CN103422008B

CN103422008B - 蠕墨铸铁蠕化剂的生产及其应用

Info

Publication number: CN103422008B
Application number: CN201310401413.6A
Authority: CN
Inventors: 刘年路; 刘昌晨
Original assignee: TIANJIN WANLU TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Nanjing Dafeng Alloy Co ltd
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103146869A; CN103422008A

Abstract

一种关于生产蠕墨铸铁的蠕化剂的蠕化处理方法，其特征是利用方形钢管在其内部的中部置有占各种合金总重量15～40％的含RE15～50％的蠕化剂，与其比邻的二端置有含Mg12～16％、Si54～65％、Ca<3％的铁水处理剂；采用压力机将上述材料压制成为一个整体。将上述蠕化剂放置到具有反应室的铁水包中进行蠕化处理，其处理铁水的加入量可以降低30％-40％，RE元素的用量可以降低50％，由于其精确控制了其反应时间和反应状态，对提高产品质量起到了积极作用。解决了传统蠕化处理的缺点，反应极为平稳，无烟尘镁光，有效元素吸收率高，铁水降温少，蠕化处理成本显著降低。

Description

蠕墨铸铁蠕化剂的生产及其应用

技术领域

本发明是关于蠕化剂的生产方法及其应用。具体地说是在二端开口的方形钢管内，在二端开口部位置有铁水处理剂，在其中间部位置有低镁稀土硅铁的整体蠕化剂，配合蠕化处理包中砌筑的蠕化反应室进行的冲入包内法的蠕化处理方法。

背景技术

含有蠕虫状石墨的铸铁作为正式的工程材料来研究和应用，我国与外国同期开始，而投入工业应用则早于国外，对蠕铁的研究、生产和应用水平处于国际先进。大多数的工厂均采用冲天炉熔炼而不经过预处理来生产蠕铁件的，为保证蠕铁件的蠕化率，蠕化剂中RE含量较高，有的达到了RE含量15～35％；在蠕化处理时，有效元素RE首先被用于净化铁水，其真正的蠕化作用在处理过程的后期才开始。稀土资源已列为我国的战略资源，必须减少其开采量并合理地使用。

申请人在2013年3月4日申请了中国发明专利“蠕墨铸铁蠕化剂的生产及其应用”，利用在蠕化处理包中修筑的蠕化反应室，将整体蠕化剂放入到蠕化反应室中，依靠楔形砖及扁钢封闭蠕化反应室的加料口，整体蠕化剂被限制在球化包的反应室中，蠕化反应时产生的镁篜气由预留的下反应口、中反应缝隙、上反应缝隙向外扩散，解决了整体稀土镁硅铁球化剂熔损后移动上浮的问题，解决了冲入包内法蠕化处理时反应剧烈铁水飞溅、有效元素吸收率低的问题；当被处理铁水的化学成分及被处理铁水重量变化时，可随时调整球化剂的加入量。其不足之处是在生产现场的蠕化剂加料以及封闭加料口的操作工序较繁琐，当反应室加料口处挂渣后影响后续的操作，不适合用于大批量的连续生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型蠕化剂，配合蠕化处理装置解决冲入包内法蠕化处理时RE等有效元素吸收率低的问题，降低RE的用量，实现精确控制蠕化反应时间、稳定提高产品质量、降低生产成本、充分发挥和利用资源。

为实现上述目的，利用方形钢管在其内部的中部置有占各种合金总重量15～40％的含Mg2～5％、RE15～50％、Si55～65％、Ca1.5～5％、Al1～5％的蠕化剂，与其比邻的二端置有含Mg12～16％、Si54～～65％、Ca<3％被压力机压实的粉状铁水处理剂。

其制作方法为：利用方形钢管在其内部的中部置有占各种合金总重量15～40％的含Mg2～5％、RE15～50％、Si55～65％、Ca1.5～5％、Al1～5％的蠕化剂，与其比邻的二端置有含Mg12～16％、Si54～65％、Ca<3％的铁水处理剂；铁水处理剂制作方法是将成分为含Mg12～16％、Si54～65％、Ca<3％余为铁熔制成的合金破碎成粉状，将方形钢管内所需的粉状铁水处理剂总重量的50％采用压力机压实到方形钢管的一端，将占方形钢管内各种台金总重量15～40％的成分为Mg2～5％、RE15～50％、Si55～65％、Ca1.5～5％、Al1～5％的蠕化剂块状合金放置在方形钢管内被压力机压实的粉状铁水处理剂上部，在其上端的剩余空间将其剩余50％的粉状铁水处理剂放置到方形钢管内并用压力机压实后就获得了两端部分为被压力机压实的无RE的铁水处理剂中间部分是蠕化剂的外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂；新型的整体蠕化剂在铁水冲入铁水包后，在反应过程的前期是由成分为：含Mg12～16％、Si54～65％、Ca<3％的铁水处理剂参与反应，达到了净化铁水的效果，使被处理的铁水含硫量降到0.03％以下；此时中间部分的蠕化剂开始参与反应，使RE元素被充分利用吸收。由于外衬方形钢管的作用，保证了分阶段的反应过程，被处理铁水温度的变化不影响整个处理反应时间。

如说明书附图中图1至图3所示砌筑有反应室的铁水处理包：在铁水处理包的底部砌筑有左垂直面挡板及右垂直面挡板，在左垂直面挡板及右垂直面挡板的顶部水平砌筑有半圆状反应室上盖板；在反应室的垂直面设置有一个或多个反应室加料口，反应室加料口的开口方向面对球化包包嘴所在的位置，在其中一个加料口的上端开设有减压槽，减压槽的上端与半圆状反应室上盖板平齐，左垂直面挡板及右垂直面挡板的外侧垂直面同半圆状反应室上盖板的垂直面平齐，将修筑好的铁水处理包烘干后用于蠕化处理。

根据理论计算及实际测量得知以方形钢管100×100mm其壁厚为4.5mm长度为230mm时，内置整体稀土镁硅铁球化剂含Mg15％、含RE1％、Si54％，其外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂重量为8.70kg，外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂的比重为3.78克/cm³，无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂的比重为2.97克/cm³，铁水比重以7克/cm³计算，处理1000kg铁水时加入外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂的上浮力为：

23×10×10＝2300(cm³)，2300×(7-3.78)=7.4(kg)。

无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂的上浮力为：

23×9.1×9.1=1904.63(cm³)，1904.63×(7-2.97)=7.676(kg)。

上述两种球化剂在球化反应时所产生的上浮力随着球化反应时间的增加其体积逐渐减少，上浮力也减少。

利用上述铁水处理包的反应室结构，防止了铁水反应时蠕化剂客易漂浮的现象，因此上述蠕化剂本身的比重可以比传统的蠕化剂的比重低，选择合适的镁硅比即可以增加蠕化剂的熔点又大幅度的提高了蠕化剂中的含镁量，除硅铁本身带入的含Fe量之外，并不需要额外加入废钢，所以上述蠕化剂中蠕化处理反应的有效元素Mg、Si及RE的总含量较高。

利用上述铁水处理包的反应室结构将所需加入重量的蠕化剂先投入反应室，再将72硅铁孕育剂放置在反应室；由于蠕化剂被放置在反应室内、反应室加料口及减压槽是冲入包内铁水的唯一通道，反应室加料口处堆积的72硅铁孕育剂进一步阻碍了铁水进入反应室；所以在进入铁水处理包的铁水超过反应室盖板顶面一定高度后铁水反应才正式开始。除反应室加料口及减压槽之外，高温铁水的进入和反应时产生的高压镁蒸气的喷射没有其它对流交换的途径，反应室中的硅铁孕育剂在反应时被逐步熔化增加了反应室内金属液的含硅量；反应室的结构设计起到了减压仓的作用，实现了铁水反应时产生的高压镁蒸气在减压仓中降压后再释放的作用；上述因素的组合对平抑蠕化剂反应时的剧烈反应、提高镁及RE的吸收率起到了关键作用；反应室加料口及减压槽的设置有效的控制了铁水反应的状态，迫使铁水反应时产生的镁蒸气沿球化包底部水平方向扩散，反应室垂直面的档板有效的防止了铁水反应时蠕化剂容易漂浮的现象，上述有利因素显著的提高了镁及RE的吸收率。

外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂可以有效的控制蠕化反应的时间。

利用上述铁水处理包的反应室结构，为了提高稀土元素的利用率，利用外衬方形钢管，将镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土硅铁放置在外衬方形钢管的中部，外衬方形钢管两端的镁硅合金粉被压力机压实，选择将镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土镁硅铁放置在外衬方形钢管的中部、外衬方形钢管两端的镁硅合金粉被压力机压实的方式在反应室内加入稀土元素，并配合将无外衬钢管、无RE成分的含Mg≤20％、含Si≤70％的镁硅铁台金加入反应室内进行铁水处理；铁水冲入铁水处理包(1)的反应室，铁水反应开始后，在整个铁水反应过程的最后小于50％的反应时间内，外衬方形钢管中的镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土镁硅铁合金开始参与蠕化反应，有效补充所需的稀土元素含量。

利用上述铁水处理包的反应室结构，蠕化处理步骤如下：

a、将外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂放入到铁水处理包的反应室中；

b、将硅铁孕育剂投入到铁水处理包的反应室内，硅铁孕育剂堆积在反应室加料口处；

c、铁水冲入铁水处理包进行蠕化反应；

d、铁水反应结束后扒渣，采用加入量0.1％粒度≤5mm成分为Mg3-6％、RE1-2％、40-50％Si的复合孕育剂覆盖铁水。

如上所述的具有反应室结构的铁水处理包，为减少经处理后的铁水降温及防止有效元素的逃逸，在铁水处理包上端加设覆盖包盖。

本发明的有益效果：解决了传统蠕化剂冲入包内法蠕化处理时RE元素消耗多的问题，新型蠕化剂比传统蠕化剂吸收率高，其处理铁水的加入量可以降低30％-40％，RE元素的用量可以降低50％，实现了蠕化处理铁水成本显著降低，由于其精确控制了其反应时间和反应状态，对提高产品质量起到了积极作用。

附图说明：

图1是外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂装入砌筑有反应室的铁水包的剖视图。

图2是外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂装入砌筑有反应室的铁水包的俯视图。

图3是外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂装入砌筑有反应室的铁水包的A-A方向的剖视图。

附图标记说明：1为铁水处理包，2为左垂直面挡板，3为及右垂直面挡板，4为半圆状反应室上盖板，5为反应室加料口，6为减压槽，7为铁水处理包包嘴，8为外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂。

具体实施方式

上述的蠕墨铸铁的蠕化处理方法中无外衬钢管、无RE成分的含Mg≤20％、含Si≤70％的镁硅铁合金的生产方法是采用采用矿热炉冶炼的硅铁合金液一步法生产镁硅铁合金液或电炉二次重熔法生产镁硅铁合金液的方式生产上述规格的无外衬钢管的整体镁硅铁合金，将镁硅铁合金液浇注到由冷却铁为间隔其四个侧面的模型中，待合金液凝固、冷却后就获得了所需重量的无外衬钢管的整体镁硅铁合金；在其模型上方设置有合金液上盖板，在镁硅铁合金液浇注时，有效限制了镁硅铁合金液上表面的外露面积，在浇注完后用上盖压铁将外露的镁硅铁台金液封闭，镁硅铁合金液在封闭状态下迅速冷却凝固，减少了镁硅铁合金的化学成分偏析。

上述的蠕墨铸铁的蠕化处理方法，将所需重量的外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂8放入到反应室中的方式：①可以将铁水处理包1旋转90度角、将反应室加料口5朝上，用长柄加料工具将上述球化剂顺利的加入铁水处理包1的反应室中；②铁水处理包1不旋转，采用专用的夹具及工具将上述球化剂放置到铁水处理包1的反应室中。

上述的蠕墨铸铁的蠕化处理方法，铁水处理包1反应室的左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4采用粘土耐火砖修筑，在高温铁水球化处理时可以连续球化处理三十五个包次以上，由于反应室设计合理，在经过铁水处理后反应室内洁净无挂渣。委托耐火材料工厂将左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4合并为一体加工成所需要形状尺寸的耐火砖，也可以将左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4分别加工制作成所需要形状尺寸的耐火砖；选择粘土砖、高硅砖、高镁砖的耐火材料制作左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4的组合体；或选择粘土砖、高硅砖、高镁砖的耐火材料分别制作左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4。

对于被处理铁水温度大于1480℃，铁水包为连续处理的红热包状态时，外衬方形钢管内的铁水处理剂成分为：含镁量取下限值，含硅量取上限值，钙含量取上限值，可有效地控制铁水反应的状况，对于生产铸件的浇注温度较低时，其含镁量取上限值，含硅量及含钙量取下限值。

为了确保每一个压力加压紧实外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂的成分均匀无波动，采用每一个独立的外衬方形钢管内的蠕化剂单独配料后再进行机械均匀混合，混合后采用100吨或360吨压力机分批压实。保证同一规格外村方形钢管的蠕化剂化学成分相同，无偏析。外衬方形钢管的壁厚选择在2～4mm就可以满足铁水处理的需要。

由于75硅铁的熔点是1300℃，72硅铁的熔点是1280℃，65硅铁的熔点是1250℃，50硅铁的熔点是1220℃，因此，选择同外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂8的熔点接近的硅铁投入反应室作为孕育剂，可以有效的降低铁水反应时产生的镁蒸气的压力；选择低熔点的外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂8进行铁水处理时，在反应室内投入50硅铁作为孕育剂更适宜。

上述的蠕化处理方法，采用矩形钢管为整体稀土镁硅铁蠕化剂的外衬管置换方形钢管。

Claims

1.一种关于生产蠕墨铸铁的蠕化处理方法，其特征的第一部分是外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂(8)：利用方形钢管在其内部的中部置有占各种合金总重量15～40％的为Mg2～5％、RE15～50％、Si55～65％、Ca1.5～5％、Al1～5％，各组分的质量百分比之和为百分之百的蠕化剂，与其比邻的二端置有含Mg12～16％、Si54～65％、Ca＜3％余为铁的铁水处理剂；铁水处理剂制作方法是将成分为含Mg12～16％、Si54～65％、Ca＜3％余为铁熔制成的合金破碎成粉状，将方形钢管内所需的粉状铁水处理剂总重量的50％采用压力机压实到方形钢管的一端，将占方形钢管内各种合金总重量15～40％的成分为Mg2～5％、RE15～50％、Si55～65％、Ca1.5～5％、Al 1～5％，各组分的质量百分比之和为百分之百的蠕化剂块状合金放置在方形钢管内被压力机压实的粉状铁水处理剂上部，在其上端的剩余空间将其剩余50％的粉状铁水处理剂放置到方形钢管内并用压力机压实后就获得了两端部分为被压力机压实的无RE的铁水处理剂中间部分是蠕化剂的外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂(8)；其特征的第二部分是在铁水处理包(1)的底部砌筑有左垂直面挡板(2)及右垂直面挡板(3)，在左垂直面挡板(2)及右垂直面挡板(3)的顶部水平砌筑有半圆状反应室上盖板(4)；在反应室的垂直面设置有一个或多个反应室加料口(5)，反应室加料口(5)的开口方向面对铁水处理包包嘴(7)所在的位置，在其中一个反应室加料口(5)的上端开设有减压槽(6)，减压槽(6)的上端与半圆状反应室上盖板(4)平齐，左垂直面挡板(2)及右垂直面挡板(3)的外侧垂直面同半圆状反应室上盖板(4)的垂直面平齐；将修筑好的铁水处理包(1)烘干后用于蠕化处理；

利用上述铁水处理包(1)的反应室结构，蠕化处理步骤如下：

a、将外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂放入到铁水处理包(1)的反应室中；

b、将硅铁孕育剂投入到铁水处理包(1)的反应室内，硅铁孕育剂堆积在反应室加料口处；

c、铁水冲入铁水处理包(1)进行蠕化反应；

d、铁水反应结束后扒渣，采用加入量0.1％粒度≤5mm成分为Mg3-6％、RE1-2％、40-50％Si，各组分的质量百分比之和为百分之百的复合孕育剂覆盖铁水。

2.根据权利要求1所述的蠕化处理方法，其特征是利用外衬方形钢管，将镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土硅铁放置在外衬方形钢管的中部，外衬方形钢管两端的镁硅合金粉被压力机压实，选择将镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土镁硅铁放置在外衬方形钢管的中部、外衬方形钢管两端的镁硅合金粉被压力机压实的方式在反应室内加入稀土元素，并配合将无外衬钢管、无RE成分的含Mg≤20％、含Si≤70％的镁硅铁合金加入反应室内进行铁水处理的方式置换蠕化处理步骤中的a：将外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁蠕化剂放入到铁水处理包(1)的反应室中；铁水冲入铁水处理包(1)的反应室，铁水反应开始后，在整个铁水反应过程的最后小于50％的反应时间内，外衬方形钢管中的镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土镁硅铁合金开始参与蠕化反应，有效补充所需的稀土元素含量。

3.根据权利要求1或2所述的蠕化处理方法，其特征是将铁水处理包(1)反应室的左垂直面挡板(2)、右垂直面挡板(3)和半圆状反应室上盖板(4)合并为一体加工成所需要形状尺寸的耐火砖，或将左垂直面挡板(2)、右垂直面挡板(3)和半圆状反应室上盖板(4)分别加工制作成所需要形状尺寸的耐火砖；选择粘土砖或高硅砖或高镁砖的耐火材料制作左垂直面挡板(2)、右垂直面挡板(3)和半圆状反应室上盖板(4)的组合体，或选择粘土砖或高硅砖或高镁砖的耐火材料分别制作左垂直面挡板(2)、右垂直面挡板(3)和半圆状反应室上盖板(4)。

4.根据权利要求2所述的蠕化处理方法，其特征是无外衬钢管、无RE成分的含Mg≤20％、含Si≤70％的镁硅铁合金的生产方法是采用矿热炉冶炼的硅铁合金液一步法生产镁硅铁合金液或电炉二次重熔法生产镁硅铁合金液的方式生产上述规格的无外衬钢管的整体镁硅铁合金，将镁硅铁合金液浇注到由冷却铁为间隔其四个侧面的模型中，待合金液凝固、冷却后就获得了所需重量的无外衬钢管的整体镁硅铁合金；在其模型上方设置有合金液上盖板，在镁硅铁合金液浇注时，有效限制了镁硅铁合金液上表面的外露面积，在浇注完后用上盖压铁将外露的镁硅铁合金液封闭，镁硅铁合金液在封闭状态下迅速冷却凝固，减少了镁硅铁合金的化学成分偏析。

5.根据权利要求1所述的蠕化处理方法，其特征是生产上述规格的整体稀土镁硅铁蠕化剂采用每一个独立的外衬方形钢管内的蠕化剂单独配料后再进行机械均匀混合，混合后采用100吨或360吨压力机分批压实。

6.根据权利要求1或2所述的蠕化处理方法，其特征是以矩形钢管为整体稀土镁硅铁蠕化剂的外衬管置换方形钢管。