低硅球化剂在轿车球铁上的应用

球化处理是球铁生产中必不可少的工艺,采用何种球化剂生产球铁直接关系到铸件球化质量和生产成本。国内大多数铸造企业球化处理采用稀土-镁-硅球化剂，稀土-镁-硅球化剂主要成分是w(Mg)5％～8％、w（Si）42％～48％、w（Re）0.5％～1.5％（0.5%-8%）其余是铁。由于稀土-镁-硅球化剂中有w（Si）42％～48％的硅，从而限制了生产中回炉料的配比。该球化剂适用于出品率较高球铁生产和回炉料较少的铸造企业。圣德曼铸造有限公司主要生产轿车铸铁件，产品有曲轴、制动盘、排气管、制动壳体、制动支架、转向节、凸轮轴、离合器压盘，最小铸件只有0.8Kg，最大铸铁件20Kg，又由于铸铁件内部不允许有任何细微疏松的特殊要求和DISA造型线垂直分型的工艺，球铁的平均出品率较低，造成球铁生产越多，回炉料积压越多，回炉料无法达到平衡。为了解决球铁回炉料平衡使用，前几年圣德曼铸造有限公司采用了将球铁的回炉料使用到灰铸铁产品上，回炉料还是有积压。为了彻底解决回炉料积压问题，我们试用了石家庄北科德瑞冶金材料有限公司生产的低硅球化剂，从而彻底地解决回炉料积压难题。球化处理时，使用部分低硅球化剂，球化处理前原铁液含硅量就可以提高，从而可以增加回炉料使用，减少新生铁和废钢使用量，最终实现轿车球铁件生产中回炉料产生和回用的平衡。

一、稀土-镁-硅球化剂和低硅球化剂生产工艺

1. 稀土-镁-硅球化剂生产工艺

稀土-镁-硅球化剂生产一般采用0.5吨～1.0吨中频感应电炉熔炼，每炉熔炼200Kg～400Kg，熔炼时间30分钟左右，根据配比不同以稀土硅铁、硅铁、镁锭和废钢进行配比熔炼而成，炉料加入感应电炉顺序：硅铁－镁锭－硅铁－稀土硅铁－废钢，出炉温度在1200℃～1300℃，镁的吸收率80％～90％。该球化剂生产工艺简单，镁烧损多，球化剂中w（MgO）0.6％～1.0％，高的氧化镁球化剂降低球化质量。

2. 低硅球化剂生产工艺

低硅球化剂由w（Mg）7％～9％、w（Re）0.5％～1.5％、w（Ca）≤4.0％及铁粉（余量）混制而成，铁粉采用球铁的铁屑，保证w（S）≤0.02％，铁粉需经600℃～700℃高温除湿、除油，另外铁粉不能有锈蚀，机械均匀混合后经50吨高压压制而成，压制时间为2s～3s，粒度为Φ16mm×15mm，低硅球化剂抗压强度≥75Mpa，密度≥4.9g/cm3，采用小批量混制，成分绝对均匀，w（MgO）可以控制在≤0.1％。

二、低硅球化剂特点

低硅球化剂含有少量硅，球化处理后铁液基本不增加硅含量，又能起球化作用，这样，可以增加回炉料的配比，减少新生铁用量。低硅球化剂与稀土-镁-硅球化剂相比有以下特点：

1. 低硅球化剂中的镁是以纯金属镁形式存在，其熔点只有650℃，如混制不均匀或压制密度低，球化处理反应较为剧烈，影响球化质量。

2. 低硅球化剂由于是机械性混合物，其氧化镁很低，可以最大限度发挥球化剂中的镁作用，从而可以减少球化剂的加入量。

3. 该球化剂采用50吨高压压制而成，其密度高，抗压强度高，避免了球化剂在搬运过程中产生大量碎屑，减少了浪费现象。规格均匀及高致密的低硅球化剂保证在球化处理反应时比较平稳，从而可以有效提高铸件的球化质量。

4. 低硅球化剂可以根据用户需求进行小批量混制，如每包球化处理1.0吨铁液，球化剂总加入量15Kg，低硅球化剂加入量是三分之一，则每次采用5Kg混制并5Kg一袋小包装，可保证该批混制的低硅球化剂成分绝对均一性。如一次混制量过多或在料斗中存放时间较长，其所含的稀土、镁等元素会在铁粉中产生迁移现象，使得成分严重偏析，球化质量受到影响。

5. 为了防止低硅球化剂中的金属镁与氧反应，采用防潮、防氧化包装，有效隔绝了空气中的氧与金属镁反应，延长了低硅球化剂存放时间。

三、影响球化剂质量因素

球铁生产必须经球化处理才能使石墨形态成球状，铸件石墨形态成球后机械性能、延伸率得到明显提高，而球化剂中镁是必不可少的球化元素。铸件球化质量除球化处理温度、球化剂加入量、浇注时间和铁液成分因素外，球化剂本身质量至关重要，影响球化剂质量的因素有：

1.球化剂成分

球化剂成分不稳定会造成球化质量波动，如有效镁含量高，反应过于激烈，降低镁的吸收率，有效镁含量低，影响铸件球化率。

2.粒度不均匀

稀土-镁-硅球化剂粒度不均匀，甚至还含有球化剂合金的粉化，其堆积密度一般在2.0g/cm3～2.3g/cm3。球化剂粒度分布应均匀，无粉状合金，如含有大量粉状和小颗粒球化剂，则增加了球化剂的表面积，在存放时加快了球化剂中镁的氧化，凡是粒度不匀、粉末多、断口色泽灰暗有杂质都是不好的球化剂。低硅球化剂由于是用模具压制而成，其粒度均匀，堆积密度2.5g/cm3～2.6g/cm3，稳定了球化质量。

3.球化剂的密度

球化剂的主要成分是硅、铁、镁，其密度、沸点均低于铁液，如球化剂不致密，球化处理时球化剂很快上浮于鉄液面，造成镁蒸汽在鉄液上面溢出，反应过于激烈，烧损严重，操作人员安全无法得到保证。

4.球化剂的断口

球化剂的断口应是银白色、致密、无偏析、无夹渣、无缩孔缩松。

5.球化剂中氧化镁含量

球化剂中的氧化镁含量高，有效球化元素的镁含量相应降低，影响球化质量，为了保证铸铁件球化质量，需增加球化剂加入量，这样，铸件白口倾向会增大，影响铸件的加工性能，现在很多球化剂生产厂家生产球化剂中的w（MgO）≤1.0%。用炉内压镁法工艺生产球化剂，就是将炉内的金属炉料升到规定的温度，炉口用铁罩子将金属镁压入炉内，由于炉料从开始熔解温度至出炉时间段内，金属镁不烧损，该生产工艺的w（MgO）≤0.5%，理想的稀土-镁-硅球化剂中的氧化镁含量应小于镁含量的10%。

四、使用低硅球化剂铸铁件的质量

球化处理采用1.0吨球化包，球化剂加入总量1.5％，其中低硅球化剂加入0.5％，覆盖铁片加入量1.0％，炉料配比废钢32％、回炉料68％，球化处理铁液温度1500℃～1540℃，根据铸件壁厚不同，浇注温度1360℃～1430℃，孕育量0.35％。表1是稀土-镁-硅单一球化处理与低硅球化剂和稀土-镁-硅球化剂混合球化处理参数对比。

制动壳体试制参数对比 表1

由表1可以看出，使用低硅球化剂与稀土-镁-硅球化剂混合用于球铁生产时，铸件的球化率全部达到90％，因此，使用三分之一低硅球化剂，在不影响球化质量的前提下，可有效解决球铁生产中回炉料配比过低的问题。

低硅球化剂由于有其优点：密度和粒度均匀、成分稳定、氧化镁含量低，圣德曼铸造有限公司从开始试用低硅球化剂到正常大批量使用，从未发生过由于使用低硅球化剂而造成球化不良的废品。

五、使用低硅球化剂增加回炉料配比

如生产某一球铁，最终要求成分w（Si）2.5％～2.6％，其它成分不计，使用三分之一的低硅球化剂，可以增加回炉料配比8％（见表2）。

使用稀土-镁-硅与低硅球化剂回炉料配比对比 表2

如年产3.5万吨球铁，出品率按40％计，不计废品，则年需球化处理铁水：

3.5万吨÷40％＝8.75万吨

每年增加回炉料使用量＝87500吨×8％＝7000吨

六、使用低硅球化剂注意事项

低硅球化剂由于是机械混合而成，球化剂表面粘有镁粉，镁的燃烧温度又较低，为了避免低硅球化剂表面镁提前燃烧，低硅球化剂使用应注意以下几点：

1. 选用合理球化反应室尺寸

合理的球化反应室能提高球化质量，并可减少球化剂加入量，球化反应室计算原则是，球化反应室中的球化剂在球化处理时能完全反应熔化的情况下，上口的表面积越小越有利于球化剂中的镁元素吸收。可根据球化剂、孕育剂、覆盖钢片的堆积密度和加入量计算球化反应室的容积，如稀土-镁-硅球化剂堆积密度按2.1 g/cm3计，低硅球化剂的堆积密度按2.5g/cm3计，75硅铁孕育剂堆积密度按1.6g/cm3计，覆盖钢片堆积密度按3.2 g/cm3计，球化处理鉄液1.0吨，稀土-镁-硅球化剂加入量1.0％，低硅球化剂加入量0.5％，孕育剂加入量0.2％，覆盖钢片加入量1.0％,球化反应室体积需：

V0=V1+V2+V3+V4

V0-总体积cm3

V1-稀土-镁-硅球化剂堆积体积g/cm3

V2－低硅球化剂的堆积体积g/cm3

V3－孕育剂堆积体积g/cm3

V4－覆盖钢片堆积体积g/cm3

根据球化反应室的容积计算，确定反应室尺寸Φ240mm×280mm

球化反应室容积cm3＝п×ｒ2×h

3.14×122×28＝316500px3

球化反应室随着使用频次提高，反应室的粘渣厚度会增加，所以计算反应室容积时其深度需适当增加20mm～30mm。

2. 球化剂和合金加入顺序

球化包的鉄液倒出后，包内的温度还是较高，为了避免低硅球化剂表面镁提前反应，合理加入顺序：稀土-镁-硅球化剂→低硅球化剂→孕育剂→覆盖铁片。先加入稀土-镁-硅球化剂可以大量吸收反应室的热量，然后再加入低硅球化剂，上面压有孕育剂和覆盖钢片，这样，低硅球化剂处于中间层，其吸热量可以减少到最低，提高球化质量。

3. 低硅球化剂加入球化包内时间上控制

温度较高的球化处理包，球化剂和其它合金加入包内后，应尽快出鉄液进行球化处理，避免反应室内的低硅球化剂表面镁燃烧，防止球化剂和合金成熔融状球化反应不起作用。有条件的铸造企业可以采用2个球化处理包交替使用，待球化反应室内的温度降低后再加入球化剂，球化剂加入后及时进行球化处理，可以稳定球化质量。

4. 球化处理温度控制

球化处理温度过低，镁的吸收率虽然可以得到提高，但可能会影响浇注时的温度控制，浇注簿壁件会产生冷隔、浇不足的缺陷。球化处理温度过高，反应过于激烈，镁的烧损严重。铁液球化处理温度的控制，应在保证浇注温度情况下，球化处理温度越低越好，可以提高镁吸收率。另外，球化处理出铁液时，包内的五分之三铁液最好快出，这样，球化剂还末上浮反应时，包内的铁液得到不断的补充，球化剂的反应始终在铁液下层，减少镁蒸汽的溢出，有利于镁的吸收率提高。

5. 球化反应室的清理

由于球化剂中含有镁与铈成分，球化处理后的铁液中镁、铈与氧反应生成MgO与Ce2O3 氧化物，细小微粒的氧化物在铁液静止状态下，与耐火材料表面摩擦力减小，微粒很容易粘附到耐火材料的表面上，球化处理频率高，增加了球化反应室的粘渣。球化反应室随着粘渣的增厚，容积逐渐减小，减小至不能存放球化剂和合金时，会影响球化质量。

为了保证每包铁液球化处理质量，在加入球化剂前，检查清理球化反应室粘渣是必不可少的工作。每包铁液倒出后，查看球化反应室粘渣情况，如有明显粘渣应及时用铁棒清理，此时的粘渣还比较软，容易清理，可以保证球化反应室有效容积。

七、低硅球化剂使用结论

低硅球化剂含有很少量的硅成分，使用部分低硅球化剂球化处理，可以增加球铁回炉料的配比。圣德曼铸造有限公司使用低硅球化剂后，现在生产球铁时新生铁很少使用或不用，废钢使用量明显减少。球铁产品出品率较低、回炉料又较多的生产企业，在不增加成本的情况下，使用低硅球化剂球化处理是一种有效的、又经济的球化处理工艺，能很快地将库存的回炉料平衡使用，降低了吨铸件新的铁料投入。