1. 冶金预处理

       冶金预处理的目的是控制、保持铁液金属稳定的质量状态，调控球化、孕育数量和效果。铸铁特别是球墨铸铁熔炼应进行预处理，使铁液尽早具有稳定数量的氧含量和形核核心。适当有效的预处理能够增加20%～25%的核心数量。重要的是，应按熔炼作业指导书规定稳定控制熔炼温度，避免液态金属质量的剧烈波动（保持氧和核心存在）。

       熔炉内预处理增加铁液的核心，必须根据试验结果实施。试验主要是白口试片试验或采用CE热分析仪进行曲线测试。当炉料中含有高比例废钢时预处理更具重要意义（钢料不能提供核心）。

预处理通常有以下方案：

1）后期加入大比例的生铁。

2）加入SiC（加入量为0.4%)，特别是加入钢料时。

3）第一次孕育时加入额外的孕育剂。如果氧含量高于常规，最好的预处理是出铁前加入碳化硅（SiC），作用如下：①碳与氧反应形成CO；②硅进入金属，增加硅含量。

4）最新的预处理工艺是在球化处理前，通过加入预处理剂，将铁液中的O、S含量稳定的控制在较低水平，为球化反应提供良好条件，同时反应产物能够形成稳定的形核核心。预处理元素需具有以下特点：①与铁液中的O、S反应活性强，其氧化物、硫化物的标准生成自由能低；②形成的氧化物、硫化物密度最好接近铁液，熔点要高，质点尺寸适合作形核核心。目前采用的含La、Ba的处理剂能较好地满足这些要求。

       预处理可提高孕育效率（降低孕育衰退影响）。下图7-6所示为三角试片试验的凝固过冷情况，采用FeSi合金孕育，可见采用预处理工艺后（最下面折线）孕育效果显著优于其他工艺。

       方案1）～方案3）是铸造工厂常用的方案，其中方案3）还不能算真正的预处理工艺，它是在出铁后进行的，通常用于Si含量较低的场合。SiC加入量的范围是0.4%～1.0%，加入SiC的预处理会减低随后的孕育处理的衰退。

图-1孕育处理对白口深度的影响

2. 球墨铸铁熔炼程序

球墨铸铁熔炼程序包括配料和熔炼工艺如下：

1）首批配料装炉必须致密，组分为废钢和回炉料的混合料。

2）随后装入回炉料和生铁的混合料。

3）最后是生铁和预处理的SiC。

4）加热熔化到1400～1450℃，根据铁液的化学成分（见特定材料的TG和Tc温度），温度应控制在Tc以下，直到化学分析和调整完成。

5）取样进行成分分析和Ceq曲线测试。

6）根据结果调整成分和添加预处理剂：①如果过冷温度为（3～5）℃，不在炉中额外添加，但在孕育时额外添加0.1%孕育剂;②如果过冷温度为（5 ～7）℃，在炉内额外添加生铁;③如果过冷温度为（8～10）℃，额外添加SiC和生铁;④如果过冷接近10℃，则很难通过炉前处理重建铁液的冶金质量以达到可接受的水平。

7）加热到出铁温度，扒渣后出铁。

       以上每个程序和操作规程中，操作必须与试验结果相联系，作业参数必须明确规定。避免人为的负面影响。

3. 脱硫处理

       球墨铸铁的终硫的质量分数应在0.008%～0.012%，以利于自由石墨的析出。由于不同原材料特别是多数的生铁中含硫量较高，采用FeSiMg（RE）或 NiMg合金中进行球化处理，会产生大量的残渣（主要是Mg反应产物）和残留的Mg，反应直到金属凝固结束。残渣会导致夹渣缺陷，因此铁液在Mg处理前的初始硫的质量分数的上限通常是0.020%～0.025%。若超出硫的质量分数上限需要单独进行脱硫处理。向铁液导入碳化钙的处理工艺可促使硫低于0.020%，最好到0.015%。降低含硫量可减少球化处理镁的加入量。

(1). 类型

       脱硫处理前铸造工厂必须要确定未脱硫前铁液中最大的初始含硫量。

       脱硫是消耗成本费时的工艺，处理剂非常便宜，可以采用包处理，处理金属需耗费能源和时间。它不会改变铁液与相关核心的冶金质量。若采用惰性气体（氮气）搅动可获得良好的持续结果。

       碳化钙是最有效的脱硫剂，尤其是对于硫的质量分数较低的铸铁。碳化钙的物理密度为（1.1～1.3）t/m3，颗粒尺寸取决于处理方式：

　　　　　　　　　　0.1～1.0mm　　　　搅拌处理

　　　　　　　　　　0.01～0.06mm　　　N2注入

       也可加入石灰（CaO），加入量需多些，甚至可以加氟石和盐, 主要化学成分如下：

　　　　　　　　　　CaC2　　　　　　　　68%～75%

　　　　　　　　　　CaO　　　　　　　　 10%～16%

　　　　　　　　　　CaC2/CaO　　　　　　4%～7%

　　　　　　　　　　C自由　　　　　　　　3%～6%

　　　　　　　　　　SiO2+Al2O3+Fe2O3　　 3%～6%

       产生化学反应如下：

                                 CaC2—→Ca+2C

                                 Ca+S—→CaS

                                 CaC2+S—→CaS+2C

                                 CaO+S—→CaS+O

                                 Si+2O—→SiO2

                                 2CaO+2S+Si—→2CaS+SiO2

       处理剂的加入方法有以下两种：①搅拌（机械或电磁的），处理剂加到铁液上表面;②经包底同氮气注入。

       脱硫效果取决于以下因素：①较高的初始硫含量会导致较多脱硫量；②增加脱硫处理时间会提高脱硫率；增加脱硫剂的CaC2含量，会提高脱硫量；③剧烈的搅拌是非常重要的因素，如果没有搅拌和氮气注入，处理效率将下降许多;④通常添加0.50%～1.0% CaC2（取决于初始的硫含量），可达到>50%处理效率;⑤减少脱硫剂颗粒尺寸会因为增加接触面积而略微增加脱硫效率；⑥脱硫效果结果与铁液温度无关。

       处理时间为5～10min，处理将造成（30～55）℃的温度降低。脱硫率随硫的质量分数下降而降低。如果进行脱硫处理，硫的质量分数应降到＜0.020%同时Mg的加入量尽可能降低以利于球化处理。处理后必须进行化学分析复检，用以计算镁的加入量。

(2). 脱硫处理程序

根据S初始含量结果进行脱硫处理如下：

1）保证炉内温度为1425℃～1450℃（取决于Tc温度）。

2）添加1% CaC，粒度为0.5～1.5mm。

3）向浇包中出铁反应约5～10min。

4）将铁液浇回炉内，可添加合金（FeSi, FeMn, C等）加热到出炉温度扒渣后出铁。

(3). 避免硫的质量分数过低

       冲天炉熔炼时，硫的质量分数较高，几乎是必须要进行脱硫［w（S）＜0.025%,最好是w（S）≤ 0.020%］。电炉熔炼、特别是采用高纯净生铁和电极增碳剂时可能造成硫的质量分数非常低，而在镁处理之前，w（S）应该大于0.015%。

       如果硫的质量分数太低（见图7-7），必须降低镁的添加量，以避免镁和氧起化学反应，减少氧形成 SiO2的孕育浓度起伏的能力。镁和硫反应生成MgS，其尺寸≤50 μm，可增加核心数量。

       不仅是灰铸铁生产，即使是电炉熔炼球墨铸铁也需要使用FeS（黄铁矿）调整硫的质量分数。

4. 球化处理

图-2典型因过低含硫量球墨铸铁金相组织

(1). 目的

       促成铸铁的石墨由常规片状转变成团块、球状，将液态金属凝固成延展性铸铁。球化处理采用低硫生铁（小于 0.03% 甚至在一些工艺中小于 0.01%）最为经济，通常铁液中较高硫含量要消耗更多得球化剂，球化剂首先对铁液进行脱硫，并在铁液中残留充足数量确保形成球状石墨。球化处理确保液态金属一经凝固将会具有较高球化率（尽可能接近至 100%），形成大量独立的石墨球。

(2). 球化剂

       经过对多种材料进行测试，对实际应用生产而言，能最有效形成球状石墨铸铁的球化剂材料的是镁和铈。

       在工业生产中，主要球化剂是镁合金、稀土合金（以Ce、La为主的轻稀土和以Ye为主的重稀土）和钙。Mg或Ce时常连同其他稀土元素和钙以特定的成分组合在一起，在合适的时间加入到原铁液中，形成石墨球核心，并在凝固期间形成球状石墨。

       铈具有沸点高于镁的优势。Ce的沸点为3257℃，而镁仅为1105℃，所以Ce具有形成更稳定的氧化物和硫化物能力，抗衰退好，延长石墨不变形的保温时间长（这是镁的一个弱点）。

       金属中微量干扰元素铅、锑、铋、铝、钛和砷时常干扰熔炼时石墨核心的形成。少量镁和铈联合处理，能中和这些元素的不良影响。由于微量干扰元素的存在，铈依然是球化处理工艺中需保留的要素。镁与铈一同使用以弥补镁的抗衰退不足，增加球化效果。

       为确保球化需加入Mg（有时配加稀土元素，多是铈），进行以下反应：

　　　　　　　　　　Mg+O—→MgO

　　　　　　　　　　Mg+S—→MgS

　　　　　　　　　　2Mg+SiO2+O2—→Mg2SiO4（Mg2SiO3）

       以上反应可去除硫和氧这些促使片状石墨偏析的元素。

       在预处理和脱硫之后、出铁之前，必须准确的测量金属液体中硫和氧，以便能够计算镁的必需添加镁量。

1）质量分数为 0.075%的Mg和质量分数为 0.1%的 S 形成MgS 小尺寸的 MgS 可作为核心，非常好地增加球化率，减少收缩倾向，促进形成 “长效石墨 ”。

2）但是Mg也与氧起化学反应，消耗更多的Mg 100ppm的Mg只能与67ppm的 O反应，因此与硫相比氧将消耗双倍的Mg。Mg能将铁液中氧含量从0.0135%降到0.003%，图7-8是Mg与S和O反应示意图。

图-3 Mg与S和O反应示意图

       初始的硫的质量分数很容易使用校准的光谱仪在5min内测量出。氧的测定更困难且花费较长的时间。最好方式是使用相同的原材料，稳定执行一个定义良好的熔炼工艺，确保稳定一致的氧含量水平。如果按初始硫的质量分数计算，氧的作用受球化处理效率 （η）控制。

       式中，w（S初）为金属液中初始的硫的质量分数；w（S终）为处理后金属液的最终硫的质量分数；w（Mg残留）为浇注时的Mg的质量分数；T为金属处理的平均温度（℃）；t为处理结束到浇注开始之间的时间（平均每分钟损失0.001% Mg）（min）；η为Mg处理效率（多为40%～65%，取决于处理方式）。

       要经常检查处理效率，它受球化处理方式、球化剂（类型/粒度/组织）、球化处理温度和氧含量的影响。处理效率波动是因为出铁后不易调整金属数量、FeSiMg数量或其中Mg的质量分数。改进的方法是采用喂丝处理工艺。

       球化反应伴随着亮白烟雾，反应结束后，实际上残留镁（溶解在液体金属中）和镁反应产品（MgS）可与空气或其他化合物（SiO2）接触产生以下反应：

　　　　　　　　　　Mg+O—→MgO

　　　　　　　　　　2Mg+SiO2—→Si+2MgO

　　　　　　　　　　2MgS +SiO2—→Si+2MgO+S

残留镁的质量分数不断地减少，也带来以下不好的影响：

1）减少SiO2的质量分数（核心）。

2）减少MgS的质量分数（次要核心）。

3）使铁液硫含量增加（促进片状石墨）。

       Zn的质量分数也是一个非常重要的参数，因为Zn将和Mg反应导致最终的Mg的质量分数减低。

       稀土元素的质量分数特别是Ce的质量分数是重要的，是由于这些元素会和SiO2反应，而替代Mg的反应。

       结论是铸造工厂要将S和O去除到足够低的水平，保持具有足够数量的核心（SiO2和MgS）以保证铸铁凝固时具有高的冶金质量（高球化率、和高球墨数量）。Mg处理中稀土元素的质量分数应稳定地控制以获得稳定的结果。特别注意的是最终的稀土元素的质量分数要根据铸件壁厚严格限定以避免出现絮状石墨。

(3). 处理工艺

       以下讨论的处理工艺方法包括：转包法、冲入法或三明治法、盖包法、多孔塞法、压力加镁法、密封流动法、喂丝法、型内处理法等。其中一些已经很少使用，而一些正增加使用范围。

转包法:

1）处理剂：纯镁，无高硅含量风险。

2）Mg吸收率：30%～50%。

3）S限制：无限制。

4）反应：反应剧烈会产生粗大的MgS渣，破坏部分核心（需要更多的孕育）。

5）灵活性较低：处理量（>500kg)，需要固定的场地。

6）环境：生产现场有非常严重的烟尘，需要排烟尘，烟雾必须收集处理。

7）成本：转包的投资和维护成本高。

8）意见：该方法适用于处理含硫量偏高的原铁液，适用于连续生产的工厂，由于许可证费用和较高的投资成本，此工艺已经较少应用。

冲入法或三明治法:

1）处理剂：FeSiMg，3%～10% Mg 。

2）Mg吸收率：35%～70% 。

3）S限制：0.04% 。

4）反应：低到中等［w（Mg)＜6%］。

5）灵活性：FeSiMg可作为核心媒介（需少量孕育），NiMg不能提供核心。灵活性高的因素有铁液处理量高适应性强（可应用于大范围重量），可采用稀土元素；灵活性适中的因素有需要特殊的额外处理包（高径比>2），必须在炉前特定的位置进行（大型铸件）。

6）环境：生产中产生中等到严重的烟尘（取决于Mg的质量分数），需要排烟尘。

7）成本：投资成本非常低，中等的Mg收得率（取决于Mg的质量分数和处理温度）。

8）冲入法、三明治法和触发法的对比（见图-5）：

       冲入法是自早期一直广泛应用的简单工艺，采用较深的预热处理包，在包底放置按处理铁液重量称定的镁合金并不覆盖。原铁液快速冲入处理包以避免球化剂上浮和氧化，获得较长的反应时间，尽快扒除球化反应渣。在铁液由处理包转浇到浇注包过程中进行随流孕育。

       三明治工艺是合金被聚集在隔离的空间内并覆盖钢板或铁屑。作为冲入法的一个分枝，该工艺Mg收得率较冲入法有所提高。它包括在包底设置一个专门设计的凹坑以放置特定数量的镁合金。合金紧实、规整，用钢板或铁屑覆盖。处理合金的粒度尺寸和金属覆盖片非常关键，覆盖球化合金的金属片必须足够大并厚度合适，刚好推迟球化处理反应。确保液态金属被注入浇包后的球化反应能够高效率。三明治工艺的优点是改善了Mg的收得率、缩短了处理时间，操作简单，残渣少。

       触发工艺是改良的三明治工艺（见图-6），增设了触发杆装置，可在出铁量达到合适水平时，触发球化反应、控制反应的起始时间。

图-5冲入法和三明治工艺

图-6触发工艺

       NiMg是唯一可以直接加到铁液表面的合金，因为其的较高的密度可以沉入，Mg的收得率依然比较低。

盖包法（见图-7）

1）反应剂：FeSiMg，Mg的质量分数为3%～10%。

2）Mg收得率：50%～80%。

3）S限制：0.03%。

4）反应：低到中等强度，引入大量有效核心MgS。

5）灵活性：灵活性高因素有可加入稀土元素，可处理大量的金属，除非受大型处理包的限制（>3000kg)，需要炉前或指定位置特殊安排；灵活性低因素有对于Mg的质量分数较低的合金灵活性受限制，因需要特殊的处理包和包盖。

图-7盖包球化工艺

6）环境：非常低的生产烟尘，通常不需要排烟尘。

7）成本：成本低到中等，投资成本低、处理包和包盖的成本相当低，而Mg的收得率较高。

       该方法多用于大多批量生产中型尺寸铸件的铸造厂大量应用（处理包在250～1500kg之间），相比三明治工艺更易于控制。

（4）多孔塞法 加到铁液熔池的Mg大多都蒸发或被燃烧。剩余部分也主要消耗在脱硫反应中，因此实际添加的处理合金要高于球化工艺理论需要的数量。

       为最大限度利用昂贵的Mg合金材料、准确添加球化剂，在球化处理前进行脱硫处理是合理的。通过耐火透气塞向炉底或包底直接向铁液中吹入氮气，同时将例如碳化钙的脱硫剂加入铁液中，形成强烈的搅拌反应，使硫含量降到可接受的水平。随后将球化剂按同样的方式混合加入铁液中，以最有效率的方式进行完整的球化处理。多孔塞工艺也用于增碳和孕育工艺。多孔的耐火材料具有对气体浸透性而不让液体金属渗入，可应用于各式各样尺寸的熔炉和浇包。

压力加镁法:

1）反应剂：FeMg压饼,Mg的质量分数>15%。

2）Mg收得率：对于FeMg的质量分数为30%～50%。

3）S限制：对于FeSiMg的质量分数为0.03%。

4）反应：中到高（取决于Mg的质量分数）。FeMg不能提供核心；FeSiMg和SiMg能提供“中型”核心（需少量孕育）。

5）灵活性：中等，处理金属数量>1000kg；需要特定的处理包（高经比>2)而中等，需要特定的位置。

6）环境：高烟尘生产环境（取决于Mg含量），需要排烟尘。

7）成本：Mg收得率（取决于Mg的质量分数和处理温度）较低，球化剂成本较高。钟罩的投资和维护费用中等；钟罩和处理包必须高温预热（约1200℃）。

       由于其较高的成本的优点而又不具有比三明治法更多的优点，此工艺已很少应用。

密封流动法（见图-8）:

1）反应剂：FeSiMg，Mg的质量分数3%～5%。

2）Mg收得率：30%～50%。

3）S的质量分数限制：0.03%。

4）反应：中等强度，引入中到大量有效核心MgS。

       密封流动法是连续处理工艺（铁液覆盖流过合金），应用于中等到大型尺寸铸件生产（浇包为1000～5000kg），其可操作性优于三明治工艺。

喂丝法（见图-9）:

1）反应剂：MgSi合金，Mg的质量分数20%～50%，Mg（100%)。

2）Mg收得率：MgSi 为30%～50%；Mg 充填线为20%～40%。

3）S的质量分数限制：无。

4）反应：强烈（取决于Mg的质量分数）不产生核心，特别是高Mg的质量分数。

图-8密封流动工艺

图-9喂丝处理工艺

5）灵活性：可在任何固定的位置进行处理，适用于低硅含量，灵活性高；金属处理量需要>500kg时，需要特殊处理包（高径比>2)，灵活性中等;可引入不同稀土的质量分数，灵活性为较低到中等。

6）环境：高烟尘生产环境（取决于Mg的质量分数），需要排烟尘。

7）成本：投资成本中等，Mg收得率高可降低成本（取决于Mg的质量分数和处理温度）。

       此工艺因其中等成本和操作简便而得到较多的应用。但对于大型处理包（>5000kg）有难度，不易于应用添加不同的稀土元素。

型内处理法（见图-10）:

1）处理剂：FeSiMg，Mg的质量分数为3%～10%。

2）Mg收得率：对于FeSiMg的质量分数为70%～80%。

3）S的质量分数限制：0.01%。

4）反应：非常低（取决于Mg含量），提供大量核心。

5）灵活性：可加入稀土元素的灵活性高；不需要特殊浇包，灵活性高；处理金属量的灵活性非常低（＜500kg）；必须在铸型的浇注系统中进行处理时，灵活性低。

图-10型内球化处理工艺

6）环境：无生产烟尘，不需排烟尘。

7）成本：处理设备投资和维护成本为零，Mg收得率高而成本低。

      本工艺多用于小型件批量生产，且越来越多地应用于中型件小批量生产，是具有高Mg收得率的低成本工艺。

5. 孕育

       孕育是指添加不同合金（主要是Si基合金）以促进凝固过程中的石墨化、增加核心、减小树枝晶尺寸的工艺，孕育的目的就是提高铸铁的冶金质量。

       在球墨铸铁中，孕育增加核心数量，避免形成碳化物。孕育只影响核心数量，而不影响球化率，球化率只受Mg和稀土元素、残留及有害元素（如T、Pb等）含量的影响。

       在灰铸铁中，孕育促进形成均匀的A型石墨并抑制铸铁中的初级碳化物形成并最大限度地减低激冷。

冶金质量的提升带来的优点有以下几点：

1）稳定一致的力学性能，特别是延伸率的增长。

2）将碳化物出现的程度减到最低限度（激冷影响），提高可加工性。

3）较低的壁厚敏感性。

4）减少凝固缩松。

5）增加流动性。

(1). 孕育机理

       孕育能增加金属中石墨独立结晶的核心数量，核心使得金属具有稳定一致的状态。核心主要是硅氧化物，与灰铸铁不同的是还有尺寸更小的镁硫化物和铈硫化物。

       硅氧化物核心形成需借助氧的帮助，其他镁和铈氧化物反应（不形成核心）也需要氧。如果金属因熔炼期间长时间处于高温（超过TG 70～90℃以上）会造成太多的氧消耗而“过烧”，孕育效果会非常低。

       另外的影响是衰退（液态金属中的核心数量减少），镁-铈硫化物相互接触使尺寸变大，当硫化物的尺寸>50 μm就会漂浮成渣而不能再作为核心，这一影响对镁硫化物而言特别明显，硅氧化物衰退率较低。一些专利孕育剂含有Ba、Bi和稀土成分能抑制孕育衰退。

       球墨铸铁的球墨数量会因为衰退而减少，白口增加。在厚大断面铸件中尽管残留镁含量足够仍可能出现球化率下降。

       孕育能均匀铸件不同尺寸断面的性能，同时改进可加工性和强度。孕育操作控制十分重要，必须采用正确的技术以获得满意和稳定的效果。

(2). 孕育频次

1）一次孕育 一次孕育比多次孕育效率要低，比较难确定孕育时间。如果球化处理到浇注衔接紧凑，能较少导致镁硫化物衰退。

2）两次孕育 第一次孕育（应使用长效孕育剂）后再进行二次孕育所使用的孕育剂要少于首次用量（大约为首次的25%），二次孕育时间尽可能靠近浇注。因从首次孕育的衰退中可以获得可用的氧，二次孕育作用更好。

3）多次孕育 多次孕育较少采用，且频次最多不超过三次，不宜在多重孕育工艺中使用太小量的孕育剂。

       过高孕育量（总添加量）因溶解的问题是无效的，浇包沉积物、过滤塞、夹渣缺陷和过热都会对孕育带来风险。

(3). 孕育时间

       孕育剂的颗粒尺寸、化学成分和应用方式都会影响其起作用的时间，孕育时间应控制在确保金属凝固开始时含有最大数量的核心。

       随着对高温保温炉铸铁孕育处理以进行长时间的批量生产的增多，以往常规的孕育效果不能满足生产需要。在一些场合，可采用滞后孕育处理（随流或型内）。滞后孕育的优点是消除衰退并降低孕育剂加入量。然而，不恰当的滞后孕育会引起严重的问题，例如孕育剂未溶解、孕育剂分布不均匀等，孕育效果的监控受限。

(4). 孕育剂类型

       通常有4种类型孕育剂：石墨基,硅铁合金,硅钙,多种复合型。

石墨基孕育剂 碳会随着时间迅速溶解而不再活跃，较好的溶解取决于：

1）温度：更高。

2）化学成分：较低的碳和硅含量。

3）熔炉内的活动：更多的活动。

       大量碳的快速溶解会产生少量的氧化物，难以复制和控制。

       石墨基孕育剂从不用于高温时处理，它可用于对“坏死 ”（死烧）铁液的处理，尽可能靠近浇注（凝固）并于低温时与硅一起加入。

       石墨基孕育剂多与硅铁一同用于灰铸铁（片状石墨铸铁）也可用于球墨铸铁。

       硅铁合金孕育剂 硅铁是一种较好孕育剂。如果熔炉中的金属的冶金质量是良好的，硅铁是硅氧化物良好的点燃剂，如果铁液是“坏死”的，它将不会起效用。75%的硅铁熔解时将放出热量，金属的温度将随着它们的加入而上升。

       孕育将随着温度和至凝固的时间而产生衰退。大多数铸铁都会在1450℃温度发生大量的SiO2→Si+O2和C+O→CO反应。脱氧反应会减少核心的构成。

       最好的孕育剂是硅铁与一些来自混合氧化物元素（催化剂元素）的合金，这些元素包括Al、Zr、Ba、B、Sr、Ce等。最常用的孕育剂是含有65%～85%Si，1.0%～1.6% Al和0.4%～0.6%Ca的合金，较高的处理温度或浇注温度需要增加更多的Al和Ca，要注意避免过高的Al含量会导致材料出现针孔状缺陷。为球墨铸铁设计的特殊孕育剂（含Ba、Ce、S等）十分有效。

       硅钙孕育剂 这是专门用于灰铸铁的非常好的孕育剂。Ca元素几乎很难溶入铁液，可形成CaO、CaS、CaxSyOz，形成核心的能力优先于硅的氧化物。

       Ca在液体金属中的含量从0.002%开始产生效果，在此之上无论Ca含量是多大孕育效果至此点起一直是恒定的。

       硅钙孕育剂的问题是它反应形成难以捕获和去除的液态熔渣，因此它不适用于浇铸槽或型内处理工艺。

       特殊用途合金孕育剂 有些孕育剂含有钛以预防针孔状缺陷，如果出现针孔状缺陷必须采用此类孕育剂。

(5). 孕育处理方式

       浇包冲入法 在包内注入25%铁液后开始向铁液流上加入（当从熔炉出铁、浇注，或从一个包转浇注到另一个包时）。此方式使孕育剂与铁液充分接触并在金属容器中容易相互混合吸收，其缺点是小颗粒尺寸的孕育剂因热辐射影响飞散，根本接触不到金属而失去效用。

       在自动浇注系统中，非常细小的孕育剂是由压缩空气注入液流中的。

       对于小型铸件浇注时间短（≤10s），孕育剂必须从头到尾与浇注金属液流保持接触，以确保所有金属都能够得到孕育。

       金属中不能含有太多的渣，以避免渣滓包裹孕育剂使其丧失作用。用于浇包冲入法的孕育剂颗粒尺寸建议如下：

1）10～30mm，用于1t及以上的浇包 。

2）1～4mm，用于500kg以下浇包。

       浇注随流孕育可使用0.2～0.7mm的孕育剂，但是要注意因热影响阻碍孕育剂进入金属造成的孕育剂损失，同样进入金属流的未清除干净的渣滓也会造成孕育剂损失，形成风险。

       在金属冲入浇包前将孕育剂投入包内 此方式是比较危险的方法，因为孕育剂与炙热的包衬接触将快速氧化而失去孕育处理的效能，也可能会大量的堆积在包衬底部。将孕育剂投入热浇包或浇注槽会引起材料烧结或氧化，导致孕育惰性。

       在充满金属的浇包液面上加入 此方式是最差的方法，孕育剂与金属没有良好的混合，而且孕育剂颗粒可以被渣滓俘获而失去效用。这一方法只用于浇注前改善核心，是孕育剂引入金属的最后机会。有效加入的唯一方法是进行良好的搅拌以确保孕育剂和金属充分混合。

       芯线孕育 此方式是一种良好的工艺，孕育剂只同金属（无渣）接触，使用量很容易自动控制，问题是对于大型浇包（≥5t）中与孕育剂直接接触到的金属量很少（芯线直径和浇包直径比较）。

       多在芯线球化处理后进行。

       特殊形状的“孕育芯线”的内部空心套管填充有孕育剂。芯线插入金属液中孕育剂不与渣滓接触，一旦进入金属液中套管熔化孕育剂被吸收反应。

       在浇注系统中孕育 孕育剂加到浇道底部（如果未预热）或将嵌入块（孕育剂用树脂粘接模压成圆锥状）插入到浇道底部。尽快将铁液注入浇道覆盖嵌入块，使其熔解、孕育剂溶入金属液，因孕育剂的颗粒尺寸非常细，孕育作用很快开始。

       用浇注系统方式最好使用孕育嵌入块以确保首批铁液准确孕育。孕育嵌入块的尺寸和质量决定了溶解的时间，要与浇注时间相匹配。

用于浇注系统的孕育剂颗粒尺寸（松散加入浇注道部孕育剂）一般为：

1）0.2～0.7mm，小铸件（＜25kg）。

2）1～3mm，浇道质量≥250kg。

3）大于500kg的浇道采用特制的“预成型—嵌入块”孕育剂，供应商提供设置好的溶解时间计算系统。

       型内孕育 孕育剂被设计放置在特殊的反应室内，而且多数都是孕育剂在铁液中溶解后跟随设置过滤网。孕育剂颗粒需较小且数量要少以确保孕育剂熔化而进入铸件型腔。

(6). 孕育处理注意事项

1）保持孕育剂干燥。

2）准确测量添加的孕育剂质量或体积。

3）设计将孕育剂加入浇包的机械或自动化装置。

4）在添加孕育剂前去除金属液面上的全部浮渣。

5）对铸件进行编码以确保能与相关的试样关联。

6）在浇注站用激冷试片试验、冷却曲线试验来检查球墨铸铁的孕育效果。

7）不要加入过量孕育剂。

6.  球墨铸铁熔炼程序

球墨铸铁的熔炼根据最初的硫含量需采取以下程序步骤:

1）首批炉料使用高致密度的废钢和回炉料混合料，随后使用回炉料和生铁的混合炉料，最后使用生铁和预先处理SiC。

2）根据铁液的化学成分（见各种特定材料的TG 和Tc温度），熔化至1400～1450℃，铁液温度应控制在Tc以下直到完成化学分析并调整后。

3）提取化学分析试样进行冷却曲线/Ceq试验。

4）根据初始硫含量进行以下脱硫处理：①炉温（1425～1450)℃;②添加1%的CaC,粒度为0.5～1.5mm;③向浇包中出铁，反应5～10min。

5）将浇包中铁液返浇回炉内，可同时加入调整合金（FeSi、FeMn、C等）。

6）加热到出炉温度，扒渣。

7）提取化学分析试样。

8）准备处理包（清洁、包衬修理、预热等）。

9）根据硫含量计算Mg加入量；根据干扰元素（Pb、Ti、As等）计算稀土元素加入量。

10）Mg、稀土合金装入处理包。

11）出铁。

12）金属除硫。

13）取化学分析和冷却曲线/Ceq试样。

14）将金属转运至浇注场地。

       以上所述每个程序中，各项操作必须依据测试结果，而操作量必须按规定进行，只有这样操作者的主观误操作才能被避免。

Mg的质量分数的计算见式（图-11）：

图-11

       式中，w（Mg）为Mg加入量；w（S前）为 处理前硫的质量分数；w（Mg残）为金属球化处理后镁含量；η为Mg处理效率系数，处理效率系数取决于处理温度，处理类型及球化剂类型（高Mg含量效率系数低，因为太高的Mg含量将增加碳化物、夹渣和收缩）。

       镁与硫和氧反应时，测量初始的硫含量（球化处理前）容易，但测量氧含量要困难得多，原因是氧含量低且炉内的氧含量不断变化。

       实际上我们一般不测量氧含量，而主要靠稳定一致的熔炼程序及使用氧含量不变的原材料，这样氧的影响就可包括在影响系数（η）中。

       式（图-12）可用于计算平衡干扰元素素所需的Ce的质量分数，稀土中含Ce的质量分数约为40%。

图-12

       应控制不同壁厚时的最大Ce含量，以避免特别是在厚大断面球墨铸铁件上产生絮状石墨的危险。

图-13

       要特别注意Mg试验的镁含量（特别是光谱测试），因设备显示的是全部的Mg的质量分数w（Mg总）。

       式中，w（Mg总）为设备显示的Mg的质量分数；w（MgS）为试样中MgS夹渣的质量分数；w（MgO）为氧化镁的质量分数；w（MgZnO3）为锌化合物的质量分数；w（MgX）为其他镁化合物的质量分数；w（Mg自由）为形成合适石墨的自由镁的质量分数。

       MgS和MgO可作为核心，其他化合物将形成夹渣缺陷，自由Mg是设备测量出的总镁量中的起积极作用的部分。

摘自现在铸铁技术