CN104152623A - 脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂。按重量百分比计,变质剂的主要组成为石灰石粉12-18%,稀土镁合金70-75%,高纯石墨粉8-12%,其余为粘结剂。该变质剂以稀土镁合金颗粒为基础,在其表面分别粘附两种功能粉末,构成三层不同功能的变质剂,第一层(最外)石灰石粉,为脱硫功能层;第二层(中间)高纯石墨粉,为减速、孕育功能层;第三层(内核)稀土镁合金,为球化功能层。该变质剂可以一次性完成球墨铸铁的脱硫、球化和孕育操作,能稳定获得球化级别1-2级,抗拉强度400-600MPa的球墨铸铁。
Description
技术领域
本发明涉及球墨铸铁技术领域,具体涉及一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂。
背景技术
在球墨铸铁生产中,球化剂和孕育剂是球墨铸铁必不可少的变质剂,球化和孕育处理缺一不可。其中,球化处理为石墨球化提供了必要条件,使石墨球能从铁液中析出,而且能单独生长;孕育处理不仅可以促进石墨化,消除渗碳体,使石墨细小圆整,数量增多,减少共晶边界的脆性相及夹杂物。即便是铁水中有足够的球化元素,如果孕育不良或孕育衰退,石墨数量会减少,形状恶化,甚至出现片状甚至厚片状石墨。因此,孕育处理与球化处理相辅相成,是提高球铁质量的重要手段。
目前,国内外球墨铸铁球化和孕育处理最常用的球化剂、孕育剂分别为稀土镁、硅铁系列合金,尽管这些球化剂和孕育剂在球墨铸铁生产中取得了较好效果,但仍存在如下无法克服的技术问题:
(1)无论哪种类型球化和孕育剂,在球墨铸铁生产中,均须分别进行球化和孕育处理,由于硅铁系列孕育剂有效孕育时间短,为避免孕育衰退,孕育处理要在球化后单独进行,甚至进行多次孕育处理,操作繁琐,质量不易控制;
(2)现有球化剂对铁水含硫量要求严格,铁水含硫量高或波动较大时,会造成球化失败,或不易得到质量稳定的球墨铸铁件;
(3)球化过程反应剧烈,一方面合金元素烧损严重,吸收率低,浪费大量贵重合金,另一方面会给生产环境造成严重污染。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,它集脱硫、球化和孕育为一体,一次性完成球墨铸铁的炉前球化和孕育处理,解决了球墨铸铁生产过程中繁杂的炉前操作,实现了球化反应速度可控,提高了球化元素吸收率,能有效避免球化孕育衰退,可以稳定获得球化级别1-2级,抗拉强度400-600MPa的球墨铸铁。
本发明采用的具体技术方案是:脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,按重量百分比计,其组成为:石灰石粉12-18% ,稀土镁合金70-75%,高纯石墨粉8-12%,其余为粘结剂。
所述变质剂的基本结构特征是:以稀土镁合金颗粒为基础,在其表面分别粘附两种功能粉末,构成三层不同功能的变质剂(图1所示),第一层(最外层)石灰石粉,为脱硫功能层;第二层(中间层)高纯石墨粉,为减速、孕育功能层;第三层(内核)稀土镁合金颗粒,为球化功能层。
所述变质剂各组分(功能层)的主要作用:
(1)石灰石粉层(CaCO3) 首先与铁水接触,在高温下分解为CaO和CO2,利用热分解石灰石微粒的崩裂,形成很多细小而高活性的石灰颗粒,具有很强的脱硫能力;同时,放出的CO2起到搅拌熔池的作用,改善传质条件,加快脱硫速度,把铁水含硫量控制在一定范围,为变质剂的定量奠定了良好基础;
(2)高纯石墨粉层(C石墨) 作为减速剂,石墨可以降低铁水对稀土镁合金的渗透速度,有效控制合金反应速度;作为孕育剂,在球墨反应过程中,通过镁反应产生的大量镁蒸汽搅动下,把石墨扩散熔解到铁水中,增加了大量非自发晶核,起到高效孕育、细化晶粒和促进石墨化的作用;
(3)稀土镁合金层(QRMg8RE3) Mg在给定的含量范围,通过反应产生的镁蒸汽搅拌作用代替人工搅拌,加速变质剂的扩散与吸收,同时使铁水中的石墨球化;Re在给定的含量范围,稀土元素与铁水中球化干扰元素形成稳定的化合物,提高变质剂抗干扰能力。
为保证各原材料的有效含量和效果,本发明所述的石灰石中CaO质量分数>85%,粒度60-80目;稀土镁合金中相关成分的质量分数为Mg7.5-8.5%,Re2.5-3.5%, Si40-44%,其余为Fe;高纯石墨粉中石墨的质量分数99%,粒度200-300目。
本发明还提供了脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂的制备工艺,其制备的具体步骤为:
(1)材料破碎与制粉 将稀土镁合金机械破碎,粒度控制为8-14mm,石灰石破碎磨粉,粒度控制在60-80目;
(2)配料一次混制 将稀土镁合金、石墨粉按一定比例配料,用适量水玻璃作粘结剂,通过搅拌设备把石墨粉粘附在稀土镁合金表面,进行自然固化5-8分钟;
(3)配料二次混制 待一次混制、自然固化后,按一定比例加入石灰石粉,适量水玻璃作粘结剂,通过搅拌设备把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面,进行自然固化5-8分钟;
(4)烘干 将经过二次混制固化后的变质剂,放入烘干设备中烘干20-25分钟,烘干温度控制为115-120℃。
将经过上述步骤制得变质剂冷却到室温后,用装塑料袋密封包装备用。
在原材料混制时,在水玻璃粘结剂模数控制在3.0-3.7M,可以缩短自然固化时间。烘干25分钟,温度控制115-120℃,去除粘结剂中结晶水或挥发物,在石墨粉、石灰石粉表面形成一层二氧化硅网状骨架,确保石墨粉、石灰石份与合金的粘结强度,形成稀土镁合金、石墨粉和石灰石粉分层粘结的变质剂。
在球墨铸铁生产中,将待进行球化处理的铁水过热到1500-1550℃,通过包底冲入法加入该变质剂0.8-1.2%,便可一次性完成铁水的脱硫、球化和孕育处理,能稳定获得球化级别1-2级,抗拉强度400-600MPa的球墨铸铁。
由于该变质剂是以天然鳞片状高纯度石墨粉作为孕育剂,本身熔点高于铁水处理温度,形成的非自发晶核不会随着时间的延长被完全溶解,不会出现孕育衰退现象,起到高效孕育、细化晶粒和促进石墨化的作用。
综上所述,本发明的有益效果是:
(1)脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,可以一步完成球墨铸铁生产的脱硫、球化和孕育操作,解决了球墨铸铁生产操作繁琐费时,质量不好控制的技术难题;
(2)本发明所述的变质剂,通过石灰石脱硫技术,减少了铁水中S的影响,降低了变质剂的加入量;
(3)本发明所述的变质剂,通过石墨减速技术,降低了铁水对球化剂的渗透速度,减少了球化剂的消耗(减少稀土镁合金40%以上),提高了吸收率,节省了生产成本;
(4)本发明所述的变质剂,通过石墨孕育技术,形成的大量非自发晶核不会随时间延长而溶解,解决了硅铁类孕育剂易产生孕育衰退的技术难题;
(5)本发明采用的制备工艺简单可靠,质量稳定,可稳定获得球化级别1-2级,抗拉强度400-600MPa的球墨铸铁。
附图说明
图1是该变质剂颗粒剖面放大基本结构示意图,1为石灰石粉,脱硫功能层;2为高纯石墨粉,减速和孕育功能层;3为稀土镁合金颗粒,球化功能层。
图2是该变质剂生产的球墨铸铁石墨形态金相照片。
具体实施方式
实施例1
一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,各组分重量百分比为:石灰石12%,稀土镁合金75%,高纯石墨12%,其余为粘结剂。其具体制备步骤为:
(1)材料破碎与制粉 将稀土镁合金机械破碎,粒度控制为8-14mm,石灰石破碎磨粉,粒度控制在60-80目;
(2)配料一次混制 将稀土镁合金、石墨粉按一定比例配料,用水玻璃作粘结剂,加入量为石墨粉总量的6-8%,通过搅拌设备把石墨粉粘附在稀土镁合金表面,进行自然固化5-8分钟;
(3)配料二次混制 待一次混制、自然固化后,按一定比例加入石灰石粉,以水玻璃作粘结剂,加入量为石灰石总量的6-8%,通过搅拌设备把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面,进行自然固化5-8分钟;
(4)烘干 将经过二次混制固化后的变质剂,放入烘干设备中烘干20-25分钟,烘干温度控制为115-120℃。
应用效果:在球墨铸铁制造中,加入0.7-0.9wt%上述变质剂,通过包底冲入法,一次性完成球墨铸铁的脱硫、球化和孕育处理,得到球化级别1-2级,珠光体>80%,抗拉强度600MPa以上的球墨铸铁。
实施例2
一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,各组分重量百分比为:石灰石13%,稀土镁合金74%,高纯石墨9%,其余为水玻璃粘结剂。其具体制备步骤同实例1。
应用效果:在球墨铸铁制造中,加入0.7-0.9wt%上述变质剂,通过包底冲入法,一次性完成球墨铸铁的脱硫、球化和孕育处理,得到球化级别1-2级,珠光体70%,抗拉强度550MPa的球墨铸铁。
实施例3
一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,各组分重量百分比为:石灰石14%,稀土镁合金73%,高纯石墨10%,其余为水玻璃粘结剂。其具体制备步骤同实例1。
应用效果:在球墨铸铁制造中,加入0.7-0.9wt%上述变质剂,通过包底冲入法,一次性完成球墨铸铁的脱硫、球化和孕育处理,得到球化级别1-2级,珠光体与铁素体混合组织,抗拉强度500MPa的球墨铸铁。
实施例4
一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,各组分重量百分比为:石灰石16%,稀土镁合金71%,高纯石墨11%,其余为水玻璃粘结剂。其具体制备步骤同实例1。
应用效果:在球墨铸铁制造中,加入0.7-0.9wt%上述变质剂,通过包底冲入法,一次性完成球墨铸铁的脱硫、球化和孕育处理,得到球化级别1-2级,铁素体65%,抗拉强度450MPa的球墨铸铁。
实施例5
一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,各组分重量百分比为:石灰石18%,稀土镁合金70%,高纯石墨12%,其余为水玻璃粘结剂。其具体制备步骤同实例1。
应用效果:在球墨铸铁制造中,加入0.7-0.9wt%上述变质剂,通过包底冲入法,一次性完成球墨铸铁的脱硫、球化和孕育处理,得到球化级别1-2级,铁素体>80%,抗拉强度400MPa的球墨铸铁。
Claims (3)
1.一种脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂,其特征是:按重量百分比计,石灰石粉12-18% ,稀土镁合金70-75%,高纯石墨粉8-12%,其余为粘结剂。
2.权利要求1所述的球墨铸铁变质剂,其结构特征在于:以稀土镁合金颗粒为基础,在其表面分别粘附两种不同功能的粉末,构成三层不同功能的变质剂,第一层(最外)石灰石粉,为脱硫功能层;第二层(中间)高纯石墨粉,为减速、孕育功能层;第三层(内核)稀土镁合金颗粒,为球化功能层。
3.根据权利要求2所述的球墨铸铁变质剂,其特征在于:所述的石灰石中CaO质量分数>85%,粒度60-80目;稀土镁合金中相关成分的质量分数为Mg7.5-8.5%,Re2.5-3.5%, Si40-44%,其余为Fe;高纯石墨粉中石墨的质量分数99%,粒度200-300目。
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