CN103014232A - 一种喂线法生产蠕墨铸铁用包芯线以及一种蠕墨铸铁的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种进行铁水蠕化、脱硫处理使用的镁硅铁芯包芯线以及孕育处理使用的稀土硅铁芯包芯线。蠕化线基本是由钢带和包裹在钢带内部的镁硅铁合金粉末构成；孕育线基本是由钢带和包裹在钢带内部的稀土硅铁合金粉末构成。本发明用于生产蠕墨铸铁的喂线处理时，与现在其他成分组成的包芯线相比，可有效提高蠕化及孕育处理的平稳性；可有效准确控制处理后铁水的残镁量、残余稀土量、终硫量，生产出高质量的蠕墨铸铁；较大提高蠕化及孕育元素在铁水中的有效率，降低喂线蠕化处理的总成本。其基本方案是通过优化单位包芯线中镁含量及稀土含量，制备出适宜镁含量的蠕化线和适宜稀土含量的孕育线。

Description

一种喂线法生产蠕墨铸铁用包芯线以及一种蠕墨铸铁的制备方法

技术领域

本发明涉及铸铁制备领域，具体涉及一种喂线法生产蠕墨铸铁用包芯线以及一种蠕墨铸铁的制备方法。

背景技术

采用喂线技术进行铁水的蠕化及孕育处理的优点有很多，首先，由于芯线有钢皮保护层，能将变质剂直接送到铁液包底进行反应，当变质剂不够时还可补加，易于控制。其次，在蠕化、孕育处理时可以随时调整喂线速度和喂线量，将铁液中的蠕化、孕育元素控制在稳定的范围内，从而获得预期蠕化率的蠕铁。再次，铁液降温少，自动化程度高，操作环境好。

目前铁水蠕化处理采用的包芯线，其芯剂主要分为镁系蠕化剂、稀土系蠕化剂、钙系蠕化剂等九类三十余种。公知的含镁包芯线是由钢带和包裹在钢带中的粉料层构成，粉料层为镁合金粉、纯镁粉或镁与其他硅基合金粉的混合物。由于这些类型的包芯线含有较高的含镁量，当钢带在铁水中“溶解”后，同时参与铁水反应的镁量过大，造成镁的汽化量过大。

针对以往蠕化处理包芯线存在的种种问题，本方案制备出适宜镁含量的镁硅铁合金粉代替高镁合金粉末作为包芯线芯剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种蠕墨铸铁用蠕化包芯线，包括：

外皮；

合金粉末，包覆于所述外皮中；

其中所述合金粉末按重量百分比计包括：

Mg2~10wt%；

Si50~70wt%；

余量为Fe。

优选的，所述包芯线重为200~400g/m。

优选的，所述包芯线合金粉末重量为120~180g/m。

优选的，所述外皮由钢制成。

本发明还提供了一种蠕墨铸铁用孕育包芯线，包括：

外皮；

合金粉末，包覆于所述外皮中；所述合金粉末按重量百分比计包括：

Si30~50wt%；

稀土金属8~15wt%；

余量为铁。

优选的，所述稀土金属选自Sc、Y、Nd、Th、Sm、Ce、Pr、La和Ac中的一种或多种。

优选的，所述外皮的材料为钢。

本发明还提供了一种蠕墨铸铁的制备方法，包括：

采用孕育包芯线和蠕化包芯线为变质剂，以喂线法生产蠕墨铸铁；其中所述孕育包芯线包括：外皮；

孕育合金粉末，包覆于所述外皮中；所述孕育合金粉末按重量百分比计包括：

Si30~50wt%；

稀土金属8~15wt%；

余量为铁；

所述蠕化包芯线包括：外皮；蠕化合金粉末，包覆于所述外皮中；所述蠕化合金粉末按重量百分比计包括

Mg2~10wt%；

Si50~70wt%；

余量为Fe。

优选的，所述蠕化包芯线重为200~400g/m；所述包芯线蠕化合金粉末重量为120~180g/m。

优选的，所述外皮由钢制成。

本发明提供了一种蠕墨铸铁制备用蠕化包芯线，采用的芯剂即蠕化合金粉末中镁含量为2-10wt%，此镁含量下的蠕化包芯线不但可以充分发挥喂线蠕化工艺的特点，使蠕化剂少量连续不断地加入到铁液中，从而促进蠕化元素的均匀吸收。还使蠕化芯线有较宽的长度加入范围，进而获得较好的蠕化、脱硫效果，并且反应平稳、易于稳定得到高蠕化率的蠕墨铸铁材料。同时由于镁的加入，处理时具有自沸腾作用，渣子易于扒除。

本发明还提供了一种蠕墨铸铁制备用孕育包芯线，采用的芯剂即孕育合金粉末中包括Si30~50wt%；稀土金属8~15wt%。硅含量和稀土金属配合，使孕育后的铁液成核更均匀，辅助蠕化使蠕墨铸铁的蠕化率在80%以上。

本发明还提供了一种蠕墨铸铁的制备方法，通过喂线法，使用上述孕育包芯线和蠕化包芯线作为变质剂对铁水进行孕育和蠕化处理。因为蠕化包芯线中的镁含量降低为2~10wt%，且孕育包芯线包括Si30~50wt%；稀土金属8~15wt%的芯剂。通过两种包芯线的结合，能够有效提高蠕化及孕育处理的平稳性；可有效准确控制处理后铁水的残镁量、残余稀土量、终硫量，生产出高质量的蠕墨铸铁，提高蠕化及孕育元素在铁水中的有效率，降低喂线蠕化处理的总成本。其基本方案是通过优化单位包芯线中镁含量及稀土含量，制备出适宜镁含量的蠕化包芯线和适宜稀土含量的孕育包芯线。

附图说明

图1本发明实施例1提供的蠕化铁水中石墨金相图；

图2本发明实施例1提供的蠕化铁水中基体金相图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的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专利要求的限制。

名词解释：

蠕墨铸铁：铸件组织中石墨大部分呈蠕虫状，部分呈球状的铸铁。

喂线法：将包有变质剂的包芯线用喂线机直接插入铁液中使变质剂与原铁液反应，按预定目标获得蠕铁、球铁以及孕育铸铁的方法。所述变质剂可以为蠕化剂或孕育剂等使铁水的金相结构发生变化的助剂。

包芯线：由带形钢带包卷合金粉末而成的一种材料。

蠕化率：蠕墨铸铁中蠕虫状石墨数（或面积）占总石墨数（或总石墨面积）的比例。

孕育处理：孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。

本发明提供了一种蠕墨铸铁用蠕化包芯线，包括：

外皮；

合金粉末，包覆于所述外皮中；

其中所述合金粉末按重量百分比计包括：

Mg2~10wt%；

Si50~70wt%；

余量为Fe。

按照本发明，所述包芯线重为200~400g/m。按照本发明，所述包芯线合金粉末重量为120~180g/m。所述外皮由钢制成。

本发明还提供了一种孕育包芯线包括：外皮；孕育合金粉末，包覆于所述外皮中；所述孕育合金粉末按重量百分比计包括：

Si30~50wt%；稀土金属8~15wt%；余量为铁；所述外皮由钢制成。按照本发明，所述稀土金属选自Sc、Y、Nd、Th、Sm、Ce、Pr、La和Ac中的一种或多种。

按照本发明，所述孕育包芯线和蠕化包芯线优选通过将孕育合金粉末或蠕化合金粉末置于钢制外皮中间，然后将所述钢制外皮通过两边接口处向中间弯折压紧制成。更优选通过制线机将钢制外皮和合金粉末压合制成，使用制线机可以在进行喂线制备蠕墨铸铁的同时制备包芯线，节省了蠕墨铸铁的制备时间，节省了成本，降低包芯线变质的几率。

本发明涉及一种采用喂线法进行蠕铁生产时所用的含镁蠕化包芯线和含稀土孕育包芯线，特别适用于生产高蠕化率、高性能蠕铁铸件。通过优化包芯线化学成分和成分含量设计，采用特定配比的镁硅铁合金芯线进行蠕化处理，采用特定配比的稀土硅铁合金芯线进行孕育处理，最终获得高蠕化率、高性能的蠕墨铸铁材料。其主要参数参见表1。本发明突破了目前喂线法普遍采用的包芯线，要么由于含有较高的含镁量，当钢带在铁水中“溶解”后，同时参与铁水反应的镁量过大，反应过于剧烈，进而造成镁的汽化量过大，吸收率低，且无法保证稳定的蠕化元素收得率；要么含镁量很低或者不含有镁元素，导致蠕化处理时，铁液无自搅拌能力，增加劳动强度等一系列问题。较易稳定获得蠕化率大于80%的蠕墨铸铁材料。

表1蠕铁包芯线具体参数表

本发明提供的蠕化包芯线采用适宜的镁含量进行配比，镁含量为2-10%，此镁含量下的蠕化包芯线不但可以充分发挥喂线蠕化工艺的特点，使蠕化剂少量连续不断地加入到铁液中，从而促进蠕化元素的均匀吸收。还使蠕化芯线有较宽的长度加入范围，进而获得较好的蠕化、脱硫效果，并且反应平稳、易于稳定得到高蠕化率的蠕墨铸铁材料。同时由于镁的加入，处理时具有自沸腾作用，渣子易于扒除。

用本发明提供的包芯线进行蠕化铁水的制备，先通过喂线法将蠕化包芯线喂入铁水中，然后向所述蠕化处理后的铁水中喂入孕育包芯线，喂丝速度0.5~0.8m/s。喂丝在浇包内进行。处理电炉铁液时，每次处理铁液量为500~3000kg；处理冲天炉铁液时，每次处理铁液量为500~2000kg。

按照本发明，稀土在铁液中脱硫、脱氧、改变石墨形态，但稀土合金没有沸腾能力，不利于稀土元素在铁液中的扩散和均匀化，因而配入少量镁，利用镁能在铁液中沸腾的特点，有助于蠕化剂的熔解和均匀化。按照本发明，在蠕墨铸铁的制备过程中，加入镁元素的含量与铁水中含硫量的大小有关，含硫量越大，加入的镁元素含量越高，镁元素与稀土金属元素的比例越小。

按照本发明，在制备蠕墨铸铁时，蠕化包芯线的加入量占铁水重量的0.75%~1.2%，孕育包芯线的加入量占铁水总重量的0.3%~0.6%。

本发明涉及一种进行铁水蠕化、脱硫处理使用的镁硅铁芯包芯线以及孕育处理使用的稀土硅铁芯包芯线。蠕化包芯线基本是由钢带和包裹在钢带内部的镁硅铁合金粉末构成；孕育包芯线基本是由钢带和包裹在钢带内部的稀土硅铁合金粉末构成。本发明用于生产蠕墨铸铁的喂线处理时，与现在其他成分组成的的包芯线相比，可有效提高蠕化及孕育处理的平稳性；可有效准确控制处理后铁水的残镁量、残余稀土量、终硫量，生产出高质量的蠕墨铸铁；较大提高蠕化及孕育元素在铁水中的有效率，降低喂线蠕化处理的总成本。其基本方案是通过优化单位包芯线中镁含量及稀土含量，制备出适宜镁含量的蠕化包芯线和适宜稀土含量的孕育包芯线。

以下为本发明具体实施例，详细阐述本发明技术方案。

实施例1

将含有Mg2wt%，Si50wt%，余量为铁的合金粉末用钢带包裹，两边向中间弯折压实，得到直径6mm的蠕化包芯线。将含Si30wt%，Y8wt%，余量为铁的合金粉末用钢带包裹，两边向中间弯折压实，得到直径6mm的孕育包芯线。

先通过喂线法将蠕化包芯线喂入铁水中，然后向所述蠕化处理后的铁水中喂入孕育包芯线，喂丝速度0.5m/s。喂丝在浇包内进行。处理电炉铁液时，每次处理铁液量为500kg。蠕化孕育处理后的铁水的化学成分如表2所示。

使用本发明蠕化线和孕育线制备蠕墨铸铁并检测所述蠕墨铸铁性能如下：

用碳硫仪、光谱仪对处理前后的铁水进行化学成分分析，并按照《GB-T26655-2011蠕墨铸铁件标准》中Y型试块型式Ⅱ尺寸要求，浇注长200mm单铸试棒，从Y型试块取样进行拉伸试验，测量试样的抗拉强度及伸长率。金相试样在直径14mm的圆棒拉伸试棒上截取，试样抛光后在100倍金相显微镜下观察，根据金相标准图谱确定蠕化率，然后经4%硝酸酒精溶液浸蚀后检验基体组织。单铸棒的性能如表3所示。图1为实施例1提供的蠕化铁水中石墨金相图；图2为实施例1提供的蠕化铁水中基体金相图。

表2处理后铁水化学成分

表3单铸试棒理化性能

实施例2

将含有Mg10wt%，Si70wt%，余量为铁的合金粉末用钢带包裹，两边向中间弯折压实，得到直径12mm的蠕化包芯线。将含Si50wt%，Nd15wt%，余量为铁的合金粉末用钢带包裹，两边向中间弯折压实，得到直径12mm的孕育包芯线。

先通过喂线法将蠕化包芯线喂入铁水中，然后向所述蠕化处理后的铁水中喂入孕育包芯线，喂丝速度0.8m/s。喂丝在浇包内进行。处理电炉铁液时，每次处理铁液量为3000kg。使用本发明蠕化线和孕育线制备蠕墨铸铁并检测所述蠕墨铸铁性能如下：

用碳硫仪、光谱仪对处理前后的铁水进行化学成分分析，并按照《GB-T26655-2011蠕墨铸铁件标准》中Y型试块型式Ⅱ尺寸要求，浇注长200mm单铸试棒，从Y型试块取样进行拉伸试验，测量试样的抗拉强度及伸长率。金相试样在直径14mm的圆棒拉伸试棒上截取，试样抛光后在100倍金相显微镜下观察，根据金相标准图谱确定蠕化率，然后经4%硝酸酒精溶液浸蚀后检验基体组织。

以上对本发明提供的一种喂线法生产蠕墨铸铁用包芯线以及一种蠕墨铸铁的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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。

Claims (10)

1.一种蠕墨铸铁用蠕化包芯线，其特征在于，包括：

外皮；

合金粉末，包覆于所述外皮中；

其中所述合金粉末按重量百分比计包括：

Mg2~10wt%；

Si50~70wt%；

余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的蠕化包芯线，其特征在于，所述包芯线重为200~400g/m。

3.根据权利要求1所述的蠕化包芯线，其特征在于，所述包芯线合金粉末重量为120~180g/m。

4.根据权利要求1所述的孕育包芯线，其特征在于，所述外皮由钢制成。

5.一种蠕墨铸铁用孕育包芯线，其特征在于，包括：

外皮；

合金粉末，包覆于所述外皮中；所述合金粉末按重量百分比计包括：

Si30~50wt%；

稀土金属8~15wt%；

余量为铁。

6.根据权利要求5所述的孕育包芯线，其特征在于，所述稀土金属选自Sc、Y、Nd、Th、Sm、Ce、Pr、La和Ac中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的孕育包芯线，其特征在于，所述外皮的材料为钢。

8.一种蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括：

采用孕育包芯线和蠕化包芯线为变质剂，以喂线法生产蠕墨铸铁；其中所述孕育包芯线包括：外皮；

孕育合金粉末，包覆于所述外皮中；所述孕育合金粉末按重量百分比计包括：

Si30~50wt%；

稀土金属8~15wt%；

余量为铁；

所述蠕化包芯线包括：外皮；蠕化合金粉末，包覆于所述外皮中；所述蠕化合金粉末按重量百分比计包括

Mg2~10wt%；

Si50~70wt%；

余量为Fe。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述蠕化包芯线重为200~400g/m；所述包芯线蠕化合金粉末重量为120~180g/m。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述外皮由钢制成。

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