喂絲球化處理工藝在消失模生產中的應用

金 偉，馬傳偉，鄭翠華，蔣衛東，楊永錄

（一拖（洛陽）鑄鍛有限公司，河南洛陽 471004）

目前，在我國的多數鑄造廠，生產球墨鑄鐵應用較普遍的球化處理工藝有沖入法和喂絲法，兩種工藝方法各有利弊。因為喂絲工藝可以精確地控制球化劑的加入量，避免澆包堤壩的完整性、球化劑加入順序、出鐵角度等因素的影響，可以獲得更穩定、更理想的球化效果，所以在越來越多的鑄造廠得到了推廣應用。

一拖鑄造公司消失模生產線以生產灰鑄鐵、球墨鑄鐵件為主。2015年投產以來，鑄件產量在逐年遞增，2017年總產量7400t，其中球墨鑄鐵件850t。球墨鑄鐵件以拖拉機、汽車、工程機械等行業所需的鑄件為主，鑄件重量范圍18～150kg，材質為QT500-7和QT450-10。

1 生產現狀

1.1 球化工藝介紹

一拖鑄造消失模生產線所配套的熔煉設備是一套一拖二10t中頻感應電爐，爐料以生鐵、廢鋼、回爐料為主，其中生鐵加入量不超過30%。爐前球化處理工藝采用沖入法，球化劑采用稀土鎂硅鐵合金（QRMg8RE5），加入量1.8%～2.2%。出鐵溫度1570～1580℃，澆注包出鐵量550kg，上線澆注溫度1460～1480℃。

1.2 現狀分析

球化處理采用沖入法的主要優點是操作簡便，將一定數量的球化劑和孕育劑人工加入球化包的堤壩內、搗實，再覆蓋一定數量的鐵屑或其他覆蓋劑后即可出鐵，完成球化處理的過程[1]。

與砂型鑄造工藝相比，消失模工藝需要更高的澆注溫度。根據現場產品的具體情況，為確保產品質量，球墨鑄鐵件的澆注溫度大都控制在1460℃以上。由于球化處理過程及鐵水轉運環節的溫降，為了保證澆注溫度，因此電爐出鐵溫度高達1570～1580℃，已接近電爐的極限溫度。

鐵液溫度越高，球化反應越劇烈越迅速，球化劑的燒損也越大，導致球化效果就越差，球化衰退時間快，難以保證球化級別3級以上。沖入法球化效果受人為操作影響因素較大，例如出鐵量及出鐵位置的控制、鐵液溫度的高低、澆包堤壩質量的好壞等，任何一個環節控制不到位，都會導致球化效果不佳，增加了球化質量控制難度[2]，因此在生產中會出現兩個問題：

（1）球化級別低。我公司對2017年1～3月份的球鐵生產情況進行統計，如表1所示。

國標GB/T1348-2009中關于球墨鑄鐵件石墨形態的驗收標準是：“石墨以球狀為主，球化級別不低于GB/T 9441規定的球化級別4級。如有特殊要求，球化級別由供需雙方商定”。但大多數需方為了確保自身產品品質，在簽訂合作協議時，通常將球化級別確定為3級以上。以我公司與湖北某汽車配件公司簽訂的支架產品合作協議為例，便規定“球化級別不低于3級，且做為產品質量驗收的否決項”。按表1的統計，僅因球化不良一項導致的廢品率高達12.9%，這對一個鑄造生產企業是不能接受的，因此，結合消失模生產工藝的特點，改變球化處理方式已迫在眉捷。

表1 沖入法球化級別統計

（2）鐵水利用率低。由于球化效果差，球化衰退快，為確保澆注末件的球化級別，工藝規定每包鐵液從球化處理結束到澆注完畢控制在10分鐘之內。以我們一個產品為例，鑄件箱重183kg，每次出鐵量為550kg，10分鐘內只能澆注2箱，鐵液的使用率只有66%，造成了極大的浪費。

2 喂絲球化處理工藝的應用

喂絲球化處理工藝是指將一定成份、一定粒度的球化劑、孕育劑，經卷線設備包裹在一定厚度、寬度的鋼皮內，形成適當強度、填充率的電纜狀線卷（包芯線），然后經喂絲設備以一定速度喂入帶有包蓋的鐵水包中，實現球化、孕育處理的工藝。其實質是以喂絲的方式，以鋼皮作為載體將球化劑、孕育劑送入鐵液包底部，實現球化、孕育的過程。

2.1 喂絲球化處理設備

喂絲球化處理工藝需要的裝備有喂絲機和與之配套的包芯線，喂絲機通常安裝在距熔煉設備較近的區域，以便最大限度地減少鐵液溫降和收集煙氣，如下圖所示。

喂絲機有控制系統、傳動系統、導管等構成，

圖1 喂絲球化布置

圖3 喂絲機控制系統

圖4 喂絲線導管

圖2 喂絲機工作原理簡圖整機采用PLC控制，具有高可靠性、高精度、高自動化，可實現一鍵啟動，其工作原理及設備如圖3，4 所示。

2.2 喂絲球化處理工藝

（1）喂絲用包芯線有球化芯線和孕育芯線兩種，球化劑的有效成份：Mg27%～30%，Re2%～4%，Si40%～48%。孕育劑的有效成份：Si60%～64%，Ba3%～5%，Ca0.5%～1%。

（2）爐料配比：廢鋼60%～70%；Q10生鐵10%～20%；回爐料10%～20%。

（3）鐵液化學成份（QT500-7）如表2所示。

（4）每包出鐵量700kg，球化劑加入量0.9%，孕育劑加入量1.1%。

（5）鐵液出爐溫度 1530～1550℃，澆注溫度1440～1480℃。

2.3 喂絲工藝的不足

喂絲工藝的不足主要體現在兩方面:一是增加了投資，新增一套喂絲裝備需6萬多元；二是喂絲裝備在使用過程中如果出現卡線等故障，對造型流水線的正常生產會造成一定的影響。

表2 化學成分 ωB/%

3 兩種球化處理工藝的對比分析

3.1 球化效果對比

一拖公司于2017年11月下旬開始應用喂絲處理工藝，球化級別3級以上所占比例99.1%（見表3），沖入法球化級別3級以上所占比例為87%。從金相組織看，采用喂絲法所得到的石墨球數量更多、圓整度更好，如圖5、6所示。

表3 喂絲工藝球化級別統計

圖5 沖入法石墨形態（4級）

圖6 喂絲法石墨形態（3級）

3.2 生產成本對比

（1）球化劑加入量對比：沖入法球化劑加入量為2%，喂絲法球化劑加入量0.9%。

（2）采用喂絲球化處理方式，球化衰退時間延長，球化結束到澆注完畢時間控制在13分鐘以內，可確保鑄件球化級別在3級以上，這樣延長了澆注時間，增加澆注箱數，提高鐵水利用效率。以支架產品為例，沖入法每包鐵液澆注2箱6件，而喂絲工藝每包鐵液可澆注3箱9件，鐵水利用率和生產效率提高了33%。

（3）采用喂絲處理+蓋包工藝，降低溫度損失，使出鐵溫度降低30℃，不僅可節約電費，還降低了電爐爐襯和球化包的侵蝕，延長爐襯的使用壽命，從而降低爐料成本。

3.3 勞動強度對比

（1）采用沖入法，工人在現場要頻繁地對球化劑和孕育劑稱重、擺放、加料、搗實等，工序多勞動強度大；而喂絲法由PLC控制，可以實現一鍵啟動，大幅減輕勞動強度。

（2）采用沖入法，合金加入量大，處理后鐵液中的渣量變多，不僅增加勞動強度，而且易導致鑄件出現夾渣等缺陷；采用喂絲處理工藝，合金加入量少，產生渣量少，鐵液純凈度高，工人扒渣工作量減輕。

3.4 現場工作環境對比

采用喂絲處理工藝，球化包上部加有包蓋，一方面可防止球化反應過程中鐵液外濺，此外，通過電爐通風系統將球化過程中產生的煙氣抽走，生產現場基本沒有外逸煙氣。在使用沖入法處理工藝時，由于澆包口是敞開式的，球化過程中產生的煙氣不易收集，現場煙塵很大，工作環境差。

4 結論

沖入法球化處理工藝因其操作簡單、無需過多投資等優點，仍是目前應用最普遍的球墨鑄鐵生產工藝，廣泛適用于澆注溫度相對較低的潮模砂、樹脂砂等生產工藝。本公司具體的生產過程中，針對采用消失模工藝生產球墨鑄鐵件球化效果差的問題，將球化處理工藝由沖入法改為喂絲法，保證了球化效果，提升了產品質量，降低了生產成本，改善了現場環境，減輕了勞動強度，使企業綜合效益得到了明顯提高。