硫元素在鑄鐵生產中的有效作用--不可忽視！

摘要 本文簡要介紹了外國學者與專家關于“硫在鑄鐵生產中的作用”方面有重要參考價值和推廣意義的研究成果與論述，講述了在為用戶服務過程中所遇到的一些案例。

　　前言

眾所周知，硫元素在鑄鐵生產中具有不可忽視的雙重作用，在一定條件下，它既是使鑄件產生脆性，造成表面缺陷和熔渣缺陷，降低機械性能等等方面的有害者，又是提高灰鐵鑄件，尤其是低硫灰鐵鑄件，機械性能，增加灰鐵共晶晶團數和薄壁球鐵鑄件球數等等的貢獻者。

具有50多年實踐經驗的Roy Lobenhoter在評論硫的作用時說：生產球鐵時，目標是將處理前的硫盡量保持得低些。但有些專家聲稱，在球鐵中，硫可以非常非常的低，“在某些地方可低到0.001%以下”；但是，我從未看到過令我滿意的文件記載。在灰鐵中，如果硫太低，則可能產生問題。低硫可以導致孕育劑出現奇怪的表現。而有些“專家”說，硫應高于0.03%，而另外一些專家則說應高于0.05%，我卻寧愿它達到0.07%的目標。

Reginald D Forrest“在球化之前基鐵的最佳含硫量是多少”一文中指出：在基鐵含硫量太低（低于0.008%）的地方，必須增硫，以便使其進入建議的范圍（0.008-0.012%S）；在用感應爐或轉爐進行熔煉的地方，通過有控制地加入硫化鐵（黃鐵礦）的辦法就可以很容易地做到這一點。為增每0.001%的硫，每噸鐵水應當加入30克（0.067磅）FeS；在用沖天爐進行熔煉接著進行脫硫（例如用多孔塞/碳化該）的地方， 必須不斷地調節（碳化鈣加入量或者根據溫度和攪拌強度決定的攪拌時間）等措施。

韓國和日本學者SangHakLee等人在研究硫和稀土對鑄鐵組織和性能的影響時，得出的下列結論很有參考價值：①在使用高純生鐵的情況下，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在使用普通生鐵的情況下，生成A+D+(B)型石墨的RE/S是0~2.5，生成A型石墨的RE/S為2.5~5，生成全白口的RE/S是5.0或以上；③這兩種鐵的RE/S都是在大約2.5時，可以獲得彌散均勻的A型石墨而且白口的深度很小。

波蘭學者D. Kopyciński, E. Guzik深入研究過低硫鑄鐵的有效孕育，他們發現：在用傳統孕育劑進行孕育之前，將經過破碎的廢鋼加入到低硫鑄鐵中，能得到與對推薦的高硫鑄鐵進行孕育時一樣的機械性能。

羅馬利亞學者M. Chisamera和I. Riposan等人[用熱分析研究過基鐵的凝固特性，以及FeSi75硅鐵和復合合金片孕育劑對石墨成核作用的影響，發現用0.03%享有專利權的CAT（含氧-硫化物的孕育劑）對低硫鑄鐵進行孕育的效果至少與用0.2-0.3%含鈣鑄造級FeSi75進行孕育的效果一樣。

埃及學者Hashim Hassan Ahmed和Hashim Ahmed Ali在試驗室條件下，研究過后加硫孕育對薄壁球鐵鑄件球數和球化率的影響。試驗證實：在鎂處理之后的后孕育期間，進行后S-孕育可以得到高球數，減少碳化物的生成，以及獲得極好的球化率。

羅馬利亞T. Ripposan, M. Chisanmara, 和美國學者R. Kelly, 及R.J.Naro等人多年來一直著關注硫在鑄鐵生產方面的作用，他們在近期發表了一篇令人鼓舞的文章——“球鐵和蠕鐵受后加硫影響的鎂-硫關系”，用在鑄造廠的實踐證明：在后孕育過程中，受控制地加入硫，不僅能增加球鐵的球數，減低出現碳化物的風險，而且可以生產出平均蠕化率達81%的蠕鐵。

印度學者Subrata ChakrabattiH在“蠕鐵的生產與應用”一文中，不僅介紹了“再硫化法”的特點，而且認為：這個方法似乎最適合想為工程工業做零活生產CGI鑄件的的鑄造廠。

　　在我國的實際案例

　　我們的服技術團隊在為現場服務的過程中，曾經遇到過需要增硫或加硫的案例，以及從事過在工業條件下用再硫化法生產蠕鐵的實踐，總起來看，有如下方面：

　　1） 某出口管件鑄造廠，是用經石灰脫硫處理后的沖天爐鐵水生產球鐵管件，因“受在優質球鐵生產中，原鐵水硫含量越低越好”的誤導，工廠曾出臺了一項“原鐵水的硫被脫除得越多，獎金越高”的“獎勵”政策，致使原鐵水的含硫都在0.002%左右。將原鐵水的含硫定位在007-0.010%之后，各方面都發生了改觀；　　2） 某微型發動機用球鐵件生產廠，自從鐵液由沖入法改為喂線法處理后，基鐵的爐料變成了回爐料+工廠自產廢鋼+ 增碳劑+ 硅鐵及其他鐵合金。經多次循環之后發現，盡管基鐵的含硫量仍保持在0.02%左右，可鑄件球化率和機械性能下降到了報廢的邊緣。考慮到可能是游離硫不夠引起的原因之后，往熔爐中加入1kg/噸鐵水硫化亞鐵（黃鐵礦），問題就迎刃而解了。

　　3） 某鑄造廠，每包鐵水處理前后都取光譜樣進行成分分析，處理前后的分析結果如下：

Mg處理前的光譜分析結果

Mg處理后的光譜分析結果

  我們發現：現場的技術人員僅只關心碳，硅，錳 ，磷，硫及殘余鎂和其他合金元素的含量是否在規定的范圍內， 很少對分析結果，尤其對硫在鐵水中的狀態進行考慮與分析。上述鎂處理分析前后的結果最起碼表明：不僅鎂處理的脫硫效果太差了，而且暗示被處理鐵水中的硫基本上都是成化合物， 成游離狀態的很少，因此在鑄件中必然不會有很多石墨球。金相檢驗結果證實料我們的球狀石墨不會很多的預言，僅60個球/mm2。

　　4） 某廠是用粘土砂模和沖入法生產球鐵鑄件，用便攜式金相顯微鏡檢查鑄件的質量。經過一段時間以后，鑄件常常因為表層有蠕蟲狀石墨而被判廢。用喂線法進行試驗時，仍然有蠕蟲狀石墨存在。由于生產廠家和另外幾家對試樣殘余鎂的分析結果都是Mg0.050-055%，因此斷定不是加鎂量不夠，也不是鎂衰退造成的，鑄件本身應該沒有質量問題。解剖后鑄件的金相檢查也證實了這一點，因而判定：是型砂表面的硫和金屬起反應的結果。剛開始生產廠家還不大相信的說“粘土沙哪來的硫？”。經查：原來是劣質煤粉惹的禍。

　　5）還有兩個廠，一個是用樹脂砂模生產球鐵橋殼，一個是用金屬覆模砂生產農用車蠕鐵曲軸，鑄件表層也都存在著蠕蟲狀石墨，原因也都是因為砂子中的硫與鎂的反應結果。

　　6）用再硫化法生產蠕鐵。喂線技術+再硫化法是最簡單而又最易于實現的蠕鐵生產方法。不僅是因為用喂線法往鐵水中加入球化劑，孕育劑以及硫磺（或硫化鐵）具有很高的穩定性，彌散性和均勻性，而且因為用這個方法生產蠕鐵可以把鐵液的原始硫含量放寬，以及先將鐵液處理成成低鎂球鐵，而后再用硫“去鎂”（消球）比較容易，以及不用幾百萬元的控制儀表和其他輔材。從而促使我們敢于“冒險”，直接在工業條件下，用再硫化法生產160噸重的蠕鐵鋼錠模，盡管還有熔渣之類的缺陷問題有待克服。

　　結論

　　1） 應正確認識硫在鑄鐵生產中的雙重作用，揚它的長，抑它的短，變弊為利。

　　2） 外國學者和專家在硫元素（包括S/RE比，Mn/S比，S/Mg比）在灰鐵或球鐵生產中的有效作用方面的研究成果，對于中國的鑄造工作者具有很強的直接應用與推廣的價值。

　　3） 認真對待鐵液的日常分析與鑒定結果，分析它們對鑄件質量可能產生的影響，并隨時采取必要的解決措施。

　　4） 大力推廣用喂線+再硫化法生產蠕鐵的工藝對于許多急需解決蠕鐵生產工藝的鑄造廠，具有非常現實的意義。