重视硫元素在铸铁生产中的有效作用

云智图 · 发表于 2017-11-7 10:35:03

众所周知，硫元素在铸铁生产中具有不可忽视的双重作用，在一定条件下，它既是使铸件产生脆性，造成表面缺陷和熔渣缺陷，降低机械性能等等方面的有害者，又是提高灰铁铸件，尤其是低硫灰铁铸件，机械性能，增加灰铁共晶晶团数和薄壁球铁铸件球数等等的贡献者。

具有50多年实践经验的Roy Lobenhoter教授在评论硫的作用时说：生产球铁时，目标是将处理前的硫尽量保持得低些。但有些专家声称，在球铁中，硫可以非常非常的低，“在某些地方可低到0.001%以下”；但是，我从未看到过令我满意的文件记载。在灰铁中，如果硫太低，则可能产生问题。低硫可以导致孕育剂出现奇怪的表现。而有些“专家”说，硫应高于0.03%，而另外一些专家则说应高于0.05%，我却宁愿它达到0.07%的目标。

Reginald D Forrest学者“在球化之前基铁的最佳含硫量是多少”一文中指出：在基铁含硫量太低（低于0.008%）的地方，必须增硫，以便使其进入建议的范围（0.008-0.012%S）；在用感应炉或转炉进行熔炼的地方，通过有控制地加入硫化铁（黄铁矿）的办法就可以很容易地做到这一点。为增每0.001%的硫，每吨铁水应当加入30克（0.067磅）FeS；在用冲天炉进行熔炼接着进行脱硫（例如用多孔塞/碳化该）的地方，必须不断地调节（碳化钙加入量或者根据温度和搅拌强度决定的搅拌时间）等措施。

韩国和日本学者SangHak Lee等人在研究硫和稀土对铸铁组织和性能的影响时，得出的下列结论很有参考价值：
①在使用高纯生铁的情况下，生成A+D型石墨的RE/S是0~1.25，生成A型石墨的RE/S是1.25~5.0，生成全白口的RE/S是5.0或以上；
②在使用普通生铁的情况下，生成A+D+(B)型石墨的RE/S是0~2.5，生成A型石墨的RE/S为2.5~5，生成全白口的RE/S是5.0或以上；
③这两种铁的RE/S都是在大约2.5时，可以获得弥散均匀的A型石墨而且白口的深度很小。

波兰学者D. Kopyciński, E. Guzik深入研究过低硫铸铁的有效孕育，他们发现：在用传统孕育剂进行孕育之前，将经过破碎的废钢加入到低硫铸铁中，能得到与对推荐的高硫铸铁进行孕育时一样的机械性能。

罗马利亚学者M. Chisamera和I. Riposan等人[用热分析研究过基铁的凝固特性，以及FeSi75硅铁和复合合金片孕育剂对石墨成核作用的影响，发现用0.03%享有专利权的CAT（含氧-硫化物的孕育剂）对低硫铸铁进行孕育的效果至少与用0.2-0.3%含钙铸造级FeSi75进行孕育的效果一样。

埃及学者Hashim Hassan Ahmed和Hashim Ahmed Ali在试验室条件下，研究过后加硫孕育对薄壁球铁铸件球数和球化率的影响。试验证实：在镁处理之后的后孕育期间，进行后S-孕育可以得到高球数，减少碳化物的生成，以及获得极好的球化率。
罗马利亚T. Ripposan, M. Chisanmara, 和美国学者R. Kelly, 及R.J.Naro等人多年来一直着关注硫在铸铁生产方面的作用，他们在近期发表了一篇令人鼓舞的文章——“球铁和蠕铁受后加硫影响的镁-硫关系”，用在铸造厂的实践证明：在后孕育过程中，受控制地加入硫，不仅能增加球铁的球数，减低出现碳化物的风险，而且可以生产出平均蠕化率达81%的蠕铁。

印度学者Subrata ChakrabattiH在“蠕铁的生产与应用”一文中，不仅介绍了“再硫化法”的特点，而且认为：这个方法似乎最适合想为工程工业做零活生产CGI铸件的的铸造厂。

在我国的实际案例

我们的服技术团队在为现场服务的过程中，曾经遇到过需要增硫或加硫的案例，以及从事过在工业条件下用再硫化法生产蠕铁的实践，总起来看，有如下方面：
1)某出口管件铸造厂，是用经石灰脱硫处理后的冲天炉铁水生产球铁管件，因“受在优质球铁生产中，原铁水硫含量越低越好”的误导，工厂曾出台了一项“原铁水的硫被脱除得越多，奖金越高”的“奖励”政策，致使原铁水的含硫都在0.002%左右。将原铁水的含硫定位在007-0.010%之后，各方面都发生了改观。

2)某微型发动机用球铁件生产厂，自从铁液由冲入法改为喂线法处理后，基铁的炉料变成了回炉料+工厂自产废钢+ 增碳剂+ 硅铁及其他铁合金。经多次循环之后发现，尽管基铁的含硫量仍保持在0.02%左右，可铸件球化率和机械性能下降到了报废的边缘。考虑到可能是游离硫不够引起的原因之后，往熔炉中加入1kg/吨铁水硫化亚铁（黄铁矿），问题就迎刃而解了。

3)某铸造厂，每包铁水处理前后都取光谱样进行成分分析，处理前后的分析结果如下：

我们发现：现场的技术人员仅只关心碳，硅，锰，磷，硫及残余镁和其他合金元素的含量是否在规定的范围内，很少对分析结果，尤其对硫在铁水中的状态进行考虑与分析。上述镁处理分析前后的结果最起码表明：不仅镁处理的脱硫效果太差了，而且暗示被处理铁水中的硫基本上都是成化合物，成游离状态的很少，因此在铸件中必然不会有很多石墨球。金相检验结果证实料我们的球状石墨不会很多的预言，仅60个球/mm2。

4)某厂是用粘土砂模和冲入法生产球铁铸件，用便携式金相显微镜检查铸件的质量。经过一段时间以后，铸件常常因为表层有蠕虫状石墨而被判废。用喂线法进行试验时，仍然有蠕虫状石墨存在。由于生产厂家和另外几家对试样残余镁的分析结果都是Mg0.050-055%，因此断定不是加镁量不够，也不是镁衰退造成的，铸件本身应该没有质量问题。解剖后铸件的金相检查也证实了这一点，因而判定：是型砂表面的硫和金属起反应的结果。刚开始生产厂家还不大相信的说“粘土沙哪来的硫？”。经查：原来是劣质煤粉惹的祸。

5)还有两个厂，一个是用树脂砂模生产球铁桥壳，一个是用金属覆模砂生产农用车蠕铁曲轴，铸件表层也都存在着蠕虫状石墨，原因也都是因为砂子中的硫与镁的反应结果。

6)用再硫化法生产蠕铁。喂线技术+再硫化法是最简单而又最易于实现的蠕铁生产方法。不仅是因为用喂线法往铁水中加入球化剂，孕育剂以及硫磺（或硫化铁）具有很高的稳定性，弥散性和均匀性，而且因为用这个方法生产蠕铁可以把铁液的原始硫含量放宽，以及先将铁液处理成成低镁球铁，而后再用硫“去镁”（消球）比较容易，以及不用几百万元的控制仪表和其他辅材。从而促使我们敢于“冒险”，直接在工业条件下，用再硫化法生产160吨重的蠕铁钢锭模，尽管还有熔渣之类的缺陷问题有待克服。

结论
1)应正确认识硫在铸铁生产中的双重作用，扬它的长，抑它的短，变弊为利。
2)外国学者和专家在硫元素（包括S/RE比，Mn/S比，S/Mg 比）在灰铁或球铁生产中的有效作用方面的研究成果，对于中国的铸造工作者具有很强的直接应用与推广的价值。
3)认真对待铁液的日常分析与鉴定结果，分析它们对铸件质量可能产生的影响，并随时采取必要的解决措施。
4)大力推广用喂线+再硫化法生产蠕铁的工艺对于许多急需解决蠕铁生产工艺的铸造厂，具有非常现实的意义。