球化劑、球化包芯線的選擇和球化工藝參數的确定

在對熔煉材料的長期技術服務過程中，發現有些鑄造單位，不知道如何根據自己生産鑄件的牌号、結構及生産工藝、爐料的情況選擇球化的種類和成分，對于球化劑中各種成分的作用還不是很清楚，有的單位不能根據自己單位的實際情況确定正确的球化工藝參數，這一方面造成不同程度的成本升高，而且造成資源的浪費。                              

 球化劑的分類：

2.1根據球化劑中主要的球化元素可分爲：鎂系球化劑、稀土系球化劑和鈣系球化劑鎂系球化劑：鎂是球化能力最強的元素，也是應用最廣泛的球化劑，盡管從熱力學上看，鎂與氧、硫的親和能力要次于鈣和铈，但從動力學角度，由于鎂的沸點（1107℃）低，密度小（1.738g/cm³），對鐵水有攪拌作用，鎂的實際脫氧去硫的作用大于鈣和铈。鎂作爲球化元素可以使石墨球園整，對合金液處理前的含硫量範圍适應性好，并且在亞共晶和過共晶成分的合金液均能起到良好的球化效果，但是由于鎂與大部分反球化元素不相化合或者化合程度很小，故鎂球化劑的缺點是抗反球化元素能力低^【1】；鎂的密度低，在鐵液中容易上浮，球化衰退快，形成夾渣、縮松和皮下氣孔等缺陷的傾向大；而且反應劇烈，燒損大，煙霧大，惡化環境。稀土系球化劑：稀土的沸點高，其中铈的沸點爲1400℃，密度大（7.4-7.6g/cm³），球化處理時無沸騰和火光煙塵，環境污染少，勞動條件好，但反應動力學條件差，石墨球圓整度差，常出現團狀及團片狀石墨，在大斷面球墨鑄鐵件及熱節部位易産生石墨畸變，白口傾向及石墨漂浮都比鎂球墨鑄鐵嚴重；稀土元素能和反球化元素形成穩定的化合物，從而在一定程度上可抵消這些元素的幹擾作用，對原鐵液中反球化元素含量可比用鎂時适當放寬；對過共晶成分的鐵液有穩定的球化效果，對于含硫量爲0.06%的鐵液在殘留铈爲0.04%以上時，就能使鐵液中石墨球化，但對亞共晶成分鐵液要求鐵液含硫量極低（0.006%），并且加入量大。稀土球化劑有利于淨化鐵水，鑄件夾渣、縮松傾向小，但由于加入量高及成本高等因素一般不再單獨使用，最好與鎂複合使用。在球化劑常用的稀土中，镧的球化作用最弱，隻有在激冷區有一定的球化作用。但镧氏球化劑可以延緩共晶過程中石墨的析出，對防治鑄件縮松有一定的作用。輕稀土元素起球化作用的含量範圍較窄，加入量不足難以球化，加入過多，白口傾向嚴重并出現異形石墨；重稀土元素钇對高碳過共晶合金液有很好的球化作用，在高碳過共晶合金液中，钇的球化能力比铈強，略遜于鎂；碳量較低時，冷卻快則成白口，冷卻慢則不球化。钇與鎂、铈不同的是可以過量加入，在碳當量和冷卻速度适當時，加入量達到正常球化需要量的3-4倍也不出現白口，而且钇的脫硫能力極強，且不回硫。因此可以利用钇的過量增加和不回硫特點來提高鐵液的抗衰退能力。鈣系球化劑：鈣的沸點1440℃，密度1.54g/cm³，作用平穩，對于要求高溫球化處理（大于1500℃）的鐵液，球化劑除了采用低鎂低稀土的成分外，還可以在球化劑中添加一定含量的鈣，延緩鐵液與球化劑反應的劇烈程度。雖然從熱力學的角度上其與硫、氧的親和力比鎂強，但與硫、氧反應的動力學條件差，球化能力弱，需要加入量大，造渣多。金屬鈣很容易氧化，不便于儲存，故一般不單獨做球化劑。加鈣處理的球墨鑄鐵的白口傾向比加鎂處理的白口傾向要小，使得加鈣處理的球墨鑄鐵對矽、錳的敏感性較小，容易得到鑄态鐵素體基體。分别是含矽量、含錳量不同時，加鈣處理與加鎂處理的白口傾向對比。

目前單純的稀土球化劑和鈣系球化劑已不再單獨使用，而是結合鎂、稀土、鈣的優點以合理的比例含量做成稀土鎂矽鐵合金球化劑。

2.2按照制作方法和形狀可分爲：普通球化劑和球化包芯線

普通球化劑是将幾種合金或者金屬用電爐熔化澆注成一定形狀，或者破碎成一定行塊度的顆粒；

球化包芯線是先将一定成分的球化劑破碎成一定細度的粉狀顆粒，然後用包線機用一定寬度和一定厚度的鐵皮将球化劑粉末顆粒或者是幾種合金的粉末顆粒包裹成一定粗細的金屬線，使用時用專用喂絲機以一定速度喂入金屬液。

3.1球化劑種類的選擇原則

球化種類的選擇一般要根據鑄件的種類、牌号、重量、結構，爐料的情況等來選擇。

對材質中矽含量要求低的鑄件，爲防止球化過程中增矽過多，選用無矽的純鎂球化劑；對含幹擾元素少的爐料，選用無稀土的純鎂球化劑或者鎂矽鐵合金球化劑；對含幹擾元素多的爐料，選用含稀土的稀土矽鐵鎂合金球化劑；對大型珠光體球鐵，選用銅鎂合金；對高鎳奧氏體、貝氏體球墨鑄鐵件，選用鎳鎂球化劑；對于鑄态鐵素體球墨鑄鐵件、高韌性鐵素體球墨鑄鐵件，首先選用含鋇的稀土矽鐵鎂合金，或者無稀土球化劑；對于鑄件大小穩定，批量大，每次球化鐵水重量穩定的鑄件，首先考慮采用球化包芯線。

3.2球化劑成分的選擇

球化劑的成分包括鎂、稀土、鈣等球化元素、矽、鋁、和銅、鎳、鐵等。球化元素是主要起球化作用的元素，矽則在球化劑的熔煉過程中和鎂形成MgSi合金，起到減少鎂燒損和上浮的作用。銅、鎳、鐵含量的多少可以起到調節球化劑的密度的作用，防治在在球化反應過程中，球化劑上浮過快的作用，從而提高鎂的吸收率。另外球化中還含有氧化鎂，則是由在球化劑的生産過程中由金屬鎂氧化形成，另外氧化鎂的含量高，增加鐵液中氧化渣的數量，則鑄件形成黑斑缺陷的機率就越大。

3.2.1鎂含量的确定

球化工藝參數的确定

4.1 鐵水球化量的确定

一次球化鐵水量的多少決定于澆注時間的長短，最好一次球化鐵水量要保證從鐵液球化完到鐵液完全澆完能夠控制在12分鍾内，最長不要超過15分鍾。

4.2 球化溫度的确定

鐵液球化溫度的高低是由澆注溫度的高低決定的，也就是由尾箱需要滿足的最低澆注溫度決定的。

鐵液的球化溫度=尾箱的需要滿足的最低澆注溫度+出鐵降溫+球化降溫+導包降溫+運輸、澆注過程的降溫。球化溫度确定的原則是在滿足尾箱需要的最低澆注溫度的前提下球化溫度越低越好。

4.3 球化劑加入量的确定

球化劑的加入量取決于以下幾個因素：

4.3.1 原鐵水的含硫量 、含氧量

原鐵水的含硫量越高，球化劑的加入量越高；原鐵水的含硫量越低，加入量越低。鐵液含氧量高時，加入量要高些。

4.3.2 球化劑中的鎂、稀土含量

球化劑中鎂含量高，球化劑加入量低；球化劑中鎂含量低，球化劑加入量高。

4.3.3 鐵水的球化處理溫度

鐵水的球化處理溫度高，球化劑加入量高；鐵水的處理溫度低，球化劑加入量低。

4.3.4 球化處理工藝  

球化劑加入量的高低還要根據采用的球化處理工藝來定，采用鎂的吸收率高的處理工藝，球化劑加入量低；采用鎂的吸收率低的處理工藝時，球化劑加入量高。

表3：球化劑的粒度和一次球化鐵水量的關系

4.5.5 球化後鐵水的硫含量  

球化後鐵液的硫含量高，随着時間的延長，球化衰退的快，殘留鎂量要控制的高些；球化後鐵液的硫含量低，球化衰退的慢，殘留鎂量可以低些。

4.6 殘留稀土的确定

球化後鐵液殘留稀土含量的多少根據以下因素确定：

4.6.1 鐵液中反球化元素的含量多少  

當鐵液中反球化元素含量高時，鐵液的稀土殘留量要高些；鐵液中反球化元素的含量低時，鐵液的稀土殘留量要低些。

4.6.2 鐵液溫度

鐵液溫度高時，球化衰退速度快，鐵液中殘留稀土适當提高，可以減緩鐵液球化衰退速度。

4.6.3 鑄件壁厚

爲防止薄壁鑄件産生白口和厚大鑄件中心産生碎塊石墨，鐵液的殘留稀土要低些。

4.6.4 鑄件的牌号（或者組織）

由于殘留稀土提高鐵液的過冷度，珠光體基體球鐵殘留稀土可适當高些，鐵素體基體球鐵殘留稀土要低些。

4.7 喂絲球化速度的确定

喂絲球化工藝中喂絲速度決定決定着包芯線中鎂的吸收率，合适的喂絲速度要保證球化絲伸入到離液面底部100～200mm時起爆，以保證包内鐵液脫硫充分。喂絲速度過低，則不能保證球化包芯線深入到鐵水包底起爆，使球化包底部的鐵水不能和包芯線内的球化粉料充分接觸脫硫；喂絲速度過快，則會使球化包芯線到達底部時不能起爆，使球化包芯線在浮力作用下上浮到鐵液上部或者表面燃燒，起不到脫硫脫氧的作用。圖4是鐵水溫度低時，因球化包芯線因爲喂絲速度過快球化包芯線到達鐵水包底部後上浮到鐵液表面燃燒後的情況（鐵水重量：7.5噸；鐵水溫度1430℃；喂絲速度50米/分鍾，鐵液喂絲球化前後硫含量幾乎不變。後将喂絲速度調整爲35米/分鍾，脫硫、球化正常）。

4：喂絲速度過快造成的球化線上浮到鐵液表面燃燒