影响球化效果的几方面因素及解决方法
浅析球化孕育处理的相关影响因素
浅析球化孕育处理的相关影响因素【打印】【关闭】浅析球化孕育处理的相关影响因素（西安长泰特种合金厂王万超邮编710077）球墨铸铁随着经济的发展而迅速发展起来，材质从QT400-18AL到ADI等材质，还有特殊的如QT500-13、QT600-10等新型材质要求，其生产过程的关键环节就是球化和孕育处理，只有球化率和石墨数量达到相应技术标准，才能满足铸件的机械性能要求，如何合理地选用什么规格型号的球化剂？如何用怎样的孕育方式去孕育？都是十分关键而慎重的问题，这些环节与铸件的材质牌号、重量大小、尺寸壁厚、处理温度、原铁水含硫量等息息相关，怎样稳定地生产，科学地处理，准确地判断方法以及铸造缺陷相关分析等等，现有的大多数论文侧重于学术方面的研究，机理、公式、数据很多，所得出的结论也是在实验室条件下的数据，仅仅是可行性的结果，是否稳定？不得而知，而工厂的现状是需要大量生产的稳定性和可操作性，下面仅就多年来在球化剂、孕育剂在实际生产中的使用问题，谈谈球化孕育处理的相关影响因素，尽可能地起到承上启下的作用，把学术论文的机理数据和实际可操作性联系起来。
一、炉料特征炉料一般有生铁、废钢、回炉料、增碳剂、硅铁、锰铁等，按照成分要求计算得出一定比例进行熔炼，铁液成分除常规的五大元素之外，主要就是反球化干扰元素的影响，依据球化指数SB=4.4 Ti+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi+1.6Al公式，一般只要<1.0，说从列表中可以看出，国外生铁纯净，SB值很低，国内生铁本溪和林州生铁很纯净，易于生产球铁，其它生铁中干扰元素就多些，由于矿源与生产工艺等因素，大多数含有较高的Ti元素，从SB的公式中可以看出，Ti元素影响不是那么太大，但Ti元素却是强还原剂，回将其它化合状态的干扰元素还原出来，从而影响球化，其中影响最大的是Pb和Bi元素，国内有的企业选用的生铁尽管Ti元素较高，但却实际生产出了铸件，并且还稳定，例如海南某合资公司利用海南生铁（Ti元素＞0.071%）成功地生产了摩托车凸轮轴铸件；四川某企业利用当地生铁（Ti元素＞0.091%）成功地生产了曲轴，至今没有出现任何问题，但必须注意铸件应是QT600-3或QT700-2的珠光体基体材质，铁素体基体材质则应选用比较低含量Ti元素才行。
影响球化效果的几方面因素及解决方法
影响球化效果的几方面因素及解决方法1、原材料。
使用废钢方面，由于货源不固定，因而造成成分的波动与偏差，如果是生产铁素体基体材质的铸件，则应选用碳素钢成分的废钢，例如A3钢、45钢等角钢、工字钢等；也可以适度用些不含Cr的合金钢。
在外观方面，最好不得有铁锈、油漆、油圬以及焊缝等，因为铁锈主要是FeO等，在球化反应时会消耗Mg元素，影响球化率；油漆尤其是橘黄色、绿色，是由含Pb约64%和Cr约16.1%的颜料配置而成；焊缝金属一般含有O、H、S、P、Sn、Pb等有害杂质，这些干扰杂质元素，尤其是Pb会进入铁液之中，直接会是石墨形态变异。
尽量少用表面附着较多的煤（煤中S、P含量高）、或铁锈的废钢，以及废钢中夹杂锌、铝、铅、铬、铜等反球化元素，上料工一定要多加注意不能用不明来源的废生铁铸件和玛钢件。
增碳剂一定要保持干燥，受潮后的增碳剂会导致铁水中含O、H等元素增加，造成铁水过度氧化，影响球化效果。
2、出炉温度出炉温度尽量控制在1480-1500℃，在球化包温度较低时，可以适当提高10-30℃。
但最高不能超过1538℃的临界温度。
否则会造成球化反应剧烈（过度烧损球化剂）、夹渣、冷隔等现象。
3、捣包捣包注意：①填充后应进行紧实，使合金之间的空隙或缝隙最小，堆积密度最大；也就是必须分层用力捣实，②必须有覆盖物，覆盖物可以说是千差万别，主要目的是延缓起爆、预处理等，③现场操作操作注意一定要覆盖严实，不要有缝隙，充分体现既覆又盖的目的；④覆盖后的体积最好和处理包凹槽相吻合。
4、扒渣扒渣应迅速和彻底，防止铁水回硫，第二次氧化5、覆盖扒渣后，覆盖足量的保温剂，保证铁水温度下降缓慢，利于浇注。
6、浇注时间尽量在12分钟内完成，以免温度过低和孕育衰退。
与球化剂有关的球铁件缺陷(1)石墨球异化：石墨球异化出现不规则石墨，如团块状、蝌蚪状、蠕虫状、角状或其他非圆球状。
这是由于球状石墨沿辐射方向生长时，局部晶体生长模式和生长速率偏离正常生长规律所致。
实战专家总结球化不良缺陷的13条原因,预防措施该如何做？
实战专家总结:球化不良缺陷的13条原因,预防措施该如何做？一、原因分析（1）原铁液含硫量过高。
脱硫效果不好。
（焦碳、新生铁、筑炉耐火材料含硫量高）（2）铁液熔化温度太高，炉内停留时间太长，铁液严重氧化，产生“死”铁水。
（3）残余球化剂量不足。
（4）炉料含有反球化元素。
（5）炉料严重锈蚀。
（6）孕育剂粉化，孕育效果差。
（7）球化合金氧化镁过高，有效镁含量低，成分不稳定。
（8）铁液包的高径比不合理（合理的为 1.5），球化剂上浮快，球化不稳定。
（9）球化合金在包内未覆盖好，冲入铁液后上浮太快，反映剧烈，导致残留镁量太低。
（10）低镁低稀土合金（含钙）结在包底。
（11）高镍奥氏体球墨铸铁的球化合金中含有稀土。
（12）出炉温度太高，合金烧损严重。
（13）冲入法包坑太浅，或浇包使用后堤坝损坏，导致合金反应太快。
二、防止方法（1）尽量选用低硫的焦碳和新生铁。
控制筑炉材料的含硫量。
（2）锈蚀严重的炉料要抛丸处理。
（3）不同材质的炉料要分类堆放，严防串料。
（4）炉内炉外脱硫，适当提高球化剂加入量。
（5）球化处理时，防止炉渣出到铁液包中。
（6）操作中严防铁液氧化。
电炉熔化和保温时，要用珍珠岩覆盖。
（7）在保证球化的前提下，尽量降低出炉温度。
（8）注意球化处理操作，调整铁液包的高径比，球化剂和硅铁上面要覆盖铁销或珍珠岩，防止铁液与球化剂作用过分激烈或“结死”包底。
（9）镁球化处理中，加入少量稀土，可中和反球化元素的干扰。
（10）包坑与堤坝按要求，损坏后要及时修复。
（11）使用配比合适、成分稳定的中间合金采用随流孕育和二次孕育。
（12）交界铁液要分离干净。
（13）厚大件球化处理时可冲入一些钼、铜、锑、铋等合金元素。
也可采用重稀土合金球化剂。
（14）使用低镁、低稀土合金，使球化处理反应平缓；减少镁的烧损。
（15）高镍奥氏体球墨铸铁处理用不含稀土的镍镁或硅镁合金。
（16）采用喂丝处理铁水包的出铁量要适当，或适当加高铁水包，留下喂丝时铁液反应空间。
提高球铁石墨球化率和圆整度的三大关键
提高球铁石墨球化率和圆整度的三大关键影响球墨铸铁的球化率和圆整度的因素有很多，下面分别从化学成分、工艺过程、凝固控制三大方面，对影响球化率的的因素进行分析：一、化学成分1、碳当量和硅碳和硅是影响球铁石墨球圆整度的基本成分。
在一定的冷却速度和孕育条件下，提高碳当量，可提高石墨球圆整度，并可增加自补缩能力，减少碳化物。
在一定的碳当量条件下，随着硅量的增加，特别是大断面球铁，会产生碎块状石墨。
因此，在不产生石墨漂浮情况下，应尽量提高碳当量；同时在保证孕育条件下，尽量降低硅含量。
2、镁有效残留镁量的控制对提高石墨球圆整度很重要。
当有效残留镁小于0.045%，增加效残留镁量可提高石墨球圆整度；当有效残留镁大于0.045%，会产生变态石墨，降低石墨球圆整度。
3、稀土稀土在铁水中有两个有益的作用：一是脱硫去气，起到球化和间接球化作用；二是与微量元素相互作用，消除有害一面发挥有利一面。
这两方面都可提高石墨球圆整度。
但是过量的残留稀土，特别是大断面球铁，会使石墨形态恶化，尤其易产生碎块状。
理想范围是0.010%～0.019%。
4、微量元素一定量的锑和铋并辅以适量的稀土，可提高石墨球圆整度，提高力学性能。
合适的加入范围：0.0025～0.005%。
二、工艺过程1、球化处理（1）重稀土镁球化剂比轻稀土镁球化剂更能提高石墨球圆整度。
主要是脱硫能力强，抗衰退能力强。
（2）轻稀土镁球化剂如果过程控制得好，并辅以微量元素，也能提高石墨球圆整度。
（3）冲入法比转包法铁液质量更好，故也能提高石墨球圆整度。
2、孕育处理（1）强化孕育可以提高石墨球圆整度。
（2）采用抗衰退的孕育剂可以提高石墨球圆整度。
3、用球铁屑做球化处理时的覆盖剂，可形成与非溶解石墨弥散相类似的钝化石墨核心，产生长时间的浓度起伏，大大增加有效形核率，可以提高石墨球圆整度。
4、尽量降低浇注温度可以提高石墨球圆整度。
三、凝固控制1、使用冷铁可以提高石墨球圆整度。
2、使用铬铁矿砂可以提高石墨球圆整度。
球化过程及主要缺陷分析 文档
球化过程及主要缺陷分析一、球化处理程序及要点浇包①浇包应修成凹式和堤坝式，这样可防止合金漂浮；②铁包高度与直径之比在1.6～2.2之间为好，比值大，可以保证铁液有足够静压力，从而有效的吸收镁，但比值过大，又不便于工人修包；③浇包一定要烘干才能使用。
稀土镁合金①块度适当，过小易结包底，过大则漂浮烧损；②中间合金要当天开封，当天使用，这样防止吸潮和氧化；③合金中Mg含量8%～10%之间为好，过高，反应激烈，铁液喷溅，白光眩目。
过低，加入量大，铁液降温太多，不利于夹杂物上浮。
合金装置①合金放置于凹坑方和堤坝内，适当紧实，表面加盖苏打或稻草灰；②温度高时，其上适当压铁片和钢板；③浇包凹坑方要贴近浇包嘴，这样可防止直接冲入合金上方。
球化时间正常球化反应为1～2分钟，过短则漂浮烧损大，要注意球化衰退，过长也许温度低，要注意皮下气孔。
后补铁液①后补3/4铁液，必要时可在出铁槽进行1次孕育；②补铁液时应注意有无火苗窜出，如无火苗（或火苗弱小），则应采取相应措施。
扒渣浇注扒渣干净，盖好草灰，准备浇注。
二、主要缺陷及防止措施防止球化不良现象：在银白色的断口上，分布有肉眼可见的黑点，越往中心越密。
观察其组织，除球状石墨外，尚有大量片状石墨存在。
原因：1、球化元素加入量不够；2、原铁液含硫高；3、铁液中反球化元素含量过高；4、铁液过度氧化；5、补液量过多；6、合金漂浮或冻结包底。
措施：1、炉料方面：每批外购料除要有质保书外，还要自行对关键元素（如Mg、Re、C、S、As等）进行检测。
自制合金也要随机抽样化验，并要做到当天熔制当天破碎和使用。
2、熔炼方面：严格按照操作指导书的要求配制铁水，各元素的最终成分应该在一定的变化范围内。
3、处理方面：球化剂不可压得过紧和过松，并且放入包内时间越短越好。
一定要做到定量出液，特别要防止包内进渣，处理后要及时搅拌，扒净浮渣，盖好草灰。
防止皮下气孔现象：经常在铸件上表面的表层内，一般位于表面下0.5m m～3mm处，形成分散细小的圆形或椭圆形光滑孔洞，直径多在1～3mm左右。
生产球墨铸铁，6包次球化都不合格！用了这种方法，缺陷率直降10%！
生产球墨铸铁，6包次球化都不合格！用了这种方法，缺陷率直降10%！两个月前，老铁收到了一个老板的紧急求助。
车间夜班班组采用喂丝球化工艺生产铸件，结果同一炉次，6包次球化都不合格，铸件断口处总出现小黑点，一直以为是包芯线的问题，但由于其它炉次，用的都是同样参数，都没问题，所以也不敢贸然下定论。
问老铁有没有什么可靠的方法，检测一下包芯线中Mg含量、MgO含量，重新调整一下参数。
经过近1个小时沟通，老铁了解到，该工厂并非偶尔一次出现这样的情况，平日生产过程中，球化不良、球化衰退的现象经常出现，甚至跟生产同类型铸件、同规模的铸造厂比，该工厂铸件缺陷率高出约10%。
让老板更着急的是，每一次出了缺陷后，都得各种检测，超声波、金相、球化剂......但每次问题都不一样，每一次缺陷，都要周而复始折腾一遍。
铸件成本高了不说，光是耽误的时间和工期够让人上火的。
不知道喝了多少酒、陪了多少笑脸才接下的订单，结果总是因为不知道哪块的小差错，结果厂子也没挣上钱，工人也没挣上钱。
听了老板描述的具体操作方法，老铁一时间也找不出问题所在。
于是赠予了老板一份关于球化操作方法与细节的资料一份，结果就在20多天前，老板找到我说：缺陷率降了很多，现在已经可以达到常规水准，还给老铁发了红包表示感谢。
跟老板一起做了次复盘，发现之前球化做不好的问题，主要有这2点。
1、基础知识不扎实。
铸造厂原辅材料使用多元，成分复杂，工人对其原理基础薄弱，再加上检测不到位，原料与球化剂中的成分常常发生反应，造成铸件缺陷。
2、操作参数不懂应变。
如何根据壁件薄厚选用相应球化剂，不同材质铸件怎么选球化方法，以及具体的球化方法中温度、时间、镁含量等怎么控制，不会差异化操作。
而这份资料，不但从金相上解释了球铁中基体组织、检测图谱等相关的基础知识，还把目前市面上常见的三明治球化法、三明治加盖球化法及喂丝球化法的应用范围、优劣势及详细操作方法及参数均做了详细说明，对于工人基础薄弱的铸造厂，具有非常明确的指导意义。
我公司球化不良问题汇总及措施供大家分享
我公司球化不良问题汇总及措施供大家分享石墨漂浮的产生原因，传统的看法是铁水的碳当量超过共晶点。
当过共晶的铁液冷却到液相线以下时, 开始在液相中析出小石墨球。
随着温度的下降石墨球逐渐长大, 在共晶转变时已经有相当大的尺寸了。
这时石墨球周围尚无奥氏体圈产生。
由于石墨的比重小, 加上镁蒸汽泡上浮时的带动, 使部分石墨球上浮至铸件上表面聚集, 随后在共晶转变时迅速长大, 结果形成石墨漂浮。
球化不良因数.存在问题及措施:(1) 碳当量: 碳当量过高, 初生石墨愈多。
以致铁液在高温时就析出大量石墨。
由于石墨的密度比铁液小, 在镁蒸汽的带动下, 使石墨漂浮到铸件上部。
碳当量越高, 石墨漂浮现象越严重。
应当指出, 碳当量太高是产生石墨漂浮的主要原因, 但不是唯一原因, 铸件大小、壁厚也是影响石墨漂浮的重要因素。
因此严格控制碳当量, 不得大于4.16 %。
存在问题及措施:现在具体做法是液相线放在上限1235左右，但是现在不是很高1225---1230，有些时候后期增碳过多，碳粉还未来得及完全容入铁液就浇液相线，故可能造成实际铁液液相线更底，碳当量过大而引起石墨漂浮，炉前熔炼时碳可以适当配高一点(2)尽量降低浇注温度, 生产中控制在1 290 ℃～ 1 320 ℃之间。
一般情况下, 浇注温度越高, 出现石墨漂浮的倾向越大, 这是因为铸件长时间处于液态有利于石墨的析出。
存在问题及措施:一般情况下浇注温度还是合适的，但是在浇完中间层后铁水包不应再搅动，如果搅动的话加剧了铁水氧化，推动了球化衰退；同时增大了铁水冷却速度，造成轧辊后期浇注温度偏底使得结合层不良，特别是吨位较高的由于浇注时间长影响更大，故浇完中间层后铁水包不应再搅动，最好加盖适量稻草简慢温度的降低。
(3)严格控制Si 量,硅一方面具有促进石墨化、提高铁素体含量的作用,另一方面又有促进球化衰退、导致低温脆性、促进碎块状石墨形成的作用。
特别是原铁水的Si 量，同样的硅量以孕育形式加入则少产生石墨漂浮。
提高球墨铸铁球化效果的途径
球墨铸铁由于石墨呈球状、对金属基体的割裂小， 故而性能优异，加之成本较低、重量比钢轻等优点，在 轻量化时代得以快速发展、应用范围不断扩大。对球墨 铸铁最基本的要求就是球化效果一定要好，从球墨铸铁 诞生至今，人们对球化机理、球化剂及球化处理工艺等 进行了大量的研究并取得了丰硕的成绩，但为了适应新 的形势带来的新变化，对如何提高球化效果、球化剂和 球化处理工艺等提出了新的要求。
收稿日期：2019-12-20 修定日期：2020-01-19 作者简介：巩济民（1941-），男，汉族，毕业于武汉工学院 铸造专业。高级工程师，主要从事铸铁材料研究、生产、质量 攻关及铸造技术改造工作。
图 1 全球各种铸造材料年产量变化图 Fig.1 Annual production of various foundry materials in
1 球墨铸铁发展应满足哪些方面的需要
1.1 国民经济快速发展的需要
世界球墨铸铁的发展：1948 年球墨铸铁开始工 业化生产；1966 年产量超过了铝合金；1969 年产量 （345 万吨）超过了可锻铸铁（275 万吨）；1986 年超过了铸钢，成为继灰口铸铁之后的第二大铸造材 料（第三是铝合金，第四是铸钢，第五是可锻铸铁）， 这个格局一直延续到今天。球墨铸铁和灰口铸铁产量 的差距正在逐步缩小，部分工业发达国家球墨铸铁的 产量已经超过了灰口铸铁。2018 年全球球墨铸铁产 量达到创纪录的2 813 万吨，占铸件总产量的25%。 全球各种铸造材料年产量变化图如图1 所示，世界及 主要铸造生产国近年来球墨铸铁与灰口铸铁件的比例 见表1。
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影响球化效果的几方面因素及解决方法
1、原材料。
使用废钢方面，由于货源不固定，因而造成成分的波动与偏差，如果是生产铁素体基体材质的铸件，则应选用碳素钢成分的废钢，例如A3钢、45钢等角钢、工字钢等；也可以适度用些不含Cr的合金钢。
在外观方面，最好不得有铁锈、油漆、油圬以及焊缝等，因为铁锈主要是FeO等，在球化反应时会消耗Mg元素，影响球化率；油漆尤其是橘黄色、绿色，是由含Pb约64%和Cr约16.1%的颜料配置而成；焊缝金属一般含有O、H、S、P、Sn、Pb等有害杂质，这些干扰杂质元素，尤其是Pb会进入铁液之中，直接会是石墨形态变异。
尽量少用表面附着较多的煤（煤中S、P含量高）、或铁锈的废钢，以及废钢中夹杂锌、铝、铅、铬、铜等反球化元素，上料工一定要多加注意不能用不明来源的废生铁铸件和玛钢件。
增碳剂一定要保持干燥，受潮后的增碳剂会导致铁水中含O、H等元素增加，造成铁水过度氧化，影响球化效果。
2、出炉温度
出炉温度尽量控制在1480-1500℃，在球化包温度较低时，可以适当提高
10-30℃。
但最高不能超过1538℃的临界温度。
否则会造成球化反应剧烈（过度烧损球化剂）、夹渣、冷隔等现象。
3、捣包
捣包注意：①填充后应进行紧实，使合金之间的空隙或缝隙最小，堆积密度最大；也就是必须分层用力捣实，②必须有覆盖物，覆盖物可以说是千差万别，主要目的是延缓起爆、预处理等，③现场操作操作注意一定要覆盖严实，不要有缝隙，充分体现既覆又盖的目的；④覆盖后的体积最好和处理包凹槽相吻合。
4、扒渣
扒渣应迅速和彻底，防止铁水回硫，第二次氧化
5、覆盖
扒渣后，覆盖足量的保温剂，保证铁水温度下降缓慢，利于浇注。
6、浇注时间尽量在12分钟内完成，以免温度过低和孕育衰退。
与球化剂有关的球铁件缺陷
(1)石墨球异化：石墨球异化出现不规则石墨，如团块状、蝌蚪状、蠕虫状、角状或其他非圆球状。
这是由于球状石墨沿辐射方向生长时，局部晶体生长模式和生长速率偏离正常生长规律所致。
铸件中残余球化元素量超出应有范围时，如残余镁太高，超过了保持石墨球化所需的最低量时，也会影响石墨结晶条件，就容易产生蝌蚪壮石墨。
而残余稀土较多时，高碳当量铁水易产生碎块石墨，碎块石墨的集中区域一般称做“灰斑”。
而蠕虫状石墨的出现则是由于球化元素残余量不足或者含有超限的钛和铝。
(2)石墨漂浮：过共晶成分的厚壁球铁件中，在浇注位置顶部，常常出现一个石墨密集区域，即“始末漂浮”现象，这是由于石墨与铁水密度不同，过共晶铁水直接析出的石墨受到浮力作用向上所致。
石墨漂浮程度与碳当量、球化元素的种类及残留量、铸件凝固时间、浇注温度等因素有关系。
镁能使球铁的共晶含碳量提高，碳当量相同的铁水，提高其残余镁量就能减少石墨漂浮，残留稀土量过高，有助于爆裂状石墨的升成。
(3)反白口：一般铸铁件的白口组织容易出现在冷却较快的表层、尖角、披缝等处，反白口缺陷则相反，碳化物相出现在铸件中等断面心部、热节等部位。
球化元素残余量过多时，有促进反白口缺陷产生的作用，稀土元素强于镁，它们一般都能增加球铁组织形成时的过冷度。
(4)皮下针孔：皮下针孔内主要含有氢，也有少量一氧化碳和氮。
残余镁量过高时，也同时加强了从湿型中吸收氢的倾向，因而产生皮下针孔的几率增加。
另外，球化铁水停留时间长也能增加针孔的数量。
(5)缩孔缩松：缩孔常出现在铸件最后凝固部位(热节处、冒口颈与铸件连接处、内角或内浇口与铸件连接处)，是隐蔽于铸件内部或与外表连通的孔洞。
缩松，宏观的出现在热节处，细微的收缩孔洞，大多是孔洞内部互相连通。
与球化元素有关的是，要控制残余镁和稀土不能过高，这对减少宏观和微观缩松都有明显效果，缩松倾向几乎与球化元素成正比。
(6)黑渣：它一般发生在铸件的上部(浇注位置)，主要分为块状、绳索状和细碎黑渣。
黑渣的主要成分硅酸镁，是由铁水中MgO和SiO2反应生成的，并受其相对含量的影响。
因此，作为控制黑渣的措施之一就是减少镁的残余量(加镁0.15%时，渣总量约占铁水重量的0.1%)，而残余稀土因与氧有很强的亲和力，在减少黑渣方面有明显的效果。
(7)球化衰退：这是由于球化铁水停留时间较长，残留镁逐渐减少，熔渣没有及时扒除，硫还会回到铁水中，使凝固组织中的石墨减少甚至消失，衰变为不规则状、蠕虫状或片状石墨。
这种球化衰退与球化剂中稀土含量较低、或者球化剂加入量偏低有一定的关系，但紧靠增加其加入量也很不可取，因为镁残余量高了，熔渣量和渗碳体都会增加，在厚大断面中还会使石墨球蜕变为蝌蚪状石墨。
生产实践表明：原铁水含硫量低对防止球化衰退才是最有效的。
包括还有的球铁件缺陷，几乎都与球化剂的成分和加入量有关系，但我们不能指望球化剂解决很多问题，更不能解决所有问题，因为球化元素的作用以及球化剂的加入量都是利弊共存的，球化剂只是球墨铸铁稳定生产控制系统中的一个很重要的因素，只有和其他配套措施结合在一起，才能够稳定的进行球化处理。