提高球墨鑄鐵件鐵液利用率的工藝技術(shù)

由于其自身的硬化特點(diǎn)，用濕砂鑄造時(shí)，容易出現(xiàn)縮孔和收縮松樹的缺陷。為防止這類鑄造缺陷的出現(xiàn),常常要采用占鑄件重量30%~50%的冒口進(jìn)行補(bǔ)縮,這樣就導(dǎo)致了鐵液利用率的大大降低。球墨鑄鐵具有粥狀凝固特性,在凝固開始后的較長(zhǎng)時(shí)間里,表層外殼很薄,且增長(zhǎng)很慢,鐵液一直在一個(gè)強(qiáng)度低、剛性差的塑性薄殼內(nèi)進(jìn)行凝固。到一定溫度時(shí),在鐵液內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量石墨核心,并不斷長(zhǎng)大,析出的石墨會(huì)引起體積膨脹,每析出1%的石墨會(huì)使體積增加2%左右,從而產(chǎn)生相應(yīng)的石墨化膨脹力,其通過周圍液體金屬傳遞到鑄件外殼,使得薄而軟的表殼既要承受石墨化膨脹力,還要承受液體金屬的靜壓力,從而導(dǎo)致表殼出現(xiàn)變形以及向外移動(dòng)的傾向。濕砂型剛度不大,和球墨鑄鐵表殼一樣抵擋不住來自鑄件內(nèi)部的石墨化膨脹力和液體金屬靜壓力,會(huì)產(chǎn)生鑄件表層變形、脹大。如果采用剛性大的鑄型,就能抵擋球墨鑄鐵表殼的變形、脹大,這時(shí)石墨化膨脹力反過來作用在液體金屬上使之流動(dòng)而起補(bǔ)縮作用。如果選擇合適的鐵液化學(xué)成份與熔煉工藝、適當(dāng)?shù)臐沧囟?、有效的澆注系統(tǒng)以及配合使用冷鐵等,則可利用石墨化膨脹力實(shí)現(xiàn)自身補(bǔ)縮而不必設(shè)置冒口即能獲得無縮孔無縮松的鑄件,從而大大提高鐵液利用率。另外,在實(shí)際生產(chǎn)中,由于種種原因造成鑄件加工面所留加工余量過大、孔洞不能鑄出,增加了鑄件毛坯的重量,如果采用有效而又成本低的鑄型(芯)材料來保障減少加工余量及鑄出各種孔洞,則又進(jìn)一步提高了鐵液利用率。還有一些提高鐵液利用率的其它方法,現(xiàn)從上述二個(gè)方面介紹已在實(shí)際生產(chǎn)中證明有效的大幅提高球墨鑄鐵件鐵液利用率的工藝技術(shù)及相關(guān)材料、工裝設(shè)備。1型砂配比和混制工藝的確定改性水玻璃砂由原砂與改性水玻璃混制而成;改性水玻璃是在模數(shù)為2.2~2.4、波美度為50~51的普通水玻璃中加入適量的由多類有機(jī)和無機(jī)活性劑組成的特制溶液,并在室溫下攪拌而成的環(huán)保粘結(jié)劑,其可吹入二氧化碳凝結(jié)瞬硬,也可接收熱能或微波而硬化。由于改性水玻璃中的活性劑會(huì)形成高分散度的骨架結(jié)構(gòu),能限制凝膠膠粒長(zhǎng)大而細(xì)化,因而在二氧化碳硬化的條件下,只需加入占砂重4%左右的改性水玻璃就可使鑄型具有很高的強(qiáng)度和剛度,以抵擋球墨鑄鐵鐵液凝固表層的變形、脹大,從而為實(shí)現(xiàn)球墨鑄鐵的無冒口鑄造創(chuàng)造鑄型條件,并能有效提高鑄件的尺寸精度。該工藝的型砂配比:干洗原砂(50-100目)100%,改性水玻璃4%?；熘乒に?向混砂機(jī)中加入全部原砂,開機(jī)后徐徐加入全部改性水玻璃,混2~3min后出砂,裝入塑料袋內(nèi),運(yùn)至造型制芯場(chǎng)地使用。未用完的混制砂要將袋口扎緊,以防在空氣中自干結(jié)塊,可存放二至三天。該工藝的特點(diǎn)是,除了能使鑄型獲得高的剛性外,還具有潰散性好、舊砂可濕法全再生、廢砂廢水零排放、成本低、抗吸濕性好、冬季氣硬快、環(huán)保性好、造型制芯效率高等特點(diǎn)。2壓邊澆注系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)球墨鑄鐵件無冒口鑄造,應(yīng)遵循同時(shí)凝固的原則。要避免鐵液進(jìn)入型腔處是鑄件熱節(jié)部位;內(nèi)澆道要寬而薄,并應(yīng)保證快速充型,在鑄件未凝固前能及時(shí)封閉內(nèi)澆道,以防鐵液回流。采用壓邊澆注系統(tǒng)是一種行之有效的選擇。壓邊澆注系統(tǒng)一般設(shè)置在鑄件的頂部,壓邊內(nèi)澆道為縫隙式。對(duì)中小類鑄件,縫隙寬度取4~6mm,其截面積一般根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、澆注溫度等因素依經(jīng)驗(yàn)確定,每10kg件重可取1mm×1mm。壓邊內(nèi)澆道上方要加一段放大部位以防內(nèi)澆道出現(xiàn)縮孔或縮松,其尺寸也依經(jīng)驗(yàn)而定。直澆道的尺寸可依據(jù)封閉式澆注系統(tǒng)、適當(dāng)?shù)蔫F液壓頭、節(jié)約鐵液等原則來確定。壓邊澆注系統(tǒng)是球墨鑄鐵無冒口鑄造優(yōu)選的澆注系統(tǒng)形式,具有擋渣效果好、鑄件合格率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造型方便、鑄件清理容易等優(yōu)點(diǎn)。3澆注系統(tǒng)模具固定確定了有效的鑄造工藝后,就要采取措施提高實(shí)際生產(chǎn)時(shí)鑄件的生產(chǎn)率及合格率,而模具及造型工裝是其中的首要因素。在手工造型情況下,澆注系統(tǒng)應(yīng)固定或裝配在模具上(見圖1)。模具固定在配有鑄型定位塊的頂漏模工裝上(見圖2),造型完成后,操作頂漏模工裝快速取出模具。特點(diǎn):上述帶澆注系統(tǒng)的模具及固定模具的頂漏模工裝,在采用改性水玻璃砂手工造型的情況下,造型效率會(huì)明顯高于濕型砂手工造型,而且能保證壓邊內(nèi)澆道部位光潔工整、強(qiáng)度高,提高鑄件尺寸精度,操作方便,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。4填砂、型芯與砂芯的制作(1)采用壓板吹二氧化碳硬化壓板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在厚為6~8mm的鋼板周邊焊上寬為11~13mm的鋼條,一頭與鋼板齊平,另一頭在使用時(shí)能插入砂中5mm,鋼板中心鉆一個(gè)10mm左右的孔并焊一段金屬管與二氧化碳?xì)馄寇浌芟嘟?。鑄型厚度不超過200mm,面積不超過400mm×400mm時(shí),可直接將壓板放在已填滿砂的鑄型上。壓板周邊距造型箱框5mm,充入0.15~0.2MPa二氧化碳,20~30s即可硬化取模。當(dāng)鑄型厚度超過200mm時(shí),先在填滿砂的鑄型上用鐵針插適當(dāng)數(shù)量的孔,以保證二氧化碳能進(jìn)入鑄型底部。(2)無箱鑄型內(nèi)加鋼筋圈改性水玻璃砂無箱鑄型澆入鐵液后,常常會(huì)在鑄件未完全凝固前因受熱而開裂,導(dǎo)致未凝固的鐵液流出而使鑄件報(bào)廢。如果在造型填砂中途埋入適當(dāng)粗細(xì)的鋼筋圈,就可避免這個(gè)問題的發(fā)生。(3)節(jié)砂直澆口套為節(jié)省用砂量,可將直澆道移至一個(gè)單獨(dú)制作的砂套內(nèi)(見圖3)。(4)巧用冷鐵冷鐵的作用在于提高鑄件局部的冷卻速度,并配合澆口位置實(shí)現(xiàn)順序凝固或同時(shí)凝固。冷鐵材料可為鑄鐵、鋼、石墨、石墨砂等,金屬材料冷鐵表面最好掛一層4~6mm的砂,或造型時(shí)不要緊貼模具放置。一般情況下盡量不用冷鐵。(5)高效實(shí)用的噴涂裝置為防止球鐵件粘砂,鑄型及型芯表面要刷醇基快干石墨涂料,選用噴涂方法及相關(guān)設(shè)備能快速給鑄型(芯)表面,上一層薄而均勻的涂料。其基本原理是,桶內(nèi)涂料在頂部電機(jī)所帶攪拌棒的作用下,始終處在均勻狀態(tài),涂料桶在工作時(shí)是密封的,涂料在氣壓作用下進(jìn)入噴槍,操作工人可隨時(shí)進(jìn)行噴涂。噴涂工作完成后,必須立即將噴槍進(jìn)行清洗,以防堵塞。(6)型芯制作從數(shù)十克到數(shù)十公斤的改性水玻璃砂芯均可用手工制得。小型芯只需吹氣幾秒就可硬化,大型芯可在中部放置鋼管以節(jié)省芯砂。制芯量大時(shí),也可采用射芯機(jī)來制作。由于改性水玻璃砂強(qiáng)度高、潰散性好,直徑為5mm的孔也可準(zhǔn)確鑄出,而且砂芯容易清除。5球化及孕育處理球墨鑄鐵鐵液的化學(xué)成分和質(zhì)量對(duì)石墨化膨脹有很大影響。合適的碳當(dāng)量,高的石墨圓整度、球化率及相對(duì)含量,中等偏小的球徑石墨,減少球徑大小不均及混合狀石墨等,均有利于石墨膨脹力的增大。要努力達(dá)到上述要求,則在球鐵熔煉過程中要特別注意以下幾點(diǎn)。(1)化學(xué)成份的選擇由于球墨鑄鐵石墨化膨脹與析出的石墨量有關(guān),提高鐵液成分中能促進(jìn)石墨化的元素含量,將使石墨化膨脹增大。其中的碳當(dāng)量有重要影響,但隨著碳當(dāng)量的增加,石墨膨脹量有一最大值,此時(shí)的碳當(dāng)量大約為4.7%,參照此值按高碳低硅的原則來選取碳硅相對(duì)含量。錳和磷對(duì)石墨化不利,一般情況下要求含量越低越好,根據(jù)現(xiàn)有的爐料條件,錳應(yīng)低于0.5%,磷應(yīng)低于0.08%。硫是最重要的反球化元素之一,原鐵液含硫越多,產(chǎn)生并殘留在鐵液中的硫化物越多,球化衰退速度也越快;低硫鐵液不僅球化穩(wěn)定,球化所必需的殘留鎂和稀土量很低,產(chǎn)生夾渣和皮下氣孔的可能性也大大減少。因此,努力獲得低硫鐵液是非常重要的,在沖天爐熔煉球鐵時(shí),希望含硫量低于0.06%。(2)重視爐料的質(zhì)量由于球鐵對(duì)化學(xué)成分要求嚴(yán)格,其原鐵液要求高碳、低硅、低錳、低硫、低磷。因此對(duì)新生鐵、回爐料、廢鋼、鐵合金、球化劑、孕育劑、焦炭等爐料一定要按上述要求進(jìn)行采購和管理,對(duì)各料成分均都要明確,并保證質(zhì)量穩(wěn)定,不輕易更換爐料來源地,如必需更換時(shí),應(yīng)經(jīng)過試用后再確定。(3)球化及孕育處理球化處理一般采用堤壩式?jīng)_入法,壩內(nèi)按要求放入球化劑、孕育劑、覆蓋劑,球化劑的加入量根據(jù)熔煉爐形式而定。沖天爐熔煉的鐵液含硫量高,一般按1.4%~1.8%加入含約8%Mg的稀土硅鐵鎂球化劑;酸性爐襯感應(yīng)爐熔煉時(shí),可按1.2%~1.4%加入;堿性電弧爐熔煉時(shí),因能造渣除硫,可使鐵液含硫量很低,其加入量只需0.4%~0.5%就行。鐵液包中的孕育劑加入量均為0.5%75SiFe。球化處理溫度取1480℃左右。澆注前,必需對(duì)鐵液進(jìn)行二次孕育,可采用倒包或隨流的方式進(jìn)行,按鐵液重的0.2%加入粒度為0.3~0.8mm的75SiFe。以上操作對(duì)鐵液球化率、石墨圓整度、細(xì)化石墨球并增加其數(shù)量等都非常有利。(4)球化鐵液檢測(cè)球化處理的鐵液必需每包取樣檢測(cè),可用三角試塊法或儀器進(jìn)行,檢查合格后方能允許澆注。6澆注溫度的確定澆注溫度:根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)及壁厚等,在確保能澆成鑄件的前題下,盡量取低的澆注溫度;但對(duì)一些薄壁件,有時(shí)要高于1360℃。澆注時(shí)間:為防止球化衰退,鐵液球化處理后一般應(yīng)在10min內(nèi)完成澆注。7無冒口鑄造工藝軟密封球鐵閥體:材質(zhì)QT450-10,要求內(nèi)腔不加工,重量15~120kg多種規(guī)格,均采用無冒口工藝鑄造。軟密封閥門壓蘭:材質(zhì)QT450-10,采用改性水玻璃砂芯將大小孔鑄出,見(圖4、5)。8提高了廢砂使用和工藝提效技術(shù)筆者將上述工藝與措施在一個(gè)年產(chǎn)3000t的軟密封閥門球鐵鑄件廠實(shí)施。五年來,對(duì)各類鑄件的測(cè)算,平均鐵液利用率高達(dá)93%~95%;鑄件表面粗糙度達(dá)Ra6.3-12.5,尺寸精度可達(dá)CT7-9;鑄件年平均合格率達(dá)98%;造型效率比原來的濕型砂手工造型提高一倍以上;實(shí)現(xiàn)了廢砂廢水低成本零排放,五年中采用首批原砂循環(huán)使用,未添新砂;鑄件清理打磨簡(jiǎn)便,其所耗工時(shí)大大減少;可實(shí)現(xiàn)無箱造型,省去砂箱和堆放場(chǎng)地;鑄件成本明顯降低;工人告別了原來污染嚴(yán)重、氣味難受、危害身體的勞動(dòng)環(huán)境,得到該