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【荐读】蠕化剂关键技术指标、性能对铸件质量的影响

蠕化剂的作用是促使铸铁中石墨结晶成蠕虫状，它被加入到铁液中。这种合金添加剂的主要元素有 Mg、Re 等。然而，Mg 的蠕化含量范围比较小。稀土的蠕化含量范围相对稍大一些，但在处理铁液时，它没有沸腾自搅拌的作用，所以吸收效果不佳。正因如此，常用的蠕化剂是由几种元素或者几种蠕化剂混合或复合而成的。其种类以及工艺要点如下：

01

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蠕化剂种类

应用范围及工艺要点

稀土硅铁合金

我国在 20 世纪 60 年代开始运用稀土硅铁合金来生产蠕墨铸铁。这种合金的稀土含量通常处于 27.0%至 30.0%之间。它主要凭借稀土元素来发挥脱硫、去气以及变质的作用。

应用范围包括一般冲天炉铁液，这种铁液的出铁温度在 1420 至 1500℃之间，原铁液的 S 量在 0.045%至 0.10%之间。同时，也适用于高温低硫的电炉铁液。

· 工艺要点：

冲天炉铁液用出铁槽冲入法处理。当含 S 量在 0.07%～0.08%时，加入量约为 1.7%，并且需要加强搅拌。对于电炉铁液，采用边出铁边撒入边搅拌的方法。在含 S 量为 0.03%时，加入量约为 0.7%，此方法蠕化的稀土残余量有较宽的控制范围。

在稀土硅铁合金的基础上加入钙，并且降低稀土，这样能够进一步加宽蠕化的稀土残余量范围。例如，有钙 12%和稀土 12%的合金这种情况是典型的。

3.加入适量钇也可扩大蠕化的稀土残余量范围。

在以稀土为主的蠕化剂里加入 5%到 10%的铝，这种做法具有脱氧的作用，同时也能起到稀释渣的效果。不过需要留意，要防止铸件出现皮下气孔的情况。

以稀土为主的蠕化剂处理的铁液，其白口倾向比较大。对于原铁液，需要将其控制在较高的碳当量范围内，也就是 4.5%～4.7%。同时，还需要加强孕育。

铈混合稀土

铈混合稀土蠕化剂是铈和其他稀土各占46%～50%的合金。

·应用范围：电炉铁液和脱硫后的冲天炉铁液。

·工艺要点：

铁液的 S 量约为 0.020%时，需加入 0.11%的铈混合稀土，接着用 0.9%至 1.0%的硅 75 进行孕育处理。

特点在于加入的量较少，产生的渣也少，并且操作起来较为简便。其缺点是在 S 量较高的时候会不稳定，同时合金的价格比较高。

稀土镁硅铁合金

·工艺要点：

4%到 5%的镁量适合在 1470 摄氏度到 1500 摄氏度这个温度范围内进行处理。

在 1400℃进行处理时，要使反应顺利进行，需要 7%～8%的镁才能爆发。

浇注钢锭模等形状简单且厚大的铸件时，由于处理温度不高，所以合金含镁量能够高达 10%至 11%。

4.当稀土含量大于镁时，镁与稀土之比越大则越有利。

稀土钛镁硅铁合金

主要是添加了反球化元素 Ti。这类合金中 Mg 的残留量变化幅度较大，而蠕墨率能够稳定在 60%以上，由此生产出的铸件在壁厚方面的敏感性比较小。

应用范围：适用于生产汽车排气管类铸件。该合金的反应性能良好，吸收率较高且稳定，渣子较少且容易扒掉。它可用于处理温度在 1470～1500℃、硫在 0.03%以下的电炉铁液。

·工艺要点：

需要注意的是，部分铸造生铁本身就含有相当数量的钛。在这种情况下，蠕化剂必须减少部分钛，甚至要减少全部的钛。这样最终能使铁水中含有 0.10%～0.20%的 Ti 。

含钛蠕化剂存在不足之处，即钛的积累有可能会引发负作用。在生产过程中，必须对这一情况给予足够的重视，并且要采取必要的措施。

当处理温度处于偏低的状态时，为了确保蠕化反应能够正常进行，合金中的镁量需要适当提高。

稀土镁锌硅铁合金

稀土镁锌合金：具有良好的沸腾效应，能提高蠕化剂的吸收率。

冲天炉原铁液的含硫量在 0.07～0.09％时适用；电炉原铁液的含硫量在 0.020～0.025％时适用。

工艺要点如下：用部分等量的锌去取代等量的 Mg；提高了稀土的比例；增加了合金的比重；处理后浮渣量少且质稀。

02

关键技术指标对铸件质量的影响

蠕化剂在铸造过程中具有关键作用，它的质量指标会对铸件质量产生直接影响。具体来说，蠕化剂的主要质量指标对铸件质量有如下影响：

技术指标

对铸件质量的影响

化学成分

蠕化剂的化学成分包含稀土元素，也包含镁、硅、钙、铝等。这些成分的挑选以及它们之间的比例，对蠕墨铸铁件的质量起着重要的作用。如果能够合理地选择并且调整蠕化剂的化学成分，就可以使蠕墨铸铁件的质量和性能得到显著提升，从而满足不同的需求。

稀土元素，例如铈和镧，能够对蠕虫状石墨的形成起到有效促进作用。通常情况下，稀土元素的加入量是比较高的，特别是当铁水含硫量较高的时候，就需要更多的稀土来达成蠕化的效果。

镁是一种重要的蠕化元素。它能在低硫铁水中发挥作用。不过，镁的加入量需要严格把控，以防出现过度球化或片状石墨的情况。

硅的含量一般处于 35%至 50%这个范围，其具体的比例是依据蠕化剂的类型来确定的。硅能够对蠕化效果起到稳定的作用，同时也会对蠕铁的力学性能产生影响。

钙常被加入蠕化剂中，用于改善蠕化效果和铸铁的性能。铝也常被加入蠕化剂中，同样可改善蠕化效果和铸铁的性能。钙基蠕化剂具备良好的抗热裂性能。铝有助于增加生产的稳定性。

其他元素像锌和钛，有可能被运用到特定的蠕化剂里，目的是满足不同的铸造需求。

致密性

致密结晶的蠕化剂有助于蠕墨铸铁维持蠕化效果；蠕化合金中气体过量以及冷却速度过慢，是形成疏松蠕化剂的主要缘由。需要蠕化剂结晶致密、均匀且无偏析，无缩孔缩松。对蠕化剂厚度进行控制以及采用水冷模，都有益于提升蠕化剂的致密度，能够减少蠕铁铸件的夹渣，改良蠕化效果。

粒度

合适的粒径以及其分布有利于蠕化剂在铁液里更好地分散开，从而形成稳定的蠕虫状石墨。粒度过大的话，有可能会致使蠕化不完全，进而形成过多的片状石墨，使机械性能降低。细小的颗粒一般反应速度更快，然而如果过细，就可能会导致烧损更加严重或者分布不均匀。

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应用蠕化剂的调控建议

调控要素

具体建议

保持炉料质量稳定

蠕化处理具有其特点，这要求原铁水的化学成分必须稳定。尤其是对于一些对蠕化处理较为敏感的微量元素，更是如此。因此，对炉料成分有着严格的要求，需要重点避免 O、S 等敏感元素的引入，同时也要减少化学成分的波动，以降低蠕化处理的波动。

· 生铁：生铁严格控制含硫量0.03%以下，避免氧化腐蚀。

· 废钢：来源稳定，石墨稳定性好，S等微量元素稳定。

增碳剂需选择碳元素含量大于 99.5%的，同时硫量要低于 0.03%。

蠕铁回炉料单独堆放并循环使用，在使用之前，需对其全部进行表面处理，以去除粘砂和锈斑。

保持原铁液质量稳定

硫与镁和稀土的亲和力很强。高硫含量会消耗更多的蠕化剂。所以需要把原铁液的硫含量控制在较低水平。

其他元素：干扰元素如果过多，就会影响蠕化效果，所以应尽量降低其含量。

温度方面，铁液温度如果过高，就会使蠕化剂的烧损增多，特别是镁系蠕化剂。所以，应当在能够保证充型能力的基础上，尽可能地降低处理温度。

氧化程度方面，严重的氧化情况会对蠕化剂的作用产生影响，所以应当防止铁液出现过度氧化的现象。

保持选用质量稳定的蠕化剂

· 选择合适的蠕化剂：根据铁液的成分和处理条件合理选择。

选用合适的蠕化方法，常见的有冲入法、引爆法和喂丝法。建议最好采用喂丝法。

蠕化剂加入量需要控制：如果加入量过少，就会导致蠕化不成功；而如果加入量过多，又可能会使球状石墨过多。所以，应该依据铁液的硫含量以及温度等因素，来合理地对加入量进行调整。

搅拌时间要适当，这样有助于蠕化剂充分发挥作用；静置时间也要适当，这样有助于铁液均匀化。

对应用的蠕化剂进行定期检测，检测其粒度和成分。要确保粒度分布合理，同时也要确保成分稳定。

优化工艺，提高材质稳定性

选择合适的 CE 来降低材质缩松的倾向：全面考量碳当量对缩松以及性能这两方面的影响，挑选出适合产品的 CE 和液相线温度，确保处理后的铁水处于共晶点附近，这样最有利于蠕铁铁水的补缩。

优化炉料的配比，以此来减少材质出现缩松的倾向。具体做法是通过试验来确定炉料的配比，就像某厂那样，其配比为 20%的生铁、40%的废钢以及 40%的回炉铁。

优化超差处置方案：在实际生产中，由于各种因素的影响，常常会出现铁液“欠处理”或者“过处理”的情况。针对这种具体情况，建议采用补加稀土或者补加铁液的方法来进行快速纠偏处理。

· 优化蠕化处理检测防止出现检测误差。