球铁生产工艺控制

球墨铸铁生产工艺控制

摘要：用中频感应电炉熔化Ｚ１４生铁，获得化学成分和温度比较稳定的原铁液，按适当比例加入球化剂和孕育剂，进行球化处理和孕育处理，可稳定地生产出φ530mm轧机用球墨铸铁梅花套管。

关键词：球墨铸铁；球化处理；球化剂；孕育剂

Production Technology Control of Ductile Iron Wobbly Privepipe in Use for φ530mm

Rolling Mills

ZHI Jin-zhang,ZHOU Hong-peng

(Shondong Zhangdian Iron and Steel General Works,Zibo 255007,China)

Abstract：Using medium frequency induction furnace on remelting Z14 iron achieves the liquid iron with comparatively stable composition and temperature,adding nodularizer and inoculant according to proper ratio makes spheroidizing and inoculation,thus the wobbly dirvepipe in use for φ530mm rolling mills can be produced stably.

Key words：ductile iron；spheroidizing；nodnlarizer；inoculant

山东张店钢铁总厂（简称张钢）530mm轧机原采用铸钢梅花套管，容易损坏轧辊和梅花轴头而使其报废，甚至在过冷钢等超负荷情况下使轧辊扭断。根据球墨铸铁本身特性，决定用球墨铸铁代替铸钢生产梅花套管。

影响铸态球铁生产稳定性的因素很多，要稳定地生产球墨铸铁，必须在生产中把握好以下几点：稳定的化学成分和铁液温度，准确的铁液量，合适的球化和孕育处理方法，以及可靠的炉前控制。

1 设备选择

1.1 熔炼设备选择

熔炼设备的选用首先是在满足生产需要的前提下，遵循高效、低耗的原则。感应电炉的

优点是：加热速度快，炉子的热效率较高，氧化烧损较轻，吸收气体较少。因此，用中频电炉熔炼，可避免增硫、磷问题，使铁水中P不大于0.07％、S不大于0.05％。

1.2 球化包的确定

为了提高球化剂的吸收率，增加球化效果，球化处理包应比一般铁液包深。球化包的高度与直径之比确定为2:1。

2原材料选择

2.1 炉料选择

球铁球化剂的加入效果条件是：高碳、低硅、大孕育量。为了稳定化学成分和有效地控制促进白口化元素和反球化元素，保证熔炼铁水的质量，选用张钢Z14生铁，其化学成分：C＞3.3％，Si 1.25％～1.60％,P≤0.06％，S≤0.04％。

2.2 球化剂的选择

球化剂的选用应根据熔炼设备的不同，即出铁温度及铁液的纯净度（如含硫量、氧化程度等）而定。我国最常用的是稀土镁硅铁球化剂，采用这种球化剂处理时，由于合金中含硅量较高，可显著降低镁处理时反应的剧烈程度。同时也能因增硅而有些孕育作用。电炉生产时，因温度相对较高，所用球化剂的化学成分见表１。

表1 球化剂FeSiMg8Re7化学成分

3炉前控制

3.1 化学成分选择

球铁原铁液应高碳、低硅、低硫、低磷。控制好硫的含量，是生产球铁的一个重要条件。几种牌号的球铁的化学成分见表2。

3.2 球化和孕育处理

球化剂加入量应根据铁液成分、铸件壁厚、球化剂成分和球化处理过程的吸收率等因素

分析比较确定。一般为1.6％～2.0％，若球化剂放置时间较长，则应适量多加。球化反应控制的关键是镁的吸收率，温度高，反应激烈，时间短，镁烧损多，球化效果差；温度低，反应平稳，时间长，镁吸收率

表2 球铁化学成分％

高，球化效果好。因此，一般在保证足够浇注温度的前提下，宜尽可能降低球化处理温度，控制在1420～1450℃。球化剂要砸成小块，粒度一般在5～25mm，加在包底，再在上面加硅铁和铁屑。

孕育处理是球墨铸铁生产过程中的一个重要环节，它不仅促进石墨化，防止自由渗碳体和白口出现，而且有助于球化，并使石墨变得更细小，更圆整，分布均匀，从而提高球墨铸铁的力学性能。孕育剂一般多采用FeSi75，其加入量根据对铸件的力学性能要求，一般为0.8％～1.0％。孕育剂的粒度根据铁液量多少，一般砸成5～25mm的小块。孕育剂应保持干净、干燥。

球化剂和孕育剂要在出铁前加入包中，在连续生产时，刚出完前一炉铁后，包很热，过早加入会使其粘结在包底而削弱球化和孕育效果。为了延迟球化反应时间，增强球化和孕育效果，要在球化剂和孕育剂的上面覆盖一层铁屑。球化处理的方法较多，一般多采用操作简便的冲入法处理球铁。

3.3 球化效果炉前检验

炉前检验孕育、球化效果好坏，一般采用三角试样。浇注三角试样，冷至暗红色，淬水

冷却，砸断后观察断口。断口银白色，尖端白口，中心有疏松，两侧凹缩,同时砸断时有电石气味,敲击声和钢相似,则球化良好,否则球化不良。

3.4 浇注

由于球铁液容易出现球化衰退，因此，铁液球化处理后要尽快浇注，一般在处理后15min 内浇注完毕，不会有球化衰退问题。

4 结语

在生产中，用Z14号生铁作原材料，中频感应电炉熔化铁水，控制铁水化学成分为：C3.5％～3.99％，Si1.2％～1.5％，P＜0.06％，S＜0.05％。采用高度与直径之比为2∶1的球化包，把球化剂与孕育剂砸成10～20mm小块，球化剂按1.8％，孕育剂按0.9％比例，向包内先加球化剂，再加孕育剂，最后在上面覆盖干燥的铁屑。铁水在炉中升温到1480℃左右出铁，待反应结束后10min内浇注完毕。生产的φ530mm轧机用球墨铸铁梅花套管，其化学成分为：C3.5％～3.8％，Si2.2％～2.6％，Mn0.6％～0.8％，S≤0.02％，P＜0.07％，各项力学性能指标均达到较高要求，使用效果相当理想。使用１年后证明，球墨铸铁本身具有高强度、耐磨、抗热疲劳等特性，能完全起到轴联接作用；能大大减小噪音、改善工人劳动环境；当过冷钢等超负荷情况下，梅花套管能自动破裂，起到过载安全保护作用；还能显著延长轧辊和梅花轴的使用寿命。同期相比，轧辊消耗降低8％，梅花轴消耗降低11％，连同设备维修工时减少而使同期产量的提高，共取得经济效益近7万元。

AAA*球化剂：我国广泛采用的球化剂是稀土镁合金。镁是重要的球化元素，但它密度小（1.73g/cm3）、沸点低（1120℃），若直接加入铁液，镁将浮于液面并立即沸腾，这不仅使镁的吸收率降低，也不够安全。稀土元素包括铈（Ce）、镧（La）、镱（Yb）和钇（Y）等十七种元素。稀土的沸点高于铁水温度，故加入铁水中没有沸腾现象，同时，稀土有着强烈的脱硫、去气能力，还能细化组织、改善铸造性能。但稀土的球化作用较镁弱，单纯用稀土作球化剂时，石墨球不够圆整。稀土镁合金（其中镁、稀土含量均小于10%，其余为硅和铁）综合了稀土和镁的优点，而且结合了我国的资源特点，用它作球化剂作用平稳、节约镁的用量，还能改善球铁的质量。球化剂的加入量一般为铁水质量的1.0%~1.6%。

孕育剂：促进铸铁石墨化，防止球化元素造成的白口倾向，使石墨球圆整、细化，改善球铁的力学性能。常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，加入量为铁水质量的0.4%~1.0%。由于球化元素有较强的白口倾向，故球墨铸铁不适合铸造薄壁小件。

球化处理：以冲入法最为普遍，如图1-50所示。将球化剂放在铁液包的堤坝内，上面铺硅铁粉和稻草灰，以防球化剂上浮，并使其缓慢作用。开始时，先将铁液包容量2/3左右的铁液冲入包内，使球化剂与铁液充分反应。尔后，将孕育剂放在冲天炉出铁槽内，用剩余的1/3包铁液将其冲入包内，进行孕育。

BBB*由于原铁液含硫量较高,不可能达到<0 018%的要求,球化剂的加入量需考虑去硫耗镁量。碳硫分析仪的快速测定,能及时提供原铁液的含硫量,试验中原铁液的含硫量在0 02%～0 03%,去硫耗镁量在0 0076%上下波动,这在工艺上是可以接受的。

球化剂的用量直接影响残余镁量的多少。如果球化剂加入量过多,就会引起残余镁量过多,虽然不致于影响球化合格率(球径大小仍属正常),但是它会增加收缩,引起脆性。同时由于原铁液含锰量偏高,球化剂加入量过多,较易出现碳化物,白口倾向严重,导致球数合格率的下降;如果球化剂加入量过少,就会导致残余镁量不足,影响球化的合格率,球数合格率也会降低。表1是在正常试验情况下的结果,并说明如下:①球化剂加入量1 4%时,由于残余镁量不足,出现蠕虫状石墨;②加入量1 8%时,由于残余镁量过多,出现碳化物,导致球数下降,不过二者球径大小仍合乎要求;③球化合格率非球化率。