CN104451036B - 熔铸高锰合金钢专用精炼剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔铸高锰合金钢专用精炼剂，它是由原料CaO，SiO₂，Na₂O，Al₂O₃，La₂O₃，B₂O_3？按照一定配比和方法制备而成：按照各物料配比准确称量，混合均匀后研磨成细粉；用常温造球机将其制成粒径10~15mm的圆球颗粒（造球全程采用无水化操作）后，烘干至水分含量低于1%，在干燥状态下快速防水封装保存即可。通过该精炼剂的添加使用，在ZGMn13钢铸件铸造过程中，能提高ZGMn13钢液的洁净度和铸件的致密度，铸件中砂眼、砂孔的缺陷可基本消除，将其作为重型车辆履带板使用时，寿命可提高30~50%。

Description

熔铸高锰合金钢专用精炼剂

技术领域

本发明涉及铸造用添加剂，尤其是涉及一种熔铸高锰合金钢专用精炼剂。

背景技术

国标ZGMn13（德标X120Mn12）钢，是一种铸造高锰合金钢，该类钢经水韧化处理（即加热至1050℃左右并保温后以水为介质进行淬火）后为均匀的奥氏体组织，具备高的抗拉强度、屈服强度以及较好的韧性，同时在承受强冲击及大压力的条件下，表面可产生形变强化，硬度大幅提高，因此，此种钢成为重型车辆履带、球磨机衬板、挖掘机斗齿、破碎机牙板、挖掘机的铲齿、圆锥式破碎机的轧面壁和破碎壁、颚式破碎机岔板、球磨机衬板、铁路辙叉、板锤、锤头等多种耐磨设备或耐磨部件制造的首选材料。

近些年有轧制态的Mn13钢板出现，且轧制态钢板的致密度更高、晶粒更为细化、综合机械性能更佳。但由于钢板再加工时存在较多困难，质量也无法保证，因此，短期内多数非标、异形部件仍首选铸造工艺成型，中国ZGMn13钢产量近些年一直保持稳定也说明该类铸钢需求量的客观存在。ZGMn13钢铸造过程与其他钢材的铸造过程类似，在无外力辅助的条件下，铸件本身无法避免地带有铸造工艺引起的缺陷，如结构疏松、晶粒粗大、砂孔气孔较多等，这些缺陷还会引起成品机械性能恶化，特别是冲击韧性严重下降，造成使用过程中脆裂或断裂。所以，铸造过程的缺陷一方面严重影响铸件的成品率，造成资源、能源的极大浪费；另一方面又影响铸件的使用寿命，特别是用于重型车辆、装甲车辆的履带板时，其使用质量与使用寿命甚至决定了车辆系统的使用效率和战斗力。

为提高ZGMn13钢铸件的质量和成品机械性能，如何在铸造工艺优化空间不大的条件下，提高熔融钢液洁净度，减轻结构疏松，提高铸件致密度，减少各类缺陷发生，细化晶粒、优化1~2成品机械性能，是高水平铸造企业一直在研究和试验的方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高ZGMn13钢铸件的质量和成品机械性能的专用精炼剂。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的熔铸高锰合金钢专用精炼剂，它是由原料CaO、SiO₂、Na₂O、Al₂O₃、La₂O₃、B₂O₃按照下述重量百分配比和方法配制而成：

配比：

CaO25~30%，SiO₂12~15%，Na₂O10~15%，Al₂O₃5~10%，La₂O₃20~30%，B₂O₃8~15%；

制备方法：

按上述配比准确称量各原料，混合均匀后研磨成200~400目的细粉；用常温造球机将其制成粒径10~15mm的圆球颗粒（造球全程采用无水化操作）后，烘干至水分含量低于1%，在干燥状态下快速防水封装保存即可。

所述原料的重量百分配比可以为：CaO25%，SiO₂15%，Na₂O15%，Al₂O₃7%，La₂O₃30%，B₂O₃8%。

所述原料的重量百分配比可以为：CaO30%，SiO₂12%，Na₂O10%，Al₂O₃10%，La₂O₃23%，B₂O₃15%。

所述原料的重量百分配比还可以为：CaO30%，SiO₂15%，Na₂O15%，Al₂O₃5%，La₂O₃20%，B₂O₃15%。

本发明精炼剂以传统的碱性炉渣（CaO、SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃）为骨料，添加一定量的Na₂O和La系稀土氧化物配制而成，成品精炼剂的总体呈碱性，稀土氧化物作为夹杂物去除的附着质点而起作用，其熔点一般在2000℃以上，在钢液中呈低密度固态存在，可以作为其他类型夹杂物的附着质点，Al₂O₃、MnS等夹杂物可以附于其表面，形成大粒径复合夹杂物并持续上浮；Na₂O等碱金属氧化物的存在，一方面能增加精炼剂的碱度，提高其吸附硅酸盐、铝酸盐类夹杂物的能力，另一方面可有效地与钢液中的[S]相结合上浮去除，同时此类碱金属氧化物上浮进入炉渣以后，可显著降低炉渣的粘度和熔点，优化炉渣吸收夹杂物的动力学条件，提高炉渣铺展性能，减少二次氧化的几率与程度；B₂O₃则是强力的氧化物吸附剂，在钢液中可与包括FeO在内的各类氧化物结合，粒径增大后上浮进入炉渣中，起到去除氧化物夹杂的作用，且部分B₂O₃在钢液脱氧处理过程中被还原为[B]进入钢中，在后续的水韧化处理过程中提高铸件的淬透性，有利于成品性能的持续提升。

本发明精炼剂的有益效果体现在：通过该精炼剂的添加使用，在ZGMn13钢铸件铸造过程中，能提高ZGMn13钢液的洁净度和铸件的致密度，铸件中砂眼、砂孔的缺陷可基本消除，成品铸件的密度可由7.75t/m³提高至7.85t/m³以上；水韧化处理后，晶粒度平均达到4~5级，室温（20℃）冲击吸收能量由目前50~80J的范围提升至120~150J的范围，将其作为重型车辆履带板使用时，寿命可提高30~50%。

具体实施方式

本发明所述的熔铸高锰合金钢专用精炼剂，是由原料CaO25~30%、SiO₂12~15%、Na₂O10~15%、Al₂O₃5~10%、La₂O₃20~30%、B₂O₃8~15%按照下述方法制备而成：

首先按上述配比准确称量各原料，混合均匀后研磨成200~400目的细粉；用常温造球机将其制成粒径10~15mm的圆球颗粒，造球全程采用无水化操作，造球完成后烘干，水分含量控制在1%以下，在干燥状态下快速防水封装保存，避免添加剂吸水受潮。

实际配制时，根据实际情况，所用原料可以按照CaO25%，SiO₂15%，Na₂O15%，Al₂O₃7%，La₂O₃30%，B₂O₃8%的比例配制；也可以按照CaO30%，SiO₂12%，Na₂O10%，Al₂O₃10%，La₂O₃23%，B₂O₃15%的比例配制；还可以按照CaO30%，SiO₂15%，Na₂O15%，Al₂O₃5%，La₂O₃20%，B₂O₃15%的比例配制。当然，根据实际需要，各原料的配制比例可在本申请所要求保护的重量百分比范围内进行调整。

本发明制得的精炼剂成品的使用方法分两种情况：

1、在中频率炉、电弧炉等冶金容器熔炼钢液前，随钢铁料一起加入：如果采用一次性装料方式，则将精炼剂直接放入炉底，以保证在整个熔炼过程中精炼剂不断上浮参与熔融过程，发挥作用；如果采用多批次装料，则精炼剂可分2~3批加入，首批投入炉底，然后随装料过程再加入1~2批，以提高精炼剂与熔融钢液的接触效率，充分发挥作用。

2、在出钢过程中加入：在熔炼炉炉况不佳，特别是炉役后期、炉衬质量不佳的情况下，应随出钢过程加入，在出钢过程开始10s以后，一次性投入全部精炼剂，以充分利用出钢过程中炉内钢液不断搅拌的极佳动力学条件，由于精炼剂成品颗粒微细，在钢液中分散发挥作用，仍具备很好的精炼效果。

上述两种无论以何种方式加入，精炼剂的加入量应控制在0.5~1kg/t范围内。

通过在ZGMn13钢熔炼和浇铸过程中加入本发明的精炼剂，可解决以下问题：

1）在钢液出炉过程中，随钢液向盛钢容器中加入精炼剂，精炼剂中稀土单质与钢液中的[O]、[S]和[H]反应，生成低密度化合物上浮去除，强化了脱硫脱氧效果，总体上可净化钢液，提高成品铸件的纯净度与致密度，减少铸件内部偏析缺陷的发生率；

2）微米级的稀土氧化物一方面可以作为夹杂物的吸附核心，在不断碰撞过程中长大，形成低密度大颗粒夹杂进而上浮，被精炼剂中其他氧化物快速熔化形成碱性炉渣吸收，在浇铸过程中存留于冒口部位而去除，另一方面，存留于钢液中的稀土氧化物作为结晶过程中的形核质点，可有效细化晶粒，减少结构疏松，基本避免了砂孔等缺陷的发生；

3）在进行水韧化处理过程中，稀土氧化物在晶界的钉扎作用可明显减轻晶粒长大趋势，进一步细化晶粒，最终将成品晶粒度由传统铸态的1~2级稳定提高至4~5级，加上对钢液的洁净化作用，在强度和硬度基本不变的前提下，20℃冲击功由目前的50~80J提升至120~150J，极大的提高了铸件的使用寿命。

Claims (4)

1.一种熔铸高锰合金钢专用精炼剂，其特征在于：它是由原料CaO、SiO₂、Na₂O、Al₂O₃、La₂O₃、B₂O₃按照下述重量百分配比和方法配制而成：

配比：

CaO25~30%，SiO₂12~15%，Na₂O10~15%，Al₂O₃5~10%，La₂O₃20~30%，B₂O₃8~15%；

制备方法：

按上述配比准确称量各原料，混合均匀后研磨成200~400目的细粉；用造球机将其制成粒径10~15mm的圆球颗粒后，烘干至水分含量低于1%，快速防水封装保存即可。

2.根据权利要求1所述的熔铸高锰合金钢专用精炼剂，其特征在于：所述原料的重量百分配比为：CaO25%，SiO₂15%，Na₂O15%，Al₂O₃7%，La₂O₃30%，B₂O₃8%。

3.根据权利要求1所述的熔铸高锰合金钢专用精炼剂，其特征在于：所述原料的重量百分配比为：CaO30%，SiO₂12%，Na₂O10%，Al₂O₃10%，La₂O₃23%，B₂O₃15%。

4.根据权利要求1所述的熔铸高锰合金钢专用精炼剂，其特征在于：所述原料的重量百分配比为：CaO30%，SiO₂15%，Na₂O15%，Al₂O₃5%，La₂O₃20%，B₂O₃15%。