CN1026418C - 用于可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法及其催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法及其用这种方法制得的催化剂。本发明的方法是利用活性碳、木炭、煤中任选一种与具有水解性的有机硅化物(如三氯甲烷、硅酸乙脂)或/和无机可溶性硅化物(如水玻璃、硅酸铝)进行反应，再经水解、风干、焖放和混配制成多缩硅醇聚合物的催化剂。该催化剂使可锻铸铁退火从先前在高、低温两段保温下进行，改为一次保温石墨化形式，并将退火温度降为830℃～890℃。
Description
本发明涉及一种用于可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法及其用这种方法制得的催化剂。
众所周知，可锻铸铁退火温度高、周期长，温度高达960℃甚至980℃，以致引起铸件严重变形或损坏，周期长达五、六十小时，此工艺长达70-120小时，这样不仅造成生产效率低，退火件成品率低、质量差，同时还带来能耗高、退火箱及退火炉寿命短等缺点，所以人们一直在探索降低退火温度、缩短退火周期、提高产品质量的方法，但一直未取得明显进展。
四十年代，可锻铸铁采用了还原、可控气氛或惰性气氛退火，但这种方法只起到保护铸件不受或少受氧化的作用，对降低退火温度及缩短周期没起多大作用。六十年代范文瑞工程师首次在石家庄柴油机厂利用金属锌气氛进行可锻铸铁催化退火，使周期从80-120小时缩短到24-32小时，并在七十、八十年代广泛应用。锌气氛退火虽有如节煤，可提高退火件机械性能、周期短等优点（见“可锻铸铁通讯”84年11期及“锌气氛退火资料汇编”），但因锌的沸点为907℃，故不能用于低于910℃的低温退火，退火温度偏高（高温
采用960-980℃）未得到解决，同时需耗金属锌，不利节省金属锌资源。近年国外报导（见“可锻铸铁通讯”84年11期4页），适当改变白口坯化学成份，使含硅提高到1.8%，在含铋0.01%基础上添加形核原素硼及铝，可在不改变退火周期下使退火温度从920℃降低到820℃，印度P.L.poy等研究表明，经氯化钠处理的铁水浇成的白口坯件，在700℃退火60-90小时，可得到铁素体可锻铸铁，但是，这些研究均未用于实际生产，且既使应用生产也因其寄托于化学成份的改变及孕育处理，使现得通用成份的可锻铸铁件仍无法采用低温退火。
本发明的目的是提供一种可用于可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法，及其用这种方法制得的催化剂。
本发明提供的这种催化剂用于可锻铸铁低温退火，它可摆脱单纯依靠能量（动能、内能）变化促使退火过程石墨化完成的途径，而采取利用催化作用促使渗碳体分解加快，达到缩短退火周期、降低退火温度、提高退火质量的目的。可锻铸铁退火无论高温渗碳体（或菜氏体）的分解石墨化，或是低温珠光体的分解石墨化，其实质是碳化三铁分解生成铁素体及石墨，Fe3C（渗碳体，菜氏体，珠光体） (△)/(催化剂) 3Fe（铁素体）+C（石墨），这一化学反应的进行，任何化学反应只要能够找到理想催化剂，在催化剂存在下其反应速度便会大大增加。问题的症结是能否找到理想催化剂，以及如何将催化剂加入固态的金属内部。
本发明所提供的方法制得的FD-1催化剂可加速渗碳体分解速度20～40倍，以及能够在700℃前气化进入铸件内部的特性，解决了这两个十分关键和困难的问题。催化退火打破了过去热处理相变理论的陈规，提出催化理论新内容，本发明一改过去分别在930℃～980℃及735℃～760℃分高、低温两段石墨化退火为一次在830℃～890℃保温进行石墨退火的过程，为渗碳体分解是直接进行还是通过奥氏体转变进行这一长期争论的问题，提供了更直观条件并丰富了资料。本发明奇特的二段石墨化速度由过去12～14小时变为几十分钟这一事实的出现，以及催化作用加快渗碳体分解20～40倍，无疑会对相变理论研究上的突破作出贡献。
本发明提供的制造专用于可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法是利用活性碳与有机硅化物、或/和无机可溶硅化物，最好再加石墨化元素的化合物进行反应，水解、风干、焖放而制成催化剂，它能在低温退火石墨化温度下线700℃以下气化，可渗入铸件内，可在700℃后分解产生有强烈催化渗碳体分解作用的羰基、酮基、碳硅键合物及其游离的碳及硅键原子，等活性原子及基团。
利用本发明的方法制得的催化剂，将原可锻铸铁退火分高、低温两段保温进行石墨化的方式，改为一次保温石墨化形式;将退火高温使用温度由原来930°-980℃，改为830°-890℃，以及高温保温采用平台式及上升式。本发明的方法制得的催化剂使退火周期由原高温下（930°-980℃）五、六十小时，缩短到低温（830°-890℃
）电炉9-14小时，一般炉20-30小时。
为便于了解，先将本发明的可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法中的原理作如下扼要阐述。
有机硅化物三氯硅甲烷是比水重的液体，由于si-cl键易断裂性质活泼，易水解或醇解，其水解产物为硅原子上连有三个羟基的硅醇。
三氯硅甲烷在特殊反应床（碳床）水解，可生成具有一定化学组份的含有类羰键的多缩硅醇及部分亲合性碳硅键合物，它可减弱退火过程的氧化作用防止退火件氧化脱碳。多缩硅醇的沸点在250℃～300℃左右，多缩硅醇及碳硅键合物的分解温度在600℃～700℃，它们在退火时进入铸件后受热分解产生羰基、酮基（醚基），有时有部分羟基、以及碳硅键合物游离的碳、硅键原子等活性原子及基团，可促进渗碳体分解加快退火时石墨化进程20～40倍，故可用于可锻铸铁退火以及灰铸铁硬点消除的处理，及某些钢材、合金的处理。
现详细介绍本发明用于可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法：
1）碳合：将三氯硅甲烷（或R2SiCl2等水解性有机硅化物）和/或水溶性无机硅盐（如水玻璃，硅酸铝）最好加石墨化元素盐与活性碳（或木碳、煤）反应，其比例为每100克活性碳加入10～33克三氯
硅甲烷（以25克较好），反应在常温下进行，时间20～40分钟，反应过程中应不断搅拌或翻滚。
2）.水解：将碳合物徐徐加适量水水解，水量应足够反应需要，但又不可使反应物成泥状，一般每5公斤活性碳加水2～3升，水解时间8-24小时，反应温度一般可在60°～30℃间进行但最好控制在40°～45℃。
3）.中和：水解过程中不断加入50%碳酸钠溶液中和反应生成的盐酸，以保持中性或微碱性（可用pH试纸或1%甲基橙检查）。也可用苛性钠及氨碱中和。
4）.风干：在通风良好的室内进行。
5）.二次水解：水量视风干状况而定，一般每10公斤加入1～2.5升。
6）。二次风干：条件同第一次，但残余水份应控制在15～20%。
7）.焖放：将二次风干物置于隔绝空气的容器内，在15～25℃焖放半月。
8）.混配：焖放物（多缩硅醇聚合物）10公斤加入2.5公斤粒状（1～3mm）木炭及尿素2.5公斤，即以10∶2.5∶2.5的配比混合搅拌均匀。木炭加入是保护试剂在退火中少受氧化，尿素是保护试剂在存放过程中不致变质失效，故比例不必严格控制。
本发明提供的这种方法所制得的催化剂是多缩硅醇聚合物和木炭、尿素以10∶2.5∶2.5的配比的复合物，所述多缩硅醇聚合物
是利用活性碳、木炭、煤中任选一种与具有水解性的有机硅化物（如三氯甲烷、硅酸乙脂）或/和无机可溶硅化物（如水玻璃、硅酸铝）进行反应制成的。
本发明的催化剂不只限用于普通可锻铸铁的退火，还可用于合金可锻铸铁和钢的退火，以及灰铸铁硬点消除的处理，与某些合金钢材的处理。
采用本发明的催化剂在可锻铸铁退火上有如下优点：
周期短，可提高工效。一般只要二十多小时，电炉（或专用炉）还可使用周期缩短到数小时，较现行工艺缩短周期数至十倍。
退火温度低，高温石墨化温度成百度大幅度下降，减少了退火件的氧化、变形以及流活造成的废品，提高了成品率。同时也减少了退火箱、退火窑的塌裂损失，还进一步节约了能耗，降低了成本，每吨件根据管理水平不同下降8～50元，并节约了紧缺昂贵的金属锌。
退火件性能好。组织较常法细，氧化及变形极小，机械性能较高。
对退火件化学成份适应性广，不仅可用于各种不同孕育方式的白口坯件，而且可使按规定不合格的低硅、高铬坯件处理得到合格的产品。
总之，本发明的方法制得的催化剂用于可锻铸铁退火将两段保温进行石墨化退火改为一次完成，工艺简便、容易掌握，便于推广
应用。
本发明的方法制得的催化剂味香无毒、不易燃、不爆、性能稳定、催化效力高、用途广，可适用于可锻铸铁、灰铸铁、合金钢材等的热处理。
总之，本发明的催化剂用于可锻铸铁退火打破了目前单纯依靠热能完成可锻铸铁件退火常规，采用催化法使可锻铸铁退火周期缩短，退火温度降低，退火质量提高，退水件化学成份范围放宽，为改变可锻铸铁性能，扩大可锻铸铁应用范围，以及增加合金可锻铸铁品种创造了条件，为可锻铸铁发展开辟了新前景。本发明也为其它金属处理提供了方法，为金属热处理理论研究增添了新的内容。
Claims (3)
1、一种用于可锻铸铁低温退火的催化剂的制造方法，其特征是，这种多缩硅醇聚合物的催化剂是利用活性碳、木炭、煤中任选一种与具有水解性的有机硅化物(如三氯硅甲烷、硅酸乙脂)或/和无机可溶性硅化物(如水玻璃、硅酸铝)进行反应，再经水解、中和、风干、焖放，然后将焖放物(多缩硅醇聚合物)与尿素混合而制成的；其中每100克活性碳加入10-33克三氯硅甲烷，反应过程中应不断搅拌或翻滚；其中水解反应按5公斤活性碳加水2-3升，反应温度在60°-30℃间进行其中的中和反应是在水解过程中不断加入50%碳酸钠溶液、也可用苛性钠及氨碱中和，最后溶液呈中性或碱性；其中焖放过程将风干物(多缩硅醇聚合物)置于塑料袋内，在温度为15°-25℃下焖放半月。
2、根据权利要求1所述的催化剂制造方法，其特征是，活性碳与有机硅化物或/和无机可溶硅化物进行反应时最好加入石黑化元素盐。
3、根据权利要求1所述的催化剂制造方法，其特征是，每100克活性碳加入最好为25克三氯硅甲烷。
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