使用不同球化劑生產(chǎn)QT400-18渣灌的對(duì)比試驗(yàn)

柯志敏，陳鵬輝

（廣東中天創(chuàng)展球鐵有限公司，廣東英德 513000）

渣灌是煉鋼爐前裝鋼渣用的設(shè)備，其使用環(huán)境惡劣，受熱變化無(wú)常，同時(shí)要求具有高的使用壽命。渣罐都是在極冷極熱交變惡劣的情況下使用，渣罐容積越大鑄造難度就越大，所以對(duì)渣罐的質(zhì)量要求就相當(dāng)?shù)母摺?/p>

渣灌的技術(shù)要求：牌號(hào)為QT400-18，化學(xué)成分中的硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.0%，力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度350MPa～400 MPa，屈服強(qiáng)度大于230 MPa，延伸率大于18%；金相組織檢驗(yàn)按GB/T9441《球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)》的規(guī)定進(jìn)行，鑄件本體和試塊的球化級(jí)別不低于3級(jí)，基體組織中鐵素體含量不低于95%，并且渣灌不允許出現(xiàn)冷隔、夾砂、氣孔、砂眼、縮孔、粗晶、疏松、等缺陷。渣灌鑄件平均壁厚為50 mm，重量4 500 kg，如圖1所示。

1 生產(chǎn)試驗(yàn)條件

圖1 渣灌鑄件圖

球墨鑄鐵的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3.2%～3.8%，牌號(hào)為QT400-18的球鐵含碳量取上限；硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，增加石墨球數(shù)，但硅增加會(huì)增加球墨鑄鐵的脆性，為保證QT400-18球鐵的延伸率，加之渣灌中技術(shù)要求規(guī)定硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.0%左右，為此確定原鐵水硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%～1.0%；錳阻礙石墨化及阻礙鐵素體的形成，影響延伸率，為此錳含量越低越好；磷易偏析形成磷共晶，降低塑性和韌性；而殘余鎂和稀土一般是通過(guò)球化劑球化后殘余留下的，具有強(qiáng)烈形成白口的傾向，為此，在保證球化合格的前提下越低越好。綜上分析確定渣灌的原鐵水化學(xué)成分為：w（C）3.8%～3.9%，w（Si）0.9%～1.0%，w（Mn）0.2%～0.3%，w（P）≤0.05%，w（S）≤0.02%.

采用5 t中頻電爐熔化，優(yōu)質(zhì)廢鋼增碳的工藝，加料順序：加增C劑→加廢鋼→加增C劑，增C劑隨廢鋼分批加入。依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，選擇堤壩式球化包，采取包內(nèi)沖入工藝進(jìn)行球化孕育處理。具體的操作如下：將球化劑各自放入包底一側(cè)的凹坑內(nèi)，其上面覆蓋一次孕育劑，孕育劑上再覆蓋一層鐵屑。注意控制覆蓋物的緊實(shí)度及厚度，不能太厚或太薄，避免影響球化反應(yīng)的起始時(shí)間，出水球化時(shí)應(yīng)當(dāng)注意實(shí)際出水量與理論出水量偏差控制在±50 kg范圍內(nèi)。

選用的球化劑分別為H-2Z、C-6Z和5922：球化劑H-2Z為高鎂以鈰為主的低稀土球化劑；球化劑C-6Z為低鎂以鑭為主的鑭鈰混合稀土球化劑；球化劑5922為低鎂高鈣La系單一稀土球化劑。孕育劑選用75硅鐵，孕育方式分為三次孕育：一次孕育0.4%壓在包底，二次孕育0.4%在球化過(guò)程中加入，三次孕育為隨流瞬時(shí)孕育，使用粒度為0.2 mm～0.7 mm的專(zhuān)用孕育劑，通過(guò)專(zhuān)用的漏斗在澆注過(guò)程中加入，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%.鐵水出爐溫度確定在1 450℃左右。使用渣灌附鑄試塊作為試樣的檢測(cè)樣本。球化劑H-2Z、C-6Z、5922成分如表1所示，孕育劑加入量如表2所示。

表1 球化劑QY-1G、QY-1L、5922化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 渣灌球化劑孕育劑加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

試樣在WA-600KE型電液壓式萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)試力學(xué)性能，采用臺(tái)式顯微鏡檢查金相組織，使用濕法分析法檢測(cè)終鐵液化學(xué)成分，用TH110里氏硬度計(jì)測(cè)量試塊硬度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

球化劑H-2Z、C-6Z、5922球化孕育后，澆注了3個(gè)渣灌鑄件，取得對(duì)應(yīng)的附鑄試塊，編號(hào)分別為A、B、C，然后對(duì)三種球化劑對(duì)應(yīng)的附鑄試塊進(jìn)行理化分析，化學(xué)分析成分結(jié)果如表3所示，并在各自試塊上取試樣查看金相組織，取得的金相進(jìn)行拍照留檔，球化劑H-2Z、C-6Z、5922渣灌附鑄試塊金相顯微組織的圖像對(duì)應(yīng)編號(hào)分別為圖2、圖3、圖4.

表3 使用球化劑H-2Z、C-6Z、5922得到渣灌附鑄試塊的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

圖2 附鑄試塊A金相顯微組織

圖3 附鑄試塊B金相顯微組織

圖4 附鑄試塊C金相顯微組織

2.1 球化劑H-2Z、C-6Z、5922對(duì)渣罐金相顯微組織的影響

表3表明：附鑄試塊A中殘余鎂質(zhì)量數(shù)為0.042%低于附鑄試塊B、C的0.047%和0.046%，由圖2可發(fā)現(xiàn)附鑄試塊A的球化級(jí)別為3級(jí)，石墨大小為6級(jí)；圖3顯示附鑄試塊B的球化級(jí)別為2級(jí)，石墨大小為6級(jí)；圖4顯示附鑄試塊C的球化級(jí)別為2級(jí)，石墨大小為6級(jí)；附鑄試塊A、B、C金相腐蝕后得到的基體組織中鐵素體含量基本相同，都在95%以上，符合QT400-18渣灌的技術(shù)要求。通過(guò)對(duì)比圖2，圖3，圖4可以發(fā)現(xiàn)：附鑄試塊A的球化級(jí)別，石墨球的圓整度要比附鑄試塊B、C差，而附鑄試塊B、C的球化級(jí)別的石墨球大小、圓整度相當(dāng)。導(dǎo)致附鑄試塊A的球化級(jí)別差的原因是球化劑H-2Z中鎂元素含量高，球化反應(yīng)激烈，氧化、燒損大，影響鎂的吸收，導(dǎo)致球化效果不佳，而球化劑C-6Z、5922是低鎂鑭系球化劑，鑭可顯著降低白口傾向，增加石墨球數(shù)，提高球化等級(jí)，加之球化劑C-6Z、5922中鎂含量低，鈣含量較高，鈣可以促進(jìn)球化、細(xì)化晶粒，而且鈣和鎂都可以有效降低球化反應(yīng)的劇烈程度，提高鎂的收得率和球化等級(jí)。

2.2 球化劑H-2Z、C-6Z、5922對(duì)渣罐力學(xué)性能的影響

球墨鑄鐵化學(xué)成分、球化孕育處理及鑄件的冷卻條件對(duì)石墨形態(tài)、石墨大小有很大的影響，從而影響力學(xué)性能。附鑄試塊A、B、C力學(xué)性能如表4所示。從表4可以發(fā)現(xiàn)，附鑄試塊A的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率較附鑄試塊B、C低，而附鑄試塊B、C的力學(xué)性能較為接近。如圖2可知附鑄試塊A所得到的金相顯微組織中，石墨球不夠圓整，有不規(guī)則石墨存在，這樣的石墨在應(yīng)力的作用下，更容易發(fā)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致力學(xué)性能偏低；而附鑄試塊B、C石墨的圓整度、大小以及分布都要優(yōu)于附鑄試塊A，從而在力學(xué)性能上比附鑄試塊A要好。

表4 使用球化劑H-2Z、C-6Z、5922所得渣灌附鑄試塊的力學(xué)性能

2.3 球化劑H-2Z、C-6Z、5922生產(chǎn)渣罐的成本分析

對(duì)澆注QT400-18渣灌每t鐵水所使用球化劑H-2Z、C-6Z、5922的成本進(jìn)行分析，具體情況如表5所示。

從表5可以發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)渣灌1 t鐵水所需球化劑 H-2Z、C-6Z、5922 分 別為 107.9 元、114.4 元、132.0元，使用球化劑H-2Z成本是最低的，球化劑C-6Z次之，球化劑5922成本是最高的。

表5 球化劑H-2Z、C-6Z、5922生產(chǎn)渣灌每t鐵水的成本

3 結(jié) 論

1） 采 用 球 化 劑 H-2Z、C-6Z、5922 生 產(chǎn) 的QT400-18渣灌取得對(duì)應(yīng)的附鑄試塊A、B、C的金相顯微組織滿(mǎn)足渣灌的技術(shù)要求，但附鑄試塊B、C的球化級(jí)別、石墨形態(tài)較附鑄試塊A要好。

2）采用球化劑H-2Z、C-6Z、5922制取的附鑄試塊A、B、C檢測(cè)的力學(xué)性能滿(mǎn)足QT400-18渣灌的力學(xué)性能要求，但球化劑C-6Z、5922所得試塊的綜合力學(xué)性能更好。

3）通過(guò)對(duì)球化劑H-2Z、C-6Z、5922生產(chǎn)渣罐的成本進(jìn)行核算，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)渣灌每噸鐵水所需的成本分別為107.9元、114.4元、132.0元，采用球化劑C-6Z生產(chǎn)QT400-18渣灌是最經(jīng)濟(jì)的。

4） 通過(guò)對(duì)比球化劑 H-2Z、C-6Z、5922 澆注QT400-18渣灌所得附鑄試塊的金相顯微組織、力學(xué)性能以及生產(chǎn)成本，選用球化劑C-6Z是生產(chǎn)QT400-18渣灌的最佳選擇。

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