喂线技术在铸造中的应用

鲁 栋，许景峰，姜爱龙，张敏之

（1.潍柴重机股份有限公司山东潍坊 261001；2.潍柴动力股份有限公司山东潍坊 261041）

喂线技术在铸造中的应用

鲁 栋1，许景峰1，姜爱龙2，张敏之1

（1.潍柴重机股份有限公司山东潍坊 261001；2.潍柴动力股份有限公司山东潍坊 261041）

喂线技术在铸造生产中逐步得到应用，尤其是在蠕化处理及球化处理中，逐步取代冲入法作为主流的生产工艺。本文主要介绍喂线技术工艺特点以及该技术在本厂蠕墨铸铁及球墨铸铁铸造中的应用。

喂线技术；冲入法；蠕墨铸铁；球墨铸铁

喂线技术最早起源于钢的冶炼及净化处理中，主要是将比重轻、沸点低、易氧化以及在钢水中溶解度较小的钙有效地加入到钢水中[1]。70年代初期，日本日立电线公司首先研制成功钙、铝包芯线。经过多年的探索与发展，喂线技术在铸造工业中得到应用，该技术逐步的运用到铁水的脱硫、球化、蠕化以及孕育处理中。

喂线技术在铸造领域常用于球墨铸铁及蠕墨铸铁的生产，并逐步取代传统的冲入法，成为蠕化处理及球化处理的主流生产工艺。传统的冲入法操作简单，但稳定性差，缺点如下：（1）蠕化剂、球化剂、孕育剂等合金材料的加入量较大且不准确，铁液中生成的夹渣物增多；（2）球化反应及蠕化反应不易控制，镁的吸收率不稳定；（3）反应过程产生大量的烟尘及镁光，环境污染严重；（4）劳动强度大。喂线法在球化剂蠕化处理中有效地避免了冲入法的不足，具有以下优点：（1）蠕化剂、球化剂的加入量可以实现精确的控制，避免了人为因素干扰；（2）喂线法能够将包芯线均匀、连续不断地加到所处理铁液的底部，反应过程连续平稳，镁的吸收率稳定；（3）喂线处理站集成了除尘装置，能够将反应产生的烟尘捕集和排除，同时避免了镁光对人的危害[2]。

喂线技术在铸造中的应用有效地避免了传统冲入法的缺点，提高了铸造生产的稳定性，同时大大地改善了作业环境。目前，稍有规模的铸造厂普通采用喂线法进行球墨铸铁及蠕墨铸铁的生产。本文主要简述喂线技术的工艺特点，以潍柴蠕墨铸铁、球墨铸铁生产为示例探讨喂线技术在铸造领域的应用。

1 喂线技术工艺特点

1.1 喂线设备及材料

喂线技术主要包括喂线站技术及包芯线技术，喂线站主要是将金属合金（镁、稀土、硅铁等）以一定的速度送入到铁水中的装置，同时能够将反应过程中的烟尘排掉。喂线站从喂线方式上分单线、双线及四线三种，目前常用的为双线喂线机。从组合方式上又分单体喂线站和组合喂线站。喂线站主要由喂线主机、放线装置、导管以及除尘装置组成，喂线机是由四组8个滚轮组成的送线机构[1]。喂线用的材料主要为合金包芯线，包芯线是将所需的金属制成粉剂，用带型钢带包卷而成，常用的包芯线为蠕化线、球化线、孕育线等，直径为φ9 m m~φ13 m m.

1.2 喂线工艺

为了得到预期的处理效果，必须进行合适的包芯线成分设计以及合理的喂线工艺制定，如喂线速度、铁水处理温度、铁水包的尺寸等[3，5-6]。

1）包芯线成分设计。目前生产蠕铁大多采用低镁包芯线，镁质量分数控制在4%~7%，球铁生产多为高镁包芯线，镁质量分数控制在15%~35%，具体包芯线的选用要根据生产铸件的特点以及生产实际进行合理的选择；

2）原铁水化学成分。原铁水的化学成分决定着包芯线的加入量，因此必须对原铁水成分进行精确的控制与检测；

3）喂线速度的设定。喂线速度是决定喂线处理结果的重要因素，最佳的喂线速度为包芯线达到铁水包的底部时包芯线钢铁熔化粉剂进行反应，速度过快或过慢均会影响处理效果；

4）铁水处理温度。铁水的处理温度对镁的收得率有较大的影响；

5）铁水包的高径比。铁水包的高径比对于喂线处理也存在较大影响，铁水包喂线处理较理想的高径比为1.2~1.5.

2 喂线蠕墨铸铁生产

2.1 蠕铁工艺特点

蠕墨铸铁是一种石墨形态介于灰铸铁和球墨铸铁间呈蠕虫状存在的铸铁，发动机关键零部件蠕铁材质的蠕化率要求80%以上，但是目前蠕墨铸铁材质并没有大批量的应用，主要是因蠕铁生产的稳定区间较小，其要求残余镁质量分数偏差控制在± 0.004%之间，如图1所示，超出此范围会导致石墨以片状石墨或球状石墨出现，从而使材料性能恶化。因此蠕铁的这一特性给工业的稳定生产带来了较大的困难，也限制了其大批量的应用。因此如何精确控制铸件的残余镁量是蠕墨铸铁生产的关键

图1 蠕墨铸铁铸件残余镁质量分数与其蠕化率的关系[4]

2.2 喂线蠕化工艺

冲入法无法满足高端蠕墨铸铁的批量稳定生产，喂线技术能够较好地适应蠕墨铸铁的特性，从而实现批量稳定生产。该方法能够精确控制蠕化剂的加入量，准确控制铸件残余镁量，从而获得最佳的蠕化效果。同时该方法能够防止镁蒸气的瞬间大量爆发，有效避免蠕化剂的烧损和大量溢出，提高蠕化剂在铁水中的收得率，又可减少镁光、烟尘的污染；通过结合热分析技术以及超声波检测技术，实现蠕化结果的精确检测，从而确保蠕墨铸铁的批量稳定生产。图2为我厂喂线蠕墨铸铁生产流程，其中热分析检测采用OCC热分析检测技术。

图2 喂线蠕墨铸铁生产流程

我厂采用熔炼方式为电炉熔炼，喂线站和热分析系统采用OCC蠕化技术；生铁采用高纯生铁，确保原铁水具有低硫、低磷和低钛特点，特别是硫含量采用红外C-S仪进行多次测量，从而保证原铁水硫含量的准确性。生产中采用两种蠕化处理芯线，一种为含M g质量分数5%的M g-Re基蠕化线，一种含Re质量分数6%的Re-Si-Fe基孕育线，其芯线直径均匀13 m m.根据C-S仪检测出的原铁水S含量，确定蠕化线和孕育线的的加入长度。图3为喂线蠕化处理现场照片。喂线结束后，对铁水进行热分析检测蠕化情况，同时取样进行光谱分析，检测铁水中的残余镁量。

通过对生产过程的严格控制和对喂线工艺的不断研究和优化，我厂已经实现喂线法蠕墨铸铁气缸体、气缸盖等发动机关键零部件的批量稳定生产，蠕化率稳定保持在80%以上，图4为铸件的金相照片。

3 喂线球墨铸铁生产

3.2 喂线球化工艺

图3 喂线蠕化处理

图4 蠕铁铸件金相照片

潍柴早期的球化工艺采用冲入法，随着对铸件质量要求的提升及环保要求的提高，逐步引入喂线法进行球铁铸件的生产，目前球化喂线工艺主要用于高牌号中速机曲轴的生产。球化喂线站采用哈尔滨科德威喂线站，浇包采用2 t浇包，包芯线主要采用含M g质量分数20%的球化包芯线和含Si质量分数70%的孕育线，表1、表2为球化包芯线和孕育线化学成分。

表1 球化包芯线化学成分（质量分数，%）

表2 孕育包芯线化学成分（质量分数，%）

由于包芯线中镁含量较高，球化反应时较为剧烈产生飞溅，为确保安全，浇包内铁水上部必须预留足够的安全高度（≥400 m m），图5为采用浇包以及尺寸示意图，出铁量1 t时包内铁水上部高度为450 m m，满足要求。表3为喂线球化处理参数，图6为喂线球化处理过程。

图5 浇包及其尺寸示意图（出铁1 t）/单位：mm

表3 喂线球化处理工艺参数

图6 喂线球化处理

对比喂线法与冲入法球化处理金相照片如图7所示，从图中可以看出喂线法中石墨的圆整度与一致性要优于冲入法。

图7 喂线法与冲入法球化处理金相照片

4 结 论

1）喂线技术逐步取代传统的冲入法在铸造领域得到领用，尤其是在蠕墨铸铁和球墨铸铁的生产，其工艺稳定性和可靠性要优于冲入法，生产铸件质量得到提升；

2）采用喂线法需要根据生产铸件的工艺要求选择合适的喂线工艺；

3）喂线法能够通过排尘系统将反应产生的烟尘排掉，大大改善作业环境。

［1］迟秀斌.喂线技术的开发及现状［J］.本钢技术，1997（2）：35-38.

［2］许景峰，鲁栋，等.喂线法批量生产蠕墨铸铁的控制要点［J］.铸造设备与工艺，2016（5）：17-19+29.

［3］吴荷生，吴玉彬.喂线技术的基本理论及在球铁和蠕铁的应用实践［J］.黑龙江冶金，2014，34（5）：14-21.

［4］史蒂文.道森.蠕铁生产的过程控制［J］.现代铸铁，2012（1）：53-57.

［5］马寒坤，潘金坤，等.喂线法处理工艺在球墨铸铁中的应用［J］.金属加工，2015（1）：60-62.

［6］张铁军，辛明德，等.喂线法在球墨铸铁生产中的应用试验［J］.黑龙江冶金，1997（3）：6-8.

Application of Feeding Cored-wire Technology In Casting

LU Dong1，XU Jing-feng1，JIANG Ai-long2，ZHANG Min-zhi1
（1.Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China；2.Weichai Power CO.，LTD.，Weifang Shandong 261041，China）

Feeding cored-wire technology has been applied gradually in casting production，and becomes the mainstream of production process replacing pour-over process especially in vermicularizing treatment and spheroidized treatment.This paper mainly introduces the characteristic of feed cored-wire technology and the application of this technology in compacted graphite iron and nodular cast iron of Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.

feeding cored-wire technology，pour-over process，compacted graphite iron，nodular cast iron

TG243+.2

A

1674-6694（2017）04-0034-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.04.012

2017-05-18

鲁栋（1987－），男，硕士，助理工程师，主要从事铸造生产金属熔炼工艺的开发工作。