用冲天炉稳定生产优质球墨铸铁的经验

用冲天炉稳定生产优质球墨铸铁的经验
尽管利用冲天炉生产球铁，热效率低，铁水成分波动大，废品率高，但作者在实际指导球铁生产中，认为只要严格遵守以下原则，就能保证长期稳定地生产出优质的球墨铸铁。

1 原材料
1.1 严格控制干扰球化的元素
生产球墨铸铁必须严格控制干扰球化的元素(如Ti、Sn、Zn、Al、Cu、Zr、Se、Te、Pb、As 、Sb、Bi等)。

这些有害微量元素的总和要调整在ΣΜ%≤0.09%以内。

使用本溪生铁(ΣM%= 0.062%)是生产优质球墨铸铁的重要保证。

为降低炉料的含碳量，往往在冲天炉内加5%～15%的废钢。

但如使用易切钢(含有较高S、P、 Pb )，弹簧钢、齿轮钢、轴承钢(含有Cr、Mo、Ni、B、Ti等)，被表面处理或电镀(含Zn、Sn等) 残材，或者使用生锈的碳素钢和冲裁废料，必然导致球铁件成分波动大、局部产生白口、表皮硬等缺陷。

要想熔化出优质的球铁水，可用新的碳素钢、冲裁废料。

对锈蚀较重的废钢应该进行滚筒处理，如果用切屑代替废钢，最好经烧结后再使用。

不过，根据本人在株洲电机厂、株洲建宁机械厂的经验，在原材料无法非常严格控制的况下，生产铁素体球铁采用一般生铁加废钢配料，随后进行人工铁素体退火处理比采用某种特殊炉料来生产铁素体球铁要经济、适用得多。

1.2 焦炭
焦炭是保证高温熔化的必须条件。

熔炼球铁一定要选择含硫少、灰分低、固定碳多、强高的焦炭，最好是铸造焦。

对于3t/h冲天炉而言，焦炭尺寸应保证在φ60～φ100之间，不能小于45 mm。

此外，为了获得高温铁水，严禁使用淋湿的焦炭。

2 化学成分
2.1 碳当量
众所周知，球墨的生成是以石墨化为条件的，且过共晶组织比亚共晶组织更有利。

CE高，有利于消除白口，减少缩松，提高铸件的致密度。

但过高，以致石墨显著地向铸件上部偏析，而且还容易形成粗短或蠕虫状石墨。

因此，在铸件各处都不形成碳化物并能得到足够数量的石墨条件下，尽可能使CE保持在较低的水平，适宜的化学成分范围见图1。

图1
对于大断面球铁件，为避免蠕虫状石墨出现，推荐碳当量为4.0%～4.2%。

对于想在铸态下形成的球铁件，推荐碳当量为4.1%～4.55%，薄壁取下限，厚大
件取上限。

2.2 锰
锰是反石墨化元素，起稳定碳化物和珠光体作用，但因易导致铸件产生偏析，降低塑性与韧性，所以即使珠光体球铁，亦不应提高锰含量。

生产球铁件锰含量一般控制在0.3%～0.8%。

铸态铁素体球铁件及大型厚断面球铁件，对锰要求更严，一般为Mn≤0.35%。

2.3 磷、硫
磷严重导致常温及低温脆性，促使铸件收缩，所以球铁生产一般要求
P≤0.07%。

硫含量一般＜0.03%。

3 高温熔化
由于脱硫、孕育处理和球化处理，铁水温度从出铁水到浇注之间，比普通铸铁要降低50～10 0℃。

因此，生产小件球铁出水温度要大于1440～1450℃；大件也要大于1400～1420℃以上。

对于大断面球铁件浇注温度在1370℃为好，低于1340℃就会产生蠕虫状或不规则状石墨。

笔者在指导生产中小件球铁时，发现废品率与出铁水温度关系如图2(a)所示。

铁水温度过低，会产生大且集中式的蜂窝状皮下气孔。

图2
出铁水温度与送风湿度也存在一定关系(图2b)。

水分一旦超过15 g/m3时，出铁温度急剧降低。

尽管配比、焦比与送风量相同，但由于空气中水分的变化，
导致出铁水温度变化范围竟达100℃左右。

显然采取除湿送风、预热送风，出水温度可明显提高。

湖南梅雨时间长，一般焦炭在此季节含水量达4%～8%。

如果希望开头两包铁水温度升高，可以将2%～4%的电石添在焦炭上，这样既能升温，又能起到脱硫效果。

为了获得高温铁水，熔化球铁的焦比要比熔化普通铸铁多2%～4%。

4 脱硫处理
一般使用的脱硫剂有电石、生石灰与苏打等。

生产实际证明，加入0.3%～0.5%苏打，可脱硫达20%～30%。

但须注意的是，用吸湿性强的苏打处理，会使铁水温度降低50～60℃。

所以用苏打脱硫前，应将其烘干。

处理后应及时将熔渣扒掉，以免FeS重新进入铁水，出现回硫现象。

为了提高脱硫效果，可以用复
合脱硫剂，如CaO+CaC
2或在CaO中加入5%～10%CaF
2
和石墨混合加入。

脱硫方法有冲入法，搅拌法，摇动包法。

近来也有采用连续脱硫法的。

不管怎样脱硫，一定要考虑出水量与温度，包衬材料和脱硫剂加入量等。

5 球化处理
生产无缺陷的球墨铸铁件，现在公认的最佳残留镁量为0.025%～0.04%，在此范围内，能够获得良好的球状石墨。

不过，在生产中要根据铁水中杂质的种类与数量作适当调整。

例如，硫含量高时，就要求较多的镁来平衡硫形成片状石墨的倾向。

对薄壁铸件，镁的临界残量可降到0.02%～0.025%；对大断面铸件，残余镁在0.04%～0.06%即可。

因为处理球铁时，一般选用稀土镁球化剂，所以也要考虑稀土对球铁的影响。

稀土同镁一样，是保证石墨成球状的元素，此外还有降低残余镁量、增加石墨球数，消除干扰元素和减少氧化夹杂的作用。

通常，对薄壁铸件，铈的最佳残量为0.006%～0.01%。

此时，球化率最好，石墨球数最多，而白口倾向最小。

对大断面球铁件，稀土总量则应取0.01%～0.02%。

目前，湖南有些工厂生产球铁的原铁水含硫量较高，冲天炉为0.05%～0.08%，处理后残硫量也高达0.02%～
0.03%。

对含硫量为0.03%～0.07%的原铁水来说，残余稀土量可为0.02%左右。

球化方法，湖南使用最为广泛的是覆盖冲入法，其工艺简便，操作安全。

一般稀土镁加入量为1.0%～1.9%。

6 孕育处理
选择球铁用的孕育剂，硅含量一定要高，例如含少量钙的75SiFe。

这是因为硅对球墨铸铁有强烈的孕育作用。

而钙高的孕育剂由于溶于铁水中并不降低激冷倾向，反而增加激冷，而且还会产生过多的熔渣，所以不能作为球铁孕育剂。

选择孕育剂最好选择能使石墨球增加并且作用时间长的孕育剂，如Si-Bi 孕育剂，Si-RE-Al-Bi-Fe孕育剂。

球墨铸铁孕育处理的特点是随着时间增加孕育作用衰退。

而球墨铸铁衰退作用不能像灰口铸铁那样轻视，因为除了孕育效果衰退以外球化效果也在衰退。

为了消除孕育衰退现象，可采用随流孕育、型内孕育、多次孕育(二次或三次孕育)等工艺。

利用冲入法孕育时，一定要预热孕育剂，孕育后要尽快扒渣和浇注，以防孕育退化。