喂線技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

魯 棟，許景峰，姜愛龍，張敏之

（1.濰柴重機(jī)股份有限公司山東濰坊 261001；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司山東濰坊 261041）

喂線技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

魯 棟1，許景峰1，姜愛龍2，張敏之1

（1.濰柴重機(jī)股份有限公司山東濰坊 261001；2.濰柴動(dòng)力股份有限公司山東濰坊 261041）

喂線技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中逐步得到應(yīng)用，尤其是在蠕化處理及球化處理中，逐步取代沖入法作為主流的生產(chǎn)工藝。本文主要介紹喂線技術(shù)工藝特點(diǎn)以及該技術(shù)在本廠蠕墨鑄鐵及球墨鑄鐵鑄造中的應(yīng)用。

喂線技術(shù)；沖入法；蠕墨鑄鐵；球墨鑄鐵

喂線技術(shù)最早起源于鋼的冶煉及凈化處理中，主要是將比重輕、沸點(diǎn)低、易氧化以及在鋼水中溶解度較小的鈣有效地加入到鋼水中[1]。70年代初期，日本日立電線公司首先研制成功鈣、鋁包芯線。經(jīng)過多年的探索與發(fā)展，喂線技術(shù)在鑄造工業(yè)中得到應(yīng)用，該技術(shù)逐步的運(yùn)用到鐵水的脫硫、球化、蠕化以及孕育處理中。

喂線技術(shù)在鑄造領(lǐng)域常用于球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)，并逐步取代傳統(tǒng)的沖入法，成為蠕化處理及球化處理的主流生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)的沖入法操作簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定性差，缺點(diǎn)如下：（1）蠕化劑、球化劑、孕育劑等合金材料的加入量較大且不準(zhǔn)確，鐵液中生成的夾渣物增多；（2）球化反應(yīng)及蠕化反應(yīng)不易控制，鎂的吸收率不穩(wěn)定；（3）反應(yīng)過程產(chǎn)生大量的煙塵及鎂光，環(huán)境污染嚴(yán)重；（4）勞動(dòng)強(qiáng)度大。喂線法在球化劑蠕化處理中有效地避免了沖入法的不足，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）蠕化劑、球化劑的加入量可以實(shí)現(xiàn)精確的控制，避免了人為因素干擾；（2）喂線法能夠?qū)揪€均勻、連續(xù)不斷地加到所處理鐵液的底部，反應(yīng)過程連續(xù)平穩(wěn)，鎂的吸收率穩(wěn)定；（3）喂線處理站集成了除塵裝置，能夠?qū)⒎磻?yīng)產(chǎn)生的煙塵捕集和排除，同時(shí)避免了鎂光對(duì)人的危害[2]。

喂線技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用有效地避免了傳統(tǒng)沖入法的缺點(diǎn)，提高了鑄造生產(chǎn)的穩(wěn)定性，同時(shí)大大地改善了作業(yè)環(huán)境。目前，稍有規(guī)模的鑄造廠普通采用喂線法進(jìn)行球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)。本文主要簡(jiǎn)述喂線技術(shù)的工藝特點(diǎn)，以濰柴蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵生產(chǎn)為示例探討喂線技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 喂線技術(shù)工藝特點(diǎn)

1.1 喂線設(shè)備及材料

喂線技術(shù)主要包括喂線站技術(shù)及包芯線技術(shù)，喂線站主要是將金屬合金（鎂、稀土、硅鐵等）以一定的速度送入到鐵水中的裝置，同時(shí)能夠?qū)⒎磻?yīng)過程中的煙塵排掉。喂線站從喂線方式上分單線、雙線及四線三種，目前常用的為雙線喂線機(jī)。從組合方式上又分單體喂線站和組合喂線站。喂線站主要由喂線主機(jī)、放線裝置、導(dǎo)管以及除塵裝置組成，喂線機(jī)是由四組8個(gè)滾輪組成的送線機(jī)構(gòu)[1]。喂線用的材料主要為合金包芯線，包芯線是將所需的金屬制成粉劑，用帶型鋼帶包卷而成，常用的包芯線為蠕化線、球化線、孕育線等，直徑為φ9 m m~φ13 m m.

1.2 喂線工藝

為了得到預(yù)期的處理效果，必須進(jìn)行合適的包芯線成分設(shè)計(jì)以及合理的喂線工藝制定，如喂線速度、鐵水處理溫度、鐵水包的尺寸等[3，5-6]。

1）包芯線成分設(shè)計(jì)。目前生產(chǎn)蠕鐵大多采用低鎂包芯線，鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在4%~7%，球鐵生產(chǎn)多為高鎂包芯線，鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在15%~35%，具體包芯線的選用要根據(jù)生產(chǎn)鑄件的特點(diǎn)以及生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行合理的選擇；

2）原鐵水化學(xué)成分。原鐵水的化學(xué)成分決定著包芯線的加入量，因此必須對(duì)原鐵水成分進(jìn)行精確的控制與檢測(cè)；

3）喂線速度的設(shè)定。喂線速度是決定喂線處理結(jié)果的重要因素，最佳的喂線速度為包芯線達(dá)到鐵水包的底部時(shí)包芯線鋼鐵熔化粉劑進(jìn)行反應(yīng)，速度過快或過慢均會(huì)影響處理效果；

4）鐵水處理溫度。鐵水的處理溫度對(duì)鎂的收得率有較大的影響；

5）鐵水包的高徑比。鐵水包的高徑比對(duì)于喂線處理也存在較大影響，鐵水包喂線處理較理想的高徑比為1.2~1.5.

2 喂線蠕墨鑄鐵生產(chǎn)

2.1 蠕鐵工藝特點(diǎn)

蠕墨鑄鐵是一種石墨形態(tài)介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵間呈蠕蟲狀存在的鑄鐵，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件蠕鐵材質(zhì)的蠕化率要求80%以上，但是目前蠕墨鑄鐵材質(zhì)并沒有大批量的應(yīng)用，主要是因蠕鐵生產(chǎn)的穩(wěn)定區(qū)間較小，其要求殘余鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏差控制在± 0.004%之間，如圖1所示，超出此范圍會(huì)導(dǎo)致石墨以片狀石墨或球狀石墨出現(xiàn)，從而使材料性能惡化。因此蠕鐵的這一特性給工業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來了較大的困難，也限制了其大批量的應(yīng)用。因此如何精確控制鑄件的殘余鎂量是蠕墨鑄鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵

圖1 蠕墨鑄鐵鑄件殘余鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其蠕化率的關(guān)系[4]

2.2 喂線蠕化工藝

沖入法無法滿足高端蠕墨鑄鐵的批量穩(wěn)定生產(chǎn)，喂線技術(shù)能夠較好地適應(yīng)蠕墨鑄鐵的特性，從而實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)。該方法能夠精確控制蠕化劑的加入量，準(zhǔn)確控制鑄件殘余鎂量，從而獲得最佳的蠕化效果。同時(shí)該方法能夠防止鎂蒸氣的瞬間大量爆發(fā)，有效避免蠕化劑的燒損和大量溢出，提高蠕化劑在鐵水中的收得率，又可減少鎂光、煙塵的污染；通過結(jié)合熱分析技術(shù)以及超聲波檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)蠕化結(jié)果的精確檢測(cè)，從而確保蠕墨鑄鐵的批量穩(wěn)定生產(chǎn)。圖2為我廠喂線蠕墨鑄鐵生產(chǎn)流程，其中熱分析檢測(cè)采用OCC熱分析檢測(cè)技術(shù)。

圖2 喂線蠕墨鑄鐵生產(chǎn)流程

我廠采用熔煉方式為電爐熔煉，喂線站和熱分析系統(tǒng)采用OCC蠕化技術(shù)；生鐵采用高純生鐵，確保原鐵水具有低硫、低磷和低鈦特點(diǎn)，特別是硫含量采用紅外C-S儀進(jìn)行多次測(cè)量，從而保證原鐵水硫含量的準(zhǔn)確性。生產(chǎn)中采用兩種蠕化處理芯線，一種為含M g質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的M g-Re基蠕化線，一種含Re質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的Re-Si-Fe基孕育線，其芯線直徑均勻13 m m.根據(jù)C-S儀檢測(cè)出的原鐵水S含量，確定蠕化線和孕育線的的加入長(zhǎng)度。圖3為喂線蠕化處理現(xiàn)場(chǎng)照片。喂線結(jié)束后，對(duì)鐵水進(jìn)行熱分析檢測(cè)蠕化情況，同時(shí)取樣進(jìn)行光譜分析，檢測(cè)鐵水中的殘余鎂量。

通過對(duì)生產(chǎn)過程的嚴(yán)格控制和對(duì)喂線工藝的不斷研究和優(yōu)化，我廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)喂線法蠕墨鑄鐵氣缸體、氣缸蓋等發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件的批量穩(wěn)定生產(chǎn)，蠕化率穩(wěn)定保持在80%以上，圖4為鑄件的金相照片。

3 喂線球墨鑄鐵生產(chǎn)

3.2 喂線球化工藝

圖3 喂線蠕化處理

圖4 蠕鐵鑄件金相照片

濰柴早期的球化工藝采用沖入法，隨著對(duì)鑄件質(zhì)量要求的提升及環(huán)保要求的提高，逐步引入喂線法進(jìn)行球鐵鑄件的生產(chǎn)，目前球化喂線工藝主要用于高牌號(hào)中速機(jī)曲軸的生產(chǎn)。球化喂線站采用哈爾濱科德威喂線站，澆包采用2 t澆包，包芯線主要采用含M g質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的球化包芯線和含Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的孕育線，表1、表2為球化包芯線和孕育線化學(xué)成分。

表1 球化包芯線化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 孕育包芯線化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

由于包芯線中鎂含量較高，球化反應(yīng)時(shí)較為劇烈產(chǎn)生飛濺，為確保安全，澆包內(nèi)鐵水上部必須預(yù)留足夠的安全高度（≥400 m m），圖5為采用澆包以及尺寸示意圖，出鐵量1 t時(shí)包內(nèi)鐵水上部高度為450 m m，滿足要求。表3為喂線球化處理參數(shù)，圖6為喂線球化處理過程。

圖5 澆包及其尺寸示意圖（出鐵1 t）/單位：mm

表3 喂線球化處理工藝參數(shù)

圖6 喂線球化處理

對(duì)比喂線法與沖入法球化處理金相照片如圖7所示，從圖中可以看出喂線法中石墨的圓整度與一致性要優(yōu)于沖入法。

圖7 喂線法與沖入法球化處理金相照片

4 結(jié) 論

1）喂線技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的沖入法在鑄造領(lǐng)域得到領(lǐng)用，尤其是在蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵的生產(chǎn)，其工藝穩(wěn)定性和可靠性要優(yōu)于沖入法，生產(chǎn)鑄件質(zhì)量得到提升；

2）采用喂線法需要根據(jù)生產(chǎn)鑄件的工藝要求選擇合適的喂線工藝；

3）喂線法能夠通過排塵系統(tǒng)將反應(yīng)產(chǎn)生的煙塵排掉，大大改善作業(yè)環(huán)境。

［1］遲秀斌.喂線技術(shù)的開發(fā)及現(xiàn)狀［J］.本鋼技術(shù)，1997（2）：35-38.

［2］許景峰，魯棟，等.喂線法批量生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的控制要點(diǎn)［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2016（5）：17-19+29.

［3］吳荷生，吳玉彬.喂線技術(shù)的基本理論及在球鐵和蠕鐵的應(yīng)用實(shí)踐［J］.黑龍江冶金，2014，34（5）：14-21.

［4］史蒂文.道森.蠕鐵生產(chǎn)的過程控制［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2012（1）：53-57.

［5］馬寒坤，潘金坤，等.喂線法處理工藝在球墨鑄鐵中的應(yīng)用［J］.金屬加工，2015（1）：60-62.

［6］張鐵軍，辛明德，等.喂線法在球墨鑄鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用試驗(yàn)［J］.黑龍江冶金，1997（3）：6-8.

Application of Feeding Cored-wire Technology In Casting

LU Dong1，XU Jing-feng1，JIANG Ai-long2，ZHANG Min-zhi1
（1.Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China；2.Weichai Power CO.，LTD.，Weifang Shandong 261041，China）

Feeding cored-wire technology has been applied gradually in casting production，and becomes the mainstream of production process replacing pour-over process especially in vermicularizing treatment and spheroidized treatment.This paper mainly introduces the characteristic of feed cored-wire technology and the application of this technology in compacted graphite iron and nodular cast iron of Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.

feeding cored-wire technology，pour-over process，compacted graphite iron，nodular cast iron

TG243+.2

A

1674-6694（2017）04-0034-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.04.012

2017-05-18

魯棟（1987－），男，碩士，助理工程師，主要從事鑄造生產(chǎn)金屬熔煉工藝的開發(fā)工作。