CN104831155A - 一种球墨铸铁管用孕育剂及其应用 - Google Patents

一种球墨铸铁管用孕育剂及其应用 Download PDF

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耿国锋
刘静
张俊杰
田建军
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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁管用孕育剂，含有如下重量百分比的物质：Si：55-65％，Ca：2-3％，Al：1-2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。本发明所述的球墨铸铁管用孕育剂应用于热模法或冷模法生产球墨铸铁管工艺。相比现有技术，在生产中应用本发明的球墨铸铁管用孕育剂提高了硅的利用率，降低了孕育剂生产成本，得到的产品中球墨圆整度水平、球墨大小级别、球墨分布均匀性和球墨铸铁管的综合力学性能都得到提高。

Description

一种球墨铸铁管用孕育剂及其应用
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种球墨铸铁管用孕育剂及其应用。
背景技术
球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的新型金属材料。球墨铸铁管在抗拉、抗弯、硬度、延伸率、工作压力等方面的性能都优于灰口铸铁管。其性能可以达到部分钢管的性能水平，而在耐腐蚀性能方面又优于钢管，是理想的城市给水排水管网用产品。目前，公称直径为DN1000以下(含DN1000)的球墨铸铁管用冷模法生产，公称直径为DN1000以上的球墨铸铁管用热模法生产。
球墨铸铁中石墨的存在对拉伸性能产生不利的影响。通过合适的方式将球化剂和孕育剂加入铸铁中可以获得对基体强度影响最小的球状、细小、分散的球墨，从而使球墨铸铁获得近似于钢材的拉伸性能。孕育剂可有效促进碳的石墨化，减少碳化物的含量，有利于获得细小圆整的球状石墨。这就保证了球墨铸铁获得接近于钢的综合性能。
目前，绝大多数球墨铸铁生产厂家所使用的Si-Fe基孕育剂中Si的含量范围为65-75％。各个球墨铸铁产品生产单位通常是通过调节孕育剂中的微量元素来实现不同的性能。如：通过添加Mn来降低孕育剂的熔点和提高比重；通过添加Ca、Ba、Al等可以延长孕育时间，防止孕育衰退。以上措施都可以一定程度上加强孕育、减少白口组织、提高抗拉性能。对于球墨铸铁管生产而言，使用目前的含Si量为65-75％的孕育剂，仍存在Si利用不充分、孕育强度不足、球墨分布不均匀的缺点。
发明内容
通过对硅铁基孕育剂熔化过程的研究发现，各种硅铁孕育剂的初熔点都为1180-1220℃左右，终熔点为1400℃左右。结合硅铁二元平衡相图可知，硅铁基孕育剂在溶解过程中确实是低熔点的ξ相优先溶解而纯Si相最后溶解。由于球墨铸铁管的浇注温度为1270-1370℃，低于有些球墨铸铁铸件1400℃以上的浇注温度，因此，将硅铁基孕育剂应用于球墨铸管的生产时，低熔点ξ相比例的增加将会有利于硅铁基孕育剂中硅的迅速溶解。基于上述原理，本发明中所公开的硅铁基孕育剂硅含量低于普通硅铁基孕育剂中硅含量，从而增加了ξ相的比例，提高了孕育效果。
本发明的目的是针对现有孕育剂在球墨铸铁管生产应用中存在的问题，提出一种孕育效果好的球墨铸铁管用孕育剂。将该孕育剂应用于球墨铸铁管生产过程中，球墨分布均匀性、球墨铸铁管的综合力学性能都得到提高。
本发明的另一目的在于提供一种上述孕育剂在球墨铸铁管生产中的应用。
一种球墨铸铁管用孕育剂，含有如下重量百分比的物质：Si：55-65％，Ca：2-3％，Al：1-2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
本发明所述的球墨铸铁管用孕育剂，含有如下重量百分比的物质：Si：58-63％，Ca：2-3％，Al：1-2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
本发明所述的球墨铸铁管用孕育剂，其中，所述的孕育剂呈硅铁基合金的形态。
一种本发明所述的球墨铸铁管用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按孕育剂的质量百分比称取矿石原料，并将矿石原料粉碎成块状；
(2)将块状矿石原料放入矿热炉中在温度范围为1300-2000℃进行冶炼；
(3)将合金液排放至冷却槽中成型得到孕育剂合金。
本发明所述的球墨铸铁管用孕育剂在球墨铸铁管生产过程中的应用，应用于热模法或冷模法生产球墨铸铁管工艺。
本发明所述的应用，其中，所述热模法或冷模法生产球墨铸铁管工艺中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.001-0.006。
本发明所述的应用，其中，所述热模法或冷模法生产球墨铸铁管工艺中，所述孕育剂加入时，铁水的温度为1270-1370℃。
本发明球墨铸铁管用孕育剂与现有技术不同之处在于：本发明球墨铸铁管用孕育剂具有如下优点：
1、Si含量为55-65％(质量)有利于孕育剂均匀溶解，促进球墨分布均匀化，细化球墨，有利于控制球墨铸铁管中实际Si含量，节约资源，降低成本。
2、Ca含量为2-3％(重量)和Al含量1-2％(重量)能与铁液中的O、S、N发生反应，反应产物能够为球墨提供外来晶核，增加球墨数量，从而抑制碳化物形成，降低球铁的白口倾向和退火难度。
3、较低的Si、Ca、Al含量可以降低渣的含量，净化铁液，提高元素收得率。
下面结合附图对本发明的球墨铸铁管用孕育剂作进一步说明。
附图说明
图1为应用本发明球墨铸铁管用孕育剂得到的产品的金相照片；
图2为应用对比例中孕育剂得到的产品的金相照片；
图3为应用对比例中孕育剂得到的产品的另一个金相照片。
具体实施方式
实施例1
将按重量百分比计Si：58％，Ca：2.2％，Al：1.4％，Fe：38.4％的孕育剂应用于冷模法DN400球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.0035，铁水的温度为1320℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
实施例2
将按重量百分比计Si：61％，Ca：2.5％，Al：1.5％，Fe：35％的孕育剂应用于冷模法DN400球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.003，铁水的温度为1330℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
实施例3
将按重量百分比计Si：59％，Ca：2.7％，Al：1.3％，Fe：37％的孕育剂应用于热模法DN1200球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.005，铁水的温度为1310℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
实施例4
将按重量百分比计Si：62％，Ca：2.1％，Al：1.2％，Fe：34.7％的孕育剂应用于热模法DN1200球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.0055，铁水的温度为1310℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
实施例5
将按重量百分比计Si：61％，Ca：2％，Al：1.5％，Fe：35.5％的孕育剂应用于热模法DN1800球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.0055，铁水的温度为1340℃，获得的球墨球化率等级为3级，球墨大小等级为6级，球墨分布均匀。金相照片见图1。
实施例6
将按重量百分比计Si：55％，Ca：3％，Al：1％，其余为Fe的孕育剂应用于热模法DN400球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.001，铁水的温度为1370℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
实施例7
将按重量百分比计Si：65％，Ca：2％，Al：2％，其余为Fe的孕育剂应用于热模法DN1200球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.006，铁水的温度为1270℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
实施例8
将按重量百分比计Si：58％，Ca：2％，Al：1％，其余为Fe的孕育剂应用于热模法DN400球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.001，铁水的温度为1370℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
实施例9
将按重量百分比计Si：63％，Ca：3％，Al：2％，其余为Fe的孕育剂应用于热模法DN1200球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.0055，铁水的温度为1270℃，获得的球墨球化率等级为2级，球墨大小等级为7级，球墨分布均匀。
以下制备方法不仅限于实施例1-9中任意一种产品的制备方法，也包括在本发明范围内所有的孕育剂配方形成的产品的制备方法：
一种本发明所述的球墨铸铁管用孕育剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按孕育剂的质量百分比称取矿石原料，并将矿石原料粉碎成块状；
(2)将块状矿石原料放入矿热炉中在温度范围为1300-2000℃进行冶炼；
(3)将合金液排放至冷却槽中成型得到孕育剂合金。
对比例1
将按重量百分比计Si：72％，Ca：2％，Al：2％，Fe：24％的孕育剂应用于热模法DN1800球墨铸铁管生产过程中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.0055，铁水的温度为1345℃，获得的球墨有部分区域存在碎块团聚的状况，见图2。球化良好的区域球墨尺寸相对较大，球墨数量较少，见图3。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种球墨铸铁管用孕育剂，其特征在于：含有如下重量百分比的物质：Si：55-65％，Ca：2-3％，Al：1-2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁管用孕育剂，其特征在于：含有如下重量百分比的物质：Si：58-63％，Ca：2-3％，Al：1-2％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。
3.根据权利要求1或2所述的球墨铸铁管用孕育剂，其特征在于：所述的孕育剂呈硅铁基合金的形态。
4.权利要求1-3中任意一种所述的球墨铸铁管用孕育剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按孕育剂的质量百分比称取矿石原料，并将矿石原料粉碎成块状；
(2)将块状矿石原料放入矿热炉中在温度范围为1300-2000℃进行冶炼；
(3)将合金液排放至冷却槽中成型得到孕育剂合金。
5.权利要求1-3中所述的球墨铸铁管用孕育剂在球墨铸铁管生产过程中的应用，应用于热模法或冷模法生产球墨铸铁管工艺。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述热模法或冷模法生产球墨铸铁管工艺中，铁水与球墨铸铁管用孕育剂的质量比例为1：0.001-0.006。
7.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于：所述热模法或冷模法生产球墨铸铁管工艺中，所述孕育剂加入时，铁水的温度为1270-1370℃。
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