球化劑

球化劑是為獲得球狀石墨鑄鐵而加入鐵液內的某些金屬或合金。中國普遍使用的是矽鐵稀土鎂球化劑。

基本介紹

• 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、矽、鈣、鋇、鐵等
• 類型：鎂矽系合金、稀土鎂矽系合金等
• 套用：鑄鐵鑄造領域
• 套用學科：冶金工業

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。

我國普遍使用的球化劑是矽鐵稀土鎂合金，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。

球化劑的發展對促進球鐵生產起著重要的作用。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套用，由純鎂到鎂鎳、鎂銅、鎂矽鐵合金球化劑的發展，促進了球鐵生產的擴大。稀土鎂矽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，使球鐵生產更加彭勃發展。釔重稀土的套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)和溫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，降溫少，球化處理工藝性好。

類型

包括鎂矽系合金、稀土鎂矽系合金、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矽鐵合金，鈣鎂球化劑主要是日本生產和套用，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，但要求處理溫度高，處理後渣量大。鎳鎂合金在美洲、歐洲均有套用，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套用。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，生產中套用比較少。

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套用的進程。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矽含量直接加壓成型，這種球化劑中含矽很低，通常稱為低矽壓塊狀球化劑，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人包內，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。

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)可以用鎂矽鐵合金球化劑。

(4)球化劑中稀土含量應保證球化後山(RE。)≥0.4%～0.024%。

(二)原鐵液溫度和硫含量

高溫低硫鐵液，選用低鎂低稀土球化劑。如電爐鐵液1460～1520℃， 0.02%～0.04%，可選用FeSiMg8RE3、FeSiMg7RE2； ≤0．02%，可用FeSiMg6RE2。

(三)生產工藝及鑄件的要求

鑄態鐵素體球墨鑄鐵選用低稀土球化劑，厚大斷面球墨鑄鐵選用釔基重稀土球化劑，鑄態珠光體球墨鑄鐵可用含cu、含鎳球化劑。

(四)球化工藝

比較常用的球化工藝是沖入法，廣泛適合各種溫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套用火法冶煉的合金，壓塊球化劑、包芯線球化劑、粉狀球化劑套用的很少，火法冶煉的球化劑在生產中套用占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。

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煉工藝，控制好影響球化劑質量的主要指標；三是提供用戶所要求的粒度；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。

套用

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，多用於中頻爐熔煉、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、電爐雙聯熔煉，或中頻爐熔煉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，適合沖天爐熔煉、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。 低矽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。