澆注爐用于球鐵生產(chǎn)初期殘留鎂量衰減過快原因分析

（合肥鑄鍛廠，安徽 合肥 230022）

筆者所在單位于去年引進無芯保溫澆注爐技術，配合喂絲球化、垂直無箱造型線等組建新車間，用于生產(chǎn)工程及農(nóng)用機械球墨鑄鐵及灰鑄鐵小件，見圖1 所示。

圖1 無芯氣壓保溫澆注爐

1 無芯氣壓保溫澆注爐的特點

無芯氣壓保溫澆注爐屬于工頻爐中的一種，是利用電磁感應原理熔化金屬。具有以下優(yōu)點：①成分均勻，元素燒損小；②鐵水中非金屬夾雜少、氣體含量少；③可在澆注過程中進行溫度的調(diào)控；④煙塵少、噪聲小，作業(yè)環(huán)境好；⑤可使用惰性氣體延緩Mg 的衰減；⑥相比有芯爐，隨時可開始或停止，實現(xiàn)間歇作業(yè)。但無芯保溫澆注爐也有其缺點：①對原材料質量要求較高；②由于是工頻爐，功率較小，升溫速率相比中頻爐較慢；③材質切換需要一個過程，不同牌號鑄件的混合生產(chǎn)不便；④原始功率因數(shù)低，須有相當數(shù)量的補償電容器，以提高功率因數(shù)[1-3]。

2 無芯氣壓保溫澆注爐用于球鐵小件生產(chǎn)

2.1 工藝流程

無芯氣壓保溫澆注爐生產(chǎn)工藝流程見圖2.

圖2 無芯氣壓保溫澆注爐生產(chǎn)球鐵工藝流程

2.2 存在的問題

由于該無芯氣壓保溫澆注爐每次生產(chǎn)前需將爐內(nèi)鐵水分攤至各熔煉爐，隨后再將喂絲球化處理后的鐵水經(jīng)撇渣孕育后倒入澆注爐進行澆注。生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)，前數(shù)包鐵水在喂絲球化撇渣取樣殘留鎂含量較高，但當將鐵水倒入澆注爐后殘留鎂含量迅速衰減，約40 min 從0.06%降至0.03%，衰減速率約為正常生產(chǎn)后的3 倍。當含Mg 量低于0.03%，球化不良發(fā)生概率大為增加，嚴重時將造成鑄件批量球化不良。

2.3 原因分析

Mg 的沸點為1 090 ℃，在鐵水溫度下主要以氣態(tài)存在，由

計算可得，在1 350 ℃～1 450 ℃，Mg 的溶解度僅為0.011%～0.014%，溶解度很小。Mg 在鐵水中先與S、O 反應并達到平衡之后才能以溶質形式存在于鐵水中，一旦Mg 達到溶解極限，多余Mg 將以氣體形式溢出。再以氣態(tài)Mg 參與反應，反應過程如式（2）.

其中ΔG—吉布斯自由能，J·mol-1；T—溫度（絕對溫度），K；R—氣體常數(shù)；K—平衡常數(shù)。

由ΔG=-RT lnK，其中R=8.314 J/（mol·K），在1 400 ℃及PMg=0.1 MPa，以上反應達到平衡時S的活度as和O 的活度ao如下：

以上計算結果表明[4-7]，Mg 與O 的結合能力較Mg 和S 的結合力強的多，即在Mg 與S 發(fā)生反應前，先與O 進行反應。

分析認為，在喂絲球化時包內(nèi)鐵水與空氣接觸面積有限，而原鐵水S 質量分數(shù)在0.015%～0.02%之間，實際消耗Mg 含量有限。而當鐵水球化處理撇渣倒入澆注爐時，由于爐膛內(nèi)仍處于富氧環(huán)境，且在倒入時鐵水與空氣接觸，再加上爐膛內(nèi)黏附在爐壁上的爐渣，使得整個過程中Mg 的損耗加劇。后續(xù)正常生產(chǎn)后，爐膛上方充滿氮氣，而鐵水中溢出的鎂蒸氣在鐵水表面形成一種相對于氮氣的分壓力，鐵水從轉運包進入澆注爐，與空氣隔絕，使得殘留鎂含量的衰減速度降低[8]。

3 改進措施

1）對剛開始生產(chǎn)的前數(shù)包鐵水球化后以最快速度倒入澆注爐，并在澆注前提前充入氮氣對澆注爐內(nèi)球化后的鐵水進行保護，延緩殘留鎂量的衰退；

2）使用高出正常生產(chǎn)時的2～3 倍喂絲量，并縮短1 倍最長澆注時間，以延緩殘留Mg 的衰減；

3）盡量減少爐膛內(nèi)爐渣的殘留，日常勤撇渣；

4）生產(chǎn)時隨時關注各處設備動態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常迅速排除，并及時將澆注槽內(nèi)鐵水泄壓返回爐內(nèi)并保以一定壓力；

5）澆注過程中關注隨流孕育狀況，避免因孕育不良導致的球化不良產(chǎn)生。

4 結束語

通過分析生產(chǎn)前期澆注爐內(nèi)鐵水殘留鎂量衰減較快的原因，提出了在剛開始時，提前充氮氣保護，并使用正常2～3 倍喂絲量，同時縮短1 倍最長澆注時間，以延緩殘留Mg 的衰退，實踐證明，按此操作，生產(chǎn)能夠順利，為無芯氣壓保溫澆注爐在球鐵小件生產(chǎn)提供一定參考。