盡管利用沖天爐生產(chǎn)球鐵，熱效率低，鐵水成分波動(dòng)大，廢品率高，但作者在實(shí)際指導(dǎo)球鐵 生產(chǎn)中，認(rèn)為只要嚴(yán)格遵守以下原則，就能保證長期穩(wěn)定地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的球墨鑄鐵。
1 原材料
1.1 嚴(yán)格控制干擾球化的元素
生產(chǎn)球墨鑄鐵必須嚴(yán)格控制干擾球化的元素(如Ti、Sn、Zn、Al、Cu、Zr、Se、Te、Pb、As 、Sb、Bi等)。這些有害微量元素的總和要調(diào)整在ΣΜ%≤0.09%以內(nèi)。使用本溪生鐵(ΣM%= 0.062%)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵的重要保證。
為降低爐料的含碳量，往往在沖天爐內(nèi)加5%～15%的廢鋼。但如使用易切鋼(含有較高S、P、 Pb )，彈簧鋼、齒輪鋼、軸承鋼(含有Cr、Mo、Ni、B、Ti等)，被表面處理或電鍍(含Zn、Sn等) 殘材，或者使用生銹的碳素鋼和沖裁廢料，必然導(dǎo)致球鐵件成分波動(dòng)大、局部產(chǎn)生白口、表皮硬等缺陷。
要想熔化出優(yōu)質(zhì)的球鐵水，可用新的碳素鋼、沖裁廢料。對(duì)銹蝕較重的廢鋼應(yīng)該進(jìn)行滾筒處 理，如果用切屑代替廢鋼，最好經(jīng)燒結(jié)后再使用。不過，根據(jù)本人在株洲電機(jī)廠、株洲建寧機(jī)械廠的經(jīng)驗(yàn)，在原材料無法非常嚴(yán)格控制的 況下，生產(chǎn)鐵素體球鐵采用一般生鐵加廢鋼配料，隨后進(jìn)行人工鐵素體退火處理比采用某種特殊爐料來生產(chǎn)鐵素體球鐵要經(jīng)濟(jì)、適用得多。
1.2 焦炭
焦炭是保證高溫熔化的必須條件。熔煉球鐵一定要選擇含硫少、灰分低、固定碳多、強(qiáng) 高的焦炭，最好是鑄造焦。對(duì)于3t/h沖天爐而言，焦炭尺寸應(yīng)保證在φ60～φ100之間，不能小于45 mm。此外，為了獲得高溫鐵水，嚴(yán)禁使用淋濕的焦炭。
2 化學(xué)成分
2.1 碳當(dāng)量
眾所周知，球墨的生成是以石墨化為條件的，且過共晶組織比亞共晶組織更有利。CE高，有 利于消除白口，減少縮松，提高鑄件的致密度。但過高，以致石墨顯著地向鑄件上部偏析，而且還容易形成粗短或蠕蟲狀石墨。因此，在鑄件各處都不形成碳化物并能得到足夠數(shù)量的石墨條件下，盡可能使CE保持在較低的水平。
對(duì)于大斷面球鐵件，為避免蠕蟲狀石墨出現(xiàn)，推薦碳當(dāng)量為4.0%～4.2%。對(duì)于想在鑄態(tài)下形成的球鐵件，推薦碳當(dāng)量為4.1%～4.55%，薄壁取下限，厚大件取上限。
2.2 錳
錳是反石墨化元素，起穩(wěn)定碳化物和珠光體作用，但因易導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生偏析，降低塑性與韌 性，所以即使珠光體球鐵，亦不應(yīng)提高錳含量。生產(chǎn)球鐵件錳含量一般控制在0.3%～0.8%。鑄態(tài)鐵素體球鐵件及大型厚斷面球鐵件，對(duì)錳要求更嚴(yán)，一般為Mn≤0.35%。
2.3 磷、硫
磷嚴(yán)重導(dǎo)致常溫及低溫脆性，促使鑄件收縮，所以球鐵生產(chǎn)一般要求P≤0.07%。硫含量一般＜0.03%。
3 高溫熔化
由于脫硫、孕育處理和球化處理，鐵水溫度從出鐵水到澆注之間，比普通鑄鐵要降低50～10 0℃。因此，生產(chǎn)小件球鐵出水溫度要大于1440～1450℃；大件也要大于1400～1420℃以上。對(duì)于大斷面球鐵件澆注溫度在1370℃為好，低于1340℃就會(huì)產(chǎn)生蠕蟲狀或不規(guī)則狀石墨。筆者在指導(dǎo)生產(chǎn)中小件球鐵時(shí)，發(fā)現(xiàn)廢品率與出鐵水溫度關(guān)系如圖2(a)所示。鐵水溫度過低，會(huì)產(chǎn)生大且集中式的蜂窩狀皮下氣孔。
出鐵水溫度與送風(fēng)濕度也存在一定關(guān)系。水分一旦超過15 g/m3時(shí)，出鐵溫度急劇降 低。盡管配比、焦比與送風(fēng)量相同，但由于空氣中水分的變化，導(dǎo)致出鐵水溫度變化范圍竟達(dá)100℃左右。顯然采取除濕送風(fēng)、預(yù)熱送風(fēng)，出水溫度可明顯提高。
湖南梅雨時(shí)間長，一般焦炭在此季節(jié)含水量達(dá)4%～8%。如果希望開頭兩包鐵水溫度升高，可 以將2%～4%的電石添在焦炭上，這樣既能升溫，又能起到脫硫效果。為了獲得高溫鐵水，熔化球鐵的焦比要比熔化普通鑄鐵多2%～4%。
4 脫硫處理
一般使用的脫硫劑有電石、生石灰與蘇打等。生產(chǎn)實(shí)際證明，加入0.3%～0.5%蘇打，可脫硫 達(dá)20%～30%。但須注意的是，用吸濕性強(qiáng)的蘇打處理，會(huì)使鐵水溫度降低50～60℃。所以用蘇打脫硫前，應(yīng)將其烘干。處理后應(yīng)及時(shí)將熔渣扒掉，以免FeS重新進(jìn)入鐵水，出現(xiàn)回硫現(xiàn)象。為了提高脫硫效果，可以用復(fù)合脫硫劑，如CaO+CaC2或在CaO中加入5%～10%CaF2和石墨混合加入。
脫硫方法有沖入法，攪拌法，搖動(dòng)包法。近來也有采用連續(xù)脫硫法的。不管怎樣脫硫，一定 要考慮出水量與溫度，包襯材料和脫硫劑加入量等。
5 球化處理
生產(chǎn)無缺陷的球墨鑄鐵件，現(xiàn)在公認(rèn)的最佳殘留鎂量為0.025%～0.04%，在此范圍內(nèi)，能夠獲得良好的球狀石墨。不過，在生產(chǎn)中要根據(jù)鐵水中雜質(zhì)的種類與數(shù)量作適當(dāng)調(diào)整。例如，硫含量高時(shí)，就要求較多的鎂來平衡硫形成片狀石墨的傾向。對(duì)薄壁鑄件，鎂的臨界殘量可降到0.02%～0.025%；對(duì)大斷面鑄件，殘余鎂在0.04%～0.06%即可。
因?yàn)樘幚砬蜩F時(shí)，一般選用稀土鎂球化劑，所以也要考慮稀土對(duì)球鐵的影響。稀土同鎂一樣 ，是保證石墨成球狀的元素，此外還有降低殘余鎂量、增加石墨球數(shù)，消除干擾元素和減少氧化夾雜的作用。通常，對(duì)薄壁鑄件，鈰的最佳殘量為0.006%～0.01%。此時(shí)，球化率最好，石墨球數(shù)最多，而白口傾向最小。對(duì)大斷面球鐵件，稀土總量則應(yīng)取0.01%～0.02%。目前，湖南有些工廠生產(chǎn)球鐵的原鐵水含硫量較高，沖天爐為0.05%～0.08%，處理后殘硫量也高達(dá)0.02%～0.03%。對(duì)含硫量為0.03%～0.07%的原鐵水來說，殘余稀土量可為0.02%左右。
球化方法，湖南使用最為廣泛的是覆蓋沖入法，其工藝簡便，操作安全。一般稀土鎂加入量 為1.0%～1.9%。
6 孕育處理
選擇球鐵用的孕育劑，硅含量一定要高，例如含少量鈣的75SiFe。這是因?yàn)楣鑼?duì)球墨鑄鐵有 強(qiáng)烈的孕育作用。而鈣高的孕育劑由于溶于鐵水中并不降低激冷傾向，反而增加激冷，而且還 會(huì)產(chǎn)生過多的熔渣，所以不能作為球鐵孕育劑。選擇孕育劑最好選擇能使石墨球增加并且作用時(shí)間長的孕育劑，如Si-Bi孕育劑，Si-RE-Al-Bi-Fe孕育劑。
球墨鑄鐵孕育處理的特點(diǎn)是隨著時(shí)間增加孕育作用衰退。而球墨鑄鐵衰退作用不能像灰口鑄鐵那樣輕視，因?yàn)槌嗽杏Чネ艘酝馇蚧Ч苍谒ネ?。為了消除孕育衰退現(xiàn)象，可采用隨流孕育、型內(nèi)孕育、多次孕育(二次或三次孕育)等工藝。利用沖入法孕育時(shí)，一定要預(yù)熱孕育劑，孕育后要盡快扒渣和澆注，以防孕育退化。
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