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知识篇:低镁型球化剂和球化处理工艺

为保证将镁安全地加入铁液并提高其回收率,国内外铸造工作者经过长期实践创造出多种球化剂及与之配套的球化处理工艺。归纳起来,当前国内外与低镁球化剂相应的球化处理工艺有冲入法和盖包法。

冲入法

 冲入法是最常见的球化处理工艺(国外称之为“三明治法”),所采用的球化剂是将镁、稀土合金与硅铁、废钢等熔炼成中间合金,再将其破碎成一定粒度,放到浇包底部铁液,不首先冲入的一侧的凹坑里,上部用废钢片(或球墨铸铁屑)、硅铁粒覆盖,形成夹心面包(三明治)式的覆盖层(目的是延缓球化剂与铁液的接触)。理想的状况是当铁液注入处理包2/3的高度,让铁液在球化剂上部建立起一定的压力头后,球化剂才开始发生反应以达到提高镁吸收率的效果。

 

01、特点

这种工艺简便,无需专门设备,处理铁液量从不足100 kg到上百吨不等,工艺成熟,球化剂已市场化。但也有不少明显的不足,如劳动强度大、烟雾无序排放、人为影响因素多及不易实现自动化等。

02、应用范围

可应用于不同规模、不同产品的球墨铸铁生产企业。近年来由于环保要求的提高,应用比例逐年减少。

冲入法自20世纪60年代起在我国一直广泛应用,对我国球墨铸铁发展作出了很大的贡献。近年来,虽然由于环保等原因应用比例已大幅度减少,但仍还有不少企业一直在使用,说明冲入法仍有其不可被替代的地方。例如,山东一家铸造厂生产特大型球墨铸铁件,需要160 t铁液,使用2个80 t的浇包同时浇注。该企业采用冲入法球化处理,球化剂含镁量6%,加入量1.0%,处理温度1 420 ℃。先将经脱硫后的50 t铁液倒入装有球化剂的80 t的处理包中,随后再倒入余下的30 t,球化反应平稳,回收率高,球化等级1~2级,这是使用其他球化处理工艺很难做到的。另外,由于电炉的广泛使用和原辅材料质量的提高,原铁液含硫量低,不少工艺稳定使用冲入法的企业,球化剂的加入量可以控制在1%左右(最低可至0.85%)。使用冲入法,必须解决好球化处理时烟雾无序排放的环保问题。

盖包法

盖包球化处理工艺是针对冲入法的缺点而发展起来的。盖包,顾名思义是在球化包上加一个盖,铁液通过包盖上的进液孔流入包内,在整个球化处理过程中铁液始终将进液孔覆盖,以减少镁在球化反应时与空气接触的机会。

盖包分固定包盖和移动包盖两种。固定包盖虽无需每次球化时加盖、取盖,但不易扒渣等操作,并且要求炉料洁净,这种方法虽已在部分铸造厂得到应用,但难以推广使用。移动包盖需每次球化前需将包盖放上,处理后再将包盖取下。移动包盖又分活动包盖和升降式包盖两种。活动包盖在使用时用叉车(或其他类似的方法)将包盖取下和盖上;移动盖有两个包梁,在处理前或处理后,天车吊挂不同的包梁可使包盖开合。

 

01、特点

由于球化反应是在相对密封状态下进行,与冲入法相比有三个优点:一是由于氧气(空气)受到有效的限制,使镁的烧损减少,提高镁的吸收率(~15%),减少球化剂的用量(~15%);二是由于处理时烟雾明显减少,炉前环境大为改善;三是加盖可以减少处理过程中铁液温度的散失。

02、应用范围

用盖包法取代冲入法多应用于3 t以下、有一定批量的球墨铸铁生产企业。

发达国家的盖包使用广泛,德国曾对165家球墨铸铁生产企业球化方法的调查,有92家使用盖包法(占55.8%),喂丝法57家(34.5%),转包法8家(4.8%)。美国盖包使用比例更高。我国盖包法应用不广,近年来在多方宣传推广下,使用比例开始增加。盖包的推广除技术方面的问题(如包盖移出方式、包盖进水孔的大小及包盖密封等)外,更多是炉前工人如何适应从冲入法到盖包法的变化,解决一些看似细小而具体的问题,如如何减少移、放包盖占用的时间,如何解决出铁时铁液飞溅的问题等,这些都需要企业的决心和炉前工人的参与才能妥善地得到解决。

发展动向

目前国内使用的低镁球化剂有如下特点和趋势:

01、镁含量降低

镁含量降低,从过去的7%~8%降至目前的5%~6%甚至更低。这是因为大部分

熔炼设备从冲天炉改为电炉后原铁液含硫量大为降低,镁用于脱硫的作用减少,镁含量降低,球化反应更加平稳,镁的吸收率也有所提高。

02、稀土含量明显降低

稀土含量明显降低,已从过去常用的4%~5%降至目前的1%~2%(甚至更低)。

这是因为原辅材料质量提高,干扰球化的元素大幅度减少,在此前提下降低稀土含量可以使石墨球更加园整、碳化物形成趋势降低。

03、MgO含量降低

球化剂在熔炼时镁不可避免地会被氧化,而出厂检测证中的镁含量包括自由镁和氧化镁,氧化镁不仅起不到球化的作用,而且还会增加处理后铁液的渣量,增加铸件渣孔形成的几率。稀土硅铁镁合金球化剂国家标准(GB/T 28702-2012)规定球化剂MgO含量不超过总镁量的10%。不少球化剂生产厂采取各种措施,如炉料洁净(尤其是废钢要抛丸清理)、小炉型、快速浇注及水冷铁模等,使球化剂中的MgO含量低于国家标准。

04、加入少量的钙

加入少量(~2%)的钙。Ca虽然球化能力比Mg低得多,但与硫、氧有很强的亲和力,其脱硫能力比镁还强,能使球化反应趋于缓和并能增加石墨结晶核心,在低镁球化剂中起到辅助球化的作用。