CN110280711B - 一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，包括如下步骤：熔模铸造型壳制壳与焙烧；铁水熔炼；球化处理；孕育处理；模壳浇注。本发明的方法结合熔模精密铸造工艺，采用低碳废钢为主要炉料，通过相配套的工艺措施，保障批量稳定生产高性能的球墨铸铁，且采用低碳低钛废钢和低S人造石墨增碳剂为主要炉料，通过控制铁水中碳当量等工艺措施，稳定生产熔模精密铸造高性能球墨铸铁，例如QT600‑10、QT700‑8、QT800‑5等，其球化级别稳定达到1‑3级，石墨大小6‑7级，且无石墨开花，无碳化物；铁水P和S元素含量更低，球墨铸铁件的力学性能更为稳定，且因废钢价格显著低于生铁，成本更低。

Description

一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法。
背景技术
一直以来，废钢价格比生铁要低，二者的价格差在200-1000元/吨之间波动，为了降低生产成本，近年来有较多砂型铸造铸铁厂采用合成球铁工艺(高废钢配比或全废钢配比)生产球墨铸铁，但熔模精密铸造并不能直接移植这种工艺，由于熔模精密铸造浇注时型壳温度在700℃以上，这导致铁水的凝固时间远长于砂型铸造，也就是说，熔模精密铸造生产球墨铸铁时，其共晶时间远长于砂型铸造，过长的共晶时间会导致石墨畸变倾向增大，出现蠕虫状石墨概率增大，球化等级降低，大多只能达到球化2-4级。因此，熔模精密铸造生产高性能球墨铸铁(QT600-10、QT700-8、QT800-5等，要求球化等级1-3级)时，除了对球化和孕育提出了更高的要求以外，对原铁水化学成分中的有害元素P、S、Pb、Ti也提出了更高的要求。为保证更高要求的原铁水化学成分，必须选用适合的废钢和增碳剂，此增碳剂和废钢不仅化学成分要满足技术要求，还必须货源充足且价格适宜，才能保障低成本稳定生产高性能球墨铸铁。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，本发明的方法结合熔模精密铸造工艺，采用低碳废钢为主要炉料，通过相配套的工艺措施，保障批量稳定生产高性能的球墨铸铁。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，包括如下步骤：
(1)熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶与石英粉作为面层涂料，采用硅溶胶与莫来粉作为背层涂料，利用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳；
(2)铁水熔炼：炉料选用生铁、回炉料和废钢，然后还加入增碳剂；
(3)球化处理：采用包芯线喂丝法或冲入法进行球化处理，其中，控制Mg0.04-0.06％，Ce0.01-0.02％；
(4)孕育处理：采用倒包孕育法进行处理，在浇包底部提前放入FeSi75孕育剂；
(5)模壳浇注：在进行孕育前将型壳从焙烧炉中取出进行浇注，浇注温度为1360-1390℃，冷却。
进一步的，步骤(1)中硅溶胶与石英粉的质量比为1:1.9-2.1，优选的，质量比为1:2，硅溶胶与莫来粉的质量比为1:1.8-2.3，优选的，质量比为1:2。
进一步的，步骤(1)中焙烧温度为900-950℃，焙烧时间为2.5-3.5h。
进一步的，步骤(2)中按照质量百分比，生铁0-20％、回炉料20-40％、废钢50-70％，其中增碳剂的质量是生铁、回炉料和废钢总质量的2-3％。
进一步的，所述的废钢为低磷低钛车身废钢、防盗门废钢或白色家电废钢，所述的废钢经过挤压成圆柱形压块。
进一步的，圆柱形压块的直径为150-200mm，长度为450-600mm，重量为35-60kg，优选的，圆柱的化学成分按照质量百分比为C≤0.25％，Si≤0.45％，Mn≤0.65％，P≤0.025％，S≤0.02％，Pb≤0.005％，Ti≤0.04％，Cr≤0.05％，余量为Fe。
进一步的，步骤(2)中增碳剂为人造石墨，化学成分按照质量百分比为C≥98％，S≤0.03％。
进一步的，步骤(2)中铁水中碳当量4.15-4.25％，P≤0.025％，S≤0.02％，Pb≤0.005％，Ti≤0.04％，Cr≤0.05％。
本发明中的包芯线喂丝法或冲入法均采用现有技术。
进一步的，步骤(4)中FeSi75孕育剂的重量为铁水重量的0.4-0.6％，FeSi75孕育剂的粒径为1-4mm。
进一步的，经过所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法球化孕育处理后铁水中的残Mg的质量分数为0.040-0.060％，Ce的质量分数为0.010-0.020％，S的质量分数为0.008-0.015％，球化达到1-3级，石墨大小6-7级。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的方法结合熔模精密铸造工艺，采用低碳废钢为主要炉料，通过相配套的工艺措施，保障批量稳定生产高性能的球墨铸铁，且采用低碳低钛废钢和低S人造石墨增碳剂为主要炉料，通过控制铁水中碳当量等工艺措施，稳定生产熔模精密铸造高性能球墨铸铁，例如QT600-10、QT700-8、QT800-5等，其球化级别稳定达到1-3级，石墨大小6-7级，且无石墨开花，无碳化物；
(2)本发明的方法与现有熔模精密铸造采用Q10生铁为主要炉料生产高性能球墨铸铁的工艺相比，铁水P和S元素含量更低，球墨铸铁件的力学性能更为稳定，且因废钢价格显著低于生铁，成本更低。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例公开了一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，包括如下步骤：
(1)采用硅溶胶与石英粉作为面层涂料，硅溶胶与石英粉的质量比为1:1.9，采用硅溶胶与莫来粉作为背层涂料，硅溶胶与莫来粉的质量比为1:1.8，利用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度为900-950℃，焙烧时间为2.5h；
(2)铁水熔炼：按照质量百分比，炉料选用回炉料30％、废钢70％，然后加入回炉料和废钢总质量3％的增碳剂％，所述的废钢为防盗门废钢经过挤压成圆柱形压块，圆柱形压块的直径为150-200mm，长度为450-600mm，重量为35-60kg，其化学成分按照质量百分比为C0.25％，Si0.45％，Mn0.25％，P0.025％，S0.01％，Pb0.005％，Ti0.04％，Cr0.05％，余量为Fe，所述的增碳剂为人造石墨，化学成分按照质量百分比为C≥98％，S≤0.03％；
(3)球化处理：采用球化包芯线喂丝法进行球化处理，直径13mm的球化包芯线，芯粉FeSiMg10RE2，喂丝速度30m/min，喂丝长度15m，喂丝时间30s，出铁温度1479℃，铁水量502kg，其中，控制Mg0.04-0.06％，Ce0.01-0.02％；
(4)孕育处理：采用倒包孕育法进行处理，在浇包底部提前放入FeSi75孕育剂，FeSi75孕育剂的重量为铁水重量的0.5％，FeSi75孕育剂的粒径为1-4mm，铁水转包前温度1424℃；
(5)模壳浇注：在进行孕育前将型壳从焙烧炉中取出进行浇注，浇注温度为1360℃。
本实施例的方法球化孕育处理后铁水中的残Mg的质量分数为0.047％，Ce的质量分数为0.010％，S的质量分数为0.008％，球化达到1级，石墨大小6-7级，无石墨开花，无碳化物。
实施例2
本实施例公开了一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，包括如下步骤：
(1)采用硅溶胶与石英粉作为面层涂料，硅溶胶与石英粉的质量比为1:2，采用硅溶胶与莫来粉作为背层涂料，硅溶胶与莫来粉的质量比为1:2，利用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度为900-950℃，焙烧时间为3h；
(2)铁水熔炼：按照质量百分比，炉料选用生铁10％、回炉料30％、废钢60％，然后加入生铁、回炉料和废钢总质量2.5％的增碳剂，所述的废钢为低磷低钛车身废钢经过挤压成圆柱形压块，圆柱形压块的直径为150-200mm，长度为450-600mm，重量为35-60kg，其化学成分按照质量百分比为C 0.08％，Si0.03％，Mn0.12％，P0.02％，S0.01％，Pb0.003％，Ti0.036％，Cr0.02％，余量为Fe，所述的增碳剂为人造石墨，化学成分按照质量百分比为C≥98％，S≤0.03％；
(3)球化处理：采用冲法进行球化处理，采用500kg堤坝式球化处理包，球化处理温度1528℃，球化剂FeSiMg6RE2，球化剂加入量为铁水重量的1.4％，其中，控制Mg0.04-0.06％，Ce0.01-0.02％；
(4)孕育处理：采用倒包孕育法进行处理，在浇包底部提前放入FeSi75孕育剂，FeSi75孕育剂的重量为铁水重量的0.5％，FeSi75孕育剂的粒径为1-4mm；
(5)模壳浇注：在进行孕育前将型壳从焙烧炉中取出进行浇注，浇注温度为1375℃。
本实施例的方法球化孕育处理后铁水中的残Mg的质量分数为0.050％，Ce的质量分数为0.015％，S的质量分数为0.011％，球化达到2级，石墨大小6-7级，无石墨开花，无碳化物。
实施例3
本实施例公开了一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，包括如下步骤：
(1)采用硅溶胶与石英粉作为面层涂料，硅溶胶与石英粉的质量比为1:2.1，采用硅溶胶与莫来粉作为背层涂料，硅溶胶与莫来粉的质量比为1:2.3，利用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳，焙烧温度为900-950℃，焙烧时间为3.5h；
(2)铁水熔炼：按照质量百分比，炉料选用生铁20％，回炉料30％、废钢50％，然后加入生铁、回炉料和废钢总质量2％的增碳剂，所述的废钢为防盗门废钢经过挤压成圆柱形压块，圆柱形压块的直径为150-200mm，长度为450-600mm，重量为35-60kg，其化学成分按照质量百分比为C 0.08％，Si0.04％，Mn0.11％，P0.02％，S0.01％，Pb0.002％，Ti0.032％，Cr0.02％余量为Fe，所述的增碳剂为人造石墨，化学成分按照质量百分比为C≥98％，S≤0.03％；
(3)球化处理：采用球化包芯线喂丝法进行球化处理，直径13mm的球化包芯线，芯粉FeSiMg10RE2，喂丝速度30m/min，喂丝长度15m，喂丝时间30s，出铁温度1479℃，铁水量502kg，其中，控制Mg0.04-0.06％，Ce0.01-0.02％；
(4)孕育处理：采用倒包孕育法进行处理，在浇包底部提前放入FeSi75孕育剂，FeSi75孕育剂的重量为铁水重量的0.6％，FeSi75孕育剂的粒径为1-4mm，铁水转包前温度1424℃；
(5)模壳浇注：在进行孕育前将型壳从焙烧炉中取出进行浇注，浇注温度为1390℃。
本实施例的方法球化孕育处理后铁水中的残Mg的质量分数为0.060％，Ce的质量分数为0.020％，S的质量分数为0.015％，球化达到3级，石墨大小6-7级，无石墨开花，无碳化物。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)熔模铸造型壳制壳与焙烧：采用硅溶胶与石英粉作为面层涂料，采用硅溶胶与莫来粉作为背层涂料，利用贯通式天然气焙烧炉焙烧型壳；
(2)铁水熔炼：炉料选用生铁、回炉料和废钢，然后还加入增碳剂，生铁0-20％、回炉料20-40％、废钢50-70％，其中增碳剂的质量是生铁、回炉料和废钢总质量的2-3％，铁水中碳当量4.15-4.25％，P≤0.025％，S≤0.02％，Pb≤0.005％，Ti≤0.04％，Cr≤0.05％，增碳剂为人造石墨，化学成分按照质量百分比为C≥98％，S≤0.03％，所述的废钢为低磷低钛车身废钢、防盗门废钢或白色家电废钢，所述的废钢经过挤压成圆柱形压块；
(3)球化处理：采用球化包芯线喂丝法或冲入法进行球化处理，其中，控制Mg0.04-0.06％，Ce0.01-0.02％；
(4)孕育处理：采用倒包孕育法进行处理，在浇包底部提前放入FeSi75孕育剂，经过所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法球化孕育处理后铁水中的残Mg的质量分数为0.040-0.060％，Ce的质量分数为0.010-0.020％，S的质量分数为0.008-0.015％，球化达到1-3级，石墨大小6-7级；
(5)模壳浇注：在进行孕育前将型壳从焙烧炉中取出，浇注温度为1360-1390℃。
2.根据权利要求1所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，其特征在于，步骤(1)中硅溶胶与石英粉的质量比为1:1.9-2.1，硅溶胶与莫来粉的质量比为1:1.8-2.3。
3.根据权利要求2所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，其特征在于，步骤(1)中硅溶胶与石英粉的质量比为1:2，硅溶胶与莫来粉的质量比为1:2。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，其特征在于，步骤(1)中焙烧温度为900-950℃，焙烧时间为2.5-3.5h。
5.根据权利要求1所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，其特征在于，圆柱形压块的直径为150-200mm，长度为450-600mm，重量为35-60kg。
6.根据权利要求5所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，其特征在于，圆柱的化学成分按照质量百分比为C≤0.25％，Si≤0.45％，Mn≤0.65％，P≤0.025％，S≤0.02％，Pb≤0.005％，Ti≤0.04％，Cr≤0.05％，余量为Fe。
7.根据权利要求1所述的采用低碳废钢生产精密铸造高性能球铁的方法，其特征在于，步骤(4)中FeSi75孕育剂的重量为铁水重量的0.4-0.6％，FeSi75孕育剂的粒径为1-4mm。
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