CN102383027A - 一种球墨铸铁制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种球墨铸铁制备方法，属于冶金制造技术领域，其解决了现有技术中球墨铸铁制备流程周期长、制备得到的球墨铸铁机械性能不能满足要求的缺点。本发明球墨铸铁制备方法包括原料熔炼步骤、球化处理和第一次孕育处理步骤、第二次孕育处理步骤以及第三次孕育处理步骤。本发明球墨铸铁制备方法生产成本低、生产周期短，无需热处理。生产的球墨铸铁质量稳定、韧性高，特别适合高冲击力、高强度机器模具的铸件。

Description

一种球墨铸铁制备方法
技术领域
本发明涉及铸铁冶炼技术领域，尤其涉及一种球墨铸铁制备方法。
背景技术
球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，其有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。
大断面球磨铸铁是指模板厚度大于100毫米的球墨铸件所用的球磨铸铁，其主要应用于一些高冲击力、高工作强度的机器模具铸件中，例如注塑机铸件。现有的大断面球磨铸铁由于断面过厚，冷却速度缓慢，使得铸件中心出现石墨畸变、球墨数减小造成铸件性能下降，严重时，甚至会造成铸件报废。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种球墨铸铁制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是提出一种球墨铸铁制备方法，其包括原料熔炼步骤、球化处理和第一次孕育处理步骤、第二次孕育处理步骤以及第三次孕育处理步骤；
所述原料熔炼步骤中原料为焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢以及铁合金，焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢、铁合金的重量比为：1∶0.3∶(6.0-6.25)∶(1.8-2.2)∶1.7∶(0.04-0.015)，将原料投入冲天炉后先预热20分钟后开始鼓风熔炼，熔炼铁水温度为1450℃至1500℃；
所述球化处理和第一次孕育处理步骤为：在球化包一侧加入总质量为出炉铁液质量的1.9％-2.0％的第一球化剂和第二球化剂，其中第一球化剂占所有球化剂质量的40％，第二球化剂占所有球化剂质量的60％，第一球化剂在下，第二球化剂在上并在第二球化剂上还覆盖质量相当于出炉铁液质量的0.25％-0.35％、粒度为15-30毫米的孕育剂；将第一球化剂、第二球化剂和孕育剂捣实后盖上珍珠岩并压上压铁；出炉铁液进入球化包后，第一球化剂和第二球化剂对其球化处理，孕育剂对其第一次孕育处理；
所述第二次孕育处理步骤为：当铁水包中铁液高度出至铁水包2/3时，在出铁槽中均匀撒入质量相当于出炉铁液质量的0.3％-0.5％，粒度为15-30毫米的孕育剂，铁液进入出铁槽后，孕育剂对其第二次孕育处理；
所述第三次孕育处理步骤为：铁液浇注时，随铁液再次加入质量相当于铁液质量的0.1％-0.15％，粒度为0.3-1毫米的孕育剂以对其第三次孕育处理。
进一步地，上述第二次孕育处理步骤与第三次孕育处理步骤之间还包括扒渣处理步骤，所述扒渣处理步骤为：在铁液中添加集渣剂，利用扒渣耙捞出浮渣。
进一步地，所述原料熔炼步骤中还包括检测调整步骤，检测并调整铁水中碳元素和硅元素含量使得碳的质量百分比在3.75％-3.90％以内，硅的质量百分比在1.0％-1.2％以内。
进一步地，所述球化处理和第一次孕育处理步骤中，所述第一球化剂和所述第二球化剂的总质量为出炉铁液质量的2％，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.3％。
进一步地，所述第二次孕育处理步骤中，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.45％。
进一步地，所述第三次孕育处理步骤中，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.15％。
进一步地，所述第一球化剂的质量百分比为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；所述第二球化剂的质量百分比为：Re：2％-4％，Mg：Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
进一步地，所述孕育剂的质量百分比为：Si：72％-76％，Ca：0.1％-1.0％，Al：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
进一步地，所述集渣剂的质量百分比为：SiO2：74％-74.5％，Al2O3：12.7％-13.1％，Fe2O3：0.8％-1.2％，Ca：0.7％-0.9％，Mg：0.08％-0.12％，K2O：4.3％-4.7％，Na2O：3.0％-3.4％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
本发明球墨铸铁制备方法生产成本低、生产周期短，无需热处理。生产的球墨铸铁质量稳定、韧性高，特别适合高冲击力、高强度机器模具的铸件。
具体实施方式
本发明所要制得的球墨铸铁的重量百分比为：C：3.75％-3.90％，Si：1.8％-2.3％，Mn：0.1％-0.2％，P：0.04％-0.05％，S＜0.015％，Re：0.02％-0.026％，Mg：0.04％-0.06％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
上述球墨铸铁制备方法包括原料熔炼步骤、球化处理步骤以及孕育处理步骤。
(1)原料熔炼
本发明球墨铸铁中各元素取自焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢以及铁合金，各原料的质量比为：1∶0.3∶(6.0-6.25)∶(1.8-2.2)∶1.7∶(0.04-0.015)。称取原料后，将上述原料投入冲天炉中，冲天炉先预热20分钟后开始鼓风熔炼，熔炼铁水温度为1450℃-1500℃。原料熔炼成液态后，需取部分铁水检测C和Si的含量，应保证C的质量百分比在3.75％-3.90％以内，Si的质量百分比在1.0％-1.2％以内。主要检测C和Si含量是因为在后续处理过程中，铁液还将添加其他添加剂而导致铁液微量元素含量的变化。
各原料的成分以及粒度要求如下：焦炭的成分为：S：0.1％-0.4％，灰份：1％-10％，水份：1％-5％，挥发物：0.1％-1.5％，余量为固定碳；焦炭底焦粒度为120-200毫米，层焦粒度为70-150毫米。石灰石的成分为：SiO2：0.1％-1.6％，MgO：0.1％-2.5％，余量为CaO；石灰石粒度为20-80毫米。新生铁是指含碳量大于2％的铁碳合金，其通过将铁矿石经高炉冶炼而成，其中工业用新生铁的碳含量一般在2.5％-4.5％之间，并且还含有Mn、Si、P、S等元素。废钢是指碳素钢，其主要成分为：C：0.1％-0.3％，Mn：0.1％-0.3％，P：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。回炉铁是指在冶炼本发明大断面球墨铸铁后产生的废铸件，利用回炉铁作为再次冶炼球墨铸铁的原料能节约成本，达到循环利用的效果，回炉铁的成分为：C：3.60％-3.80％，Si：2.0％-2.5％，Mn：0.01％-0.2％，P：0.01％-0.05％，S：0.01％-0.03％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。铁合金粒度为20-80毫米且需保持干燥。
原料熔炼过程中采用的冲天炉的主要技术参数为：熔化率：10T/h，铁水温度：1450℃-1500℃，焦铁比：1∶(7-9)，风口比：3％-5％，底焦高度：2000毫米，平均炉膛内径：1175毫米，有效高度：7500毫米，排距：900毫米，前炉内径：1700毫米，前炉容量：12吨，加料平台高度：9000毫米，理论送风量：120m3/min。
各原料利用工业控制计算机作为控制核心，自动称量和自动加料，并在加料完成后自动记录配料数据。工业控制计算机中可预存多种配料单，该些配料单还可通过上位机随时修改。
(2)球化处理和第一次孕育处理
在球化包一侧加入总质量为出炉铁液质量的1.9％-2.0％，优选为出炉铁液质量的2％的第一球化剂和第二球化剂，其中第一球化剂占所有球化剂质量的40％，第二球化剂占所有球化剂质量的60％，第一球化剂在下，第二球化剂在上并在第二球化剂上还覆盖质量相当于出炉铁液质量的0.25％-0.35％，优选为出炉铁液质量的0.3％、粒度为15-30毫米的孕育剂。将第一球化剂、第二球化剂和孕育剂捣实后盖上珍珠岩并压上压铁。出炉铁液进入球化包后，第一球化剂和第二球化剂对其球化处理，孕育剂对其第一次孕育处理。
(3)第二次孕育处理
当铁水包中铁液高度出至铁水包2/3时，在出铁槽中均匀撒入质量相当于出炉铁液质量的0.3％-0.5％，优选为出炉铁液质量的0.45％、粒度为15-30毫米的孕育剂，铁液进入出铁槽后，孕育剂对其第二次孕育处理；
(4)第三次孕育处理
铁液浇注时，随铁液再次加入质量相当于铁液质量的0.1％-0.15％，优选为出炉铁液质量的0.15％、粒度为0.3-1毫米的孕育剂以对其第三次孕育处理；浇注后即得到本发明大断面球面铸铁。
在上述(2)、(3)、(4)步骤中，第一球化剂、第二球化剂和孕育剂应注意防止潮湿，优选地，在加入第一球化剂、第二球化剂和孕育剂之前还需将其在300℃-500℃的温度下烘干。
在上述(2)、(3)、(4)步骤中，孕育剂成分为：Si：72％-76％，Ca：0.1％-1.0％，Al：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。第一球化剂的组成成分为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。第二球化剂的组成成分为：Re：2％-4％，Mg：Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
为使得本发明得到的球墨铸铁的杂质减小，良率提高，本发明在第二次孕育处理后还包括扒渣处理的步骤。通过在铁水中添加集渣剂使得铁水的炉渣聚集成大块状而后利用扒渣耙将块状炉渣捞出。集渣剂的成分为：SiO2：74％-74.5％，Al2O3：12.7％-13.1％，Fe2O3：0.8％-1.2％，Ca：0.7％-0.9％，Mg：0.08％-0.12％，K2O：4.3％-4.7％，Na2O：3.0％-3.4％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
在原料重量比范围内配置七份炉料后利用上述制备方法，测试得到的球墨铸铁的各元素组分和球墨铸铁的机械性能以及金相。
七份炉料的配比单如表一所示：
表一
Figure BSA00000599264500071
测试得到的球墨铸铁的各元素组分以及球墨铸铁机械性能以及金相如表二所示：
表二
Figure BSA00000599264500072
本发明用到的主要化学元素符号及名称解释如下：C：碳，Si：硅，Mn：锰，P：磷，S：硫，Al：铝，Fe：铁，Cu：铜，Ca：钙，O：氧，Ti：铊，Sb：锑，Mg：镁；Re：全称为Rare Earth，指稀土元素，稀土元素即为元素周期表中镧系元素以及与镧系元素密切相关的钪(Sc)元素与钇(Y)元素。

Claims (9)

1.一种球墨铸铁制备方法，其特征在于，包括原料熔炼步骤、球化处理和第一次孕育处理步骤、第二次孕育处理步骤以及第三次孕育处理步骤；
所述原料熔炼步骤中原料为焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢以及铁合金，焦炭、石灰石、新生铁、回炉铁、废钢、铁合金的重量比为：1∶0.3∶(6.0-6.25)∶(1.8-2.2)∶1.7∶(0.04-0.015)，将原料投入冲天炉后先预热20分钟后开始鼓风熔炼，熔炼铁水温度为1450°至1500°；
所述球化处理和第一次孕育处理步骤为：在球化包一侧加入总质量为出炉铁液质量的1.9％-2.0％的第一球化剂和第二球化剂，其中第一球化剂占所有球化剂质量的40％，第二球化剂占所有球化剂质量的60％，第一球化剂在下，第二球化剂在上并在第二球化剂上还覆盖质量相当于出炉铁液质量的0.25％-0.35％、粒度为15-30毫米的孕育剂；出炉铁液进入球化包后，第一球化剂和第二球化剂对其球化处理，孕育剂对其第一次孕育处理；
所述第二次孕育处理步骤为：当铁水包中铁液高度出至铁水包2/3时，在出铁槽中均匀撒入质量相当于出炉铁液质量的0.3％-0.5％，优选为出炉铁液质量的0.45％、粒度为15-30毫米的孕育剂，铁液进入出铁槽后，孕育剂对其第二次孕育处理；
所述第三次孕育处理步骤为：铁液浇注时，随铁液再次加入质量相当于铁液质量的0.1％-0.15％，优选为出炉铁液质量的0.15％、粒度为0.3-1毫米的孕育剂以对其第三次孕育处理。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述第二次孕育处理步骤与所述第三次孕育处理步骤之间还包括扒渣处理步骤，所述扒渣处理步骤为：在铁液中添加集渣剂，利用扒渣耙捞出浮渣。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述原料熔炼步骤中还包括检测调整步骤，检测并调整铁水中碳元素和硅元素含量使得碳的质量百分比在3.75％-3.90％以内，硅的质量百分比在1.0％-1.2％以内。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述球化处理和第一次孕育处理步骤中，所述第一球化剂和所述第二球化剂的总质量为出炉铁液质量的2％，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.3％。
5.根据权利要求1所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述第二次孕育处理步骤中，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.45％。
6.根据权利要求1所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述第三次孕育处理步骤中，所述孕育剂质量为出炉铁液质量的0.15％。
7.根据权利要求1所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述第一球化剂的质量百分比为：Y：2％-7％，Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Sb：0.3％-0.4％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素；所述第二球化剂的质量百分比为：Re：2％-4％，Mg：Mg：7％-9％，Si：37％-44％，Ca：1％-3％，Mn：0.1％-0.4％，Al：0.1％-0.5％，Ti：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
8.根据权利要求1所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述孕育剂的质量百分比为：Si：72％-76％，Ca：0.1％-1.0％，Al：0.1％-0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
9.根据权利要求2所述的球墨铸铁制备方法，其特征在于，所述集渣剂的质量百分比为：SiO2：74％-74.5％，Al2O3：12.7％-13.1％，Fe2O3：0.8％-1.2％，Ca：0.7％-0.9％，Mg：0.08％-0.12％，K2O：4.3％-4.7％，Na2O：3.0％-3.4％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
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