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(xué)性能、耐腐蝕性和使用性能，廣泛應(yīng)用在給水工程領(lǐng)域。目前，隨著球墨鑄鐵管生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)被廣大用戶所認(rèn)可，發(fā)展前景廣闊。本文對(duì)水冷離心球墨鑄鐵管氣孔的成因及防止措施進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵；氣孔；防止措施一、原因分析1、鐵液熔煉質(zhì)量差當(dāng)鐵液流動(dòng)性差時(shí)，不利于氣體和雜質(zhì)的上浮，導(dǎo)致鑄管表面產(chǎn)生氣孔。而鐵液流動(dòng)性與鐵液溫度、化學(xué)元素及純凈度有關(guān)，鐵液溫度越高，流動(dòng)性越高；鐵液CE距離共晶點(diǎn)越近，鐵液流動(dòng)性越好；在保證CE不變的情況下，w（C）量越高，流動(dòng)性越好；鐵液流動(dòng)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(guò)該溫度下的平衡值，就會(huì)有TiC等Ti化合物生成，并以固態(tài)粒子形式存在（TiC熔點(diǎn)高達(dá)3150C），從而引起粘度升高，流動(dòng)性變差。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)證明，鐵液中的w（H）、w（N）量超過(guò)0.2%，屬于正常情況，但如果其含量過(guò)高就容易產(chǎn)生氣孔,尤其是廢鋼、FeSi等對(duì)爐料的銹蝕，油污或者潮濕，都會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)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(dòng)不平穩(wěn)在水冷離心球墨鑄鐵管澆注過(guò)程中，鐵液流動(dòng)是否平穩(wěn)對(duì)鑄管質(zhì)量很關(guān)鍵，尤其是流槽（將扇形包包口流出的鐵液導(dǎo)入管模內(nèi)的槽狀工裝，長(zhǎng)約7m）的涂刷質(zhì)量、位置以及管模轉(zhuǎn)速對(duì)鐵液流動(dòng)狀態(tài)至關(guān)重要，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面（1）流槽涂刷質(zhì)量差，出現(xiàn)凹坑時(shí)，鐵液在流槽內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生飛濺；（2）流槽在管模內(nèi)的位置過(guò)高、角度偏離管模內(nèi)D4象限時(shí)，造成鐵液流向與管模轉(zhuǎn)速切線方向相沖突，鐵液從流槽落入管模瞬間產(chǎn)生嚴(yán)重飛濺；（3）在管模工作過(guò)程中，其轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，會(huì)造成流入管模的鐵液四處飛濺。鐵液飛濺落入管模內(nèi)未澆注區(qū)域的鐵液液滴迅速凝固成球狀鐵豆，同時(shí)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(jìn)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(shí)，鐵液內(nèi)的C與鐵豆表面的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(shí)鑄管已經(jīng)凝固成型，造成鐵豆“鑲嵌”在鑄管表面，形成鐵豆氣孔。反應(yīng)方程式如下：4C+Fe3O4=3Fe+4C0個(gè)（高溫）（1）3C+Fe2O3=2Fe+3C0個(gè)（高溫）（2）為了驗(yàn)證分析結(jié)果，將鑄態(tài)未退火處理的鑄管鐵豆氣孔部位進(jìn)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(méi)有過(guò)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。可以判斷鐵液覆蓋并重熔鐵豆時(shí)使鐵豆凝固產(chǎn)生的碳化物分解，相當(dāng)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(zhuǎn)的管模內(nèi)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(hù)管模，延長(zhǎng)管模壽命，又可起到瞬間強(qiáng)化孕育的作用，同時(shí)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(nèi)表面會(huì)經(jīng)過(guò)打點(diǎn)處理，成凹坑狀，如圖4所示。在生產(chǎn)過(guò)程中管模內(nèi)表面局部小凹坑磨損，既起不到排氣作用，又無(wú)法攜帶模粉，導(dǎo)致該部位孕育不足，從而產(chǎn)生氣孔。使用嚴(yán)重龜裂管模也會(huì)造成氣孔，管模內(nèi)腔龜裂的裂紋內(nèi)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(guò)程中會(huì)造成大量針狀氣孔。圖4管模內(nèi)表面打點(diǎn)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(huì)引起氣孔。高溫鐵液與水分發(fā)生反應(yīng)生成H2，使鐵液氣體含量增加，從而形成氣孔。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)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(guò)快，容易形成氣孔缺陷。二、防止措施1、鐵液熔煉質(zhì)量為了保證鐵液流動(dòng)性，減少鐵液氣體含量，在球墨鑄鐵管實(shí)際生產(chǎn)中要求：(1)鐵液在中頻爐內(nèi)升溫到1450°C以上，靜置時(shí)間超過(guò)10min，使鐵液內(nèi)雜質(zhì)充分上浮，提高純凈度；(2)在保證生產(chǎn)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(jīng)過(guò)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(jìn)行充分烘烤，溫度達(dá)到600°C以上，避免水分與高溫鐵液反應(yīng)。2、鐵液流動(dòng)平穩(wěn)在生產(chǎn)前，對(duì)流槽在管模內(nèi)高低位置、角度進(jìn)行調(diào)整并確認(rèn)，生產(chǎn)過(guò)程中，流槽按工藝要求涂刷光滑，管模轉(zhuǎn)速不得過(guò)高，離心重力倍數(shù)控制在50倍以內(nèi)保證澆注時(shí)鐵液流動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)飛濺、噴射或者渦流等異常情況。3、管模狀態(tài)保證管模內(nèi)表面狀態(tài)良好，確保內(nèi)表面打點(diǎn)凹坑無(wú)磨損、龜裂情況，一旦出現(xiàn)異常，要及時(shí)更換。4、操作要點(diǎn)控制模粉使用前需要經(jīng)過(guò)充分烘烤到一定溫度，噴吹氣體使用水分含量低的N2。生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定控制(如：彷80~300mm規(guī)格按30~50支/h進(jìn)行控制)，不得忽快忽慢。三、生產(chǎn)結(jié)果經(jīng)過(guò)嚴(yán)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(jié)束語(yǔ)在實(shí)際生產(chǎn)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(zhì)量、澆注工藝以及現(xiàn)場(chǎng)操作等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，氣孔缺陷才能得到控制。參考文獻(xiàn)[1]孫立軍，鮑俊雄，謝長(zhǎng)發(fā)，等.厚大斷面高爐冷卻壁組織及力學(xué)性能的控制[J].現(xiàn)代鑄鐵，2