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知识篇:常用铁液球化处理方法总结

目前,生产中常用的球化处理方法有压力加镁法、冲入法、转包法、型内球化法、喂丝球化法和盖包法。

1 压力加镁法

压力加镁法是21世纪50年代开始采用的一种球化处理方法。镁的沸点很低,球化处理时容易在铁液中发生剧烈的反应,镁的吸收率很低。

压力加镁法的原理是使镁周围介质的压力增加,镁的沸腾温度相应提高,镁的烧损减少,从而提高镁的吸收率。

加镁处理有两种建立压力的方法:即外加压式和自建压力式。

(1)早期使用的外压式,是将盛满铁液的铁液包放在密闭的压力罐内,通过压缩空气或氮气来建立所需的压力;

(2)利用镁蒸气在铁液包内自建压力。

后者是把纯镁加入密封的铁液包内,镁在铁液包内迅速产生大量镁蒸气,镁蒸气通过铁液时一部分被铁液吸收,另一部分逸出并迅速在包内空间建立起与铁液温度相应的饱和蒸气压,这时镁就不再沸腾汽化而损失了。

■工艺优点 

使用纯镁进行球化处理,镁的吸收率高,可达70%~80%,处理过程中的劳动环境较好。缺点是,设备费用比较高;操作复杂、严格;处理时间长,铁液降温多;球化处理时压力大,容易发生工伤事故。

2 冲入法

冲入法是目前在国内外应用最广泛的球化处理方法,所使用的处理包通常是堤坝式浇包。冲入法使用含镁量较低的合金球化剂,以减缓铁液和镁之间反应的激烈程度,减少镁蒸气的挥发速率。

球化处理时,首先将球化剂装入堤坝一侧,上面覆盖硅铁合金,稍加紧实,然后再覆盖无锈铁屑或草木灰、苏打等覆盖剂,铁液温度过高时可盖铁(钢)板。处理时,应尽可能地将铁液一次冲入铁液包的另一侧,一般先注入铁液总量的2/3或3/4,等反应基本结束后,再补加余量铁液,同时进行随流孕育,然后将渣扒除。冲入法镁的吸收率一般为30%~50%。

■工艺优点 

处理方式和设备简单,容易操作,在生产中有较大的灵活性,所需的技术含量也较低,但球化处理过程中镁光、烟尘污染较严重,镁的吸收率较低。

3 转包法

转包法是欧洲应用较广泛的一种球化处理方法。该工艺使用纯镁作球化剂,适用于处理含硫高的铁液,能使镁的硫化物、硅酸镁等杂质与铁液较好地分离,镁与铁液反应不是很剧烈,铁液温度降低较少,使用安全,镁的吸收率可达60%~80%。

操作时先将球化剂通过反应室上部的小孔加入,然后关闭并锁紧小孔上的密闭装置,将铁液包放平接满铁液。球化处理时,转动铁液包将其立放,这时铁液通过反应室上的小孔进入反应室,其流速与小孔的面积和铁液包内的静压力有关。镁受热汽化,在反应室内形成镁蒸气压,当压力超过包内铁液静压时,铁液暂停进入,镁的汽化潜热使反应室内温度下降;蒸气压力也随之下降,铁液再次进入反应室,这种自动调节作用能使镁比较平衡地与铁液反应。

■ 工艺优点

转包处理法与冲入法相似,球化处理过程产生镁光和烟雾。反应室的小孔易被铁液或熔渣堵塞,清理和保持小孔的尺寸比较麻烦,使其难于连续处理铁液。

4 型内球化法

1968年英国研究成功了型内球化工艺,并于1972年发表专利,至今,在工业发达国家已经取得越来越多的应用。该法是将低镁合金球化剂放置在浇注系统内的反应室中,与浇注的铁液作用后得到球墨铸铁。由于球化剂中还有起孕育作用的硅、钙、锶等成分,因此,球化和孕育处理可同时进行。

■ 工艺优点

概括出以下优点:①球化级别高,合金用量少,镁的吸收率高达80%以上;②铁液温降少,节能效果好;③孕育效果好,可大量使用回炉料;④球化处理操作简单,不产生污染;⑤易于定参数,规范生产工艺,简化球化处理过程,质量稳定,适于流水线应用。

但该法产生的球化反应渣无法与铁液分离,铸件易产生夹渣缺陷。同时,由于增加了反应室和浇道长度,模板利用率减少,工艺出品率降低。

5 喂丝球化法

喂丝球化法广泛用于钢铁冶金行业,后移植于铸造生产,用于铁液球化、蠕化及孕育处理。喂丝机可以预置喂丝速度、喂丝长度等参数,整个球化处理过程可以完全自动化。包芯线直径一般为13 mm。国外起初用纯镁和硅铁的机械混合材料作为球化剂,一般含镁量在25%~30%。当前生产中除使用镁粒混合芯料外,稀土镁合金芯料也有使用。喂丝机按设定的速度连续不断地将包芯线送入处理包底部,使镁与铁液反应。

■ 工艺优点

由于能准确地控制喂丝的数量以控制镁的残留量,所以这种方法的使用范围非常广,不仅适用不同的铁液重量、不同的原铁液量和不同的铁液处理温度,还可适应不同生产方式(大批量流水生产或单件小批量生产)的工厂。

但该工艺受喂丝机、包芯线质量和喂线工艺等因素的影响较大。