球化剂粒度对加入量影响的研究

发布时间：2021-04-28 03:25:01|浏览次数：

龙枚青莫正田杨楚谋薛敏汤迪文贾伟峰吴超刘湘资肖金奎
(桃江新兴管件有限责任公司，湖南桃江 413400)

摘要:在材质为球墨铸铁件生产过程中，我们通过对不同的球化剂颗粒使用情况研究发现，使用5一12mm粒度的球化剂同15一35mm粒度的球化剂相比较，较小粒度的球化剂使用效果较佳，对镁的吸收率较高，加入量较少，成本较低。
关键词：较小粒度球化剂；球化反应时间；球化效果
我们都知道，球化剂粒度大小对球化反应起着很大的作用，因此铸造生产厂家对球化剂既有化学成分要求又有球化剂的粒度要求，我们公司以前规定的球化剂粒度是15一35mm，在生产实践中我们通过观察发现，在球化反应过程中使用较大颗粒的球化剂时，镁的吸收率较低，相对需要球化剂加入量较多。

一、现状
我公司是世界500强企业新兴际华集团旗下的一个三级子公司，年产球墨铸铁件3万余吨，长期以来我们采用消失模铸造工艺，对球化后铁水温度要求较高（球化后铁水温度1510℃-1530℃），球化剂加入量较高，一般加入量在2%-2.4%，导致球化剂需求成本居高不下。针对球化剂成本较高的现象，我们把降低球化剂加入量作为公司的工艺技术攻关的一个课题。?

二、研究方向及目的
在铁水各项参数相同或相近并保证材质的前提下，比较各种粒度的球化剂对加入量的影响。立足生产实践，排除管理影响，找到适合我公司生产的合理球化剂粒度。

三、研究试验
1.1试验条件及工艺
3t冲天炉，10t保温电炉，2t浇包1个，高径比为1.4一1.5。根据我公司消失模铸造工艺的特点，金相试样及机械性能Y试块均粘在铸件上，同铸件同时浇注成型。
为了保证球化处理的稳定性和浇注铸件的工艺要求，铁液出炉温度控制在1560℃一1580℃，每包铁水最多浇5箱。浇注第一箱铸件铁液温度为1480℃一1500℃，浇注最后一箱的开浇温度不低于1440℃。浇注时间从球化处理结束到浇注结束在10 min之内，特大件浇注时间不超过12 min。
孕育工艺为炉前采用75硅铁孕育，加入量为0.8%一1.0%，浇注时采用漏斗法瞬时孕育，加入量为0.1%一0.15%。
1.2成分选定及试验方法
稀土球化剂的化学成分应符合表1的规定
表1

Ca( %)	Si( %)	Mg(%)	Re(%)	MgO(%)	Ba(%)
4.0-5.0	≤44	7-9	2.0-4.0	—	2.0-3.0

根据产品材质要求：球化后铁水应符合表2的规定
表2

C(%)	Si(%)	S(%)	P(%)	Mn(%)
3.4-3.9	2.1-2.9	≤0.025	≤0.05	≤0.4

根据我公司20多年球墨铸铁件的生产经验，为了保证材质，我们对球化后铁水残硫、残镁做了如下规定：S含量0.015%时，Mg含量0.045%，当S增减0.001%时，Mg对应增减0.002%。
我们试验比较了多种粒度的球化剂同我公司正在使用的15一35 mm的球化剂使用效果，其中粒度为5一12 mm的球化剂优势很明显。
采用粒度为5一12 mm及15一35 mm的球化剂进行对比较试验，情况如下：

表3

粒度15-35球化剂试验数据
加入量(%)	铁水重量(%)	电炉铁水温度(℃)	球化反应时间(秒)	化学成份(%)						球化等级	石墨大小	机械性能
加入量(%)	铁水重量(%)	电炉铁水温度(℃)	球化反应时间(秒)	C	Si	Mg	S	P	Mn	球化等级	石墨大小	抗拉强度Mpa	延伸率%
1.8	2002	1604	58	3.91	2.72	0.045	0.013	0.046	0.130	2	7	415	7
1.7	2004	1603	55	3.91	2.61	0.039	0.015	0.047	0.132	5	4	391	4.5
先夯实，再覆盖剂覆盖。

表4

粒度5-12球化剂试验数据
加入量(%)	铁水重量(%)	电炉铁水温度(℃)	球化反应时间(秒)	化学成份(%)						球化等级	石墨大小	机械性能
加入量(%)	铁水重量(%)	电炉铁水温度(℃)	球化反应时间(秒)	C	Si	Mg	S	P	Mn	球化等级	石墨大小	抗拉强度Mpa	延伸率%
1.8	2004	1605	69	3.93	2.69	0.057	0.010	0.049	0.134	2	7	463	15
1.4	2000	1609	70	3.88	2.59	0.041	0.012	0.051	0.136	3	6	412	6.8
1.3	2010	1600	70	3.90	2.52	0.039	0.014	0.047	0.141	5	4	395	4.9
不用夯实，不用覆盖剂覆盖。

结论：从上面两个表中可以看出，为了保证QT400-5材质，15-35mm粒度球化剂加入量应该加入量1.8%，并且要用覆盖剂，而用5-12mm粒度球化刘加入量只要加入1.4%即可。粒度5-12 mm球化剂的吸收率为57%，粒度15-35 mm的为48%。

图1球化处理

图2浇注及瞬时孕育

大量试验结果表明，5-12 mm粒度球化剂比粒度15-35 mm球化剂的球化处理效果相近，而且加入量要少0.4个百分点，反应也平稳。其原因在于5-12mm球化剂的颗粒之间的间隙较小，铁液不易钻入，只有当铁液量达到一定量的时候，合金才逐层融化，延长了球化剂的起爆时间。5-12 mm粒度球化剂与粒度15-35 mm球化剂相比，前者反应时间更长，而且，球化反应在较多的铁液量状态下进行时，球化剂颗粒在铁液中上浮和熔化的路程长，减少了镁的逃逸，增加了镁的吸收率。另外，粒度为15-35 mm球化剂颗粒之间的间隙大，铁液容易钻入。即使加覆盖剂的情况下，由于球化剂中较大的颗粒，在铁液中上浮和熔化过程中不完全，部分球化剂在铁液表面与空气接触发生燃烧，反应剧烈。此过程实际上是镁的损失过程，即2Mg+O₂=2MgO，减少了镁的吸收率。
使用粒度5-12mm球化剂的另一个特点是可以取消球化剂覆盖。我们对更小颗粒球化剂做过试验，由于容易粘铁水包底部，不适合我公司的生产。

四、生产结果
从表3和表4对比可以看岀，在生产中如使用粒度15-35 mm球化剂，加入量要加入2.0%才能保证材质要求。如使用粒度5-12 mm球化剂，加入量只要加入1.6%就能保证材质要求。
使用粒度5-12mm球化剂情况下，按每年生产3万吨铸件、成品率84%计算，一年能少用球化剂144吨，少用覆盖剂55吨，仅球化剂、覆盖剂两项就可节省150万元左右，这个数字对已经是薄利的铸造业来说可不是一笔小数目。

五、结论
上述实验结果分析得出：
1、粒度大小对球化剂的球化作用影响不大，效果的好坏在于怎样使用。
2、小粒度球化剂的优点是加入量少，反应平稳，吸收率高。
3、采用小粒度(5-12mm)球化剂可降低生产成本，能大幅度提高企业经济效益。

龙枚青，湖南桃江人，高级工程师，从事消失模铸造技术研究20余年

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