在對(duì)熔煉材料的長(zhǎng)期技術(shù)服務(wù)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有些鑄造單位，不知道如何根據(jù)自己生產(chǎn)鑄件的牌號(hào)、結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝、爐料的情況選擇球化的種類(lèi)和成分，對(duì)于球化劑中各種成分的作用還不是很清楚，有的單位不能根據(jù)自己?jiǎn)挝坏膶?shí)際情況確定正確的球化工藝參數(shù)，這一方面造成不同程度的成本升高，而且造成資源的浪費(fèi)。
2 球化劑的分類(lèi)：
2.1根據(jù)球化劑中主要的球化元素可分為：鎂系球化劑、稀土系球化劑和鈣系球化劑
鎂系球化劑：鎂是球化能力強(qiáng)的元素，也是應(yīng)用廣泛的球化劑，盡管從熱力學(xué)上看，鎂與氧、硫的親和能力要次于鈣和鈰，但從動(dòng)力學(xué)角度，由于鎂的沸點(diǎn)（1107℃）低，密度?。?.738g/cm3），對(duì)鐵水有攪拌作用，鎂的實(shí)際脫氧去硫的作用大于鈣和鈰。鎂作為球化元素可以使石墨球園整，對(duì)合金液處理前的含硫量范圍適應(yīng)性好，并且在亞共晶和過(guò)共晶成分的合金液均能起到良好的球化效果，但是由于鎂與大部分反球化元素不相化合或者化合程度很小，故鎂球化劑的缺點(diǎn)是抗反球化元素能力低【1】；鎂的密度低，在鐵液中容易上浮，球化衰退快，形成夾渣、縮松和皮下氣孔等缺陷的傾向大；而且反應(yīng)劇烈，燒損大，煙霧大，惡化環(huán)境。
稀土系球化劑：稀土的沸點(diǎn)高，其中鈰的沸點(diǎn)為1400℃，密度大（7.4-7.6g/cm3），球化處理時(shí)無(wú)沸騰和火光煙塵，環(huán)境污染少，勞動(dòng)條件好，但反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件差，石墨球圓整度差，常出現(xiàn)團(tuán)狀及團(tuán)片狀石墨，在大斷面球墨鑄鐵件及熱節(jié)部位易產(chǎn)生石墨畸變，白口傾向及石墨漂浮都比鎂球墨鑄鐵嚴(yán)重；稀土元素能和反球化元素形成穩(wěn)定的化合物，從而在一定程度上可抵消這些元素的干擾作用，對(duì)原鐵液中反球化元素含量可比用鎂時(shí)適當(dāng)放寬【2】；對(duì)過(guò)共晶成分的鐵液有穩(wěn)定的球化效果，對(duì)于含硫量為0.06%的鐵液在殘留鈰為0.04%以上時(shí)，就能使鐵液中石墨球化，但對(duì)亞共晶成分鐵液要求鐵液含硫量極低（0.006%），并且加入量大【3】。稀土球化劑有利于凈化鐵水，鑄件夾渣、縮松傾向小，但由于加入量高及成本高等因素一般不再單獨(dú)使用，好與鎂復(fù)合使用。
在球化劑常用的稀土中，鑭的球化作用弱，只有在激冷區(qū)有一定的球化作用。但鑭氏球化劑可以延緩共晶過(guò)程中石墨的析出，對(duì)防治鑄件縮松有一定的作用。輕稀土元素起球化作用的含量范圍較窄，加入量不足難以球化，加入過(guò)多，白口傾向嚴(yán)重并出現(xiàn)異形石墨【4】；重稀土元素釔對(duì)高碳過(guò)共晶合金液有很好的球化作用，在高碳過(guò)共晶合金液中，釔的球化能力比鈰強(qiáng)，略遜于鎂；碳量較低時(shí)，冷卻快則成白口，冷卻慢則不球化。釔與鎂、鈰不同的是可以過(guò)量加入，在碳當(dāng)量和冷卻速度適當(dāng)時(shí)，加入量達(dá)到正常球化需要量的3-4倍也不出現(xiàn)白口，而且釔的脫硫能力極強(qiáng)，且不回硫。因此可以利用釔的過(guò)量增加和不回硫特點(diǎn)來(lái)提高鐵液的抗衰退能力【5】。
鈣系球化劑：鈣的沸點(diǎn)1440℃，密度1.54g/cm3，作用平穩(wěn)，對(duì)于要求高溫球化處理（大于1500℃）的鐵液，球化劑除了采用低鎂低稀土的成分外，還可以在球化劑中添加一定含量的鈣，延緩鐵液與球化劑反應(yīng)的劇烈程度。雖然從熱力學(xué)的角度上其與硫、氧的親和力比鎂強(qiáng)，但與硫、氧反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件差，球化能力弱，需要加入量大，造渣多。金屬鈣很容易氧化，不便于儲(chǔ)存，故一般不單獨(dú)做球化劑。加鈣處理的球墨鑄鐵的白口傾向比加鎂處理的白口傾向要小，使得加鈣處理的球墨鑄鐵對(duì)硅、錳的敏感性較小，容易得到鑄態(tài)鐵素體基體。圖1、圖2【6】分別是含硅量、含錳量不同時(shí)，加鈣處理與加鎂處理的白口傾向?qū)Ρ取?br />
含硅量不同時(shí)加鈣處理與加鎂處理的白口傾向?qū)Ρ?br />
含錳量不同時(shí)加鈣處理與加鎂處理的白口傾向
目前單純的稀土球化劑和鈣系球化劑已不再單獨(dú)使用，而是結(jié)合鎂、稀土、鈣的優(yōu)點(diǎn)以合理的比例含量做成稀土鎂硅鐵合金球化劑。
2.2按照制作方法和形狀可分為：普通球化劑和球化包芯線
普通球化劑是將幾種合金或者金屬用電爐熔化澆注成一定形狀，或者破碎成一定行塊度的顆粒；
球化包芯線是先將一定成分的球化劑破碎成一定細(xì)度的粉狀顆粒，然后用包線機(jī)用一定寬度和一定厚度的鐵皮將球化劑粉末顆?；蛘呤菐追N合金的粉末顆粒包裹成一定粗細(xì)的金屬線，使用時(shí)用專(zhuān)用喂絲機(jī)以一定速度喂入金屬液。
3 球化劑的選擇
3.1球化劑種類(lèi)的選擇原則
球化種類(lèi)的選擇一般要根據(jù)鑄件的種類(lèi)、牌號(hào)、重量、結(jié)構(gòu)，爐料的情況等來(lái)選擇。
對(duì)材質(zhì)中硅含量要求低的鑄件，為防止球化過(guò)程中增硅過(guò)多，選用無(wú)硅的純鎂球化劑；對(duì)含干擾元素少的爐料，選用無(wú)稀土的純鎂球化劑或者鎂硅鐵合金球化劑；對(duì)含干擾元素多的爐料，選用含稀土的稀土硅鐵鎂合金球化劑；對(duì)大型珠光體球鐵，選用銅鎂合金；對(duì)高鎳奧氏體、貝氏體球墨鑄鐵件，選用鎳鎂球化劑；對(duì)于鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件、高韌性鐵素體球墨鑄鐵件，首先選用含鋇的稀土硅鐵鎂合金，或者無(wú)稀土球化劑；對(duì)于鑄件大小穩(wěn)定，批量大，每次球化鐵水重量穩(wěn)定的鑄件，首先考慮采用球化包芯線。
3.2球化劑成分的選擇
球化劑的成分包括鎂、稀土、鈣等球化元素、硅、鋁、和銅、鎳、鐵等。球化元素是主要起球化作用的元素，硅則在球化劑的熔煉過(guò)程中和鎂形成MgSi合金，起到減少鎂燒損和上浮的作用。銅、鎳、鐵含量的多少可以起到調(diào)節(jié)球化劑的密度的作用，防治在在球化反應(yīng)過(guò)程中，球化劑上浮過(guò)快的作用，從而提高鎂的吸收率。另外球化中還含有氧化鎂，則是由在球化劑的生產(chǎn)過(guò)程中由金屬鎂氧化形成，另外氧化鎂的含量高，增加鐵液中氧化渣的數(shù)量，則鑄件形成黑斑缺陷的機(jī)率就越大。
3.2.1鎂含量的確定
選擇球化劑中鎂含量的高低主要依據(jù)球化處理溫度，球化處理溫度低時(shí)，選擇含鎂量較高的球化劑，以免球化劑加入量過(guò)多，造成鐵液降溫過(guò)多；球化處理溫度高時(shí)，選擇含鎂量低的球化劑，以免鎂的吸收率過(guò)低；
鐵水的含硫量高，則選擇的球化劑的鎂含量相應(yīng)的要高些，避免因選擇含鎂量過(guò)低的球化劑導(dǎo)致球化劑加入量過(guò)高，造成球化過(guò)程鐵水降溫過(guò)多；鐵水含硫量低，選擇鎂含量低的球化劑，可以使球化反應(yīng)平穩(wěn)，避免脫硫效果不穩(wěn)定。
3.2.2稀土含量的確定
爐前鐵液中的反球化元素高，則球化劑和球化包芯線中的稀土含量要高。爐前鐵液中反球化元素少，則球化劑和球化包芯線中稀土含量要低，避免增加成本。目前隨著我國(guó)生鐵和廢鋼的質(zhì)量提高，我們使用球化劑中的稀土含量存在普遍偏高的現(xiàn)象；鑄件屬于薄壁鑄件，則球化劑和球化包芯線中的稀土含量要低，防治鑄件出現(xiàn)白口缺陷；鑄件屬于厚大鑄件，則球化劑和球化包芯線中的稀土含量要低，防治鑄件中心部位出現(xiàn)碎塊石墨；由于鐵液中稀土元素含量高時(shí)，可強(qiáng)烈增加鐵液的過(guò)冷度，促進(jìn)珠光體的形成，鐵素體球鐵使用的球化劑和包芯線中稀土含量要低些，珠光體球鐵使用的球化劑中稀土含量可以高些；鐵液澆注時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，球化劑中稀土含量可相應(yīng)高些，稀土含量高可以延緩球化衰退時(shí)間。
3.2.3鈣含量的確定
鈣是球化元素，鈣元素和鎂、稀土元素一樣都可以對(duì)鐵液起到球化的作用。由于鈣的熔點(diǎn)高，當(dāng)鐵水球化溫度高時(shí)，球化劑和球化包芯線中的鈣含量可以高些，以降低反應(yīng)劇烈程度和延緩起爆時(shí)間；生產(chǎn)薄壁鑄件，鑄件容易出現(xiàn)白口缺陷時(shí)，球化劑和球化包芯線中的鈣含量可以相應(yīng)高些，以降低鐵液的白口傾向。當(dāng)生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體基體鑄件時(shí)，球化劑中的鈣含量可以高些，生產(chǎn)珠光體基體球墨鑄鐵件時(shí)，球化劑中鈣含量要低些。
3.2.4 鋁元素的確定
鋁元素由生產(chǎn)球化劑和包芯線時(shí)加入的合金代入，球化劑和球化包芯線中的鋁含量越低越好。
4 球化工藝參數(shù)的確定
4.1 鐵水球化量的確定
一次球化鐵水量的多少?zèng)Q定于澆注時(shí)間的長(zhǎng)短，好一次球化鐵水量要保證從鐵液球化完到鐵液完全澆完能夠控制在12分鐘內(nèi)，長(zhǎng)不要超過(guò)15分鐘。
4.2 球化溫度的確定
鐵液球化溫度的高低是由澆注溫度的高低決定的，也就是由尾箱需要滿足的低澆注溫度決定的。
鐵液的球化溫度=尾箱的需要滿足的低澆注溫度+出鐵降溫+球化降溫+導(dǎo)包降溫+運(yùn)輸、澆注過(guò)程的降溫。球化溫度確定的原則是在滿足尾箱需要的低澆注溫度的前提下球化溫度越低越好。
4.3 球化劑加入量的確定
球化劑的加入量取決于以下幾個(gè)因素：
4.3.1 原鐵水的含硫量 、含氧量
原鐵水的含硫量越高，球化劑的加入量越高；原鐵水的含硫量越低，加入量越低。鐵液含氧量高時(shí)，加入量要高些。
4.3.2 球化劑中的鎂、稀土含量
球化劑中鎂含量高，球化劑加入量低；球化劑中鎂含量低，球化劑加入量高。
4.3.3 鐵水的球化處理溫度
鐵水的球化處理溫度高，球化劑加入量高；鐵水的處理溫度低，球化劑加入量低。
4.3.4 球化處理工藝
球化劑加入量的高低還要根據(jù)采用的球化處理工藝來(lái)定，采用鎂的吸收率高的處理工藝，球化劑加入量低；采用鎂的吸收率低的處理工藝時(shí)，球化劑加入量高。