62喂线技术在中国铸铁生产中的应用与发展

2010中国铸造活动周论文集-1-喂线技术在中国铸铁生产中的应用吴荷生1，吴玉彬1，吴强2，吴斐2（1．哈尔滨理工大学材料学院，哈尔滨150080；2．哈尔滨德威冶金新材料有限责任公司,哈尔滨150080）摘要：本文简要介绍了中国研制和生产的高镁合金和孕育剂，铸造厂专用立式喂线机，喂线机系统操控仪表及各种处理包孕育送方式的球化-孕育处理站；重点讲述了喂线技术在我国各种球铁铸件生产中的应用结果，阐述了用国产喂线装置、控制仪表和包芯线生产优质蠕铁的成绩，验证了外国公司为喂线工艺总结的优点。关键词：高镁合金；球化-孕育处理站；喂线工艺；球墨铸铁；蠕墨铸铁Abstract:Thispaperbrieflyintroducedgraphicallythedevelopmentandproductionofalloyswith25～40%ofmagnesiumandinoculants,verticalfeedersusedspecificallyforfoundry,operatinginstrumentsforinjectionsystemandveriousnodularizationandinoculationtreatmentstationswithdifferentladletransportingmodeinChina;Usingdataandphotoshighlightedtheapplicationresultsofcoredwiretechnologyontheproductionofveriouskindsofductileironcastings;Withproductiondatadescribedtheproductionachievementofqualitycompactedironbyusingdomesticinjectioninstallation,controlinstrumentandcoredwire;WithfactsconfirmedtheadvertagesofcoredwiretechnologysummarizedbyForeignCompanies.Keywords:Alloyswith25～40%ofmagnesium；Nodularizationandinoculationtreatmentstation；Coredwiretechnology；Ductileiron；Compactediron中国是上世纪90年代初才开始进行用喂线技术生产球铁用铁水的研究的[1],经过近20年的不断探索、改进与完善，如今中国不仅1.研制出了[3]适合于各种牌号和断面尺寸球铁铸件铁水处理用的高镁合金（图1）、孕育合金（图2）及其包芯线（图3）。图1高镁合金照片及成分表2010中国铸造活动周论文集-2-图2孕育合计照片及成分表图3包芯线照片2.设计制造出了供铸造厂专用的普通精度与高精度计数的立式喂线机（图4）及其手动与自动设定喂线参数的操控仪表（图5）。（a）普通计数精度（b）高计数精度图4铸造厂专用立式喂线机（a）人工设定喂线参数的仪表（b）自动设定喂线参数的仪表图5喂线装置操控仪表2010中国铸造活动周论文集-3-3.建造成了数十个以吊车、或叉车、或电动平车为处理包运送工具的、能处理350kg到210吨铁水的球化-孕育处理站（图6）；图6各种球化-孕育处理站（a,d—用吊车运送处理包的处理站；b—用叉车运送处理包的处理站；c,e,f—用电动平车运送处理包的处理站。）4.总结出了一整套喂线工艺理论与使用经验[2]。其基本要点是：z喂线速度是决定喂线处理能否取得预想结果的最重要因数,也即是保证包芯线的外皮始终是在包底附近才熔化的关键，否则，就不会有好结果；z铁水包、铁水重量以及所用的包芯线被选定之后，一种铁水包只有一个最佳速度，因此，喂线速度确定之后是不能随便修改与变动的；z喂线速度的高低主要取决于处理包中的铁水深度和所用包芯线的热容量，而包芯线的喂入长度则主要决定于基铁的硫含量和重量，目标残余含硫量和残余含镁量，单位长度包芯线的含镁量和镁的回收率；z铁水处理温度对喂线速度的影响不大，因此，当处理温度在小范围（≤30℃）变化时，可以不改变喂线速度；z处理温度对于镁回收率具有很大的影响，处理温度越高，镁蒸汽压力越大，镁回收率越低。为节约资源，降低成本，应在保证所需浇铸温度（尤其是开浇温度）的前提下尽可能减低处理温度；z所用包芯线的直径必须与处理包及铁水的重量相匹配，单位时间加入量越多，镁蒸汽量越大，镁2010中国铸造活动周论文集-4-从铁液逃逸的速度越快，镁损失越大，回收率越低。z处理包中的铁水应具有一定的深度（即一定的高径比），以便有足够的铁水静压去阻止镁蒸汽的逃逸，但不是在所有情况下都能获得理想的铁水深度，尤其是在非新建厂。不管怎样，为取得较好的结果，铁水深度应≮500mm；z导管出口离铁液表面的高度应该保持在规定的范围内，距离太近，易发生因铁水沸腾而导致导管管口被堵塞，距离太高，则易使包芯线失去必要的刚度，从而难以到达包底；z必须使包芯线能够以与铁液面近乎垂直的角度射入铁液，从而防止包芯线因刺入包壁而变坏处理过程；z在整个喂线处理过程中喂线速度的变化最多不得超过5%，这需要通过喂线机系统本身的性能和包芯线的质量来保证。5.使喂线技术成功用于重量从几百克到100吨的各种牌号和用途球铁铸件的生产，除了成本、质量与环境这些共性问题之外，还解决了其最突出的问题：（1）小球铁铸件生产厂最突出的问题是回炉料的利用问题用冲入法生产微型发动机和汽车制动器之类的铸造厂，铸件的出品率一般都不到50%，由于受含硅量的限制，造成回炉料堆积成山（图7）。图7堆积如山的回炉料这类铸造厂改用增硅量通常仅为0.14～0.24%的喂线法进行铁水处理之后，由于铁水的增硅量很少，因而可使回炉料在炉料中的比例由原来的0～20或30%提高到50～70%，这不仅使该厂不再存在回炉料的堆存问题，而且还能使企业获得从几十万到几百万元的年经济效益[4,5]。（2）产品总体质量不稳定的问题生产轮毂或管件之类球铁铸件的铸造厂是以批量大，品种少为特点，而生产工程机械之类球铁铸件的铸造厂则以品种多、批量小为特点，然而无论哪种特点的铸造厂，当用冲入法进行生产时，都不同程度地存在着残余镁含量较大，产品总体质量不稳定的问题。采用如图8所示的球化-孕育处理站进行铁水处理之后，使球铁的残余镁含量只在同一数量级的很小范围内（如0.002-0.004%）变化，处理结果具有极好的重现性(见表1)。2010中国铸造活动周论文集-5-图8某小球铁铸件铸造厂的铁水球化-孕育处理站表1该厂的检验结果（3）用冲天炉铁水直接生产大断面球铁铸件的问题在图9所示的脱硫-球化-孕育处理站中,直接用冲天炉铁水生产高炉水冷炉壁和烧结台车（图10）之类高延伸率大断面球铁，由于在1330℃左右的温度下进行铁水处理,能根据事前已知的铁水重量准确加入球化包芯线,能把有较强抗衰退作用的重稀土加入到孕育包芯线中，而且能在铁水处理完后很短时间内进行浇铸，以及能对处理作业产生的烟气进行管理等等。这样，不仅大幅度提高了铸件的质量，明显降低了生产成本，而且还大大减轻了工人的劳动强度，完全消除了处理作业对环境的污染[6,7]。2010中国铸造活动周论文集-6-图9冲天炉铁水的脱硫-球化-孕育处理站图10烧结台车车体铁水处理前后成分的变化如表2所示。表2铁水处理前后成分的变化2010中国铸造活动周论文集-7-表3是对试块的检测结果。表3试块的机械性能检测结果试样编号：拉伸强度（MPa）延伸率（%）9#(附铸试块)4221910#(附铸试块)4192111#(附铸试块)39820.514#(附铸试块)4182016#(附铸试块)4212018#(附铸试块)4202021#(附铸试块)41820下图是用两种方法生产的高炉冷却壁附铸试样的金相照片。喂线法冲入法图11用不同方法生产的冷却壁附铸试样的金相照片，×100下图是用喂线法生产的铸件浇冒口根部试样的金相照片，×100。图12铸件浇冒口根部试样的金相照片，×100（4）出口铸件或大型制造厂专用配套铸件生产的质量问题某专门为奔驰载重汽车生产桥壳的铸造厂原先是用冲入法生产处理铁水，一直存在着铁水脱硫差，球化等级低，石墨球较大，铸件性能不稳定等诸多问题。改用喂线法之后，使产品的质量发生了根本性的改变[8]。2010中国铸造活动周论文集-8-表4和5列出的是用冲入法和喂线法进行的铁水处理的结果。表4用两种方法处理的铁水之最终成分表5对单铸试样进行的金相与性能的检测结果2010中国铸造活动周论文集-9-图13是用两种方法生产的试样的金相照片。图13两种处理方法试样的金相照片（5）提质降耗与节能减排的问题某大型机械轧辊有限公司,多年来生产离心复合轧辊辊芯用的铁水,都是用冲入法进行脱硫和球化处理。改用一步完成铁水的脱硫、球化和孕育的喂线处理站（图14）之后，不仅提高了产品质量，减少了合金消耗，简化了处理作业，降低了生产成本，消除了脱硫和球化作业对环境的污染，解决了困扰企业多年的这些难题，而且还使企业的节能减排工作上了一个新台阶，并取得了可观的经济和社会效益[9]。*注：分子为GGG55的值，分母为GGG60的值2010中国铸造活动周论文集-10-图14一步完成铁水脱硫、球化和孕育的处理站图15进行铁水处理时的情景由图15，16和17可以看出，新老工艺在作业环境方面的巨大差别。图16用碳酸钠进行铁水脱硫时的情景图17用冲入法进行铁水球化处理时的情景用在切环上截取的试棒所进行的抗拉强度、延伸率及金相检验结果分别出示在表6和图18中。表6抗拉强度和延伸率的检验结果2010中国铸造活动周论文集-11-图18金相检验结果该公司出具的财务证明表明[9]：与老工艺相比，吨铁处理成本节省＝489.19－285.17＝260.225元/吨铁水。（6）大型和特大型球墨铸铁铸件的生产问题我国已建成世界最大的、能处理250吨以上铁水的喂线处理站，并已成功生产出了重达90吨[10]、符合高延伸率和高低温冲击韧性要求的球铁铸件（图19-22）。图19能处理250吨铁水的喂线处理站图20用喂线法生产的90吨重高延伸率和高低温冲击韧性球铁铸件图21正进行铁水处理时的情景图22进行浇铸时的情景2010中国铸造活动周论文集-12-图23是该铸件不同部位附铸试样的金相照片。（a）床身（b）立柱图23附铸试样不同部位的金相照片（7）兆瓦级高延伸率、高低温冲击韧性鋳态球墨铸铁铸件的生产问题。由于用喂线技术能精准地加入球化剂和孕育剂，尤其是可以通过对孕育合金成分与加入数量的选择而对孕育作业进行调控，因而能够生产出球化级别为1-2级，球数不超过100/mm2的高延伸率和高低温冲击韧性鋳态铁素体球铁[11]。图24和25示出的是分别建于某中日合资企业和台资企业的处理站。图24某中日合资企业的球化-孕育处理站图25某台资企业的6喂线机球化-孕育处理站图26是用喂线法生产的铸件的金相照片，表7是各种铸件的生产结果。图26试样的金相照片2010中国铸造活动周论文集-13-表7用喂线工艺进行铁水处理的结果汇总成份，%性能日期出铁量，t浇铸温度，℃CSiMnPSMg抗拉屈服伸率硬度铁素体球化级别球数11-304.513233.462.330.1670.0370.0110.0444029026156951.58012-14.213263.432.160.2080.0410.00650.04447028520163851.56512-157.213053.552.460.2010.0390.0080.05544030026159951.58412-177.213213.332.430.2310.0380.00560.04745531025149951.57712-1910.513303.462.410.1890.030.0050.04644530523156951.58012-221013103.432.450.180.