球化不良產(chǎn)生的諸多原因及解決措施

■ 楊群收，谷常偉

在20世紀(jì)六七十年代，生產(chǎn)球墨鑄鐵主要是使用沖天爐，由于焦炭質(zhì)量差（塊度大、密度低、固定碳含量低、含硫量高），鐵液溫度低，使用的球化劑制備的方式不完善，以及生鐵的含硫、磷量高等，所以生產(chǎn)出的球墨鑄鐵的質(zhì)量較差，球化質(zhì)量不穩(wěn)定。現(xiàn)在生產(chǎn)球墨鑄鐵大都是用電爐熔煉，爐溫的高低容易控制，生鐵等原材料的質(zhì)量好，球化劑的種類多且質(zhì)量好，因此球墨鑄鐵的質(zhì)量也比較容易控制。但是球化不良仍是球墨鑄鐵生產(chǎn)中的主要缺陷之一。

球化不良表現(xiàn)在鑄件斷口上（一般多觀察澆冒口斷口），有大塊黑斑或明顯可見的小黑點(diǎn)，敲擊鑄件發(fā)出的聲音不清脆，金相顯微組織上有較多的厚片狀石墨，有少量球狀、團(tuán)狀石墨，或枝晶石墨（有時(shí)球化不良在金相上還有一個(gè)特征，即在厚片狀石墨叢中，個(gè)別球狀石墨反而還很圓整）。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生球化不良的因素很多，有技術(shù)上的問題、有操作上的問題、也有管理上的問題。

1. 球化劑質(zhì)量差

球化劑中Mg、RE含量經(jīng)化驗(yàn)雖達(dá)到質(zhì)量要求，但因熔煉技術(shù)不佳，含MgO較高（球化劑中含MgO＞1%，對(duì)球化質(zhì)量就可能有影響），MgO對(duì)提高球化質(zhì)量幾乎沒有作用，反而使球墨鑄鐵易產(chǎn)生夾渣缺陷。球化劑里含Ca等元素少，球化處理時(shí)反應(yīng)激烈，Mg燒損較多。

防止措施：不使用質(zhì)量差的球化劑（要對(duì)供應(yīng)商、生產(chǎn)廠家進(jìn)行考察，先少量購(gòu)進(jìn)，試用后再批量購(gòu)買）。球化劑放置時(shí)間過長(zhǎng)，易受潮氧化。

2. 爐前球化處理操作不當(dāng)

球化劑倒入澆包堤壩凹坑后，未攤平拍實(shí)，表面覆蓋物少，或覆蓋層薄，或未填滿球化劑塊縫隙，沖入鐵液后，不僅外露球化劑馬上熔化反應(yīng)，同時(shí)鐵液大量進(jìn)入球化劑塊縫隙里，直接熔化球化劑，或把球化劑沖起漂浮于鐵液表面，反應(yīng)過早過快，Mg燒損較多。

防止措施：把倒入包底凹坑里的球化劑攤平、適當(dāng)舂實(shí)，再把上面覆蓋的孕育硅鐵攤平并適當(dāng)舂實(shí)，表面覆蓋適量的球墨鑄鐵屑（舂實(shí)）或一定厚度的球墨鑄鐵板。這樣不僅把球化劑的縫隙填滿，且有一定厚度覆蓋層。

3. 原鐵液含硫量高

硫是主要反球化元素，含硫量高會(huì)嚴(yán)重影響球化質(zhì)量，當(dāng)原鐵液中的wS＞0.06%時(shí)，即便是加入較多的球化劑，也很難得到質(zhì)量合格的球墨鑄鐵。在球化處理過程中，球化劑中的Mg，首先與鐵液中的S起化學(xué)反應(yīng)，生成MgS熔渣，剩余的Mg才起到球化作用，RE同樣如此。由于球化元素少，所以影響了球化質(zhì)量。鐵液含硫量高，即便加入大量的球化劑，如果澆注時(shí)間過長(zhǎng)，扒渣不凈，還會(huì)發(fā)生“返硫”現(xiàn)象，影響澆注到后期的鑄件質(zhì)量。原鐵液中硫的主要來源是：使用了含硫量高的焦炭或新生鐵。

防止措施：使用含硫量低的生鐵及回爐料和焦炭；掌握好球化劑加入量與原鐵液含硫量的關(guān)系；爐前及球化處理過程中采取脫硫措施（往焦炭上噴灑石灰水，電爐脫硫較為容易，球化包內(nèi)加入碳酸鈉或氫氧化鈉）。

隨爐料代入的球化干擾元素過高，如Ti、Sb、As、Pb、Al、Sn等。稀土元素雖有一定的消弱或抵消反球化干擾元素的能力，但鐵液中含干擾元素太多，仍會(huì)惡化石墨球形狀（畸形石墨），即便球化，球墨鑄鐵材質(zhì)的物理性能也會(huì)趨向很脆。因此，在生產(chǎn)QT400-18以及抗低溫球墨鑄鐵時(shí)，要選用高純生鐵。

4. 接鐵液澆包放置不當(dāng)

出鐵時(shí)鐵液直接沖到壓在凹坑里的球化劑上，不僅把覆蓋物沖跑，而且使球化劑塊直接受到高溫鐵液的沖擊，或過早熔化激烈反應(yīng)，或迅速漂浮至鐵液表面，并在鐵液表面熔化燒損被空氣吸收，減低了鐵液對(duì)Mg的吸收率。

防止措施：放置好澆包的位置，避免鐵液直接沖擊到球化劑上，讓鐵液平穩(wěn)、快速地淹沒球化劑并瞬時(shí)達(dá)到一定的深度，延長(zhǎng)球化劑上浮的路程，便于球化劑充分被鐵液吸收。

5. 開始出鐵液慢

如果開始出鐵液過于緩慢，液面在包內(nèi)上升的速度慢，當(dāng)鐵液淹沒球化劑后，表層部分球化劑就開始熔化反應(yīng)，并接著上浮，由于球化劑表面與鐵液表面距離短，球化劑沒來得及熔化就大量漂浮于鐵液表面，Mg在鐵液表面熔化燒損被空氣吸收而損耗掉，降低了鐵液對(duì)Mg的吸收率。

防止措施：對(duì)于沖天爐來講，前爐缸內(nèi)要存有充分的鐵液，出鐵前首先把堵塞出鐵口周圍的泥巴鏟凈，出鐵時(shí)快速打開出鐵口 ，讓鐵液很快達(dá)到澆包容量深度的2/3，此時(shí)的球化反應(yīng)，由于球化劑表面距液面距離大，球化劑在鐵液里上浮時(shí)經(jīng)過的路程長(zhǎng)，球化劑邊上浮、邊熔化，同時(shí)被鐵液充分吸收，球化劑中的球化元素Mg的吸收率高，球墨鑄鐵質(zhì)量好。電爐出鐵更為方便，開始快速出爐，當(dāng)反應(yīng)劇烈時(shí)慢速出鐵或停止出鐵，在反應(yīng)平穩(wěn)時(shí)繼續(xù)出鐵至要求量，如果反應(yīng)平穩(wěn)，盡可能先快后慢（中間不停）一次出完。

6. 裝加球化劑過早或堤壩凹坑內(nèi)鐵液未倒凈

澆注后，紅熱的澆包底部溫度高于900℃，如果馬上裝球化劑，Mg、RE在高溫的烘烤下?lián)p耗一部分（有冒煙現(xiàn)象）；若堤壩凹坑內(nèi)鐵液未倒凈，Mg的損耗更多；另外，過熱的預(yù)熱溫度也會(huì)促使球化劑過早熔化。

防止措施：讓澆包冷卻降溫一段時(shí)間，在出鐵液之前裝球化劑。另外，澆注后及時(shí)把澆包內(nèi)剩余的鐵液倒干凈，并把包內(nèi)的熔渣扒干凈。

7. 球化鐵液溫度過低

球化鐵液溫度低于1390℃時(shí)，球化劑不易熔化，球化反應(yīng)不完全，球化級(jí)別難以達(dá)到要求。球化劑在上浮過程中，由于鐵液溫度低，不能迅速地把球化劑熔化吸收，致使球化劑上浮到鐵液液面熔化燃燒。

8. 球化鐵液溫度過高

球化鐵液溫度過高，覆蓋劑以及球化劑熔化速度過快，由于純Mg的密度為1.74g/cm3，熔點(diǎn)651℃，沸點(diǎn)1105℃，即便是由于Mg與Si化合提高了球化劑的熔點(diǎn)，但也低于1400℃，更何況球化溫度常在1490~1520℃，有的可能會(huì)更高一些。根據(jù)鑄件的大小和鑄件壁的厚薄，確實(shí)需要提高球化溫度時(shí)，也要采取相對(duì)“低溫處理高溫澆注”的措施。另外，鐵液溫度過高，鐵液往往氧化嚴(yán)重，由于Mg、RE易與氧化物產(chǎn)生化合反應(yīng)，高溫會(huì)使Mg、 RE大量損耗和蒸發(fā)，降低了吸收率。

9. 球化劑塊度小、碎末多

當(dāng)球化劑塊度碎小、碎末多時(shí)，雖然球化處理方法一樣，但由于球化劑塊之間沒有空隙，熔化反應(yīng)只能是剝皮式地緩慢逐層進(jìn)行，若按同樣的步驟去澆注，可能會(huì)出現(xiàn)前幾箱球化不良，后幾箱球化尚好的現(xiàn)象。

防止措施：根據(jù)鐵液包的大小即球化處理鐵液的多少，來選擇球化劑塊度的大小。碎末過多時(shí)需要過篩處理。如果球化反應(yīng)過慢，可用鋼釬穿過鐵液搗幾下所裝的球化劑，讓鐵液鉆入球化劑縫隙里，以便加快球化反應(yīng)。

10. 球化劑塊度過大

球化劑塊度過大，在邊上浮邊熔化過程中，沒有及時(shí)地被鐵液吸收，而是漂浮到鐵液表面熔化燃燒，散發(fā)到空氣中而浪費(fèi)掉。

球化劑塊度的選擇，是根據(jù)澆包的大小即球化鐵液的多少而確定的。

11. 球化劑加入量少

球化劑加入量的多少與材質(zhì)的要求、鐵液的含硫量、鐵液質(zhì)量、球化處理溫度及鑄件大小等因素有關(guān)。球化劑加入量少有兩個(gè)原因：一是設(shè)計(jì)要求加入量本身就少；二是出鐵液量沒有控制好，出的鐵液量超過要求。

12. 鐵液氧化

鐵液氧化后含氧量高，由于O與Mg的親和能力很強(qiáng)，球化劑中的有效球化元素Mg，首先與O化合產(chǎn)生MgO熔渣，剩余的Mg才起到石墨的球化作用。由于氧損耗了大量的Mg，剩余的Mg不足以保證石墨呈球狀的量，所以球化級(jí)別低，球化質(zhì)量差。

防止措施：注意沖天爐低焦（炭）高度，防止鐵液氧化；電爐熔化時(shí)，不要使用過于氧化的爐料，防止鐵液溫度過高或高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫，特別是10t大爐熔化鐵液，每次球化處理1t，當(dāng)球化處理后幾包時(shí)，由于鐵液在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，不但鐵液缺少“晶核”，且易氧化。在球化處理后幾包時(shí)，先在爐內(nèi)進(jìn)行“預(yù)處理”，添加適量的碳化硅、脫氧劑、增碳劑、硅鐵等進(jìn)行脫氧處理，并適當(dāng)多加一些球化劑。

13. 包的深徑比及包坑

（1）球化包的深度H與直徑D的比例為：H/D＝1.5~2。如果用球化包處理半包，則違背高徑比的初衷。

（2）球化包的包坑深度，在裝入球化劑和覆蓋劑后應(yīng)尚余20~30mm，鐵液進(jìn)入包坑與覆蓋劑熔融成半固態(tài)物質(zhì)，延緩球化劑過早爆發(fā)，可以提高M(jìn)g的收得率。

（3）包底凹坑的寬度，以包底直徑的1/4~1/3為好，投影面積小的凹坑增加了深度，有利于球化劑延緩爆發(fā)。

（4）澆注完畢后及時(shí)清理包內(nèi)的熔渣，使每包球化劑裝入凹坑的情況相同。

14. 因澆注時(shí)間過長(zhǎng)等原因而產(chǎn)生的球化衰退

球化衰退的特征是：爐前球化良好，但在鑄件上球化不好；或者同一包鐵液，先澆注的鑄件球化良好，后澆注的鑄件球化情況不好。澆注時(shí)間過長(zhǎng)產(chǎn)生的球化衰退往往還和孕育衰退并存。保證石墨呈球狀化Mg殘量的多少，決定了鐵液的球化質(zhì)量。Mg與O、S的親和能力很強(qiáng)，Mg與O結(jié)合生成MgO而燃燒掉。特別是S，當(dāng)S與Mg結(jié)合生成MgS熔渣后漂浮到液面，熔渣中的Mg又與空氣中的O結(jié)合生成MgO而燃燒掉，而分離出的S又返回鐵液并與Mg結(jié)合，鐵液中的S像小船一樣，不停的把鐵液中Mg帶到空氣中燃燒掉，這就是“返硫現(xiàn)象”。隨著澆注時(shí)間的延長(zhǎng)，鐵液中Mg的殘留量越來越少。有資料介紹，澆注時(shí)間每延長(zhǎng)1min，鐵液中Mg的燒損為0.004%。

防止措施：如果因故延長(zhǎng)澆注時(shí)間，可以覆蓋適當(dāng)厚度的保溫劑，減少鐵液與空氣接觸，減少鐵液中Mg的燒損量。另外，還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)碾S流孕育措施，把已經(jīng)長(zhǎng)大并呈畸形（長(zhǎng)大后為片狀石墨）的石墨分解或截?cái)啵蛊湫螤钰呌趫F(tuán)球狀。

15. 孕育衰退

通過金相分析可以看到，孕育衰退的金相照片里，石墨球數(shù)量少，球徑大，密度稀，球化級(jí)別低，通常鐵素體含量少，珠光體含量增高，并且有碳化物的存在。孕育衰退產(chǎn)生的原因是：孕育劑加入量少，或孕育工藝不完善。 由于鎂的存在是球化的必要條件，而孕育中的元素，是參與石墨化的充分條件，因此只講球化處理而不重視孕育處理，是做不成高質(zhì)量的球墨鑄鐵的。

防止措施：提高孕育劑的加入量；使用含鋇、鈣的長(zhǎng)效孕育劑；采取二次孕育、浮硅孕育、隨流孕育的復(fù)合孕育措施。

16. 球化包或澆包潮濕

球化處理沖入鐵液時(shí)，水經(jīng)汽化分解產(chǎn)生出氫氣和氧氣，O會(huì)中和掉球化劑中的部分Mg，變成了MgO熔渣，不僅降低了鐵液中的含鎂量，還容易使鑄件產(chǎn)生渣孔及氣孔缺陷。

17. 現(xiàn)場(chǎng)管理

球化劑的管理和堆放不規(guī)范，可能會(huì)混入硅鐵等；球化劑的重量稱量不準(zhǔn)。另外，球化劑存放時(shí)間過長(zhǎng)且保管不好，球化劑氧化，都會(huì)消弱球化作用，影響球化質(zhì)量。

18. 結(jié)語(yǔ)

在日常工作中，用心工作和不用心工作，付出的辛苦和力氣差不多，但是對(duì)于提高、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)提高操作工人自身的技術(shù)水平，卻有很大的差異。

以上是我們長(zhǎng)期在車間從事球墨鑄鐵生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)贅述，僅供同行“鑄友 ”參考。