铸造设备与工艺
Foundry Equipment & Technology

硫元素在铸铁生产中的有效作用--不可忽视!

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摘要 本文简要介绍了外国学者与专家关于“硫在铸铁生产中的作用”方面有重要参考价值和推广意义的研究成果与论述,讲述了在为用户服务过程中所遇到的一些案例。

  前言

众所周知,硫元素在铸铁生产中具有不可忽视的双重作用,在一定条件下,它既是使铸件产生脆性,造成表面缺陷和熔渣缺陷,降低机械性能等等方面的有害者,又是提高灰铁铸件,尤其是低硫灰铁铸件,机械性能,增加灰铁共晶晶团数和薄壁球铁铸件球数等等的贡献者。

具有50多年实践经验的Roy Lobenhoter在评论硫的作用时说:生产球铁时,目标是将处理前的硫尽量保持得低些。但有些专家声称,在球铁中,硫可以非常非常的低,“在某些地方可低到0.001%以下”;但是,我从未看到过令我满意的文件记载。在灰铁中,如果硫太低,则可能产生问题。低硫可以导致孕育剂出现奇怪的表现。而有些“专家”说,硫应高于0.03%,而另外一些专家则说应高于0.05%,我却宁愿它达到0.07%的目标。

Reginald D Forrest“在球化之前基铁的最佳含硫量是多少”一文中指出:在基铁含硫量太低(低于0.008%)的地方,必须增硫,以便使其进入建议的范围(0.008-0.012%S);在用感应炉或转炉进行熔炼的地方,通过有控制地加入硫化铁(黄铁矿)的办法就可以很容易地做到这一点。为增每0.001%的硫,每吨铁水应当加入30克(0.067磅)FeS;在用冲天炉进行熔炼接着进行脱硫(例如用多孔塞/碳化该)的地方, 必须不断地调节(碳化钙加入量或者根据温度和搅拌强度决定的搅拌时间)等措施。

韩国和日本学者SangHakLee等人在研究硫和稀土对铸铁组织和性能的影响时,得出的下列结论很有参考价值:①在使用高纯生铁的情况下生成A+D型石墨的RE/S0~1.25生成A型石墨的RE/S1.25~5.0生成全白口的RE/S5.0以上在使用普通生铁的情况下生成A+D+(B)型石墨的RE/S0~2.5生成A型石墨的RE/S2.5~5生成全白口的RE/S5.0以上③这两种铁的RE/S都是在大约2.5可以获得弥散均匀的A型石墨而且白口的深度很小

波兰学者D. Kopyciński, E. Guzik深入研究过低硫铸铁的有效孕育,他们发现:在用传统孕育剂进行孕育之前,将经过破碎的废钢加入到低硫铸铁中,能得到与对推荐的高硫铸铁进行孕育时一样的机械性能。

罗马利亚学者M. Chisamera和I. Riposan等人[用热分析研究过基铁的凝固特性,以及FeSi75硅铁和复合合金片孕育剂对石墨成核作用的影响,发现用0.03%享有专利权的CAT(含氧-硫化物的孕育剂)对低硫铸铁进行孕育的效果至少与用0.2-0.3%含钙铸造级FeSi75进行孕育的效果一样。

埃及学者Hashim Hassan AhmedHashim Ahmed Ali在试验室条件下,研究过后加硫孕育对薄壁球铁铸件球数和球化率的影响。试验证实:在镁处理之后的后孕育期间,进行后S-孕育可以得到高球数,减少碳化物的生成,以及获得极好的球化率。

罗马利亚T. Ripposan, M. Chisanmara, 和美国学者R. Kelly, 及R.J.Naro等人多年来一直着关注硫在铸铁生产方面的作用,他们在近期发表了一篇令人鼓舞的文章——“球铁和蠕铁受后加硫影响的镁-硫关系”,用在铸造厂的实践证明:在后孕育过程中,受控制地加入硫,不仅能增加球铁的球数,减低出现碳化物的风险,而且可以生产出平均蠕化率达81%的蠕铁。

印度学者Subrata ChakrabattiH在“蠕铁的生产与应用”一文中,不仅介绍了“再硫化法”的特点,而且认为:这个方法似乎最适合想为工程工业做零活生产CGI铸件的的铸造厂。

  在我国的实际案例

  我们的服技术团队在为现场服务的过程中,曾经遇到过需要增硫或加硫的案例,以及从事过在工业条件下用再硫化法生产蠕铁的实践,总起来看,有如下方面:

  1) 某出口管件铸造厂,是用经石灰脱硫处理后的冲天炉铁水生产球铁管件,因“受在优质球铁生产中,原铁水硫含量越低越好”的误导,工厂曾出台了一项“原铁水的硫被脱除得越多,奖金越高”的“奖励”政策,致使原铁水的含硫都在0.002%左右。将原铁水的含硫定位在007-0.010%之后,各方面都发生了改观;  2) 某微型发动机用球铁件生产厂,自从铁液由冲入法改为喂线法处理后,基铁的炉料变成了回炉料+工厂自产废钢+ 增碳剂+ 硅铁及其他铁合金。经多次循环之后发现,尽管基铁的含硫量仍保持在0.02%左右,可铸件球化率和机械性能下降到了报废的边缘。考虑到可能是游离硫不够引起的原因之后,往熔炉中加入1kg/吨铁水硫化亚铁(黄铁矿),问题就迎刃而解了。

  3) 某铸造厂,每包铁水处理前后都取光谱样进行成分分析,处理前后的分析结果如下:

Mg处理前的光谱分析结果

Mg处理后的光谱分析结果

  我们发现:现场的技术人员仅只关心碳,硅,锰 ,磷,硫及残余镁和其他合金元素的含量是否在规定的范围内, 很少对分析结果,尤其对硫在铁水中的状态进行考虑与分析。上述镁处理分析前后的结果最起码表明:不仅镁处理的脱硫效果太差了,而且暗示被处理铁水中的硫基本上都是成化合物, 成游离状态的很少,因此在铸件中必然不会有很多石墨球。金相检验结果证实料我们的球状石墨不会很多的预言,仅60个球/mm2

  4) 某厂是用粘土砂模和冲入法生产球铁铸件,用便携式金相显微镜检查铸件的质量。经过一段时间以后,铸件常常因为表层有蠕虫状石墨而被判废。用喂线法进行试验时,仍然有蠕虫状石墨存在。由于生产厂家和另外几家对试样残余镁的分析结果都是Mg0.050-055%,因此断定不是加镁量不够,也不是镁衰退造成的,铸件本身应该没有质量问题。解剖后铸件的金相检查也证实了这一点,因而判定:是型砂表面的硫和金属起反应的结果。刚开始生产厂家还不大相信的说“粘土沙哪来的硫?”。经查:原来是劣质煤粉惹的祸。

  5)还有两个厂,一个是用树脂砂模生产球铁桥壳,一个是用金属覆模砂生产农用车蠕铁曲轴,铸件表层也都存在着蠕虫状石墨,原因也都是因为砂子中的硫与镁的反应结果。

  6)用再硫化法生产蠕铁。喂线技术+再硫化法是最简单而又最易于实现的蠕铁生产方法。不仅是因为用喂线法往铁水中加入球化剂,孕育剂以及硫磺(或硫化铁)具有很高的稳定性,弥散性和均匀性,而且因为用这个方法生产蠕铁可以把铁液的原始硫含量放宽,以及先将铁液处理成成低镁球铁,而后再用硫“去镁”(消球)比较容易,以及不用几百万元的控制仪表和其他辅材。从而促使我们敢于“冒险”,直接在工业条件下,用再硫化法生产160吨重的蠕铁钢锭模,尽管还有熔渣之类的缺陷问题有待克服。

  结论

  1) 应正确认识硫在铸铁生产中的双重作用,扬它的长,抑它的短,变弊为利。

  2) 外国学者和专家在硫元素(包括S/RE比,Mn/S比,S/Mg比)在灰铁或球铁生产中的有效作用方面的研究成果,对于中国的铸造工作者具有很强的直接应用与推广的价值。

  3) 认真对待铁液的日常分析与鉴定结果,分析它们对铸件质量可能产生的影响,并随时采取必要的解决措施。

  4) 大力推广用喂线+再硫化法生产蠕铁的工艺对于许多急需解决蠕铁生产工艺的铸造厂,具有非常现实的意义。