4对脱氧预处理剂的选择
根据对原铁水进行脱氧预处理的机理，首先咨询了福士科公司，其生产的Inoculin390预处理剂，满足脱氧的要求。
Inoculin390是以Ba为主、La为辅的产品。
但是，其价格昂贵，接近38000元/T，适用于高端产品。
其次，又咨询了一家生产冶金材料的公司，其生产的PRE-La预处理剂，也能满足脱氧的要求。
PRE-La预处理剂化学成分
Si
Ba
Ca
Al
La
化学成分%
60-70
7-14
0.5-2
≤1.5
适量
PRE-La预处理剂使用方法：
电炉熔炼，在出铁前10分钟左右扒渣后将预处理剂加入铁水表面即可，加入量0.5%；
增硅量以预处理剂加入量的50%计算。
但是，其价格偏高，接近18000元/T，生产中、低档产品时应用该产品，经济上承受不住。
根据Ba、Al、Ca的脱氧机理，经过多次试验，最后选
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