喂丝球化工艺需要注意的问题及对策

科技 2024-11-14 15:45 河南

1、喂丝球化工艺的基本原理

所谓喂丝球化，是指将一定成分、一定粒度的球化芯料经卷线设备包裹在一定厚度、宽度的钢皮内，形成适当强度、填充率的电缆状包芯线卷。然后经喂丝设备，以一定速度喂入带有包盖的处理包中，实现球化处理的工艺。

目前市场上的线径主要是φ13mm，卷线的长度在2500～3000m，重约1～2t；芯线内w（Mg）量在15%～35%，同时熔有Si、Re、Ca、Ba等元素；芯线的喂入速度为15～40 m/min。喂丝球化处理工艺过程主要包括高镁型球化剂的生产、包芯线卷生产、铁液熔炼、喂丝球化处理、铁水孕育等。

包芯线及生产机组

2、喂丝球化的主要优势

（1）比球化剂加入量少，产生的渣量少，相应的可减少夹渣、气孔等缺陷，提高铸件质量及综合性能。

（2）充分利用镁元素的球化优势，更易于获得细小、圆整的石墨球。镁是球化能力最强的元素，但镁的沸点低于铁液温度，仅为1107℃，用冲入法工艺很难提高球化剂中的w（Mg）量。

喂丝处理后的晶相

（3）由于加入量少，则铁水增w（Si）量就少，配料时可多耗用回炉料，对于生产工艺出品率低的铸件极为有利。一般对于，w（S）＜0.020%，球化处理温度在1480～1530℃的条件下，用冲入法球化处理时球化剂加入量为1.2%~1.4%，用包芯线生产时包芯线加入量为0.6%~0.8%。

（4）喂丝球化处理站可建成密闭空间并连接除尘系统（有的可以直接连到除尘管道，有的需要加除尘器），球化处理时可做到无烟尘外溢，极大改善车间作业环境。

加除尘器的喂丝站

（5）铁水处理的温降小。用喂丝法的铁水温降相比冲入法工艺平均减少10~20℃，即可降低动能成本，而且铁水的冶金质量及球化质量也会随之提高。

（6）喂丝球化包无需设置堤坝，使得包子维护方便且维护成本低。

（7）整个运转过程可实现一键启动自动化操作，定量准确，减少人为操作风险。

喂丝机的操作界面

（8）取消了球化剂称量和压包作业，可减少用工成本。

（9）普通球铁吨铁水球化处理成本较冲入法有一定程度的降低。

3、喂丝球化工艺需要注意的问题及对策

问题一：喂丝方式的选择

喂丝方式目前存在卧式喂丝、立式喂丝和倾向式三种方式，卧式喂丝方式由于包芯线进线角度呈弧形，包芯线不在处理包的中心；对喂丝速度的变化比较敏感；占用场地相对较大。而立式或倾向式喂丝方式的包芯线是基本垂直进入铁水，基本可以做到对准处理包的中心，故其对喂丝速度的变化不敏感，且占地面积小，故目前一般都选用立式或倾向式喂丝方式。

立式喂丝机

如果结合包盖的话还有两种，一种是包盖不动，包子往上提升的方式，这是方式适用于采用行车或支撑平车进行喂丝处理；另一种是包子不动，包盖进行升降的方式，这种方式一般采用机动辊道将铁水转运至包盖下方，然后由包盖下降进行喂丝处理，这是目前流水线生产企业采用较为普遍的一种方式。

活动式包盖

问题二：喂丝站的位置选择

有些企业将喂丝球化站设置在熔炼炉旁，这样设置带来的问题是球化处理后的铁液在转运过程中停留时间长，会造成一定程度的球化和孕育衰退。也不利于球化和孕育合金成本的降低，所以喂丝处理站应尽可能就近建于浇注工位附近，尤其是熔炼炉远离浇注工位的企业更要注意此问题。

建在浇铸线边上的喂丝站

问题三：除尘口开设位置选择

目前喂丝除尘口开设位置有两种方式，一种是直接开在包盖上，另一种是开在喂丝房的侧上面或顶部。只要风量和风速满足要求，两种方式除尘效果均没问题。但从温降及镁吸收率等方面考虑，可采用第二种方式，这种方式由于吸风口不直接对着包内，它是抽吸球化反应后从包盖溢出的烟尘，故其对铁水的降温作用小；另外由于其吸风口不直接对着包内，在球化反应后产生的巨大镁蒸气压作用于包内液面，且很好地隔绝空气，使得镁的吸收率得以提升。

问题四：卡断线问题

在喂丝过程中，包芯线突然停止不动或芯线在喂线过程中出现断线故障。其对策主要有：

（1）穿线前要搞清是内抽式还是外抽式，目前以内抽式为主，搞错容易产生卡线现象。

（2）提高包芯线的质量，确保包芯线不开裂、不漏粉且每米粉料重量均匀稳定，防止出现所谓由于芯线不密实造成的“空管”问题。

（3）两卷包芯线的接头必须接牢靠且接头直径应小于喂丝机进线处的导向管直径。接线操作如下图所示。

接线过程

结头外观

（4）包芯线卷要留足空间和距离，以保证在送线时能完全释放卷线时产生的应力，保证线不扭曲，不被扭断，扭开裂。

应力没释放造成的扭线

（5）包芯线在卷线时两根钢带对接时的焊接一定要牢固，否则容易产生断线现象。

（6）包芯线卷外需要加装导线框以防包芯线散乱。

导线框

（7）需要安装包芯线导向管。

包芯线从线卷拉出后，需要采用导向管使其导入到处理包内。如果是卧式喂丝方式，安装时应保证喂丝机出口的导向管弯曲部分的弯曲半径应不小于1m，垂直部分在1m左右；如果是立式喂丝方式则导管是直的，其长度应不低于1m，因包芯线直径13mm，故导管内径在35～50mm 左右。如果管子有接口的部分，则要保证接口部分过渡的圆滑性，不能有台阶，以防喂线过程中芯线在接口部分出现卡线故障。

导向管垂直安装

（8）辅助设备的安装

当包芯线从线盘中被拉出来时，芯线呈螺旋盘状。可在喂丝机的输入口装上喇叭口状的部件，将芯线的螺旋弯曲消除，有效减少包芯线在喂丝过程中的阻力。对于喂丝机和包芯线卷在相对高度落差较大的情况下，可以在喂丝机的进口增加弧形排列的导向轮组结构，以释缓芯线螺旋扭曲。导向轮的排列和大小，顺序和科学依据的。

导线环

问题五：堵线问题

在生产过程中有时会出现堵线问题，即在喂丝机下方与包盖之间产生堵线故障，其对策主要有：

（1）喂丝机出口导管与下方导向管之间的距离应尽可能小，且尽量保持中心对正，保证线能基本垂直进入包内。

无法导直的安装

（2）提高包芯线进入处理包的垂直度，一以免包芯线触及包壁后力量迅速传递至上方导致线打弯。

（3）若处理包是在辊道上方放置，则须在处理包底部设置定位机构，防止球化包在处理过程中的晃动或移动造成包芯线偏及包壁后出现堵线问题。

（4）应根据现场残镁问题适当调整喂线速度，以免包芯线触及包底后力量迅速传递至上方导致绕堵线。

（5）经常清理导管及包盖内侧的干渣，以防堵塞引起堵线。

堵线故障

导管内壁结渣

问题六：温降问题

温降问题对策主要有：

（1）喂丝处理包在筑包前加保温材料，如纳米石棉板等，且需要保证一定的包壁厚度。

（2）出铁后在处理包上撒一层除渣剂并及时加上包盖或陶瓷纤维毯覆盖保温。

（3）使用前必须对球化包进行烘烤或烫包处理。

（4）如果熔化炉离浇注位较远，建议采用叉车出铁，效率高，温降小，不建议采用辊道转运铁水。

（5）如果除尘管道抽力过大，可以考虑加调节阀。

问题七：包盖相关问题

由于包盖在铁水的上方，温度较高，易产生变形，导致包盖盖不严，喂丝时铁水喷溅。加之包芯线镁含量高，喂丝过程中产生的粘渣容易喷溅至包盖内壁形成渣壁，造成包盖上面的喂丝孔逐步变小，最终导致导管抵住包盖，导致包盖提不上去；如果渣溅至导管内，容易造成导管的堵塞。其对策主要有：

（1）包盖钢板厚度不低于10mm，且里面的耐火材料厚度应不低于100mm或直接浇注壁厚50mm以上的铸铁包盖（使用前需要刷石墨涂料）包盖重量应适当偏重点，利用包盖重量紧密贴合包口，保证反应的镁蒸汽，提高镁的吸收率。

（2）包盖内腔直径应与包内壁直径一致，其中喂丝包口边缘不建议圆角过度，包盖内腔高度应不低于300mm，使用前内壁应涂刷石墨涂料。

（3）合理设计喂丝包尺寸，确保液面离包子上口不低于400mm。

（4）加强对包盖及导管清理工作包盖

包盖及导线锥

问题八：残余镁不稳定问题

在使用过程中有时会出现残余镁不太稳定的问题，其对策主要有：

（1）选用质量好、运行稳定的喂丝机，不要过分压低设备采购价格，好的设备使用起来会起到事半功倍的效果。

低价的喂丝机经常卡线

（2）做好设备的点检、维保并定期校核喂丝速度；

（3）选择有自产芯料且管理规范、质量稳定的包芯线供应商，包芯料生产是一个危险复杂的过程，而且很容易被混入下脚料或其它细粉影响品质（如掺入硅粉，收尘粉）。一个自有冶炼能力的供应商至关重要。

国家认可的厂家

（4）依据每批次成分来料分析，并取一截包芯线打开，看芯料是纯冶炼的，混合的，还是被掺杂了某些杂质。根据颜色，很容易分辨出来是一种还是几种颜色。

（5）严格控制处理包的烘烤温度、出铁温度、喂丝处理温度、浇注时间等参数；

（6）确定合理的喂丝速度：

喂丝速度的确定应考虑到铁液液面高度、铁液处理量、铁液温度、铁液成分等因素。速度的调节理论上应掌握在芯线插入包底位置（0一10cm）时刚好熔化，边熔化，边喂入，连续不断地供给，保证芯线始终在包底附近位置反应。

确定喂丝速度的经验做法是：先量出包芯线末端（需固定位置）至处理包底部的长度，然后启动手动喂丝机进行喂丝，听到球化起爆的反应声时，立即查看喂入长度，如果这个长度和刚才所量长度数值基本接近时，这个速度应是合适的。

（7）喂丝长度的确定

喂丝长度应与包芯线成分、铁液温度、铁液 w（S）量、铸件大小、铸型种类、浇注时间等多方面因素综合起来考虑，一般情况下，电炉铁液为 0.6%~0.9%，有人得出的计算公式为：

L＝ 0.76△S+w（Mg 残）η×q×Q式中：

L——包芯线长度/m；Q——铁液重量/g；η——Mg 的收得率（％）；w（Mg 残）——球化处理后铁液中的残余镁量（％）；

△S——处理前后铁液 w（S）量变化（％）；

q——包芯线单位长度的 w（Mg）量/g·m-1。

此公式只能作为参考，具体还是要通过检测铸件的球化率、力学性能、铸件中的 w（Mg 残）、w（RE 残）、w（S）量，综合考虑合适的加入量。当然在已经确定喂丝长度的情况下，还要根据实际出铁重量及时调整喂丝长度；对于大批量生产的单一产品，必须严格控制出铁重量。

（8）多种重量铸件的生产

对于品种多，铸件重量差异大，且每包处理铁液相差巨大的企业，则可能需要采用多种规格的处理包，以满足最低高径比的需要（铁液液面高度h，比包底直径I，大于1.5：1）。因为，喂丝处理定性定量定比要求严格。

（9）球化处理完倒包

球化处理完大包倒小包，小包里加孕育剂，在操作精准化不够高的厂里至关重要，因为它很难保障球化完铁水成分是均匀的。从而进行导爆处理，一是为了混合处理完的铁液成分均匀二是再一次孕育，补救第一次处理不充分的缺陷。

（10）浇铸时的随流孕育

对于球化处理孕育越靠后，越关键越抗衰退越关键。球化刚处理完，瞬时球化效果相当好，随着时间推移球化衰退也比较快。随着石墨核心逐渐减少必须加随流孕育来补救。

简易的包上用随流孕育装置

问题九：高径比问题

所谓高径比，即球化处理时球化包铁液实际高度H与包子内径D之比。一般情况下，我们希望高径比H/D大一点为好，镁的吸收率与高径比之间并不是我们想象的线性关系，实际是开始镁的吸收率呈上升趋势，但当高径比到达一定的数值后呈现不增反降的趋势，所以高径比过大过小均不好，一般情况下以1.5-1.8较为合适。可能的原因是高径比过大，喂丝速度必须加快，单位时间内喂入铁水的包芯线量势必增多，相应带来镁起爆造成的铁水翻滚也严重，镁的烧损相应增加，造成镁的吸收率下降；高径比过小，喂丝速度慢，包芯线的起爆基本在铁水的中上方，同样的也会造成镁的烧损增加，导致镁的吸收率下降。实际生产过程中，高径比也不太可能做得过大，因为我们设计包子高度时还要同时考虑两个因素，一是铁液面离包口的最小距离（因为高镁包芯线反应比较激烈，根据经验一般推荐为不低于400mm），二是炉台的高度有限制。

喂丝球化专用包图纸

问题十：大件生产问题

大件除以上一些共性问题外，还需要注意以下问题：

（1）使用精炼剂，进一步得到更纯净的铁液。

（2）一次性可以喂多根球化丝，喂丝处理后，更要进行在线金相和成分的快速检测，如未达到检测规范要求，可补加芯线来进行挽救。

（3）包芯线的成分设计，除了 Mg 元素之外，应适当添加重稀土或降低稀土含量，适当添加Ca、Ba、Sr 等元素，克服因壁厚厚大造成的凝固时间长而带来的一系列问题。

（4）加强孕育处理

可采用浇注时多加随流孕育、浇口杯中加孕育块、型内孕育等方法和选择更抗衰退的高效复合孕育剂。如硅锶，硅铈，硅锶锆，硫氧等。

（5）使用发热保温覆盖剂

也叫无碳发热冒口补缩剂，均匀的在冒口上覆盖3一5cm，可以给铁液持续保温，使凝固时间比普覆盖剂放缓1小时左右，使铁液有效的补缩。

结束语

喂丝球化工艺及其相应技术在经过20多年的发展后，目前已经基本成熟，其应用的成功与否主要是一些细节处理的问题，希望文章所列出的问题及对策能够对喂丝工艺的应用及发展起到一定的促进作用

联系电话：范经理13346272690

李经理18629565576

宋经理18266118986

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