O nível de esferoidização das peças fundidas de ferro fundido nodular deve atingir o nível 4 ou superior (ou seja, uma taxa de esferoidização de 70%). A taxa de esferoidização alcançada pelas fundições em geral é de cerca de 85%. A produção de peças fundidas para energia eólica e indústrias com altos requisitos de qualidade de fundição exigem que o nível de esferoidização atinja o nível 2, ou seja, uma taxa de esferoidização superior a 90%. Ao analisar e aprimorar o processo de tratamento de esferoidização e inoculação, utilizando o esferoidizador e o inoculante originalmente empregados no QT400-15, a taxa de esferoidização do ferro fundido nodular atingiu mais de 90%.
Para melhorar a taxa de esferoidização, o processo original de tratamento de esferoidização e inoculação foi aprimorado. As principais medidas foram: aumento da quantidade de esferoidizante e inoculante adicionados, purificação do ferro fundido, tratamento de dessulfurização, etc. A taxa de esferoidização foi testada utilizando um bloco de teste de cunha fundida única de 25 mm. O plano específico é o seguinte:
(1) A razão para a baixa taxa de esferoidização do processo original foi analisada. Acreditava-se que a quantidade de esferoidizante era muito pequena, então a quantidade de esferoidizante adicionada foi aumentada de 1.3%~1.4% para 1.7%, mas a taxa de esferoidização não atendeu aos requisitos.
(2) Outra hipótese é que a baixa taxa de esferoidização pode ser causada por inoculação inadequada ou declínio da inoculação. Portanto, a dosagem de inoculação foi aumentada de 0.7%~0.9% para 1.1%, e a taxa de esferoidização não atendeu aos requisitos.
(3) Análises posteriores mostraram que as elevadas inclusões no ferro fundido e o alto nível de elementos interferentes na esferoidização podem ser as razões para a baixa taxa de esferoidização. Portanto, o ferro fundido foi purificado em alta temperatura. A temperatura de purificação em alta temperatura foi geralmente controlada em 1500±10℃, mas sua taxa de esferoidização ainda não ultrapassou 90%.
(4) O alto teor de ω (S) consome seriamente o agente esferoidizante e acelera o declínio da esferoidização. Portanto, o tratamento de dessulfurização foi adicionado para reduzir o teor de ω (S) do ferro líquido original de 0.035% para menos de 0.020%, mas a taxa de esferoidização atingiu apenas 86%.
Os resultados dos testes dos quatro esquemas acima não atenderam aos requisitos.
O plano de melhoria final adotado
medidas de melhoria
Quando o teor de ω(S) do ferro líquido bruto ultrapassa 0.02%, utiliza-se carbonato de sódio industrial para a dessulfurização pré-forno. Como a reação de dessulfurização é endotérmica, a temperatura deve ser controlada em torno de 1500 °C. A quantidade de carbonato de sódio adicionada é controlada entre 1.5% e 2.5%, de acordo com o teor de ω(S) durante a fusão pré-forno. Simultaneamente, o saco de tratamento de esferoidização adota o formato de barragem comum. Primeiramente, adiciona-se 1.7% do agente esferoidizante Foseco NODALLOY7RE em uma das extremidades da barragem no fundo do saco, compactando-o e, em seguida, cobrindo-o com 0.2% de carbeto de silício em pó e 0.3% de pequenos pedaços de 75SiFe, sucessivamente. Após a compactação, cubra com um ferro de passar sob pressão e adicione 0.3% do inoculante Foseco 390 no outro lado do saco de ferro fundido. Ao vazar, despeje inicialmente de 55% a 60% do volume total de ferro fundido. Após a conclusão da reação de esferoidização, adicione 1.2% do inoculante 75SiFe-C. Em seguida, despeje o restante do ferro fundido e remova a escória.
Resultado dos testes
4. Análise de resultados
4.1 Efeito dos principais elementos na taxa de esferoidização
C, Si: O carbono (C) pode promover a grafitização e reduzir a tendência à formação de ferro fundido branco, mas um alto teor de ω(C) resultará em um CE (concentração de carbonato de cálcio) muito elevado, podendo causar a flutuação da grafita. Geralmente, o teor de ω(Si) é controlado entre 3.7% e 3.9%. O silício (Si) pode aumentar a capacidade de grafitização e eliminar a cementita. Quando o Si é adicionado como inoculante, a capacidade de superresfriamento do ferro fundido pode ser significativamente reduzida. Para melhorar o efeito da inoculação, o teor de ω(Si) do ferro fundido original é aumentado de 1.3% a 1.5% para 0.8% a 1.2%, e o teor final de ω(Si) é controlado entre 2.60% e 3.00%.
Mn: Durante o processo de cristalização, o Mn aumenta a tendência de super-resfriamento do ferro fundido e promove a formação de carbonetos (FeMn)₃C. Durante o processo de transformação eutetoide, o Mn reduz a temperatura de transformação eutetoide, estabiliza e refina a perlita. O Mn tem pouco efeito na taxa de esferoidização. Devido à influência das matérias-primas, ω(Mn) é geralmente controlado para ser <0.30%.
P: Quando ω (P) <0.05%, ele se dissolve no Fe e é difícil formar eutético de fósforo, o que tem pouco efeito na taxa de esferoidização do ferro fundido dúctil.
S: O enxofre (S) é um elemento antiesferoidizante. O S consome magnésio (Mg) e terras raras (RE) no agente esferoidizante durante a reação de esferoidização, dificulta a grafitização e reduz a taxa de esferoidização. Inclusões de sulfeto também se reconstituem em enxofre antes da solidificação do ferro fundido, consumindo novamente elementos esferoidizantes, acelerando a redução da esferoidização e afetando ainda mais a taxa de esferoidização. Para se obter uma alta taxa de esferoidização, o teor de ω(S) no ferro fundido original deve ser reduzido para menos de 0.02%.
4.2 Tratamento de dessulfuração
Após a fusão da carga, colete amostras para analisar a composição química. Quando o teor de ω(S) for superior a 0.02%, deve-se realizar o tratamento de dessulfurização.
4.3 Pré-desoxidação, esferoidização e inoculação
O agente de pré-tratamento Foseco 390 atua como um tratamento de pré-desoxidação na embalagem, aumentando o núcleo de nucleação da grafite e o número de nódulos de grafite por unidade de área. Ele também melhora a taxa de absorção de Mg, aumentando significativamente a resistência à degradação e a taxa de esferoidização. O inoculante Foseco contém ω (Si) = 60% ~ 70%, ω (Ca) = 0.4% ~ 2.0% e ω (Ba) = 7% ~ 11%, sendo que o Ba prolonga o tempo de inoculação efetiva.
O esferoidizante da marca Foseco é NODALLOY7RE, com ω(Si) = 40% ~ 50%, ω(Mg) = 7.0% ~ 8.0%, ω(RE) = 0.3% ~ 1.0%, ω(Ca) = 1.5% ~ 2.5% e ω(Al) < 1.0%. Como o ferro fundido foi dessulfurizado e pré-desoxidado, os elementos que consomem o esferoidizante no ferro fundido são bastante reduzidos. Portanto, um esferoidizante com baixo teor de ω(RE) é selecionado para reduzir a deterioração da morfologia do grafite esferoidal causada por elementos de terras raras (RE); os elementos que desempenham um papel esferoidizante são principalmente o Mg; o Ca e o Al podem desempenhar um papel no fortalecimento da inoculação.
5. Conclusão
Na produção de ferro fundido nodular ferrítico, quando se exige uma taxa de esferoidização superior a 90%, podem ser adotadas as seguintes medidas:
(1) Selecione carga de forno de alta qualidade para reduzir os elementos antiesferoidizantes na carga.
(2) Selecione um esferoidizador com baixo teor de ω (RE) para reduzir a deterioração da morfologia do grafite esferoidal por RE.
(3) O teor de ω (S) do ferro líquido original deve ser inferior a 0.020%, o que pode reduzir o consumo de esferoidizadores, especialmente os elementos esferoidizantes consumidos pela sulfurização secundária da escória de sulfeto.
(4) O tratamento de pré-desoxidação do ferro líquido pode aumentar o número de bolas de grafite por unidade de área, melhorar a taxa de esferoidização, melhorar significativamente a capacidade anti-degradação e prolongar o tempo de inoculação efetivo.
(5) Reduzir o teor de ω (Si) no líquido de ferro original, aumentar a quantidade de esferoidizadores, inoculantes e vários agentes de pré-tratamento adicionados e fortalecer o tratamento de inoculação.
