CN104152623A

CN104152623A - 脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂

Info

Publication number: CN104152623A
Application number: CN201410402630.1A
Authority: CN
Inventors: 李强; 李明弟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-16
Filing date: 2014-08-16
Publication date: 2014-11-19

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

脱硫、球化与孕育一体化球墨铸铁变质剂

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：

（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；

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

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。