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球化劑
鎖定
- 中文名
- 球化劑
- 外文名
- nodulizer
- 目 的
- 為獲得球狀石墨鑄鐵
- 主要成分
- 鎂、稀土、硅、鈣、鋇、鐵等
- 類 型
- 鎂硅系合金、稀土鎂硅系合金等
- 應 用
- 鑄鐵鑄造領域
- 應用學科
- 冶金工業
球化劑產品簡介
使鑄鐵中的石墨結晶成球狀的添加劑,謂之“球化劑”。“球化劑”的主要成分是球化元素,如Mg、Ce、Ca等。球墨鑄鐵中的球狀石墨就是鑄鐵鐵液經球化處理後而成,使其強度大大高於灰鑄鐵,韌性優於可鍛鑄鐵,同時還能保持灰鑄鐵的一系列優點。但球墨鑄鐵熔鑄時所使用的“球化劑”能增加焊縫產生“白口”和淬硬組織的傾向,使焊縫及熱影響區(尤其是熔合區)誘發裂紋。故球墨鑄鐵的焊接性要比灰鑄鐵更差。
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我國普遍使用的球化劑是硅鐵稀土鎂合金,國外大都採用鎂系球化劑(純鎂和鎂合金),少數國家則採用鈣系球化劑。
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球化劑的發展對促進球鐵生產起着重要的作用。鈰是很早被確認的球化劑,當時鈰的來源稀少,對鐵水成分要求苛刻,使鈰球鐵無法用於工業生產。鎂球化劑才使球鐵獲得工業規模的生產應用,由純鎂到鎂鎳、鎂銅、鎂硅鐵合金球化劑的發展,促進了球鐵生產的擴大。稀土鎂硅鐵球化劑的發展使我國球鐵生產基本上立足於國內資源,建立了我國的稀土鎂球鐵系列,擴大了生鐵的使用範圍,提高了球鐵鑄件性能和質量,使球鐵生產更加蓬勃發展。釔重稀土的應用為發展新型複合球化劑創造了條件。各種球化元素的綜合利用,將為球鐵生產的進一步發展和提高創造良好條件。
對球化劑的基本要求是:
(1)球化能力強;
(2)資源豐富、價格低廉、易於熔制;
(3)對各種成分(如共晶度、含硫量、含反球化元素及合金元素)和温度的鐵水適應能力強;
(4)球化反應動力學條件好,反應又比較平穩,反應產物易於排除,用量少,降温少,球化處理工藝性好。
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球化劑類型
包括鎂硅系合金、稀土鎂硅系合金、鈣系合金(日本用的較多),鎳鎂系合金、純鎂合金、稀土合金。其中最為廣泛的是稀土鎂硅鐵合金,鈣鎂球化劑主要是日本生產和應用,如日本信越(SHIN--ETSU)生產的鈣系合金NC5、NCl0、NCl5、NC20、NC25中鎂含量從4%~28%(質量分數)變動,但鈣含量變化較小,其變化範圍為20%~31%(質量分數);此類合金白口傾向小,但要求處理温度高,處理後渣量大。鎳鎂合金在美洲、歐洲均有應用,這些合金的優點是相對密度大,反應平穩,鎳可起合金化作用,價格貴,這種合金在中國較少應用。純鎂合金處理時要用專用的壓力加鎂包,鎂的吸收率高,但處理安全措施極為嚴格,生產中應用比較少。
稀土是發明球墨鑄鐵時使用的球化劑,它的發現推進了球墨鑄鐵應用的進程。價格高,白口傾向大,過量會使石墨變態,現在已不作為球化劑單獨使用,僅作為輔助球化元素。
鎂粉和鐵粉及所設計的硅含量直接加壓成型,這種球化劑中含硅很低,通常稱為低硅壓塊狀球化劑,因而為後續的孕育提供了大的餘地,有利於生產鑄態球墨鑄鐵,但這種合金易漂浮,處理效果波動大,處理時最好跟塊狀球化劑混合使用。將鎂粉、鐵粉包覆在薄鋼板或鋼板中,將其快速送入鐵液中達到球化目的。這種球化劑較貴,且設備投資大,但處理時合金吸收率高,因此處理球墨鑄鐵的總成本幾乎沒有提高。粉狀球化劑使用時將鎂粉與抑制劑混合放入包內,並使鐵液從合金表面上流過,逐層與合金反映達到球化效果,這種專門工藝稱之為MC。
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球化劑製作原則
(一)金屬爐料中干擾球化元素的含量
(1)生鐵中
含量較高,如
生鐵,球化劑應含有適量的稀土。
(2)當爐料中干擾元素含量較高時,應選用含稀土較高的球化劑。
(3)用高純生鐵T<0.1%(Ti、Cr、Sn、V、Sb、Pb、Zn)可以用鎂硅鐵合金球化劑。
(4)球化劑中稀土含量應保證球化後山(RE。)≥0.4%~0.024%。
(二)原鐵液温度和硫含量
(三)生產工藝及鑄件的要求
(四)球化工藝
比較常用的球化工藝是衝入法,廣泛適合各種温度和含硫量的鐵液球化及各種批量生產的各類鑄件。
目前國內外在球墨鑄鐵生產中主要應用火法冶煉的合金,壓塊球化劑、包芯線球化劑、粉狀球化劑應用的很少,火法冶煉的球化劑在生產中應用佔90%以上,目前這類合金中增加Ba、Ca、Pb、Cu、Ni等以達到控制基體目的,對合金中的氧化鎂含量已有限量指標。
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球化劑控制指標
影響球化劑質量的因素有:成分、粒度、形狀、密度、
含量等。
(1)球化劑成分不準。
(2)球化劑粉化,合金粒度不合要求。
(3)球化劑密度波動大、有些球化劑上浮快,反應過於激烈,安全無保證。
(4)
含量過高,球化處理不良,球化劑加入量過大。
(5)球化處理後衰退快。
(6)球化後白口傾向大。
一是合金生產廠提供質量合格的產品。首先要完善氧化鎂分析,嚴格控制原輔材料,控制促進合金粉化的元素和干擾元素,加強管理;二要嚴格執行準確的熔鍊工藝,控制好影響球化劑質量的主要指標;三是提供用户所要求的粒度;四要生產的工人進行培訓,讓工人懂得合金特性及準確的使用方法。生產中的問題與生產工人素質直接相關。需要合金生產廠家和使用廠家的配合,普及提高對球墨鑄鐵的認識和生產技術水平。
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球化劑應用
鑄鐵鑄造領域。
含鎂量4%、5%、5.5%屬於低鎂球化劑,RE在1%-2%之間,多用於中頻爐熔鍊、低硫鐵液的球化處理。它具有球化反應和緩、球化元素易於充分吸收的優點。含鎂量6%、7%屬中鎂系列球化劑,多用於沖天爐、電爐雙聯熔鍊,或中頻爐熔鍊珠光體型鑄態球墨鑄鐵鑄件。根據鑄件壁厚和原鐵水含硫量,確定合適的球化劑加入量,適用範圍廣,球化處理工藝寬泛。高鎂系列球化劑,適合沖天爐熔鍊、含硫量0.06%-0.09%的鐵液,加入量在1.6%-2.0%之間。低鋁球化劑使用於容易產生皮下氣孔缺陷的鑄件,以及對鐵液含鋁量有要求的鑄件。純Ce、純La生產的球化劑,球化處理後鐵液純淨夾雜物少、石墨球圓整。釔基重稀土生產的球化劑適合於大斷面鑄件,延緩球化衰退、防止塊狀石墨。含Sb球化劑用於珠光體型球墨鑄鐵。低硅球化劑適用於使用大量回爐料的鑄造工廠;鎳鎂球化劑則用於高鎳奧氏體球墨鑄鐵。