CN109929960A - 一种提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，该制备工艺按以下步骤进行；步骤1：配料：根据炉料装入量进行计算，配料前应校核磅秤，确认准确后，方可进行称重；步骤2：加料：先在炉膛底部加入100‑150kg低铝硅铁，然后再放入用钢板容器防护的金属锶块且位于炉膛底部，并且在炉膛内壁插入清洁无锈蚀、无油渍的长条状废钢板，然后再加入剩余的低铝硅铁以及工业硅；步骤3：熔炼：将3吨中频炉提升至功率为600‑800kw，待炉料全部融化；步骤4：孕育剂出炉铸锭：孕育剂出炉时，首先将功率降至0，然后将熔化后的孕育剂熔体浇入孕育剂浇铸模锭内，待自然冷却至室温后，用行车将孕育剂吊至孕育剂堆放场地，整齐堆放即可。

Description

一种提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺

技术领域

本发明涉及硅锶孕育剂制备工艺，具体的说是一种提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺。

背景技术

球墨铸铁的综合性能接近于钢，基于其优异的性能，已经广泛应用于铸造受力复杂、强度、韧性、耐磨性要求较高的机械零件。球墨铸铁成为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料；

企业中常用的是75硅铁孕育剂，其加入量一般为0.6%~1.2%。然而硅铁作为孕育剂其作用是相当有限的，因此人们在硅铁中添加各种微量元素开发出多种复合型孕育剂。如在硅铁中添加：钡、钙、锶、锆、锶、锑和稀土等元素，可大幅度提高孕育效果，降低白口倾向，提高抗拉强度，改善球铁的微观组织和力学性能。而且复合孕育剂的加入量大为减少；

工业化制备提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺多数采用碳热法和熔炼法。采用中频感应电炉应用熔炼法制备提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，多数是将所有炉料一起加入炉膛内熔炼。75低铝硅铁的熔化温度为1290~1340ºC，金属锶的熔化温度为769℃。由于熔化温度相差较多，二者同时入炉熔炼导致金属锶烧损严重。低熔点金属的一种主要消耗方式是熔炼损耗、挥发；

金属锶的熔点为769℃，75硅铁（含硅72％~80％）的熔点为1290～1340℃，二者的熔化温度相差达500多度。应用中频感应电炉采用熔配法制备提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，通常的做法是将所有原材料一次加入炉膛熔炼，这样金属锶烧损很大。不仅浪费了锶这种贵重和稀缺的金属，而且还污染环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术的缺点，提出一种提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，该制备工艺按以下步骤进行；

步骤1：配料：根据炉料装入量进行计算，配料前应校核磅秤，确认准确后，方可进行称重，准确称取各种炉料，并放入加料桶中，将金属锶轧制成方形的块状，并称重后装入用厚度为1-2mm钢板组焊成型的容器中，容器盖与容器采用间断焊接封闭，达到对金属锶保护的目的；

步骤2：加料：先在炉膛底部加入100-150kg低铝硅铁，然后再放入用钢板容器防护的金属锶块且位于炉膛底部，并且在炉膛内壁插入清洁无锈蚀、无油渍的长条状废钢板，然后再加入剩余的低铝硅铁以及工业硅，其中低铝硅铁采用低铝硅铁TFeSi75-A，金属锶的纯度Sr≥99％；

步骤3：熔炼：将3吨中频炉提升至功率为600-800kw，电压为380-560V之间，电流为450-750A之间，在45~60分钟内将温度加热至1340~1380℃，待炉料全部融化，同时进行人工搅拌，确定无生料后，即可出炉，并且在加热的过程中控制遥感测温仪及时测量炉温，最高熔炼温度控制在1420℃以下，防止温度过高烧损金属，熔炼时注意观察炉衬，防止炉衬漏穿，一旦发现异常，应立即停炉，倾出炉料，重新开始；

步骤4：孕育剂出炉铸锭：孕育剂出炉时，首先将功率降至0，然后将熔化后的孕育剂熔体浇入孕育剂浇铸模锭内，待自然冷却至室温后，用行车将孕育剂吊至孕育剂堆放场地，整齐堆放即可。

本技术方案的进一步限定方案

前述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，所述硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：40-80％，Sr：0.1-30％，Ca<0.1％，Al<0.4％，余量Fe。

前述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：46-50％，Sr：0.6-1.0％，Ca<0.01％，Al<0.1％，余量Fe。

前述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：50-55％，Sr：28.0-30.0％，Ca<0.05％，Al<0.3％，余量Fe。

前述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：73-78％，Sr：1.0-2.0％，Ca<0.08％，Al<0.38％，余量Fe。

本发明的有益效果：

首先利用中频感应电炉加热时炉膛内部温度分布不均匀性，位于炉膛中间位置为高温区，位于炉膛底部和靠近内壁的圆周方向为低温区，本技术方案中将金属锶块放置于炉膛底部，控制加料次序和加料位置，制作特有的保护装置，一是防止先熔化的熔体过早的接触并加热金属锶，二是使金属锶处于炉膛内的低温区域延缓熔化，这样有效的解决了传统工艺低熔点金属先熔化烧损的难题。低熔点金属预先进行保护，再加入炉内熔炼。用于对低熔点金属保护的材料（钢板）是孕育剂最终成分之一,严格控制硅锶孕育剂中的Ca和Al含量，避免高含量的Ca和Al抵消Sr的石墨化能力；

金属锶烧损率有明显降低，锶的收得率提高比原熔炼方法提高2%~4%。每熔炼一吨锶含量为2%的硅锶孕育剂可少加入金属锶约0.69~1.34公斤。以本申请人实际生产为例，2017年实际生产销售约700吨。以金属锶市场价格56000元/吨计算，年节约原材料资金约为27139元~52705元。减少烟尘污染，保护环境；

利用中频感应熔炼电炉的原理，在炉料中适当添加条状废钢板加快熔化速度，

中频炉熔炼原理简单说来就是：通过设备将电能转换成热能的过程。

中频炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至1000HZ）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。利用电磁感应原理加热金属。

当炉体内有钢材时，会在钢材内部感应出涡流，这个涡流会使钢材很快升温，将磁能转换成热能，从而最终完成电能和热能的转换。

在炉膛周边插入清洁无锈蚀、无油渍的废钢条并形成间断式格栅，是利用其导电性在交变磁场作用下产生感应电势，在炉料表面一定深度形成电流涡流，使炉料靠涡流加速加热熔化。加入废钢板的长度应小于装入炉料的高度。

在配制硅锶孕育剂时可以采用市场上购买得到的原材料，如低铝硅铁、金属锶等，就能够熔配出硅锶孕育剂，为了加速熔化，经反复实验找到了在炉料中加入适量废钢作为起弧配料的方法。当加入废钢后，硅的重量百分比含量就不够了，所以在原材料增加了含硅量大的工业硅，这样既能保证生产质量，并且缩短生产周期，增加生产效益。

连续生产时，每炉适当保留适当比例硅锶孕育剂熔体有助于下一炉加快炉料熔化速度。

附图说明

图1为本发明中中频炉的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，图1炉膛内的温度分布示意图-选自《感应炉冶炼》王振东1986年版；

实施例1

本实施例提供的一种提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，该制备工艺按以下步骤进行；

步骤1：配料：根据炉料装入量进行计算，配料前应校核磅秤，确认准确后，方可进行称重，准确称取各种炉料，并放入加料桶中，将金属锶轧制成方形的块状，并称重后装入用厚度为1mm钢板组焊成圆柱形或方形的的容器中，容器盖与容器采用间断焊接封闭，达到对金属锶保护的目的；

步骤2：加料：先在炉膛底部加入100kg低铝硅铁，然后再放入用钢板容器防护的金属锶块且位于炉膛底部，并且在炉膛内壁插入清洁无锈蚀、无油渍的长条状废钢板，然后再加入剩余的低铝硅铁以及工业硅，其中低铝硅铁采用低铝硅铁TFeSi75-A，金属锶的纯度Sr≥99％；

步骤3：熔炼：将3吨中频炉提升至功率为600kw，电压为380V之间，电流为450A之间，在45分钟内将温度加热至1340~1380℃，待炉料全部融化，同时进行人工搅拌，确定无生料后，即可出炉，并且在加热的过程中控制遥感测温仪及时测量炉温，最高熔炼温度控制在1420℃以下，防止温度过高烧损金属，熔炼时注意观察炉衬，防止炉衬漏穿，一旦发现异常，应立即停炉，倾出炉料，重新开始；

步骤4：孕育剂出炉铸锭：孕育剂出炉时，首先将功率降至0，然后将熔化后的孕育剂熔体浇入孕育剂浇铸模锭内，待自然冷却至室温后，用行车将孕育剂吊至孕育剂堆放场地，整齐堆放即可；

采用实施例1的制备工艺生产的硅锶孕育剂，其中各个元素的组分按质量百分比为：Si：46-50％，Sr：0.6-1.0％，Ca<0.01％，Al<0.1％，余量Fe；

该工艺能够制的如下硅锶孕育剂：

1、硅锶孕育剂：Si：46％，Sr：0.6％，Ca：0.001％，Al：0.02％，余量Fe；其中将步骤3中的温度加热至1340℃即可；

2、硅锶孕育剂：Si：50％，Sr：1.0％，Ca：0.008％，Al：0.08％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1380℃即可；

3、硅锶孕育剂：Si：48％，Sr：0.8％，Ca：0.005％，Al：0.04％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1350℃即可。

实施例2

本实施例提供的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，该制备工艺按以下步骤进行；

步骤1：配料：根据炉料装入量进行计算，配料前应校核磅秤，确认准确后，方可进行称重，准确称取各种炉料，并放入加料桶中，将金属锶轧制成方形的块状，并称重后装入用厚度为1.2mm钢板组焊成圆柱形或方形的的容器中，容器盖与容器采用间断焊接封闭，达到对金属锶保护的目的；

步骤2：加料：先在炉膛底部加入120kg低铝硅铁，然后再放入用钢板容器防护的金属锶块且位于炉膛底部，并且在炉膛内壁插入清洁无锈蚀、无油渍的长条状废钢板，然后再加入剩余的低铝硅铁以及工业硅；

步骤3：熔炼：将3吨中频炉提升至功率为680kw，电压为420V之间，电流为550A之间，在60分钟内将温度加热至1340~1380℃，待炉料全部融化，同时进行人工搅拌，确定无生料后，即可出炉，并且在加热的过程中控制遥感测温仪及时测量炉温，最高熔炼温度控制在1420℃以下，防止温度过高烧损金属，熔炼时注意观察炉衬，防止炉衬漏穿，一旦发现异常，应立即停炉，倾出炉料，重新开始；

步骤4：孕育剂出炉铸锭：孕育剂出炉时，首先将功率降至0，然后将熔化后的孕育剂熔体浇入孕育剂浇铸模锭内，待自然冷却至室温后，用行车将孕育剂吊至孕育剂堆放场地，整齐堆放即可；

采用实施例2的制备工艺生产的硅锶孕育剂，其中各个元素的组分按质量百分比为：Si：50-55％，Sr：28.0-30.0％，Ca<0.05％，Al<0.3％，余量Fe；

该工艺能够制的如下硅锶孕育剂：

1、硅锶孕育剂：Si：50％，Sr：28％，Ca：0.04％，Al：0.2％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1345℃即可；

2、硅锶孕育剂：Si：55％，Sr：30.0％，Ca：0.03％，Al：0.1％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1360℃即可；

3、硅锶孕育剂：Si：52％，Sr：29％，Ca：0.02％，Al：0.12％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1365℃即可。

实施例3

本实施例提供的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，该制备工艺按以下步骤进行；

步骤1：配料：根据炉料装入量进行计算，配料前应校核磅秤，确认准确后，方可进行称重，准确称取各种炉料，并放入加料桶中，将金属锶轧制成方形的块状，并称重后装入用厚度为2mm钢板组焊成圆柱形或方形的的容器中，容器盖与容器采用间断焊接封闭，达到对金属锶保护的目的；

步骤2：加料：先在炉膛底部加入150kg低铝硅铁，然后再放入用钢板容器防护的金属锶块且位于炉膛底部，并且在炉膛内壁插入清洁无锈蚀、无油渍的长条状废钢板，然后再加入剩余的低铝硅铁以及工业硅；

步骤3：熔炼：将3吨中频炉提升至功率为800kw，电压为560V之间，电流为750A之间，在55分钟内将温度加热至1340~1380℃，待炉料全部融化，同时进行人工搅拌，确定无生料后，即可出炉，并且在加热的过程中控制遥感测温仪及时测量炉温，最高熔炼温度控制在1420℃以下，防止温度过高烧损金属，熔炼时注意观察炉衬，防止炉衬漏穿，一旦发现异常，应立即停炉，倾出炉料，重新开始；

步骤4：孕育剂出炉铸锭：孕育剂出炉时，首先将功率降至0，然后将熔化后的孕育剂熔体浇入孕育剂浇铸模锭内，待自然冷却至室温后，用行车将孕育剂吊至孕育剂堆放场地，整齐堆放即可；

采用实施例3的制备工艺生产的硅锶孕育剂，其中各个元素的组分按质量百分比为：Si：73-78％，Sr：1.0-2.0％，Ca<0.08％，Al<0.38％，余量Fe；

该工艺能够制的如下硅锶孕育剂：

1、硅锶孕育剂：Si：73％，Sr：1.0％，Ca：0.07％，Al：0.35％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1368℃即可；

2、硅锶孕育剂：Si：78％，Sr：2.0％，Ca：0.06％，Al：0.32％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1370℃即可；

3、硅锶孕育剂：Si：75％，Sr：1.5％，Ca：0.04％，Al：0.31％，余量Fe，其中将步骤3中的温度加热至1375℃即可。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，其特征在于：该制备工艺按以下步骤进行；

步骤1：配料：根据炉料装入量进行计算，配料前应校核磅秤，确认准确后，方可进行称重，准确称取各种炉料，并放入加料桶中，将金属锶轧制成方形的块状，并称重后装入用厚度为1-2mm钢板组焊成圆柱形或方形的的容器中，容器盖与容器采用间断焊接封闭，达到对金属锶保护的目的；

步骤2：加料：先在炉膛底部加入100-150kg低铝硅铁，然后再放入用钢板容器防护的金属锶块且位于炉膛底部，并且在炉膛内壁插入清洁无锈蚀、无油渍的长条状废钢板，然后再加入剩余的低铝硅铁以及工业硅，其中低铝硅铁采用低铝硅铁TFeSi75-A，金属锶的纯度Sr≥99％；

步骤3：熔炼：将3吨中频炉提升至功率为600-800kw，电压为380-560V之间，电流为450-750A之间，在45~60分钟内将温度加热至1340~1380℃，待炉料全部融化，同时进行人工搅拌，确定无生料后，即可出炉，并且在加热的过程中控制遥感测温仪及时测量炉温，最高熔炼温度控制在1420℃以下，防止温度过高烧损金属，熔炼时注意观察炉衬，防止炉衬漏穿，一旦发现异常，应立即停炉，倾出炉料，重新开始；

步骤4：孕育剂出炉铸锭：孕育剂出炉时，首先将功率降至0，然后将熔化后的孕育剂熔体浇入孕育剂浇铸模锭内，待自然冷却至室温后，用行车将孕育剂吊至孕育剂堆放场地，整齐堆放即可。

2.根据权利要求1所述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，其特征在于：所述硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：40-80％，Sr：0.1-30％，Ca<0.1％，Al<0.4％，余量Fe。

3.根据权利要求2所述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，其特征在于：所述硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：46-50％，Sr：0.6-1.0％，Ca<0.01％，Al<0.1％，余量Fe。

4.根据权利要求2所述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，其特征在于：所述硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：50-55％，Sr：28.0-30.0％，Ca<0.05％，Al<0.3％，余量Fe。

5.根据权利要求2所述的提高收得率的硅锶孕育剂制备工艺，其特征在于：所述硅锶孕育剂的各个元素的组分按质量百分比为：Si：73-78％，Sr：1.0-2.0％，Ca<0.08％，Al<0.38％，余量Fe。