摘要：离心球墨铸铁管具有优良的力学性能、耐腐蚀性和使用性能，广泛应用在给水工程领域。目前，随着球墨铸铁管生产技术的快速发展，这项技术被广大用户所认可，发展前景广阔。本文对水冷离心球墨铸铁管气孔的成因及防止措施进行探讨。
关键词：球墨铸铁；气孔；防止措施
一、原因分析
1、铁液熔炼质量差
当铁液流动性差时，不利于气体和杂质的上浮，导致铸管表面产生气孔。而铁液流动性与铁液温度、化学元素及纯净度有关，铁液温度越高，流动性越高；铁液CE距离共晶点越近，铁液流动性越好；在保证CE不变的情况下，w（C）量越高，流动性越好；铁液流动性还随着纯净度的提高而增加。有资料显示：在1360℃、1390℃、1420℃、1480℃与TiC平衡的Ti的溶解度分别为0.122%、0.136%、0.156%、0.216%，在C饱和熔铁中只要w（Ti）量超过该温度下的平衡值，就会有TiC等Ti化合物生成，并以固态粒子形式存在（TiC熔点高达3150℃），从而引起粘度升高，流动性变差。经过大量试验证明，铁液中的w（H）、w（N）量超过0.2%，属于正常情况，但如果其含量过高就容易产生气孔，尤其是废钢、FeSi等对炉料的锈蚀，油污或者潮湿，都会导致炉内铁水中O2、H2和SO2等气体的增加，增加铁液的吸气。
图2 球墨铸铁管外表面铁豆气孔
2、铁液流动不平稳
在水冷离心球墨铸铁管浇注过程中，铁液流动是否平稳对铸管质量很关键，尤其是流槽（将扇形包包口流出的铁液导入管模内的槽状工装，长约7m）的涂刷质量、位置以及管模转速对铁液流动状态至关重要，主要表现在以下3个方面：
（1）流槽涂刷质量差，出现凹坑时，铁液在流槽内流动时会产生飞溅；
（2）流槽在管模内的位置过高、角度偏离管模内D4象限时，造成铁液流向与管模转速切线方向相冲突，铁液从流槽落入管模瞬间产生严重飞溅；
（3）在管模工作过程中，其转速过快时，会造成流入管模的铁液四处飞溅。
铁液飞溅落入管模内未浇注区域的铁液液滴迅速凝固成球状铁豆，同时由于能与周围空气充分接触，在铁豆表面迅速形成氧化物层（Fe2O3、Fe3O4等）。随着浇注的进行，大量铁液覆盖了这些铁豆，并将铁豆重熔，在铁液重熔铁豆时，铁液内的C与铁豆表面的氧化物发生化学反应，生成CO气体，但由于冷却速度较快，铁豆未完全熔化、CO气体和飞溅裹入的空气未完全排出时铸管已经凝固成型，造成铁豆“镶嵌”在铸管表面，形成铁豆气孔。反应方程式如下：
4C+Fe3O4＝3Fe+4CO↑（高温）（1）
3C+Fe2O3＝2Fe+3CO↑（高温）（2）
为了验证分析结果，将铸态未退火处理的铸管铁豆气孔部位进行打磨、抛光，观察金相情况，金相组织如图3所示，铁豆部位几乎全是铁素体基体组织，而铸管基体却有很多碳化物，两者之间没有过渡区域，圆形的铁素体区域首先以不同
的冷却速度凝固，随后铸件开始凝固。可以判断铁液覆盖并重熔铁豆时使铁豆凝固产生的碳化物分解，相当于短暂的退火处理。
图3 铁豆气孔部位金相组织100×
3、管模状态差
水冷离心球墨铸铁管浇注前需要在旋转的管模内均匀喷吹定量的模粉（粒度为0~0.3mm的FeSi孕育剂），模粉既能保护管模，延长管模寿命，又可起到瞬间强化孕育的作用，同时还能消除铸管外表面的气孔。为了排气和便于携带模粉，管模在使用前，内表面会经过打点处理，成凹坑状，如图4所示。在生产过程中，管模内表面局部小凹坑磨损，既起不到排气作用，又无法携带模粉，导致该部位孕育不足，从而产生气孔。使用严重龟裂管模也会造成气孔，管模内腔龟裂的裂纹内有大量气体，即使加大模粉用量也不能完全排除，因此，在浇注过程中会造成大量针状气孔。
图4 管模内表面打点状态
4、其他因素
与铁液接触的铁液包衬、流槽、模粉等工装物料未彻底烘烤干燥也会引起气孔。高温铁液与水分发生反应生成H2，使铁液气体含量增加，从而形成气孔。在实际生产中，由于生产节奏不连续，造成管模、流槽等工装温降，且温差大，温度不均匀，冷却速度过快，容易形成气孔缺陷。
二、防止措施
1、铁液熔炼质量
为了保证铁液流动性，减少铁液气体含量，在球墨铸铁管实际生产中要求：
（1）铁液在中频炉内升温到1450℃以上，静置时间超过10min，使铁液内杂质充分上浮，提高纯净度；（2）在保证生产节奏的情况下尽可能提高浇注温度，将其控制在1360~1380℃；
（3）保证w（C）＞3.7%，w（Ti）＜0.08%；
（4）废钢等炉料入炉前经过分拣筛选，禁止使用油污、锈蚀和潮湿的炉料；
（5）铁液包包衬要进行充分烘烤，温度达到600℃以上，避免水分与高温铁液反应。
2、铁液流动平稳
在生产前，对流槽在管模内高低位置、角度进行调整并确认，生产过程中，流槽按工艺要求涂刷光滑，管模转速不得过高，离心重力倍数控制在50倍以内，保证浇注时铁液流动平稳，无飞溅、喷射或者涡流等异常情况。
3、管模状态
保证管模内表面状态良好，确保内表面打点凹坑无磨损、龟裂情况，一旦出现异常，要及时更换。
4、操作要点控制
模粉使用前需要经过充分烘烤到一定温度，喷吹气体使用水分含量低的N2。生产节奏稳定控制（如：φ80~300mm规格按30~50支/h进行控制），不得忽快忽慢。
三、生产结果
经过严格采取上述气孔防止措施，水冷离心球墨铸铁管外表面气孔缺陷得到明显改善，气孔废品占总废品比率从45%降到10%，综合废品率降到8%以下。
结束语
在实际生产中，水冷离心球墨铸铁管气孔缺陷比较普遍，其影响因素很多，必须从熔炼质量、浇注工艺以及现场操作等方面进行严格控制，气孔缺陷才能得到控制。
参考文献
[1]孙立军，鲍俊雄，谢长发，等.厚大断面高炉冷却壁组织及力学性能的控制[J].现代铸铁，2017，（01）：33-36.
[2]詹兵.SiC在球墨铸铁生产中的使用方法及效果[J].现代铸铁，2017，（03）：37-40.
[3]杨明月，叶小龙，麻先银.球墨铸铁金相组织缺陷原因及防止方法概述[J].现代铸铁，2017，（03）：65-70.
论文作者:樊永辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/22
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