CN104164532B

CN104164532B - 脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂及制备工艺

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Publication number: CN104164532B
Application number: CN201410402629.9A
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: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2034-08-16
Also published as: CN104164532A

Abstract

本发明涉及一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂及制备工艺。按重量百分比计，变质剂的主要组成为石灰石粉6-10%，稀土镁合金颗粒76-80%，鳞片状高纯石墨粉13-16%，其余为粘结剂。该变质剂以石灰石粉为脱硫剂，稀土镁合金为蠕化剂，鳞片状高纯石墨粉为减速、孕育剂，以水玻璃为粘结剂，经合金破碎、一次混制、二次混制、自然固化和烘干工艺制得。该变质剂可以一次性完成蠕墨铸铁生产的脱硫、蠕化和孕育操作，能稳定获得蠕化率85%以上的蠕墨铸铁。

Description

脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂及制备工艺

技术领域

本发明涉及蠕墨铸铁生产技术领域，具体涉及一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂及制备工艺。

背景技术

蠕墨铸铁优异的耐热冲击疲劳性能，取决于基体中石墨形态—蠕虫状石墨。而蠕墨铸铁的石墨形态介于灰口铸铁的片状石墨与球墨铸铁的球状石墨之间，它的蠕化处理工艺范围很窄，蠕化处理技术难度大。如果蠕化处理过渡，就变成球墨铸铁，蠕化不足就会变成灰口铸铁。蠕墨铸铁的孕育剂要求高，极易产生孕育不良和衰退现象。因此，蠕化变质剂性能在很大程度上决定了蠕墨铸铁生产技术水平。

目前，国内外已公开的专利或市场上相对成熟的蠕化剂主要有稀土硅系、稀土钙系、稀土铝锌系和稀土镁钛系四大系列，配合蠕化处理的孕育剂大多采用硅铁、硅钙和硅钡等。尽管这些蠕化变质剂在蠕墨铸铁生产中取得了较好效果，但仍存在如下无法克服技术问题：

（1）无论哪种类型蠕化剂和孕育剂，在蠕墨铸铁生产中，均须分别进行蠕化和孕育处理，操作繁琐费时，质量不易控制；

（2）蠕化剂加入量范围窄，对铁水含硫量敏感，含硫量高或波动较大时，加入量不易控制，会造成蠕化失败，无法形成稳定的生产工艺；

（3）孕育剂有效孕育时间短，易产生孕育衰退，导致铸件质量下降或报废。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，它集脱硫、蠕化和孕育为一体，可以一次性完成蠕墨铸铁生产的脱硫、蠕化和孕育处理，解决了蠕墨铸铁生产过程中繁杂的炉前操作，克服了对铁水含硫量的敏感性，拓宽了蠕化剂加入范围，有效避免了蠕化孕育衰退，能稳定获得蠕化率85%以上的蠕墨铸铁。

本发明采用的具体技术方案是：脱硫、蠕化与孕育一体化变质剂，按重量百分比计，其组成为：石灰石粉6-10%，稀土镁合金颗粒76-80%，鳞片状高纯石墨粉13-16%，其余为粘结剂。

所述变质剂各组分的主要作用：

（1）石灰石（CaCO₃）通过粘结剂把石灰石粉包裹在变质剂的最外层，首先与铁水接触，在高温下（896℃）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，拓宽了变质剂的加入量范围。

（2）鳞片状高纯石墨通过粘结剂把石墨粉包裹在变质剂的第二层，作为减速剂，石墨可以降低铁水对稀土镁合金的渗透速度，形成逐层反应状态，可以有效控制合金反应速度；作为孕育剂，在蠕化反应过程中，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（FeSiMg6RE1）在变质剂的最内层，Re在给定的含量范围，可以抑制石墨沿a向生长，使石墨蠕化;Mg在给定的含量范围，主要起引爆作用，通过反应产生的镁蒸汽搅拌作用代替人工搅拌，加速蠕化剂的扩散与吸收；Al在给定的含量范围，主要作用是消除蠕化过程产生的白口，达到深化孕育效果，同时拓宽铁水中蠕化元素的含量范围，适应铁水含硫量的波动，减少蠕化处理的浮渣，稳定蠕化质量。

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CaCO₃质量分数>95%，粒度50-100目；稀土镁合金中相关成分的质量分数为Mg5-7%，Re0.5-2.0%，Al1.2-1.4%，Si38-40%，其余为Fe；鳞片状高纯石墨粉中石墨的质量分数99.9%，粒度500-600目。

本发明还提供了脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂的制备工艺，以石灰石粉为脱硫剂，稀土镁合金为蠕化剂，鳞片状高纯石墨粉为减速、孕育剂，以水玻璃为粘结剂，经合金破碎、一次混制、二次混制、自然固化和烘干工艺制得。

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50-100目；

（2）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）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℃。

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3.0-3.7，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，在合金表面形成一层二氧化硅与石墨网状骨架，确保石墨粉、石灰石份与合金的粘结强度，制成稀土镁合金、石墨粉和石灰石粉分层粘结的变质剂。作为粘结剂，通过自硬化、烘干后，把石墨粉、石灰石粉牢固均匀地粘结到稀土镁合金表面；作为反应速度控制剂，在合金表面形成一层二氧化硅网状骨架来控制脱硫、蠕化反应速度，从而达到脱硫、蠕化与孕育一体化的综合效果。

在蠕墨铸铁生产中，将待进行变质处理的铁水过热到1550℃以上，通过包底冲入法加入该变质剂0.3-0.7%，便可一次性完成蠕墨铸铁的脱硫、蠕化和孕育处理，得到蠕化率高达85%以上的蠕墨铸铁（如图1和2所示）。

由于该变质剂是以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、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，可以一次性完成蠕墨铸铁生产的脱硫、蠕化和孕育操作，解决了蠕墨铸铁生产操作繁琐费时，质量不好控制的技术难题；

（2）本发明所述的蠕化剂，通过石灰石脱硫技术，减少了铁水中S的波动影响，解决了蠕化剂加入量不易控制的难题；

（3）本发明所述的变质剂，通过石墨减速技术，降低了铁水对蠕化剂的渗透速度，减少了蠕化剂的消耗，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问题；

（5）本发明采用的制备工艺简单可靠，质量稳定，可稳定获得蠕化率85%以上蠕墨铸铁。

附图说明

图1是用该变质剂生产的蠕墨铸铁基体组织金相照片。

图2是用该变质剂生产的蠕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、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，各组分重量百分比为：石灰石粉6%，稀土镁合金颗粒78%，鳞片状高纯石墨粉16%。其具体制备步骤为：

（1）材料破碎与制粉将稀土镁合金破碎粒度控制为8mm,石灰石粉碎磨粉，粒度控制在50目；

（2）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，加入量为石墨总量的6%，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分钟；

（3）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%，通过搅拌设备把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面后，进行自然固化5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分钟，烘干温度控制为115℃。

应用效果：在蠕墨铸铁制造中，加入0.3wt%上述制得的变质剂，一次性完成蠕墨铸铁的脱硫、蠕化和孕育处理，得到蠕化率85%以上的蠕墨铸铁组织。

实施例2

一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，各组分重量百分比为：石灰石粉7%，稀土镁合金颗粒80%，鳞片状高纯石墨粉13%。其具体制备步骤为：

（1）材料破碎与制粉将稀土镁合金破碎粒度控制为9mm,石灰石粉碎磨粉，粒度控制在60目；

（2）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，加入量为石墨总量的6.5%，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6分钟；

（3）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6.5%，通过搅拌设备把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面后，进行自然固化6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21分钟，烘干温度控制为116℃。

应用效果：在蠕墨铸铁制造中，加入0.4wt%上述制得的变质剂，一次性完成蠕墨铸铁的脱硫、蠕化和孕育处理，得到蠕化率85%以上的蠕墨铸铁组织。

实施例3

一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，各组分重量百分比为：石灰石粉7.5%，稀土镁合金颗粒78.5%，鳞片状高纯石墨粉14%。其具体制备步骤为：

（1）材料破碎与制粉将稀土镁合金破碎粒度控制为11mm,石灰石粉碎磨粉，粒度控制在70目；

（2）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，加入量为石墨总量的7%，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7分钟；

（3）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7%，通过搅拌设备把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面后，进行自然固化7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22分钟，烘干温度控制为117℃。

应用效果：在蠕墨铸铁制造中，加入0.5wt%上述制得的变质剂，一次性完成蠕墨铸铁的脱硫、蠕化和孕育处理，得到蠕化率85%以上的蠕墨铸铁组织。

实施例4

一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，各组分重量百分比为：石灰石粉8.5%，稀土镁合金颗粒76%，鳞片状高纯石墨粉15.5%。其具体制备步骤为：

（1）材料破碎与制粉将稀土镁合金破碎粒度控制为13mm,石灰石粉碎磨粉，粒度控制在90目；

（2）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，加入量为石墨总量的7.5%，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8分钟；

（3）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7%，通过搅拌设备把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面后，进行自然固化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24分钟，烘干温度控制为118℃。

应用效果：在蠕墨铸铁制造中，加入0.6wt%上述制得的变质剂，一次性完成蠕墨铸铁的脱硫、蠕化和孕育处理，得到蠕化率85%以上的蠕墨铸铁组织。

实施例5

一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，各组分重量百分比为：石灰石粉10%，稀土镁合金颗粒76.5%，鳞片状高纯石墨粉13.5%。其具体制备步骤为：

（1）材料破碎与制粉将稀土镁合金破碎粒度控制为14mm,石灰石粉碎磨粉，粒度控制在100目；

（2）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，加入量为石墨总量的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7.5分钟；

（3）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8%，通过搅拌设备把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面后，进行自然固化7.5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25分钟，烘干温度控制为120℃。

应用效果：在蠕墨铸铁制造中，加入0.7wt%上述制得的变质剂，一次性完成蠕墨铸铁的脱硫、蠕化和孕育处理，得到蠕化率85%以上的蠕墨铸铁组织。

Claims

1.一种脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，其特征是：按重量百分比计，石灰石6-10%，稀土镁合金76-80%，鳞片状高纯石墨13-16%，其余为粘结剂；

所述的脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，以稀土镁合金颗粒为基础，在其表面分别粘附鳞片状高纯石墨粉和石灰石粉两种不同功能的粉末，经一次混制、二次混制、自然固化和烘干工艺制成，形成三层不同功能，最外层石灰石粉，为脱硫功能层，中间层高纯石墨粉，为孕育功能层，内核层稀土镁合金颗粒，为蠕化功能层。

2.权利要求1所述的脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂的制备工艺，其特征是：所述的脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂，以稀土镁合金颗粒为基础，在其表面分别粘附鳞片状高石墨粉和石灰石粉两种不同功能的粉末，经一次混制、二次混制、自然固化和烘干工艺制成，形成三层不同功能，最外层石灰石粉，为脱硫功能层，中间层高纯石墨粉，为孕育功能层，内核层稀土镁合金颗粒，为蠕化功能层；

具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的脱硫、蠕化与孕育一体化蠕墨铸铁变质剂制备工艺，其特征在于：所述的石灰石中CaCO₃质量分数>95%，粒度50-100目；稀土镁合金中相关成分的质量分数为Mg5-7%，RE0.5-2.0%，Al1.2-1.4%，Si38-40%，其余为Fe；鳞片状高纯石墨粉中石墨的质量分数99.9%，粒度500-600目。