鑄件渣孔產(chǎn)生的原因及處理措施

濰坊瑞興新材料科技有限公司 趙延華13396462766

鑄造缺陷種類很多，鑄件夾渣是鑄造缺陷最常見(jiàn)的一種。夾渣是指鑄件內(nèi)部或表面有外來(lái)的非金屬夾雜物，這種非金屬夾雜物統(tǒng)稱為渣滓，故稱這種缺陷為夾渣，按渣滓形成時(shí)間先后分為一次渣滓和二次渣滓。

一、一次渣滓

一次渣滓形成于先，它是指合金液澆注之前形成的熔渣（氧化渣，還原渣，酸性渣，堿性渣）或溶劑所形成的渣滓，或金屬液同爐襯，包襯相互作用產(chǎn)生的渣滓，或金屬液爐前處理，例如球化處理、蠕化處理、孕育處理或變質(zhì)處理后生成的渣滓，澆注前沒(méi)有清理干凈，在澆注過(guò)程中進(jìn)入型腔（即：澆注前鐵水中含有的渣滓），如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖1、圖2為典型球墨鑄鐵件的一次夾渣，圖3中白色物體為球墨鑄鐵澆注過(guò)程中氧化形成的渣滓，圖4為白色夾渣物的能譜分析數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中可以看出這些夾雜物主要來(lái)自于球化處理過(guò)程中鎂，稀土，錳，被氧化形成，還有硅的氧化物，應(yīng)該來(lái)自于包襯的侵蝕，圖5為鑄件表面二次氧化形成的白色夾渣被拋丸清理去除后的凹坑，圖6為鑄件加工后表面可見(jiàn)的渣孔。
  二次渣滓形成于后，它是指在澆注過(guò)程中，由于澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，鐵液產(chǎn)生了嚴(yán)重的渦流，金屬液的二次氧化或其他原因而形成的渣滓。

二．影響鑄件渣孔的因素及糾正措施：

1、原材料的純凈度，所用的金屬材料的純凈度，直接影響到金屬液中夾雜物的含量，特別是回爐料沒(méi)經(jīng)清砂而直接回爐使用，生鐵和廢鋼表面嚴(yán)重銹蝕，在冶煉過(guò)程中這些雜質(zhì)很難從鐵液中砌底去除，不僅容易形成一次夾渣物，還導(dǎo)致鐵水冶金質(zhì)量惡化，容易形成氣孔和白口。

2、 電爐（澆包）耐材的耐火度
  一般電爐耐材是由二氧化硅酸性爐襯，三氧化二鋁中性爐襯，氧化鎂堿性爐襯組成，爐襯的侵蝕程度是由爐襯的性質(zhì)和耐火程度決定的，爐襯易侵蝕導(dǎo)致一次夾雜物增多，特別是在澆注過(guò)程中隨著鐵水溫度的下降，夾雜物不斷析出，很大一部分掛在澆包壁上，在循環(huán)澆注過(guò)程中，包壁上的夾雜物有部分重新熔入鐵水中，如果澆包修理不及時(shí)夾雜會(huì)越來(lái)越多。

3、爐襯耐火材料的酸堿度對(duì)金屬材料的化學(xué)成分有一定的要求
利用硅質(zhì)（酸性）爐襯料熔煉時(shí)，只能熔煉灰鑄鐵、球墨鑄鐵、普通合金鑄鐵和普碳鋼，如果這些材料中錳，鉻等堿性金屬材料含量較高，會(huì)加大爐襯的侵蝕程度。所以熔煉不銹鋼等高錳、鉻的材料，只能用中性或堿性爐襯，應(yīng)根據(jù)鑄件的化學(xué)成分來(lái)選擇爐襯的性質(zhì)和耐火度。

用于中頻爐襯的硅質(zhì)（酸性）爐襯材料并不是所有的石英硅質(zhì)石都可以作為爐襯材料來(lái)使用、有的硅質(zhì)石檢測(cè)SiO?含量也挺高也不錯(cuò)，但不一定適合做爐襯材料使用，也就是說(shuō)選用中頻爐襯用爐襯料并不是單獨(dú)看SiO?的含量還要看它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和真實(shí)密度、還有一些成份比如Al?O?、CaO、NaO、KO特別是Fe?O?的含量這個(gè)至關(guān)重要，另外就石頭本身硬度、膨脹系數(shù)也是非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)要求。如圖7、圖8、圖9、圖10所示。

4、鐵水包耐材的耐火度
鐵水包耐材的耐火度，決定了包的侵蝕程度，對(duì)鐵水包耐材的要求如下

1）在高溫條件下使用時(shí)不軟化不熔融，即應(yīng)有一定的耐火度，規(guī)定耐火度底線為1580℃，低于這個(gè)溫度不屬于耐火材料。

2）能承受結(jié)構(gòu)的建筑載荷和操作中的作用應(yīng)力，在高溫下也不喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3）在高溫下體積穩(wěn)定，不致產(chǎn)生過(guò)大的作用應(yīng)力和收縮裂縫。      

4）在高溫急劇變化時(shí)，不致崩裂破壞。

5）對(duì)熔融金屬，爐渣，氧化皮，爐氣的侵蝕有一定抵抗作用，即具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

6）具有良好的耐磨性和抗震性。

       5、鐵水在爐內(nèi)的最高溫度及高溫靜止時(shí)間

鐵水溫度越高，越有利于渣滓的上浮和析出，高的鐵水溫度，對(duì)凈化鐵水是非常有必要的，一般灰鐵鑄件和球鐵件，根據(jù)許多工廠的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在很多廠，一般控制在1520-1550℃之間，但過(guò)高溫度及保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)降低冶金質(zhì)量，也加大了爐襯及包襯的浸蝕，因此現(xiàn)在提倡快速熔化快速出爐，廣西玉柴，洛陽(yáng)一拖等很多大型企業(yè)，已經(jīng)將灰鑄鐵的出爐溫度降低至1500-1480℃，一汽二汽和國(guó)外企業(yè)，一般球鐵的出爐溫度都不超過(guò)1520℃，甚至有的國(guó)外文獻(xiàn)指出，球鐵出爐溫度不能超過(guò)1500℃，這樣球鐵件的石墨球數(shù)增加，三角試片的白口寬度減少，鐵水熔清后，最好斷電靜置，使夾雜物迅速上浮，一般靜置時(shí)間五分鐘左右即可。

         6、球化和孕育處理過(guò)程

球化和孕育處理過(guò)程是鐵水成渣最迅速和激烈的過(guò)程，要求球化劑和孕育劑純凈度要高，粒度大小合適，盡量沒(méi)有粉末。氧化鎂含量要低，球化劑氧化鎂的含量一般要求小于百分之一。扒渣前要充分?jǐn)嚢瑁窃螖?shù)一般不低于兩次。扒渣后鐵水要盡量使用專用的覆蓋劑，很多企業(yè)直接使用聚渣劑覆蓋是錯(cuò)誤的，因?yàn)榫墼鼊┨嵩Ч容^好，但熔點(diǎn)比較低，做覆蓋劑使用會(huì)被鐵水溶解，進(jìn)入鑄件。在保證球化的情況下，殘留稀土，鎂，要盡量的低。加入過(guò)量的球化劑會(huì)使上述能譜分析報(bào)告中夾雜物增多。作為澆注使用的隨流孕育劑的純凈度要高，粒度要合適。過(guò)細(xì)的粒度在澆注時(shí)氧化嚴(yán)重，一般粒度控制在0.3—1.0mm之間。小于0.3的粉狀物不超過(guò)5%。

        7 、包底掛渣原因及預(yù)防方案

A B C D E F 代表不同的液面與堤壩的交點(diǎn)，鐵水最高面的流速最高，越往后越低，液面上飄著一層浮渣，流動(dòng)差的地方容易附著在包壁上。所以在包底附著的渣是澆注過(guò)程中掛上去的，包底要比包嘴有可能更嚴(yán)重，每包掛一層，逐次累加越來(lái)越嚴(yán)重。

        8、防止鑄件夾雜物的最后一道屏障，合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)要注意以下幾點(diǎn)：

1）鐵水充型要力求平穩(wěn)，避免飛濺和紊流。

2）澆注系統(tǒng)要盡量采用半封閉式。

3）澆注系統(tǒng)優(yōu)先選用泡沫陶瓷過(guò)濾器，實(shí)踐證明泡沫陶瓷過(guò)濾器對(duì)夾雜物的過(guò)濾效果大大優(yōu)于其他過(guò)濾方式，盡管泡沫陶瓷過(guò)濾器的成本較高，但其產(chǎn)生的綜合效果還是值得非常優(yōu)先使用。

泡沫陶瓷過(guò)濾器是用碳化硅或用三氧化二鋁等耐火材料粉料，磷酸二氫鋁粘粘劑和泡沫體等材料燒結(jié)而成。這種過(guò)濾器依靠其蜂窩孔的曲折縫隙，不僅機(jī)械的阻擋，篩分非金屬夾雜物，并且還有吸附微觀夾雜物的作用，故有更好的金屬液凈化效果。

總之夾渣從形成時(shí)間上分為一次夾渣和二次夾渣，另外還有一些氧化膜夾渣，渣氣孔，球鐵的黑渣，表現(xiàn)形式多種多樣，形成的原因及過(guò)程也復(fù)雜多變，所以在生產(chǎn)過(guò)程中解決夾渣缺陷要從其產(chǎn)生的原因和表現(xiàn)形式分析，找出正確的對(duì)策，輔之以合理的澆注系統(tǒng)，阻止夾渣在鑄件上形成。

  三、使用優(yōu)質(zhì)耐材和普通耐材的成本分析

        1、包襯材料價(jià)格分析

使用普通包襯材料，購(gòu)買(mǎi)價(jià)格低，使用過(guò)程中渣子很容易粘在包內(nèi)壁，粘結(jié)力較大，用力清理才能清理干凈，經(jīng)常把澆包內(nèi)壁清理的凸凹不平，下次使用更容易粘渣，降低了澆包的使用包次數(shù)，使用優(yōu)質(zhì)包襯材料，購(gòu)買(mǎi)價(jià)格高，渣子不容易在澆包內(nèi)壁粘附，粘結(jié)力小，很容易清理，大大降低了澆包內(nèi)壁凸凹不平的現(xiàn)象，提高了澆包的使用包次數(shù)，可達(dá)到傳統(tǒng)包襯的10-20倍，普通澆注料的2-3倍，澆注每噸鐵水優(yōu)質(zhì)包襯材料比普通普通包襯材料成本反而低，即買(mǎi)的貴用著便宜。

        2、修包、每次使用時(shí)清理的人工費(fèi)用分析

普通包襯材料和防粘渣包襯材料每次的修包費(fèi)用基本一致，但使用時(shí)清理費(fèi)用普通包襯材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于優(yōu)質(zhì)包襯材料，清理時(shí)只能清理澆包內(nèi)表面的上1/3～1/4,澆包內(nèi)表面的中、下部也粘有數(shù)量不等的渣子，增加了鑄件夾渣的可能性。

        3、鑄件夾渣、澆不足缺陷分析

當(dāng)鐵水進(jìn)入澆包后，包內(nèi)的鐵水溫度不斷下降，澆包內(nèi)壁未清理干凈的渣子被鐵水加熱，溫度不斷升高，先熔化的渣子被扒掉了，澆包移動(dòng)和澆注過(guò)程中熔化的渣子隨鐵水流進(jìn)入型腔，過(guò)濾網(wǎng)只能擋住固體渣子，擋不住液體渣子，液體渣子遇到過(guò)濾網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形即變細(xì)，陶瓷過(guò)濾片有一定過(guò)濾液體渣的能力，但降低了陶瓷過(guò)濾片通過(guò)鐵水的能力，延長(zhǎng)了該型鑄件的澆注時(shí)間，容易產(chǎn)生澆不足；陶瓷過(guò)濾片的成本遠(yuǎn)高于樹(shù)脂過(guò)濾片。

        4、鑄件價(jià)格分析

使用優(yōu)質(zhì)包襯材料，降低了鑄件的夾渣傾向，大大減少因澆注過(guò)程中造成的鑄件渣孔廢品率，提高鑄件合格率；提升綜合經(jīng)濟(jì)效益，要求氣密性實(shí)驗(yàn)的鑄件合格率高，有氣密性要求的鑄件價(jià)格遠(yuǎn)高于普通鑄件。

  四、結(jié)論

使用防化學(xué)粘（掛）渣包襯材料與普通包襯材料比較具有以下特點(diǎn)：

1）購(gòu)買(mǎi)成本高使用成本低。

2）使用工時(shí)費(fèi)低。

3）鑄件夾渣、澆不足缺陷少，成品率高。

4）鑄件價(jià)格高。

案例：河北唐山某錳鋼廠使用防粘渣包襯材料2年之余的時(shí)間，他們從原來(lái)的工藝使用30包次左右提升到300包次，并且解決了鋼水鋼液粘掛包壁的問(wèn)題。