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摘 要：新兴铸管热模离心球墨铸铁管始建于2005年，自开始生产，球化方式经冲入法、转包处理法，目前正在使用喷吹处理法。但由于热模球铁管冷却慢、处理后铁水停留时间长、铁水温度不稳定、浇注系统导致的铁水浇注散流、飞溅等因素影响，导致使用喷吹法球化质量不稳定，球化衰退现象比较普遍，镁粒消耗也居高不下。本文介绍了在现有喷镁球化工艺的基础上，通过试验的方式摸索、改进一种新型的球化方式，极大地提高和改善了球化质量，同时也节约了球化成本。
关键词：球墨铸铁管 球化工艺 改进
中图分类号：TU991.36 文献标识码：A 文章编號：1674-098X（2017）12（b）-0077-02
新兴铸管目前采用喷吹处理法进行球化处理，但存在质量不稳定、球化衰退现象比较普遍等问题。本文通过试验的方式尝试多种方法，改进目前球化方式，改善球化质量，并降低球化成本。
1 目前球化方式的状况
喷吹法是将喷枪插入球化包铁水底部，利用氮气作为载体，在0.4～0.5MPa压力下，把0.2mm粒度以下镁粒喷入铁水深部，使之在强烈的搅拌条件下与铁水反应，从而完成球化处理的方法。细粒状镁粒以较高速度在铁水中运动，大大改善反应的扩散条件，提高反应速度，使硫、氧充分消除，效果较好[1]。
喷吹法也有一定弊端，喷镁球化时必须确保喷吹罐能够稳定均匀连续并且可调流量地喷吹颗粒镁，否则会带来一系列的后果。如果供镁不均匀呈脉冲状，会造成镁短时间剧烈反应形成铁水大量喷溅，铁损增高。没有反应完的镁上浮到表面燃烧，镁的收得率下降，脱硫率下降，这些往往成为喷镁失败的主要原因，同时过于集中的镁粒还容易造成堵枪，不得不停止喷吹进行处理，延长了处理周期，降低了设备的作业率和完好率。
同时在大口径热模离心球墨铸铁管实际生产时，影响因素较多：
（1）热模球铁管规格一般为DN1200以上的大口径，生产节奏比较长，15～20min/支，铁水自球化后等待时间约10min。
（2）每支管铁水吨位≥3.6t，浇注时间40～45s，由于铁量大浇注过程铁水飞溅、翻花严重，容易造成铁水氧化。
（3）热模离心球铁管为了避免产生铸态渗碳体，生产每支管时都要在管模模具表面喷涂0.8～1.00mm的隔热涂层，导致冷却速度慢。
（4）由于生产节奏影响导致铁水温度不稳定。
（5）由于喷镁氮气压力的波动导致喷镁不均匀。
（6）铁水球化效果受喷枪插入液面深度影响。
故实际生产时球化衰退缺陷较多。此外，镁粒消耗也居高不下，导致成本上涨。
2 球化方式的改进
2.1 改进方案
为了减少热模实际生产中影响因素对球化质量的影响，新兴铸管在生产大口径热模球铁管时尝试新的球化方式。理论认为，球化时间距离浇注时间越短，球化效果越好，因此在浇注的时候尝试增加一次球化。
改进方案：利用喷吹法进行喷镁，相同镁粒分两次加入。第一次球化主要减少铁树中的熔渣，净化铁水；以模粉作为载体，均匀混合加入镁粒，在浇注时利用氮气将模粉、镁粒混合物在管模模具内均匀布料，可以实现边浇注边球化，提高球化质量，
益处：浇注、球化同步进行，充分发挥Mg的球化作用。避免因铁水温度波动、铁水氧化、等待时间长等因素造成球化衰退。同时和第一次喷吹法同时进行，避免浇注时球化的夹渣缺陷。
2.2 试验条件、过程
铁水熔炼条件：2座20t容量、3000kWh功率电炉；铁水升温温度1450℃，静置5～10min充分出渣；出铁温度1420℃～1450℃。
铁水成分：C 3.3%～3.5%，Si 0.8%～1.2%，Mn 0.2%～0.3%，P 0.070%～0.080%，S 0.020%。
试验规格：1600K9规格，出铁量6.15t。
第一次喷吹球化参数见表1，喷镁量由原来的2.5～3.0kg/t改为1.5kg/t，球化铁水Mg含量由原来的0.070%～0.090%降到0.040%～0.050%。
第二次球化参数：管模粉与镁粒混合比例为10∶1，混合物内的镁粒吨铁加入量为1kg/t。试验两次球化镁粒吨铁消耗量合计是2.5kg/t。
2.3 试验结果
2.3.1 球化质量
通过对比发现，石墨球圆整度、石墨球密度、大小、二次球化试验管的球化质量均比原喷吹球化质量大大提升。数据对比见表2。
2.3.2 性能
二次球化试验管的抗拉强度达到505MPa，延伸率为16.5%，略优于正常喷吹球化管。
2.3.3 断口分析
二次球化试验管管壁断口宏观呈银灰色，无白口倾向。整个断面致密、无明显夹渣情况，仅局部内壁表层2mm范围内有渣层疏松。第一次喷吹法除渣效果显著，第二次管模内浇注时球化并未造成管壁夹渣。
2.3.4 弊端
第一，本次试验通过改变以往的喷镁方式，将球化时间延后到与浇注时间同步，充分发挥镁的球化作用，铸件的金相球化效果得到了很大提高，但喷镁量相同，成本并没有下降。
第二，由于镁粒在管模模具内与铁水反应剧烈，对喷涂在管模模具表面的隔热涂层造成破坏，造成离心球铁管管身细微粘铁，影响管身外观。
3 方案优化
3.1 针对上述试验弊端，在原来试验基础上进行优化
（1）将第二次球化所用的镁粒改为镁粉均匀混合，减弱镁粒剧烈反应对涂层的集中破坏，并将用量逐渐减小进行试验。
（2）将管模模具喷涂涂层强度（提高膨润土与硅藻土的比例）提高。
3.2 试验结果
（1）通过将镁粒改为镁粉，提高涂层强度，管身外观粘铁消失，外观得到提升。
（2）将第一次喷吹镁的加入量降低为1.2kg/t，二次球化镁的加入量分别调为0.9kg/t、0.8kg/t、0.7kg/t、0.6 kg/t。当下降到0.6%时，平均球化率保持在80%以上，仍较正常喷吹法的球化效果好（见表4）。
成本方面，镁吨铁消耗量可以降到1.8kg/t，节约镁粒成本至少0.7kg/t。
4 结语
（1）通过二次球化的方式，实现球墨铸铁管边浇注边球化，既可以避免夹渣，又可以忽略球化铁水等待时间长、浇温波动大等客观条件对球化衰退的影响，极大改善了热模铸铁管球化质量。
（2）在保证球化质量的前提下，二次球化的方式可以节省镁的消耗，在目前镁消耗基础上，加强除渣可进一步减少消耗。
（3）逐步实现孕育剂中添加镁的成分，实现边孕育边球化，合理优化球化工艺。
参考文献
[1] 郝石坚.球墨铸铁[M].化学工业出版社，2014.
[2] 金海军.喷镁脱硫球化工艺技术改进及应用[J].河南冶金，2009（5）：33-35.
[3] 安志平.喷镁球化在离心球墨铸铁管生产中的应用[J].热加工工艺，2011（17）：75.
关键词：球墨铸铁管 球化工艺 改进
中图分类号：TU991.36 文献标识码：A 文章编號：1674-098X（2017）12（b）-0077-02
新兴铸管目前采用喷吹处理法进行球化处理，但存在质量不稳定、球化衰退现象比较普遍等问题。本文通过试验的方式尝试多种方法，改进目前球化方式，改善球化质量，并降低球化成本。
1 目前球化方式的状况
喷吹法是将喷枪插入球化包铁水底部，利用氮气作为载体，在0.4～0.5MPa压力下，把0.2mm粒度以下镁粒喷入铁水深部，使之在强烈的搅拌条件下与铁水反应，从而完成球化处理的方法。细粒状镁粒以较高速度在铁水中运动，大大改善反应的扩散条件，提高反应速度，使硫、氧充分消除，效果较好[1]。
喷吹法也有一定弊端，喷镁球化时必须确保喷吹罐能够稳定均匀连续并且可调流量地喷吹颗粒镁，否则会带来一系列的后果。如果供镁不均匀呈脉冲状，会造成镁短时间剧烈反应形成铁水大量喷溅，铁损增高。没有反应完的镁上浮到表面燃烧，镁的收得率下降，脱硫率下降，这些往往成为喷镁失败的主要原因，同时过于集中的镁粒还容易造成堵枪，不得不停止喷吹进行处理，延长了处理周期，降低了设备的作业率和完好率。
同时在大口径热模离心球墨铸铁管实际生产时，影响因素较多：
（1）热模球铁管规格一般为DN1200以上的大口径，生产节奏比较长，15～20min/支，铁水自球化后等待时间约10min。
（2）每支管铁水吨位≥3.6t，浇注时间40～45s，由于铁量大浇注过程铁水飞溅、翻花严重，容易造成铁水氧化。
（3）热模离心球铁管为了避免产生铸态渗碳体，生产每支管时都要在管模模具表面喷涂0.8～1.00mm的隔热涂层，导致冷却速度慢。
（4）由于生产节奏影响导致铁水温度不稳定。
（5）由于喷镁氮气压力的波动导致喷镁不均匀。
（6）铁水球化效果受喷枪插入液面深度影响。
故实际生产时球化衰退缺陷较多。此外，镁粒消耗也居高不下，导致成本上涨。
2 球化方式的改进
2.1 改进方案
为了减少热模实际生产中影响因素对球化质量的影响，新兴铸管在生产大口径热模球铁管时尝试新的球化方式。理论认为，球化时间距离浇注时间越短，球化效果越好，因此在浇注的时候尝试增加一次球化。
改进方案：利用喷吹法进行喷镁，相同镁粒分两次加入。第一次球化主要减少铁树中的熔渣，净化铁水；以模粉作为载体，均匀混合加入镁粒，在浇注时利用氮气将模粉、镁粒混合物在管模模具内均匀布料，可以实现边浇注边球化，提高球化质量，
益处：浇注、球化同步进行，充分发挥Mg的球化作用。避免因铁水温度波动、铁水氧化、等待时间长等因素造成球化衰退。同时和第一次喷吹法同时进行，避免浇注时球化的夹渣缺陷。
2.2 试验条件、过程
铁水熔炼条件：2座20t容量、3000kWh功率电炉；铁水升温温度1450℃，静置5～10min充分出渣；出铁温度1420℃～1450℃。
铁水成分：C 3.3%～3.5%，Si 0.8%～1.2%，Mn 0.2%～0.3%，P 0.070%～0.080%，S 0.020%。
试验规格：1600K9规格，出铁量6.15t。
第一次喷吹球化参数见表1，喷镁量由原来的2.5～3.0kg/t改为1.5kg/t，球化铁水Mg含量由原来的0.070%～0.090%降到0.040%～0.050%。
第二次球化参数：管模粉与镁粒混合比例为10∶1，混合物内的镁粒吨铁加入量为1kg/t。试验两次球化镁粒吨铁消耗量合计是2.5kg/t。
2.3 试验结果
2.3.1 球化质量
通过对比发现，石墨球圆整度、石墨球密度、大小、二次球化试验管的球化质量均比原喷吹球化质量大大提升。数据对比见表2。
2.3.2 性能
二次球化试验管的抗拉强度达到505MPa，延伸率为16.5%，略优于正常喷吹球化管。
2.3.3 断口分析
二次球化试验管管壁断口宏观呈银灰色，无白口倾向。整个断面致密、无明显夹渣情况，仅局部内壁表层2mm范围内有渣层疏松。第一次喷吹法除渣效果显著，第二次管模内浇注时球化并未造成管壁夹渣。
2.3.4 弊端
第一，本次试验通过改变以往的喷镁方式，将球化时间延后到与浇注时间同步，充分发挥镁的球化作用，铸件的金相球化效果得到了很大提高，但喷镁量相同，成本并没有下降。
第二，由于镁粒在管模模具内与铁水反应剧烈，对喷涂在管模模具表面的隔热涂层造成破坏，造成离心球铁管管身细微粘铁，影响管身外观。
3 方案优化
3.1 针对上述试验弊端，在原来试验基础上进行优化
（1）将第二次球化所用的镁粒改为镁粉均匀混合，减弱镁粒剧烈反应对涂层的集中破坏，并将用量逐渐减小进行试验。
（2）将管模模具喷涂涂层强度（提高膨润土与硅藻土的比例）提高。
3.2 试验结果
（1）通过将镁粒改为镁粉，提高涂层强度，管身外观粘铁消失，外观得到提升。
（2）将第一次喷吹镁的加入量降低为1.2kg/t，二次球化镁的加入量分别调为0.9kg/t、0.8kg/t、0.7kg/t、0.6 kg/t。当下降到0.6%时，平均球化率保持在80%以上，仍较正常喷吹法的球化效果好（见表4）。
成本方面，镁吨铁消耗量可以降到1.8kg/t，节约镁粒成本至少0.7kg/t。
4 结语
（1）通过二次球化的方式，实现球墨铸铁管边浇注边球化，既可以避免夹渣，又可以忽略球化铁水等待时间长、浇温波动大等客观条件对球化衰退的影响，极大改善了热模铸铁管球化质量。
（2）在保证球化质量的前提下，二次球化的方式可以节省镁的消耗，在目前镁消耗基础上，加强除渣可进一步减少消耗。
（3）逐步实现孕育剂中添加镁的成分，实现边孕育边球化，合理优化球化工艺。
参考文献
[1] 郝石坚.球墨铸铁[M].化学工业出版社，2014.
[2] 金海军.喷镁脱硫球化工艺技术改进及应用[J].河南冶金，2009（5）：33-35.
[3] 安志平.喷镁球化在离心球墨铸铁管生产中的应用[J].热加工工艺，2011（17）：75.