CN102732664A

CN102732664A - 一种球墨铸铁的生产方法及生产装置

Info

Publication number: CN102732664A
Application number: CN2012102477317A
Authority: CN
Inventors: 黄为; 陈建平; 童攀; 廖成智
Original assignee: Changsha Jinlong Foundry Industry Co Ltd
Current assignee: Changsha Jinlong Foundry Industry Co Ltd
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明提供了一种球墨铸铁的生产方法，包括以下步骤：a）将金属炉料置于冲天炉中熔炼成铁水，流入前炉，所述金属炉料为碳素钢废铁，所述冲天炉具有曲线炉膛、深度为90mm~140mm的炉缸和高度为1.48m~1.58m的过热区；b）在前炉出铁槽上方设置漏斗，将石墨化石油焦增碳剂置于漏斗中，前炉中的铁水与漏斗中的石墨化石油焦增碳剂流入感应电炉中，再次进行熔炼。本发明采用以碳素钢废铁为金属炉料，同时改变了冲天炉的内部结构和在前炉上方设置了含有石墨化石油焦增碳剂的漏斗，从而改善了球墨铸铁的微观组织和石墨球的数量，提高了球墨铸铁的力学性能。

Description

一种球墨铸铁的生产方法及生产装置

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，尤其涉及一种球墨铸铁的生产方法及生产装置。

背景技术

球墨铸铁是20世纪50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。球墨铸铁是指铁液通过球化处理和孕育处理后，碳以球状石墨析出的一种铸铁。球墨铸铁的微观组织以球状石墨为主，有效地提高了铸铁的机械性能，尤其是提高了塑性和韧性。由于球墨铸铁具有优良的机械性能，其被成功用于铸造一些受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求较高的零件。

球墨铸铁的生产过程主要包括以下环节：熔炼铁液、球化处理、孕育处理、炉前检查、浇注铸件等，在上述环节中，熔炼铁液是球墨铸铁生产过程的关键环节之一。而熔炼铁液采用的原料及设备对生产的球墨铸铁的力学性能会产生很大影响。

现有技术中一般采用图1所示的冲天炉熔炼铁液，冲天炉炉缸（21）的深度为240mm，熔化区（19）的面积为0.38m²，过热区（20）的高度为1.36m~1.46m，炉膛直径为700mm，炉缸深度是指炉底上表面中心至进风管中心的距离。在具有上述结构的冲天炉中熔炼铁液，金属炉料与焦炭的接触面积较小，接触时间较短，则铁水中含碳量较少，球化处理后球墨铸铁中的石墨球的数量较少；同时目前生产球墨铸铁采用的原料通常为铸造生铁，生铁中粗大的石墨结和石墨片具有较强的遗传效应，从而影响球墨铸铁基体组织中石墨球的形态，最终影响球墨铸铁的力学性能。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种力学性能较好的球墨铸铁的生产方法。

有鉴于此，本发明提供了一种球墨铸铁的生产方法，包括以下步骤：

a）将金属炉料置于冲天炉中熔炼成铁水，流入前炉，所述金属炉料为碳素钢废铁，所述冲天炉具有曲线炉膛、深度为90mm~140mm的炉缸和高度为1.48m~1.58m的过热区；

b）在前炉出铁槽上方设置漏斗，将石墨化石油焦增碳剂置于漏斗中，前炉中的铁水与漏斗中的石墨化石油焦增碳剂流入感应电炉中，再次进行熔炼；

c）将步骤b）得到的铁水依次进行球化处理、孕育处理和浇注，得到球墨铸铁。

优选的，步骤a）中所述金属炉料还包括球墨铸铁回炉料。

优选的，所述冲天炉为热风碱性冲天炉。

优选的，所述步骤b）具体为：

b1）在前炉出铁槽上方100mm~150mm处设置漏斗，漏斗的下面设置流量控制开关，将石墨化石油焦增碳剂置于漏斗中，前炉铁水达到前炉容量的2/3~9/10时，打开出液口前的堵头，铁水从出液口流经出铁槽，打开漏斗下的流量控制开关，漏斗里的石墨化石油焦增碳剂落到出铁槽的铁水中随铁水流入感应电炉中；

b2）在感应电炉中加入硅铁和锰铁，并用CaC脱硫，随后将珍珠岩覆盖在铁水表面，感应电炉升温至1500℃~1600℃，再次进行熔炼。

优选的，所述球化处理具体为：将球化剂置于铁水处理包底部，并用硅铁、钢板和珍珠岩覆盖在上述球化剂表面，将步骤b）得到的铁水冲入铁水处理包，进行球化处理。

优选的，所述球化剂的质量为步骤b）得到的铁水质量的1.1%~1.5%。

优选的，所述球化剂为FeSiMg₅RE₁。

优选的，其特征在于，所述FeSiMg₅RE₁的粒度为10mm~25mm。

本发明还提供了一种生产球墨铸铁的装置，包括冲天炉和感应电炉，所述冲天炉的炉膛包括用于放置炉缸的下段和设置在所述下段顶部的过热区；所述炉膛的内壁为曲面，所述炉缸的深度为90mm~140mm，所述过热区的高度为1.48m~1.58m；所述冲天炉的前炉的出铁槽顶部上方设置有漏斗。

与现有技术相比，一方面，本发明采用的金属炉料为碳素钢废铁，碳素钢废铁本身组织致密，组织中不存在粗大的石墨结和石墨片，在球化处理过程中球化稳定，球化级别高，因此球墨铸铁基体组织中的石墨大多为球形；另一方面，在熔炼过程中，金属炉料在具有曲线炉膛的冲天炉中熔炼，与焦炭接触面积增大，使金属炉料熔化时吸收焦炭中更多的碳；铁水经过冲天炉的过热区，过热区高度的提高，增加了铁水和焦炭的接触时间，使铁水中的含碳量增加；随后铁水进入前炉，本发明在前炉出铁槽的上方设置了漏斗，漏斗中添加了石墨化石油焦增碳剂，石墨化石油焦增碳剂流入铁水中，进一步增加了铁水中的含碳量。

综上所述，本发明采用以碳素钢废铁为金属炉料，同时改变了冲天炉的内部结构和在前炉上方设置了含有石墨化石油焦增碳剂的漏斗，从而改善了球墨铸铁的微观组织和石墨球的数量，提高了球墨铸铁的力学性能。

附图说明

图1为现有技术中采用的冲天炉的内部结构示意图；

图2为本发明生产球墨铸铁的工作流程示意图；

图3为本发明采用的冲天炉的内部结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种球墨铸铁的生产方法，包括以下步骤：

a）将金属炉料（3）置于冲天炉中熔炼成铁水，流入前炉（9），所述金属炉料（3）为碳素钢废铁，所述冲天炉具有曲线炉膛（2）、深度为90mm~140mm的炉缸（7）和高度为1.48m~1.58m的过热区（6）；

b）在前炉（9）出铁槽（12）上方设置漏斗（13），将石墨化石油焦增碳剂（15）置于漏斗（13）中，前炉（9）中的铁水与漏斗（13）中的石墨化石油焦增碳剂（15）流入感应电炉（16）中，再次进行熔炼；

c）将步骤b）得到的铁水进行球化处理、孕育处理和浇注，得到球墨铸铁。

步骤a）为金属炉料碳素钢废铁在冲天炉中熔炼的过程。在生产球墨铸铁的过程中，为了使球墨铸铁具有良好的力学性能，一方面需要使球墨铸铁微观组织中的石墨大部分为球形，一方面需要提高球墨铸铁中石墨球的数量。本发明所述金属炉料为碳素钢废铁，碳素钢废铁本身组织致密，避免了球墨铸铁用生铁粗大的微观组织的遗传效应，可以保证球墨铸铁的微观组织不会出现粗大的微观组织。为了减少球墨铸铁的生产成本，所述金属炉料还包括球墨铸铁回炉料。

本发明通过增加熔炼铁水时的含碳量，提高球墨铸铁中石墨球的数量。所述冲天炉（3）具有曲线炉膛（2）、深度为90mm~140mm的炉缸（7）和高度为1.48m~1.58m的过热区。由于冲天炉采用曲线炉膛，使熔化区的面积扩大0.1m²~0.2m²，金属炉料在扩大的熔化区（5）和焦炭（4）的接触面积增大，熔化时能更多地吸收焦炭（4）中的碳；熔化后的铁水经过提高高度的过热区（6），增加了铁水和焦炭的接触时间，从而使铁水中的含碳量大大增加。本发明所述冲天炉优选为热风碱性冲天炉，在热风和碱性的条件下，有效增加碳在铁水中的溶解度，增加铁水中的碳含量。

若仅通过改变冲天炉的内部结构来提高铁水中的含碳量是远远不够的，本发明还公开了在前炉（9）出铁槽上方设置了漏斗（13），将石墨化石油焦增碳剂（15）置于漏斗（13）中，前炉（9）中的铁水与漏斗（13）中的石墨化石油焦增碳剂（15）流入感应电炉（16）中，再次进行熔炼。通过在铁水中流入石墨化石油焦增碳剂（15），增加了铁水中的含碳量，若直接将石墨化石油焦增碳剂添加至铁水中，在熔炼过程中，石墨化石油焦增碳剂大部分被烧损，并不能起到均匀增碳的作用，因此采用在前炉（9）出铁槽上方设置漏斗（13），将石墨化石油焦增碳剂（15）置于漏斗（13）中。

为了更好地提高铁水中的含碳量，所述步骤b）具体包括：b1）在前炉（9）出铁槽（12）上方100mm~150mm处设置漏斗（13），漏斗（13）的下面设置流量控制开关（14），将石墨化石油焦增碳剂（15）置于漏斗（13）中，前炉（9）铁水达到前炉容量的2/3~9/10时，打开出水口（10）前的堵头（11），铁水从出水口（10）流经出水槽（12），打开漏斗（13）下的流量控制开关（14），漏斗（13）里的石墨化石油焦增碳剂（15）落到出水槽（12）的铁水中随铁水流入感应电炉（16）中；b2）在感应电炉（16）中加入硅铁和锰铁，并用CaC脱硫，随后将珍珠岩覆盖在铁水表面，感应电炉（16）升温至1500℃~1600℃，再次进行熔炼。感应电炉的熔炼温度为1500℃~1600℃，若熔炼温度过高，使铁水中的碳烧损严重，减少铁水中的碳含量；若熔炼温度过低，铁水中含有的氢、氮、氧及熔渣不易上浮，影响铸件质量。

将金属炉料在冲天炉和感应电炉中熔炼后，得到铁水，步骤c）为铁水进行球化、孕育处理和浇注的过程。所述球化处理具体为：将球化剂置于铁水处理包底部一侧，并用硅铁、钢板和珍珠岩覆盖在上述球化剂表面，为了防止铁水冲入速度过快，反应剧烈的问题，将步骤b）得到的铁水冲入铁水处理包的另一侧，进行球化处理。上述铁水处理包优选为底部有堤坝的铁水处理包。所述球化剂优选为FeSiMg₅RE₁，所述FeSiMg₅RE₁的粒度优选为10mm~25mm。为了使铁水中的碳充分球化，所述球化剂的质量为步骤b）得到的铁水的质量的1.1%~1.5%。

本领域技术人员熟知的，在进行球化处理过程中，铁水冲入铁水处理包的冲入量为处理包容量的三分之二左右。所述孕育处理具体包括：球化处理后，在铁水处理包中冲入三分之一铁水的同时，将孕育剂FeSi₇₅均匀地撒在铁水流上，然后将处理包中的铁水搅拌，进行孕育处理。所述球化处理和孕育处理为本领域技术人员熟知的处理方式，本发明并无特别的限制。

本发明还提供了一种球墨铸铁的生产装置，包括冲天炉和感应电炉，冲天炉包括前炉和后炉，冲天炉的后炉为冲天炉的炉体，所述冲天炉的炉体的炉膛包括用于放置炉缸的下段和设置在所述下段顶部的过热区；所述炉膛（2）的内壁为曲面，所述炉缸（7）的深度为90mm~140mm，所述过热区（6）的高度为1.48m~1.58m；所述冲天炉的前炉（9）的出铁槽（12）顶部上方设置有漏斗（13）。所述冲天炉的前炉和后炉通过过桥连接。上述感应电炉（16）置于冲天炉前炉（9）前方的底部，以便前炉中的铁水流入感应电炉再次进行熔炼。

本发明采用的金属原料为碳素钢废铁，碳素钢废铁本身组织致密，组织中不存在粗大的石墨结和石墨片，在球化处理过程中球化稳定，球化级别高，球墨铸铁基体组织中的石墨大多为球形；在熔炼过程中，本发明通过改变熔炼炉的内部结构和在前炉的上方设置了漏斗，漏斗中添加了石墨化石油焦增碳剂，进一步增加了铁水中的含碳量，在熔炼过程中铁水中的含碳量大大增加，从而使球墨铸铁中的石墨球增加。本发明通过改善球墨铸铁的微观组织和石墨球的数量提高了石墨铸铁的力学性能。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的球墨铸铁的生产方法进行详细介绍，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

以碳素钢废钢为金属炉料生产QT500，金属炉料平均化学成分如表1所示，表1为碳素钢废铁的化学成分及含量。

表1碳素钢废铁的化学成分及含量

在具有曲线炉膛（2）的3T热风碱性冲天炉熔炼碳素钢废铁，在保证进风管（8）正常通风的情况下，冲天炉炉缸（7）的深度为140mm，熔化区（5）的面积为0.48m²，过热区（6）的高度为1.58m，金属炉料（3）熔化成铁水直至前炉，增碳率达120%~150%。金属炉料熔化后，其化学成分如表2所示，表2为金属炉料在冲天炉熔炼后的化学成分及含量，在熔炼过程中，硅烧损约20%，因焦炭中含硫，铁液中含硫量增加。

表2金属炉料在冲天炉中熔炼后的化学成分及含量

在前炉（9）出水槽（12）上方100mm设置一个固定的漏斗（13），漏斗（13）的下面开设一个流量控制开关（14），漏斗（13）里装有石墨化石油焦增碳剂（15），前炉（9）铁水达到4.6T，打开出水口（10）前的堵头（11），铁水从出水口（10）流经出水槽（12），打开漏斗（13）下的流量控制开关（14），漏斗（13）里的石墨化石油焦增碳剂（15）落到出水槽（12）的铁水上随铁水一起流到5T中频无芯感应电炉（16）。

上述石墨化石油焦增碳剂（15）的添加量按下述方法加入：

如果铁液中碳含量需要增至3.8%，那么需要增加的碳含量为3.8%－0.5%=3.3%；若按100kg铁液进行计算，设石墨化石油焦增碳剂为Xkg，3.3%×100＝X×95%×95%，则X＝3.65kg，其中95%一个为石墨化石油焦增碳剂的含碳量，一个为增碳剂在铁液中的吸收率。因此每100kg铁液加3.65kg石墨化石油焦增碳剂，再根据处理铁液的总重量确定石墨化石油焦增碳剂的加入量。

表3铁液添加石墨化石油焦增碳剂后的碳含量

铁水进入中频无芯感应电炉（16）后，扒去熔渣，加入硅铁、锰铁，用CaC脱硫，随后将珍珠岩覆盖在铁水表面，升温至1500℃再次熔炼，此时铁水的化学成分如表4所示，表4为铁液在电炉中熔炼后的成分及含量。

表4铁液在电炉中熔炼后的成分及含量

球化处理，将FeSiMg₅RE₁置于铁水处理包堤坝一侧，并用硅铁、钢板和珍珠岩覆盖在FeSiMg₅RE₁表面，熔炼后的铁水冲入铁水处理包容量的三分之二左右时，停止出铁水，进行球化处理。

孕育处理，在补加处理包三分之一铁水的同时，将FeSi₇₅均匀地撒在铁水流上，然后将处理包中的铁水搅拌，进行孕育处理。

孕育处理完成后浇注，得到球墨铸铁QT500。

将按照上述方法生产的球墨铸铁QT500进行力学性能测试，得到QT500的抗拉强度为520MPa，延伸率为8%，由此可知，按照本发明提供的方法生产的球墨铸铁具有较好的塑性和韧性。

实施例2

以碳素钢废钢80wt%，球墨铸铁回炉铁20wt%为金属炉料生产QT500，表1为金属炉料的化学成分及含量。

表1金属炉料的化学成分及含量

在具有曲线炉膛（2）的3T热风碱性冲天炉熔炼碳素钢废铁和球墨铸铁回炉料，在保证进风管（8）正常通风的情况下，炉缸（7）的深度为120mm，熔化区（5）的面积为0.50m²，过热区（6）的高度为1.52m，金属炉料（3）熔化成铁水直至前炉，增碳率达120%~150%。金属炉料熔化后，其化学成分如表2所示，表2为金属炉料在冲天炉熔炼后的化学成分及含量。

表2金属炉料在冲天炉中熔炼后的化学成分及含量

在前炉（9）出水槽（12）上方130mm一个固定的漏斗（13），漏斗（13）的下面开设一个流量控制开关（14），漏斗（13）里装有石墨化石油焦增碳剂（15），前炉（9）铁水达到4.5T时，打开出水口（10）前的堵头（11），铁水从出水口（10）流经出水槽（12），打开漏斗（13）下的流量控制开关（14），漏斗（13）里的石墨化石油焦增碳剂（15）落到出水槽（12）的铁水上随铁水一起流到5T中频无芯感应电炉（16）熔炼。

铁水进入中频无芯感应电炉（16）后，扒去熔渣，加入硅铁、锰铁，用CaC脱硫，并用珍珠岩覆盖在铁水表面，升温至1520℃，再次熔炼。

随后进行与实施例1相同的球化处理和孕育处理。在后续球化、孕育处理中，碳因球化反应烧损，另一部分过饱和的碳以石墨形式析出，上浮进入熔渣，一般减少0.1wt%~0.2wt%，硅由球化剂和孕育剂中带入，增加0.6wt%~0.8wt%，铁水成分如表3所示，表3为球化和孕育处理后铁水的成分及含量。

表3球化和孕育处理后铁水的成分及含量

孕育处理完成后浇注，得到球墨铸铁QT500。

将按照上述方法生产的球墨铸铁QT500进行力学性能测试，得到QT500的抗拉强度为550MPa，延伸率为9%，由此可知，按照本发明提供的方法生产的球墨铸铁具有较好的塑性和韧性。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种球墨铸铁的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤a）中所述金属炉料（3）还包括球墨铸铁回炉料。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述冲天炉为热风碱性冲天炉。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤b）具体为：

b 1）在前炉（9）出铁槽（12）上方100mm~150mm处设置漏斗（13），漏斗（13）的下面设置流量控制开关（14），将石墨化石油焦增碳剂（15）置于漏斗（13）中，前炉（9）铁水达到前炉容量的2/3~9/10时，打开出液口（10）前的堵头（11），铁水从出液口（10）流经出铁槽（12），打开漏斗（13）下的流量控制开关（14），漏斗（13）里的石墨化石油焦增碳剂（15）落到出铁槽（12）的铁水中随铁水流入感应电炉（16）中；

b2）在感应电炉（16）中加入硅铁和锰铁，并用CaC脱硫，随后将珍珠岩覆盖在铁水表面，感应电炉（16）升温至1500℃~1600℃，再次进行熔炼。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述球化处理具体为：将球化剂置于铁水处理包底部，并用硅铁、钢板和珍珠岩覆盖在上述球化剂表面，将步骤b）得到的铁水冲入铁水处理包，进行球化处理。

6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述球化剂的质量为步骤b）得到的铁水质量的1.1%~1.5%。

7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述球化剂为FeSiMg₅RE₁。

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，所述FeSiMg₅RE₁的粒度为10mm~25mm。

9.一种球墨铸铁的生产装置，包括冲天炉和感应电炉，所述冲天炉的炉膛包括用于放置炉缸的下段和设置在所述下段顶部的过热区；其特征在于，所述炉膛（2）的内壁为曲面，所述炉缸（7）的深度为90mm~140mm，所述过热区（6）的高度为1.48m~1.58m；所述冲天炉的前炉（9）的出铁槽（12）顶部上方设置有漏斗（13）。