水冷離心球墨鑄鐵管氣孔的成因及防止措施

水冷離心球墨鑄鐵管氣孔的成因及防止措施摘要：離心球墨鑄鐵管具有優(yōu)良的力學性能、耐腐蝕性和使用性能，廣泛應用在給水工程領域。目前，隨著球墨鑄鐵管生產技術的快速發(fā)展，這項技術被廣大用戶所認可，發(fā)展前景廣闊。本文對水冷離心球墨鑄鐵管氣孔的成因及防止措施進行探討。關鍵詞：球墨鑄鐵；氣孔；防止措施一、原因分析1、鐵液熔煉質量差當鐵液流動性差時，不利于氣體和雜質的上浮，導致鑄管表面產生氣孔。而鐵液流動性與鐵液溫度、化學元素及純凈度有關，鐵液溫度越高，流動性越高；鐵液CE距離共晶點越近，鐵液流動性越好；在保證CE不變的情況下，w（C）量越高，流動性越好；鐵液流動性還隨著純凈度的提高而增加。有資料顯示：在1360°C、1390°C、1420°C、1480°C與TiC平衡的Ti的溶解度分別為0.122%、0.136%、0.156%、0.216%，在C飽和熔鐵中只要w（Ti）量超過該溫度下的平衡值，就會有TiC等Ti化合物生成，并以固態(tài)粒子形式存在（TiC熔點高達3150C），從而引起粘度升高，流動性變差。經過大量試驗證明，鐵液中的w（H）、w（N）量超過0.2%，屬于正常情況，但如果其含量過高就容易產生氣孔,尤其是廢鋼、FeSi等對爐料的銹蝕，油污或者潮濕，都會導致爐內鐵水中O2、H2和SO2等氣體的增加，增加鐵液的吸氣。圖2球墨鑄鐵管外表面鐵豆氣孔2、鐵液流動不平穩(wěn)在水冷離心球墨鑄鐵管澆注過程中，鐵液流動是否平穩(wěn)對鑄管質量很關鍵，尤其是流槽（將扇形包包口流出的鐵液導入管模內的槽狀工裝，長約7m）的涂刷質量、位置以及管模轉速對鐵液流動狀態(tài)至關重要，主要表現在以下3個方面（1）流槽涂刷質量差，出現凹坑時，鐵液在流槽內流動時會產生飛濺；（2）流槽在管模內的位置過高、角度偏離管模內D4象限時，造成鐵液流向與管模轉速切線方向相沖突，鐵液從流槽落入管模瞬間產生嚴重飛濺；（3）在管模工作過程中，其轉速過快時，會造成流入管模的鐵液四處飛濺。鐵液飛濺落入管模內未澆注區(qū)域的鐵液液滴迅速凝固成球狀鐵豆，同時由于能與周圍空氣充分接觸，在鐵豆表面迅速形成氧化物層（Fe2O3、Fe3O4等）。隨著澆注的進行，大量鐵液覆蓋了這些鐵豆，并將鐵豆重熔，在鐵液重熔鐵豆時，鐵液內的C與鐵豆表面的氧化物發(fā)生化學反應，生成CO氣體，但由于冷卻速度較快，鐵豆未完全熔化、CO氣體和飛濺裹入的空氣未完全排出時鑄管已經凝固成型，造成鐵豆“鑲嵌”在鑄管表面，形成鐵豆氣孔。反應方程式如下：4C+Fe3O4=3Fe+4C0個（高溫）（1）3C+Fe2O3=2Fe+3C0個（高溫）（2）為了驗證分析結果，將鑄態(tài)未退火處理的鑄管鐵豆氣孔部位進行打磨、拋光，觀察金相情況，金相組織如圖3所示，鐵豆部位幾乎全是鐵素體基體組織，而鑄管基體卻有很多碳化物，兩者之間沒有過渡區(qū)域，圓形的鐵素體區(qū)域首先以不同的冷卻速度凝固，隨后鑄件開始凝固?？梢耘袛噼F液覆蓋并重熔鐵豆時使鐵豆凝固產生的碳化物分解，相當于短暫的退火處理。圖3鐵豆氣孔部位金相組織100x3、管模狀態(tài)差水冷離心球墨鑄鐵管澆注前需要在旋轉的管模內均勻噴吹定量的模粉(粒度為0~0.3mm的FeSi孕育劑)，模粉既能保護管模，延長管模壽命，又可起到瞬間強化孕育的作用，同時還能消除鑄管外表面的氣孔。為了排氣和便于攜帶模粉，管模在使用前，內表面會經過打點處理，成凹坑狀，如圖4所示。在生產過程中管模內表面局部小凹坑磨損，既起不到排氣作用，又無法攜帶模粉，導致該部位孕育不足，從而產生氣孔。使用嚴重龜裂管模也會造成氣孔，管模內腔龜裂的裂紋內有大量氣體，即使加大模粉用量也不能完全排除，因此，在澆注過程中會造成大量針狀氣孔。圖4管模內表面打點狀態(tài)4、其他因素與鐵液接觸的鐵液包襯、流槽、模粉等工裝物料未徹底烘烤干燥也會引起氣孔。高溫鐵液與水分發(fā)生反應生成H2，使鐵液氣體含量增加，從而形成氣孔。在實際生產中，由于生產節(jié)奏不連續(xù)，造成管模、流槽等工裝溫降，且溫差大，溫度不均勻，冷卻速度過快，容易形成氣孔缺陷。二、防止措施1、鐵液熔煉質量為了保證鐵液流動性，減少鐵液氣體含量，在球墨鑄鐵管實際生產中要求：(1)鐵液在中頻爐內升溫到1450°C以上，靜置時間超過10min，使鐵液內雜質充分上浮，提高純凈度；(2)在保證生產節(jié)奏的情況下盡可能提高澆注溫度，將其控制在1360~1380C；保證w(C)>3.7%，w(Ti)V0.08%；廢鋼等爐料入爐前經過分揀篩選，禁止使用油污、銹蝕和潮濕的爐料；鐵液包包襯要進行充分烘烤，溫度達到600°C以上，避免水分與高溫鐵液反應。2、鐵液流動平穩(wěn)在生產前，對流槽在管模內高低位置、角度進行調整并確認，生產過程中，流槽按工藝要求涂刷光滑，管模轉速不得過高，離心重力倍數控制在50倍以內保證澆注時鐵液流動平穩(wěn)，無飛濺、噴射或者渦流等異常情況。3、管模狀態(tài)保證管模內表面狀態(tài)良好，確保內表面打點凹坑無磨損、龜裂情況，一旦出現異常，要及時更換。4、操作要點控制模粉使用前需要經過充分烘烤到一定溫度，噴吹氣體使用水分含量低的N2。生產節(jié)奏穩(wěn)定控制(如：彷80~300mm規(guī)格按30~50支/h進行控制)，不得忽快忽慢。三、生產結果經過嚴格采取上述氣孔防止措施，水冷離心球墨鑄鐵管外表面氣孔缺陷得到明顯改善，氣孔廢品占總廢品比率從45%降到10%，綜合廢品率降到8%以下。結束語在實際生產中，水冷離心球墨鑄鐵管氣孔缺陷比較普遍，其影響因素很多，必須從熔煉質量、澆注工藝以及現場操作等方面進行嚴格控制，氣孔缺陷才能得到控制。參考文獻[1]孫立軍，鮑俊雄，謝長發(fā)，等.厚大斷面高爐冷卻壁組織及力學性能的控制[J].現代鑄鐵，2