球铁生产技术管理知识资料.docx

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1、 球铁生产技术资料 哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司 目录 页FeSi合金在储存过程中的氧化作用 4铸铁的孕育 4铝在铸铁中的作用 6Ba在铸铁中的作用 7Ca在铸铁中的作用 8Ce在铸铁中的作用 8S和O在铸铁中的作用 9Sr在铸铁中的作用 10孕育实践 11孕育机理 13孕育衰退 14球铁的Mg含量 16铁水的取样 17加盖中间包的球化处理 19“带凹坑的Sandwhich”法 21微量和痕量元素铸在铁中的作用 22蠕墨铸铁 25铁合金储仓的结构 27灰铁用孕育剂的选择 29球铁用孕育剂的选择 31推荐的灰铁目标成分 31球铁的推荐目标成分 33球化剂的选择 34铁水的保温 35后期的随

2、流孕育 37影响镁在球铁的包处理中的加入量和回收率的因素 39渣相在球铁处理和浇铸时的分布 43球化不良 45球铁的球化衰退 47可供选择的中间包包盖结构 49球铁的镁/硫比 51氮气孔 52氢针孔 53灰铁中的一氧化碳气孔 54灰铁中的渣缺陷 55型内球化 56厚大断面铸件的孕育 58FeSi合金在储存过程中的氧化作用在球铁生产中用作孕育剂的FeSi合金，如果在运输和储存过程中受了潮或处于高湿度空气中，很容易产生表面氧化。这种氧化作用会演变成为一个严重问题，尤其是经过破碎的，低级细粒硅铁合金，当其被加入到铁水中时，会降低其使用效率。这意味着将加大用量，并因此而增加成本和增多因渣而可能导致的问

3、题。 可以把FeSi的氧化程度与其氧含量关联起来。已经测定过孕育剂和MgFeSi合金的含氧量与其在干燥和高湿度条件下的储存时间的关系。下图是所获得的典型结果。合金在干燥条件下储存时，其氧含量只会发生很小的变化，而在储存过程中受潮时，则显示出了严重的氧化倾向。在干燥和潮湿储仓中储存的硅铁的氧化长度储存FeSi合金的重要措施（1）总应用密封容器或防水包装物，如大包装袋或钢桶，运输铁合金。包装应很好加以遮盖以防下雨和水淋。（2）如果铁合金不得不露天存放，则必须将它们装在密闭的防水铁桶或包装袋中，以免暴露在水或雨中。为使产生冷凝的危险减至最小，应避免大的温度变化（避免暴露在阳光下）。（3）避免FeSi

4、合金氧化的最好办法是将其储存在恒温的干燥仓库中。铸铁的孕育孕育是用来控制铸铁的组织和性能的一种手段， 它是通过为灰铁的石墨片和球铁的石墨球的生长增加成核点的数量来达到的。它将减小共晶凝固期间的过冷，从而使组织中形成坚硬的铁碳化合物或白口的危险减至最小，尤其是在薄壁铸件的情况下。孕育剂是在浇铸前往铁水中加入的一种材料，它将为石墨提供合适的成核点。最有效的孕育剂是含有少量一种或几种元素（如Ca、Ba、Sr、Zr和/或Ce）的FeSi合金。下面的金相照片和表格示出的是几个加和不加孕育剂的灰铁和球铁的组织和性能的例子。如同从金相照片中可以看出的那样，未进行孕育的铸件（左边的）含有大量硬而脆的铁碳化合物

5、（渗碳体、Fe3C）和很差的石墨组织。进行过孕育的铸件（右边的）则是含有许多无序排列的细小石墨片的均匀组织（灰铁）和在铁素体和珠光体基体中存在大量细小石墨球的组织（球铁）。孕育的重要优点：（1）可以消除组织中通常被称为 “白口”的硬而脆的铁碳化物（渗碳体）的形成，促进石墨在共晶凝固过程中的生成。（2）提高切削性能和机械性能，减少因断面尺寸改变引起的变化。（3）增加球铁的石墨球数，从而在整个断面厚度上形成更细更均匀的组织。这样的组织将有利于改善机械性能，减小合金化元素或微量元素在铸铁中的偏析倾向以及获得较好的机加性能。注：铸铁的某些条件，如原铁水的硫含量（灰铁），温度和总的“衰退”时间将会影响对

6、某一专利孕育剂的选择。在选用孕育剂之前，应参考Elkem技术资料第15和16页.有关孕育和专利孕育剂的详细的资料请看Elkem下列小册子：铸铁的孕育Foundrisil孕育剂Surerseed孕育剂铝在铸铁中的作用铝在铸铁熔炼时将起脱氧剂的作用，会同溶解于铁液中的氧反应生成Al2O3。这种氧化物会与SiO2形成硅酸盐相Al2O3 SiO2，或作为一种组份进入含钙硅酸盐相CaOAl2O3 SiO2中。不含钙硅酸盐的孕育作用有限。含钙硅酸盐相可促成最高的成核率（它是怎样起作用的，可在关于钙的一节中找到）。加入小量铝可以提高Fe-C相图中稳定系的熔点。增大稳定和亚稳定凝固之间的温度范围，并可在无任何

7、太大亚稳定凝固危险的情况下允许铁水有较高的过冷。这也使得铝是石墨一种的强稳定剂。由于铁液中存在有铝，因而会增大对H的吸收，并可使较多的H含量溶解于铸铁液中。H在铁水中的溶解度将随熔体温度的下降而降低，过量的溶解H可成为气孔或所谓的针孔进行脱溶。这就是会使铸件机械性能和表面质量下降的铸造缺陷。众所周知，在灰铁方面，Al是用来增加抗拉强度。除了能促进H-针孔的形成之外，Al还会因为氧化膜的包裹而造成缺陷。在球铁方面，Al能促进蠕状石墨的形成，尤其是在厚大断面铸件情况下。作为一种脱氧剂来说，应当记住的是：渣量也会随其含量的增加而增大。Al的来源：Al镇静钢废料孕育剂铁合金被炉料中有色金属废料的污染故

8、意加入通常的含量；小于0.03%Ba在铸铁中的作用Ba在铸铁熔体中将起脱氧剂的作用。Ba会同氧起反应，并生成为硅酸盐相BaOAl2O3SiO2和BaO SiO2的组份之一的氧化物BaO。这两种相都具有一个在尺寸方面仅与石墨稍稍不同的六角形晶体结构。Ba会以与钙相同的方式起作用，但它同氧的反应是发生在Ca同O的反应结束以后（关于Ba在铸铁熔体中的作用请见有关钙的那一节）。加Ba的优点是：含Ba的活化晶核在较长时间内都是稳定的，而且将使孕育剂更加抗衰退。这样的结果就是一种能保持20分钟以上时间的孕育剂。这样一种孕育剂在浇铸大件和常出现延迟的生产线方面是很有用的。在灰铁和球铁这两种情况下，Ba能增加

9、成核率。在晶核具有长时间稳定性的球铁方面，这种作用就是高球数，即或在镁处理后不加孕育剂的情况下也如此。Ba会同钙生成一种易去除的渣。另一个作用是：因为含Ba渣将主要保留在处理包中，所以它易于使塞棒和浇铸机保持清洁。虽然表面看起来生成的渣很多，然而这只是一种假象，因为渣将保留在铁水包中，而不是被转入自动浇铸机里。因此，需要对铁水包进行更多的清理和维护，然而大多数铸造厂将会发现这是一种比起更换塞棒和清理浇铸机来更好，更清洁和更廉价的选择。这样的效果是塞棒和浇铸机内部都比较清洁，而且具有较长的使用寿命。由于Ba能促进和改善石墨的成核作用，因而使含Ba孕育剂成为白口的有效去除剂。Ba的来源：含Ba孕育

10、剂常用量，很少不大于0.003%。Ca在铸铁中的作用Ca在铸铁熔体中将起脱氧剂的作用。Ca将与 O起反应，并生成氧化物CaO，成为硅酸盐相CaOAl2O3SiO2和CaOSiO2的一部份。这两种硅酸盐相都有一个与石墨结构仅稍不同的六角形晶体结构。Ca是通过孕育剂加到铸铁熔体中的，在那里将发生Ca同O生成硅酸盐相的反应。这些相将沉积在熔体中的其它氧化物表面上，并成为加速石墨成核和生长的活化晶核。这意味着为使凝固作用得以发生，熔体必须较小的过冷。这将防止发生亚稳凝固和生成铁碳化物。由此可见，在灰铁和球铁的凝固条件下，Ca有助于石墨的形成以及改善石墨的成核。此外，Ca还有一个好作用：当将其用于球铁生

11、产时， Ca能同S起反应从而生成CaS。这个CaS将对富Mg硅酸盐相起晶核作用，从而赋予石墨以球形而不是片形。在球铁生产中，Ca将通过同S和O的反应，并生成硅酸盐相的途径而促进孕育过程的发生。这样一来的效果是：一个高的成核率和一个赋予高球数的高石墨球生长率。Ca既能强化它自身的孕育作用，也能加强Al和Ba的孕育效果。在铸铁熔体中，因钙含量太高而带来的问题是：使熔体中渣的生成量增多，以及可能使石墨的形态不对。而且，如果Ca含量太高，则会使FeSi基孕育剂在熔体中的溶解度下降。此外，过高的Ca还会促进碳化物的生成。这就是为什么对孕育剂的Ca含量有一个建议的上、下限的原因。孕育剂的Ca含量取决于是让

12、Ca仅起孕育作用，还是还要其与铸铁熔体中的S起反应。Ca的来源：铁合金球化剂孕育剂常用量：最多达 0.01%Ce在铸铁中的作用Ce既可起孕育剂的作用和也可起球化剂的作用。Ce可以使对石墨结构有负面影响的痕量元素(如Pb、As、Bi、Sb、Sn、Al、Ca和Ti)处于停顿状态。额外的Ce将同铸铁熔体中的溶解O和S起反应。许多夹杂物都属X2Y3和XY2类型，其中X代表Ce，Y代表S或O。这些夹杂物将对石墨的成核起晶核的作用，并会降低熔体开始共晶凝固所需的过冷。遵循稳态FeC相图的凝固作用是较容易发生的，而且显微组织将由石墨而不是碳化铁所组成。尤其是含S夹杂物已经显示出能增加球铁中石墨球的成核率。含

13、Ce夹杂物以及含Ca和Al的硅酸盐相都是良好的成核点，Ce基孕育剂会造成大量的成核点。由于S和O被有效地加以了冻结，因此，石墨的生长形态将从片状改变成球状。在球铁熔体中，Ce的作用是增加成核点和使有较多的球数。当孕育剂中含有Ce时， Ca和Al之类的其它活性元素的敏感性将增大。过量的Ce可以导致不希望的石墨组织和碳化物的形成， Ce过量还可导致开花状和块状石墨组织的生成。这两种组织都会导致铸件机械强度的降低。这是一个问题，尤其是在厚大断面铸件方面。另外还知道Ce能促进块状石墨在奥氏体球铁中的形成。Ce的来源：大多来自所加入的MgFeSi 作为混合稀土加入到纯Mg球化过程中的 可能存在于有些孕育

14、剂中的常用量：小于0.02%S和O在铸铁中的作用将S和O加到铸铁熔体中是为了使熔体对孕育更加敏感。进行球铁生产时，是在Fischer转包中用纯Mg或MgFeSi对熔体进行Mg处理。进行这种处理的目的是为了抑制表面活性元素S和O，借此使石墨的生长形态从片状改变成球状。S和O将固定在石墨的斜方晶晶面上，并减小该晶面的表面能，使斜方晶晶面成为生长较快的晶面。这样的结果就是形成许多石墨片。问题是当所有的S和O被球化过程固定住，且没有留下足够的S和O同孕育剂中的活性元素Al、Ca、Ba、Ce相反应时。这些元素以及S和O将提供在晶体方面与石墨稍有不同的氧化物和硅酸盐，成为石墨的合适成核点。当熔体中不存在这

15、些氧化物和硅酸盐时，则需要较大的过冷，以便激活使铁水发生亚稳凝固的石墨的成核。如果不是石墨而是铁碳化物被成核，则铸件的机械性能将大大下降。另外，如果S和O在熔体中的含量很高，为了得到球铁，则必需在球化处理之前，加入较多的Mg。较高的加Mg量将导致较多的渣和烟雾的产生，Mg回收率的下降以及比较猛烈的反应。S含量过高还会对球铁的石墨结构产生负面影响。当不能对S加以抑制时，它可能同Fe相反应从而生成可在晶边附近看到的低熔点共晶相FeS。这样的结果就是铸件机械性能的下降，尤其是高温性能的下降。O含量过高会导致渣量增加，从而增加成品铸件因渣的关系而产生缺陷的危险。总之，由渣造成的缺陷会降低铸件的机械性能

16、，如同在FeS的情况下那样。虽然灰铁中的S含量比球铁中的S含量高，但是，仍然要记住的是：尽管S将增大对孕育剂的响应，但它也会增大产生MnS气孔和反白口的倾向。S和O的来源：焦炭增碳剂生铁废铁加入的FeS 灰铁通常的S含量：小于0.15%球铁通常的S含量：小于0.015%Sr在铸铁中的作用锶总是以FeSi基孕育剂形态Superseed75、Superseed50或Superseed Extra精确地加入到铸铁中的。这个元素不会自然存在于用来生产铸铁的炉料中，然而作为孕育剂进行很少量的添加却对金属的组织具有有益的作用。孕育剂Superseed75和Superseed50最初是由英国铸铁研究学会研制

17、的，现在则是由在挪威和加拿大的Elkem工厂进行生产。这种孕育剂主要用于中、高S含量的灰铁，而这些含Sr的孕育剂大多是在灰铁生产中用的最广的配方。这是因为Sr具有独特的性能。当今铸铁厂最关心的问题之一就是缩松或收缩。这主要是因铸型膨胀而由砂子引起的，但偶尔也是由铸件的状况（例如，起热点作用的小圆角）造成的。孕育剂中的Sr具有促进A型石墨生长的作用，尽管保持比其它孕育系统少的共晶晶粒数不变的时间相同。虽然其它孕育剂也能促使大量A型石墨的生成，但大量成核点会引起大量共晶晶粒的生成。石墨生长和晶粒数之间的这种不平衡会导致小共晶晶粒的生成，以及可能在晶粒之间产生收缩。Sr能促进生成较大的共晶晶粒，从而

18、防止晶粒之间出现缩松。注意：由砂子引起的收缩问题不能用孕育剂来解决。在这个领域内，已经研制出了新一代含Zr和Sr的孕育剂-Superseed Extra，可用于S含量范围较宽的时候。这种把锆的作用和锶的上述作用组合在一起的孕育剂能生产具有细小石墨形态和优良机械性能的灰铁。Sr的通常用量：达 0.003%。孕育实践 通常都是在浇铸作业三个阶段中的一个或几个阶段里把孕育剂加入到铸铁中的：（1）加入到出铁时的铁水包中。（2）加入到随它进入铸型的金属流中。（3）采用放置在浇道系统关键地方的镶块。影响孕育方法选择的因素是：（1）从开始出铁到浇完最后一件的时间，即通常所说的衰退时间。（2）铁水温度。（3）

19、在过程的特定位置处入孕育剂的可能性。（4）浇铸系统对后期随流孕育的适应性。铁水包孕育由于运送铁水包所涉及的时间长度是无法消除的，因此，为弥补会出现的衰退损失，必须加入量比较多的孕育剂。加入量从大多数灰铁的0.2%到最苛刻球铁的0.75%。孕育合金应根据铁水包尺寸加以选择，并且应是无灰尘的，从而避免因氧化和热气流引起的损失。在一般情况下，300公斤以下的铁水包可以采用0.5-3mm粒度的，大于300公斤的铁水包建议采用1-6mm粒度的。为从孕育剂获得最高的效率，应遵循以下加入原则：（1）不是在装入铁水前进行添加，而是将孕育剂加到进入铁水包的金属流中；（2）随铁水包被装满到25%和75%之间时，使

20、孕育剂细细地流入金属流中。这将保证其很好的混合和溶解；（3）确保在装入铁水包之前铁水是无渣的。被渣包裹的孕育剂是无效的；（4）当需要使金属在包和包之间进行多次转移时，应在浇铸前的最后一次转移过程中加入孕育剂，以便使衰退减至最小。注意：绝不应在出铁前将孕育剂加到包底，尤其是当铁水包还是红热的时候或铁水包中还残留有少量前一次浇铸剩余的铁水时。对球铁进行孕育时，很重要的一点就是必须在Mg反应完成后加入孕育剂。与球化剂一起加入或者正发生反应时加入，会大大减少孕育剂的有效性，并可能导致铸件碳化物含量的增加。在必须将球化剂和孕育剂加到同一个铁水包中的情况下，当已经把大约2/3的铁水浇到球化剂上时，应停止出

21、铁。然后进行等待，直至反应结束，而后将孕育剂加入到剩余的铁水流中。随流孕育后期的随流孕育，是将孕育剂加到进入铸型的金属流中，这样实际上可以消除衰退。照此，同常规的铁水包处理相比，可大大减少孕育剂的加入量。在通常情况下，灰铁的用量为0.02-0.05%，球铁的用量为0.05-0.2%。在一般情况下，必须将孕育剂的粒度专门定在0.2-0.7mm以确保其在铁水中的快速溶解，以及很好通过应用机械的流动性。虽然专业应用机械在市场上就可以买到，但是，为在浇铸期间获得稳定的加入量，许多铸造厂已经设计和制造出了螺旋给料机构。很容易将后期的随流孕育应用到固定式浇铸站或铁水包输送装置上，在移动包上使用是不容易达到

22、的。型内孕育由压制或铸造的孕育剂制成的镶嵌块可作用一种保险手段，但是，将这种处理用作主要孕育作用源还很稀少。有多种不同规格和成分的镶嵌块可资利用，而且已经证明：当衰退时间较长时，或当无法进行后期的随流孕育时，用其担任次要孕育任务是很有价值的。有可能产生不能将镶嵌块加入铸型的人为错误，但也无需对铸件进行严密的事后检查，因为通常将镶嵌块用作唯一孕育剂的情况很少。孕育机理在过去的时间里，为了解释在铸铁凝固过程中石墨成核的机理，已经研究出了许多理论。大多数理论都是建立在这样的设想上：即，石墨是由非金属基质在冷凝过程中的多相成核结果形成的以及微量元素Ca、Ba、Sr等在成核过程中将起重要作用。球铁在Mg

23、处理过的铸铁中，处理后的微小夹杂物主要含有Mg，Ca、S、Si和O。这些都是镁处理的一次反应产物。这些夹杂物由一个硫化物核心和一个具有许多小平面的硅酸盐外壳组成。硫化物核心含有MgS和CaS这两者，外壳则是镁的复合硅酸盐（例如MgSiO3、Mg2SiO4）。这些相在冷凝过程中将不起石墨潜在成核点的作用，因为存在一个大的晶核/石墨界面能阻挡层。用含钙硅铁孕育后，在球化过程中产生的硫化物/氧化物夹杂物表面上，将会形成CaSiO3和CaAl2Si2O3类型的六角形硅酸盐相。在冷凝过程中，这些钙硅酸盐对石墨的成核将起最最好的成核点的作用，这是因为它们的六角形晶体结构同石墨的晶格（即低能界面）非常相似。

24、下图左边示出的是球化后在球铁中生成的典型微笑夹杂，右边的则是用含Ca、Ba或者Sr的硅铁进行孕育处理后的夹杂物的组成示意图。表面壳体含有加入孕育剂期间生成的六角形钙的硅酸盐，而大颗粒则是球化处理的产物。因此，孕育处理不会增加熔体晶核粒子总数，而是使已经存在的球化处理产物表面发生变质。这可说明Mg处理和孕育之间的重要关系，而且，为球化处理期间球铁的有效孕育提出了基本原理。由于夹杂物表面的变质结果，球数的最终密度也会大大的不同。当用含Sr或Ba的硅铁孕育剂进行孕育时，会形成与钙的硅酸盐等效的六角形硅酸盐（即SrSiO3、SrAl2Si2O8、BaSiO3、BaAl2Si2O8）。灰铁灰铁的成核机理

25、与球铁的情况有些不同，主要因为孕育处理之前不加镁入。因此，其它基质将为在孕育处理期间形成的Ca、Ba或Sr的硅酸盐起作为成核点的重要作用。从原理上讲，同一种孕育剂既可用于灰铁，也可用于球铁，而且产自原生夹杂物表面上的六角形硅酸盐相的孕育机理对所有的铸铁都是胜任的。然而，灰铁中没有镁的原生硫化物和硅酸盐意味着是其它粒子在起主要作用。假定的是：大量存在硫化锰（MnS）会取代可在球铁中看到的含镁粒子。灰铁中Mn和S之间的关系应是如下那样：Mn%=1.7S%+0.3当达到这种平衡时，便可获得形成细小MnS粒子的最佳条件。此外，按照有效孕育的原理，为有一个最大可能的MnS粒子密度数，灰铁的S含量应大大高

26、于球铁才行。通常情况下推荐的S含量为0.05-0.15%。一些重要的考虑纯硅铁一点孕育作用也没有；孕育处理不会增加灰铁和球铁潜在成核点的数量，但可以把现存的成核点改变成有利于的形态；有效孕育的重要考虑是在球铁的Mg处理期间生成大量的非金属微小粒子（硫化物和氧化物），在灰铁中生成大量的MnS粒子；孕育剂中除了Si之外含有的微量元素（如Ca、Ba、Sr）对孕育剂的有效性来说是至关重要的；基铁的氧含量在生成供石墨成核用的有效氧化物基质方面也是很重要的。孕育衰退铸铁孕育剂是通过使共晶凝固期间适合于石墨生长的成核点数显著增加的途径尔产生它们孕育作用的。这些作用会因灰铁中共晶晶粒数和球铁中石墨球数的显著增

27、多而变得十分明显。这将导致过冷度的减小，从而使铸件生成铁碳化物或白口的危险减至最小，尤其是在快速冷却的薄壁铸件情况下。孕育剂的作用是加入之后立刻就能达到最大，而且它们会随时间而衰退。衰退速度与以下因素有关：孕育剂成分；往其中加入的生铁的类型；温度；表面能；扩散速度。衰退会因为加入后头几分钟内孕育作用的大量损失而变得很快。孕育衰退可用导致成核点总数减少（即晶核粒子按照Ostwala Ripenmg效应进行生长或长大）的晶核群的聚合与重新分离加以解释。这一特点与下图所示的衰退试验结果非常符合。衰退的主要后果（1）导致共晶凝固期间发生较大过冷，从而增大灰铁和球铁的白口倾向，尤其是在薄壁铸件的情况下；

28、（2）减少组织中的共晶晶粒数或石墨球数，使石墨形态变坏。严重衰退可在灰铁中形成含有共生铁素体的过冷石墨，以及使球铁大量增加非球形石墨，这两者都会对铸铁的性能产生不利影响。有关孕育衰退的一些得到很好肯定的事实所有孕育剂的作用都会随时间而衰退；孕育处理之后没有哪个时间不发生衰退。为取得最大的效果，孕育处理之后应尽快进行浇铸，最好是将孕育剂加到铸流中；依附于成分和使用条件的不同，有些孕育剂的作用会比其他孕育剂衰退的慢；能获得大量共晶晶粒的孕育剂在减少白口方面未必是最有效的。在灰铁方面，为了获得粗晶组织，小收缩倾向和低白口量的最好组合，得到公认的是含Sr孕育剂。在任何一组具体的条件下，孕育剂的衰退特性

29、不可能用它的成分进行预测。因此，铸造厂应通过试验来确定最合适其应用目的的孕育剂。避免铁水温度、孕育剂储存情况等因素造成假象，应仔细进行这些试验。球铁的Mg含量Mg通常是用加入硅铁镁合金（MgFeSi或FeSiMg）的办法进入铁水中的。当加入Mg时，它的第一个作用是同存在于铁水中的S和O 结合成硫化物和氧化物。为促进球状石墨的形成，在所有的S和O已被消耗掉了以前，铁水中是不可能出现成溶解状态的“游离”Mg的。为了克服基铁中S和O含量的变化，通常都是加入比确实需要多的镁。此外，也是为了弥补Mg在加入期间因汽化而产生的损失。仅有部分镁在球化反应结束后溶解于铁水中。处理后立刻进行分析，铁水的全镁或残镁

30、量包括：溶解镁；由镁的化合物（氧化物和硫化物）组成的微小夹杂物；较大的含Mg渣颗粒。在随后的铁水停留过程中，构成全镁的这些物质将以不同的途径发生反应。下图示出的是镁含量在铁水停留过程中的衰退特性。用仅能给出全镁含量的常规分析方法将构成残余镁的这三种组成之间分离开是不可能的。 石墨球化率随时间衰退的示意图。第二次加入孕育剂可再次 获得充分球化的石墨组织，尽管分析镁含量还在继续下降Mg含量和Mg衰退随停留时间变化的重要特点 分球铁析出来的总残镁量不是溶解镁含量；Mg含量随处理过的铁水的停留时间的衰退可能是渣分离、夹杂物上浮和溶解镁的汽化损失的结果。在有些情况下，Mg衰退可以对铁水的洁净度和免除渣的

31、夹带产生好的作用，这是由于有害的渣粒将随铁水的停留而上浮到熔池表面，并因此可以被去除；采用常规的分析方法只能分析出试样中的全镁含量（渣+微小夹杂物+溶解Mg）；已经表明：铁水溶解镁随停留时间的损失一般都很小，常常归罪于Mg衰退的球状石墨组织的恶化实际上是孕育衰退造成的。通过最后加入少量孕育剂常常可以再次获得充分球化的石墨组织。铁水的取样从铁水取样时，通常是用取样勺将铁水浇入激冷铸模中，这样就可以保证供分析用的试样是同一标样的。从铁水中得到一个有代表性的试样并不是如此简单的，因为就微量元素和合金化元素的浓度而言，从其取样的大多数铁水是不均匀的。铸铁中的活性元素在铁水中将以溶解状态和与其他元素结合

32、成氧化物、硫化物、氮化物等之类的颗粒存在。这些非金属颗粒一般都比铁水轻，这意味着它们在铁水中将不断地向上移动，而较轻的颗粒将上浮到铁水表面。溶解元素也会因原子量与铁的差异而在铁液中产生偏析。较轻的元素和形成气体的元素具有向上迁移的趋向，而较重的元素则可能进一步向下聚集。例如碳（轻）具有向上偏析的趋向（甚至在高于液相线的温度情况下），而铅（重）则会聚集在溶池的下部。下图示意地示出了一个盛着一份成分偏析的铁水的容器（即熔炼炉、铁水包、保温炉、浇铸机等）。示出了两个取样位置及其化学成分。在化学成分方面，容器上部和下部因为上浮和偏析现象而存在很大的不同。 按Stock定律的上浮铸铁中典型的非金属颗粒或

33、夹杂物的比重都在2-4g/cm3之间。铁的比重接近8g/cm3，这意味着大多数颗粒的比重都不到铁的一半。这将迫使它们上浮，而决定上浮速度的主要驱动力是颗粒的尺寸。Stock定律可以表达如下： 式中 为上浮速度（m/s）， 为颗粒的尺寸（m）， 为铁水的比重（kg/m3），为颗粒相的比重（kg/m3），为重力常数（9.81m/s 2），为铁水的黏度（Ns/m2或kg/ms）。铁水的典型黏度约为0.007kg/ms. 取样时的重要考虑 总应在同一位置和同一时间进行取样； 在感应炉中的搅拌或因浇铸造成的搅拌将使偏析得到调整。应在混合搅拌期间或混合搅拌之后立即进行取样； 化学分析可以同来检验组织和性能

34、，但是不能与其他铸造厂进行比较，因为取样和偏析变量不同。 分析结果应仔细加以采用，不要盲目相信。从这个试样到那个试样的变化不仅必须被看成是工艺的变量，而且必须被看成是取样的变量。 在炉子，带嘴包，茶壶包及底铸容器的浇铸过程中，将有应为偏析情况不同而产生的变量。对于一已知体积的铁水来说，不存在绝对的化学成分。 由于上浮和偏析的结果，底铸容器（如茶壶包和某些自动浇铸机）将对聚集在浇铸容器上部，和后部的元素显现出一种相反的衰退作用。 加盖中间包的球化处理球铁球化用的镁处理可用几种不同的处理方法来进行。加盖中间包处理工艺在大多数条件下都是一种简便，有效，经济而可靠的方法。这个方法可在较宽的处理规模范围

35、内对镁给出一个好的稳定性和高的收得率。一个好的操作系统能使镁的收得率达到60-80%，而操作与维护成本将大大低于其它工业方法。另外，加盖中间包处理不会出现闪光，可减少90%的烟气，无金属喷溅，碳和温度损失最小。下图是加盖中间包的一个例子。具有两个合金凹槽的加盖中间包示意图铁水注入孔尺寸的计算 下列公式可以用来计算中间包包盖注入孔的直径其中d 是注入孔德直径（cm）， W是铁水的批重（g）， t是浇铸时间（s）, h是金属中间包浇口盆中的铁静高度（cm）。 注：h是金属的高度，不是浇口盆本身的高度。 为保证中间包的最大效率，处理前基铁的S含量最好不要超过0.02%。如果S含量比较高，建议球化前先

36、进行脱硫。镁合金的选择和加入量大多数含镁在3-12%之间的镁硅铁合金都可用于中间包加盖法，但是，通常都是采用含4-6%镁的合金。有代表性的是用下表所列成分的合金处理由废钢、生铁和回炉料混合物组成的基铁。粒度为1-10mm的合金最适合小量处理，而较大规模的处理则偏爱采用4-36mm粒度的。详细情况请看球化剂那一节。 依附于基铁的硫含量、铁水温度、合金含镁量以及进行这一处理的稳定性，合金的加入量常常处于1.2-1.8%（重量）之间。覆盖材料的选择为使处理获得最大的经济效果，建议采用一种覆盖物将反应室中的镁合金盖上。覆盖物应在开始反应之前将镁合金尽可能长地保留在反应室中。覆盖物通常由清洁的钢板或与用

37、于炉料中的同类剪切物组成。可将浇铸结束时多余的铁水浇铸成铸铁盖板，这样可以避免因钢盖板而造成含碳量的减少。然而，用硅铁作为覆盖材料所得的结果最好。 提高收得率的实例 “带凹坑的Sandwhich”法 广泛用于球铁生产的Sandwhich（冲入）法需要经过仔细确定粒度的镁硅铁合金，以便于处理规模相配。尽管这样，由于装入铁水初期合金由反应室的不规则爆发而可能使镁的收得率发生变化，因而为弥补这些变化就需要过多的加入合金。Elkem研制的“带坑的Sandwhich”法已经过铸造的广泛试验，并且发现可把与普通Sandwhich法有关的许多问题减至最少。同时，由于在比较宽的处理范围内所采用的细粒镁硅铁数量

38、较少，因而成本也得到了下降。这个方法的优点主要来自专门设计的圆柱形坑的采用，而镁合金和覆盖料是被放置其中。这个坑既可像上图（a）那样设置在处理包包底，但最经常的是像上图（b）那样设置在包底的周边上。 当腰把这个方法与中间包盖一起使用时，后者是非常重要的。这个圆柱形坑的高径比至少必须为1:1, 而且，必须够大，以便容纳下整个镁合金和覆盖料。装完了之后，不得有物料高出包底。为避免将合金洒在包底上，使通过一根钢管（漏斗）装填这个坑。为避免往处理包冲入铁水时发生对坑底的快速热渗透，应在坑的四周映涂上一薄层耐火材料。镁合金的粒度最好比较细一点。最好的结果是用粒度范围约为0.1-10 mm的合金获得的。在

39、这个方法的情况下可以使用常规数量的合金（含3-7%镁合正常水平的钙，铝和稀土）。下面示出的是合金坑以及供各种处理规模用的合金坑的建议尺寸河合金加入量。适合这个方法的合金的典型粒度为0.1-1 mm, 0.4-4 mm，0.5-5 mmm.1.0-10 mm。所有这些粒度的松散比重约为2kg/dm3. 采用普通的硅铁作为覆盖物可以获得最高的合金收得率，粒度为1-10mm 或5-12 mm 的45或75% 合金能对下面的细粒镁合金产生有效的覆盖。覆盖物的理想数量与被处理铁水的温度有关，但在一般情况下约是镁合金容积的10-15%。如果用硅铁作覆盖物会导致硅的过量吸收，采用清洁的优质钢冲屑作覆盖物也可

40、获得令人满意的结果。 采用“带坑Sandwhich”法时，为了防止包被倒空时渣和金属珠流入合金坑中，减小它的容积，并且将包保持被倒转的位置是很重要的。 微量和痕量元素铸在铁中的作用许多元素都会以小量存在于铸铁中，并对铸件的组织及性能产生明显的影响。有些是有意加入的，而另一些则是来自于含有痕量杂质的原料。在这些元素当中，有的是有益的，尤其是在灰铁方面，而有些则是很有害的，必须尽可能加以避免。下表列出了这些元素的通常来源，可能出现的含量水平，以及它们的主要作用。表中未包括将其用作主要合金化元素的那些元素（例如Cr）元素通常来源通常含量（%）在铸铁中的作用Al铝镇静废料、孕育剂、铁合金、轻合金零件及

41、加入的铝达0.03含量高于0.005%时，可使薄壁件出现氢致针孔。抑制氮的作用。促使浮渣形成，高于 0.08%时对球状石墨有害。可用Ce加以抑制。石墨的强稳定剂。Sb废钢、废上釉搪瓷、轴承架、有意加入达0.02珠光体和碳化物的强促进剂。没有稀土时会阻止球化。As生铁、废钢达0.05珠光体和碳化物的强促进剂。改善球状石墨的形态。Ba含Ba孕育剂达0.003改善石墨的成核和减少衰退。减小白口倾向和促进石墨生成。Bi有意加入、含Bi的铸模涂料很少高于0.01引起白口和不良球形。增加含稀土（Ce）球铁的球数。球数过多可引起收缩问题。B 废上釉搪瓷、成硼铁有意加入达0.01高于5ppm促进铁素体的形成。高于10ppm促进碳化物形成，尤其是在球铁中。20ppm改善可锻铸铁的退火。Ca铁合金、球化剂、孕育剂达0.01促进石墨球的球化作用。改