CN110396639A - 一种灰铸铁的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种灰铸铁的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例将废钢，生铁，回炉铁依次加入到中频感应电炉中熔炼，铁水温度达到1300℃时，对浇包进行预热处理，接着往炉内加入非石墨化石焦油增碳剂；(2)当铁水达到一定温度时往炉内加入锰铬钒氮化物；(3)当浇包中铁液量占出铁量的四分之一时开始第一次孕育处理，到浇包中铁液量为出铁量的四分之三时处理结束；(4)第二次孕育采用浇注系统内孕育的方式，将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，采用磁力紧实造型进行浇注。采用本发明能够显著提高灰铸铁的机械性能和铸造性能。同时采用磁力紧实造型增强了铸型的刚性。

Description

一种灰铸铁的制备方法
技术领域
本发明属于灰铸铁技术领域，具体是一种灰铸铁的制备方法。
背景技术
灰铸铁价格低廉且质量高，不具有切口敏感性，具有良好的减振性能、润滑性能、铸造性能和可加工性能，广泛应用于铸造行业。随着现代工业的发展，对铸件的强度、可靠性的要求愈来愈高。如何获得更加稳定、可靠的高牌号灰铸铁是很多铸造企业的探寻之路。目前，通过在灰铸铁中添加Cu、Cr、Ni、Mo等贵金属是获得高牌号灰铸铁的主要手段，这不仅大幅度提高了生产成本，同时也存在铸造工艺差、切削性能差等缺陷。
中国专利201510280166.8公开了一种增加灰铸铁强度用孕育剂及其使用方法，其孕育剂化学成分及其重量百分比为：Si：25-35％，Mn 10-20％，Cr 10-20，C＜0.1％，Ca 1-5％，Ba 1-6％，N 1-6％，P＜0.05％，S＜0.02％，其余为Fe。孕育剂的制备方法为机械混合法：将氮化铬铁、氮化锰铁、硅钙、硅钡合金破碎成0.2-10mm颗粒后，按比例进行混合。试验方法：生产载重汽车制动鼓原铁液成分(重量比)：C 3.4-3.5％，Si 1.5-1.6％，Mn 0.7-0.8％，S 0.08-0.12％，P＜0.05％，Cr 0.3-0.4％，余量为Fe。原铁水熔炼合格后，进行孕育处理，出炉温度为1500℃。浇包内孕育：分别加入质量百分比为0.5％-0.75％硅铁孕育剂和质量百分比为0.2％-0.4％粒度为1-4mm孕育剂进行孕育处理，然后浇注铸件。
目前，通过加入一定量的Cu、Cr、Mo和Ni合金元素来提高灰铸铁的性能是获得高强度灰铸铁的主要方法。其中，由于Cu的价格相对较低，所以Cu最为常用。但是Cu的加入仍较多的提高了生产成本。在灰铸铁中加入合金元素,会使铁水的液体流动性降低，铸造工艺性差；同时，由于合金元素的加入，会提高灰铸铁的硬度，形成硬质点，灰铸铁切削性能差。
中国专利201510280166.8公开了一种增加灰铸铁强度用孕育剂及其制备方法及其使用方法。该专利通过机械混合的方法，将增氮剂与硅钙钡制成孕育剂，并加入浇包内进行孕育处理，然后浇注铸件，采用金属型覆砂造型方法。然而氮的溶解度受到硅的影响很大，随着硅含量的增高而降低。同时，经过实验表明，温度对氮的溶解度有着重要影响，一定范围内氮的溶解度随着温度的升高而增大。以上两点因素大大降低了氮的吸收率。另一方面，金属型覆砂砂箱不透气，浇注铁液时，覆膜砂中树脂等发气物质燃烧发出的气体难以排出，易侵入铁液，形成气孔缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种灰铸铁的制备方法，能够显著提高灰铸铁的机械性能和铸造性能。同时采用磁力紧实造型增强了铸型的刚性。
本发明的技术方案是：一种灰铸铁的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例将废钢70％，生铁15％，回炉铁15％的炉料加入到中频感应电炉中熔炼，当炉内铁水温度达到1300℃时，对浇包进行预热处理，接着按炉料质量百分比为1.5％往炉内加入粒度为2-6mm的非石墨化石焦油增碳剂，制得铁水；
(2)当铁水温度达到1500℃～1600℃时，按铁水质量百分比为0.2％-0.4％往炉内加入粒度为2-6mm的锰铬钒氮化物添氮剂，保温5分钟后出铁；
(3)当浇包中的出铁液量占出铁量的四分之一时采用随流孕育进行第一次孕育处理，第一次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的70％；
(4)第二次孕育采用浇注系统内孕育的方式，将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，第二次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的30％；第二次孕育处理得到的最终铁水化学成分质量百分比为：C：2.95-3.4％、Si：2.00-2.20％、S：0.05-0.1％、Mn：0.35-0.55％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.25-0.5％、P＜0.07％、N：0.006-0.012％；
(5)将得到的终铁水在浇注温度为1450℃下采用磁力紧实造型进行浇注。
步骤(1)所述得到的铁水质量百分比化学成分为：C：3.0-3.4％、Si：1.45-1.85％、S：0.05-0.1％、Mn：0.25-0.45％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.15-0.4％、P＜0.07％。
步骤(3)所述采用随流孕育进行第一次孕育处理是指通过定量漏斗将质量百分比为0.5％-0.6％粒状孕育剂均匀地撒向液流，当浇包中铁液量占出铁量的四分之三时处理结束。
所述孕育剂为硅钙钡孕育剂，粒度为2-6mm，孕育剂使用前预热至400-500℃。
所述锰铬钒氮化物添氮剂为市售产品。
添加的化学元素以控制最终铁水化学成分为准。
除另有说明外，本发明所述的百分比均为质量百分比，各组分含量百分数之和为100％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.通过往灰铸铁中添加氮元素以减少铜、镍、钼金属元素的添加量。
2.采用锰铬钒氮化物为添氮剂，增强了氮的吸收效果，使终铁水百分比化学成分中氮含量达到：0.006-0.012％。
3.第二次孕育采用浇注系统内孕育的方式，既保证二次孕育的完成，又能防止残渣进入铸件型腔。
4.采用磁力紧实造型进行浇注，具有高的铸型刚度，排气通畅，柔性好。
5.将添氮剂以炉内添加的方式加入到铁水中，避免了孕育剂中硅对氮溶解度的抑制作用，同时炉内的温度高于浇包内的温度，较大程度的提高了氮的吸收率。
附图说明
图1是本发明所述的灰铸铁的制备方法用的浇注系统内孕育结构示意图。
图中标记为：反应槽1、反应槽滤网2、横浇道3、横浇道滤网4、横浇道5、直浇道6。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
本发明所述的灰铸铁的制备方法的一个实例，包括如下步骤：
(1)按比例将废钢70％，生铁15％，回炉铁15％的炉料加入到中频感应电炉中熔炼，当炉内铁水温度达到1300℃时，对浇包进行预热处理，接着按炉料质量百分比为1.5％往炉内加入粒度为6mm的非石墨化石焦油增碳剂，制得铁水；
(2)当铁水温度达到1500℃时，按铁水质量百分比为0.2％往炉内加入粒度为6mm的锰铬钒氮化物添氮剂，保温5分钟后出铁；
(3)当浇包中的出铁液量占出铁量的四分之一时采用随流孕育进行第一次孕育处理，第一次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的70％；
(4)第二次孕育采用浇注系统内孕育的方式，将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，第二次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的30％；第二次孕育处理得到的终铁水化学成分质量百分比为：C：3.00％、Si：2.00％、S：0.05％、Mn：0.35％、Cu：0.20％、Cr：0.25％、P＜0.07％、N：0.006％；
(5)将得到的终铁水在浇注温度为1450℃下采用磁力紧实造型进行浇注。
步骤(1)所述得到的铁水质量百分比化学成分为：C：3.00％、Si：1.45％、S：0.05％、Mn：0.25％、Cu：0.20％、Cr：0.15％、P＜0.07％。
步骤(3)所述采用随流孕育进行第一次孕育处理是指通过定量漏斗将质量百分比为0.5％粒状孕育剂均匀地撒向液流，当浇包中铁液量占出铁量的四分之三时处理结束。
步骤(4)所述第二次孕育采用浇注系统内孕育是将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，二次孕育剂占孕育剂总量的30％。
所述孕育剂为硅钙钡孕育剂，粒度为6mm，孕育剂使用前预热至400-500℃。
步骤(5)所述采用磁力紧实造型，磁力紧实造型的浇注温度为1450℃。
检验方法与结果：在利用上述方法制得的铸件上截取拉伸试样并编号，依据GB/T228.1—2010制成d0＝10mm，L＝5d0的标准拉伸试样。在WDW 3100拉伸试验机上测定4根拉伸试样的抗拉强度，拉伸速度为2mm/min，取其平均抗拉强度作为检测结果。检测结果显示，试样的抗拉强度为316MPa。
实施例2
本发明所述的灰铸铁的制备方法的一个实例，包括如下步骤：
(1)按比例将废钢70％，生铁15％，回炉铁15％的炉料加入到中频感应电炉中熔炼，当炉内铁水温度达到1300℃时，对浇包进行预热处理，接着按炉料质量百分比为1.5％往炉内加入粒度为4mm的非石墨化石焦油增碳剂，制得铁水；
(2)当铁水温度达到1550℃时，按铁水质量百分比为0.3％往炉内加入粒度为4mm的锰铬钒氮化物添氮剂，保温5分钟后出铁；
(3)当浇包中的出铁液量占出铁量的四分之一时采用随流孕育进行第一次孕育处理，第一次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的70％；
(4)第二次孕育采用浇注系统内孕育的方式，将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，第二次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的30％；第二次孕育处理得到的终铁水化学成分质量百分比为：C：3.20％、Si：2.10％、S：0.07％、Mn：0.45％、Cu：0.30％、Cr：0.35％、P＜0.07％、N：0.009％；
(5)将得到的终铁水在浇注温度为1450℃下采用磁力紧实造型进行浇注。
步骤(1)所述得到的铁水质量百分比化学成分为：C：3.2％、Si：1.65％、S：0.07％、Mn：0.35％、Cu：0.30％、Cr：0.25％、P＜0.07％。
步骤(3)所述采用随流孕育进行第一次孕育处理是指通过定量漏斗将质量百分比为0.55％粒状孕育剂均匀地撒向液流，当浇包中铁液量占出铁量的四分之三时处理结束。
步骤(4)所述第二次孕育采用浇注系统内孕育是将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，二次孕育剂占孕育剂总量的30％。
所述孕育剂为硅钙钡孕育剂，粒度为4mm，孕育剂使用前预热至400-500℃。
步骤(5)所述采用磁力紧实造型，磁力紧实造型的浇注温度为1450℃。
检验方法与结果：在利用上述方法制得的铸件上截取拉伸试样并编号，依据GB/T228.1—2010制成d0＝10mm，L＝5d0的标准拉伸试样。在WDW 3100拉伸试验机上测定4根拉伸试样的抗拉强度，拉伸速度为2mm/min，取其平均抗拉强度作为检测结果。检测结果显示，试样的抗拉强度为342MPa。
实施例3
本发明所述的灰铸铁的制备方法的一个实例，包括如下步骤：
(1)按比例将废钢70％，生铁15％，回炉铁15％的炉料加入到中频感应电炉中熔炼，当炉内铁水温度达到1300℃时，对浇包进行预热处理，接着按炉料质量百分比为1.5％往炉内加入粒度为2mm的非石墨化石焦油增碳剂，制得铁水；
(2)当铁水温度达到1600℃时，按铁水质量百分比为0.4％往炉内加入粒度为2mm的锰铬钒氮化物添氮剂，保温5分钟后出铁；
(3)当浇包中的出铁液量占出铁量的四分之一时采用随流孕育进行第一次孕育处理，第一次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的70％；
(4)第二次孕育采用浇注系统内孕育的方式，将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，第二次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的30％；第二次孕育处理得到的终铁水化学成分质量百分比为：C：3.40％、Si：2.20％、S：0.10％、Mn：0.55％、Cu：0.40％、Cr：0.50％、P＜0.07％、N：0.012％；
(5)将得到的终铁水在浇注温度为1450℃下采用磁力紧实造型进行浇注。
步骤(1)所述得到的铁水质量百分比化学成分为：C：3.40％、Si：1.85％、S：0.10％、Mn：0.45％、Cu：0.40％、Cr：0.40％、P＜0.07％。
步骤(3)所述采用随流孕育进行第一次孕育处理是指通过定量漏斗将质量百分比为0.6％粒状孕育剂均匀地撒向液流，当浇包中铁液量占出铁量的四分之三时处理结束。
步骤(4)所述第二次孕育采用浇注系统内孕育是将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，二次孕育剂占孕育剂总量的30％。
所述孕育剂为硅钙钡孕育剂，粒度为2mm，孕育剂使用前预热至400-500℃。
步骤(5)所述采用磁力紧实造型，磁力紧实造型的浇注温度为1450℃。
检验方法与结果：在利用上述方法制得的铸件上截取拉伸试样并编号，依据GB/T228.1—2010制成d0＝10mm，L＝5d0的标准拉伸试样。在WDW 3100拉伸试验机上测定4根拉伸试样的抗拉强度，拉伸速度为2mm/min，取其平均抗拉强度作为检测结果。检测结果显示，试样的抗拉强度为360MPa。
实施例4
本发明所述的灰铸铁的制备方法用的浇注系统内孕育结构，包括反应槽1、反应槽滤网2、横浇道3、横浇道滤网4、横浇道5、直浇道6。具体结构和连接关系为：
所述直浇道6与横浇道3连接，横浇道3下安装有反应槽1和反应槽滤网2，横浇道3内设置有横浇道滤网4，横浇道3上部与横浇道5下部连接。
浇注系统内孕育结构的使用方法和过程：将孕育剂放在反应槽内，浇注时铁水从直浇道进入系统，铁水经过横浇道2进入反应槽中进行二次孕育，反应槽和横浇道内设置有滤网可以防止未熔的孕育剂以及大颗粒杂质进入型腔。

Claims (6)

1.一种灰铸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按比例将废钢70％，生铁15％，回炉铁15％的炉料加入到中频感应电炉中熔炼，当炉内铁水温度达到1300℃时，对浇包进行预热处理，接着按炉料质量百分比为1.5％往炉内加入粒度为2-6mm的非石墨化石焦油增碳剂，制得铁水；
(2)当铁水温度达到1500℃～1600℃时，按铁水质量百分比为0.2％-0.4％往炉内加入粒度为2-6mm的锰铬钒氮化物添氮剂，保温5分钟后出铁；
(3)当浇包中的出铁液量占出铁量的四分之一时采用随流孕育进行第一次孕育处理，第一次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的70％；
(4)第二次孕育采用浇注系统内孕育的方式，将孕育剂放在反应槽内，铁液流经过反应槽进行二次孕育，第二次孕育处理用的孕育剂占孕育剂总量的30％；第二次孕育处理得到的最终铁水化学成分质量百分比为：C：2.95-3.4％、Si：2.00-2.20％、S：0.05-0.1％、Mn：0.35-0.55％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.25-0.5％、P＜0.07％、N：0.006-0.012％；
(5)将得到的终铁水在浇注温度为1450℃下采用磁力紧实造型进行浇注。
2.根据权利要求1所述的灰铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)得到的铁水质量百分比化学成分为：C：3.0-3.4％、Si：1.45-1.85％、S：0.05-0.1％、Mn：0.25-0.45％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.15-0.4％、P＜0.07％。
3.根据权利要求1所述的灰铸铁的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述采用随流孕育进行第一次孕育处理是指通过定量漏斗将质量百分比为0.5％-0.6％粒状孕育剂均匀地撒向液流，当浇包中铁液量占出铁量的四分之三时处理结束。
4.根据权利要求1所述的灰铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)第二次孕育采用浇注系统内孕育是将孕育剂放在反应槽内，浇注时铁水从直浇道进入浇注系统，铁水经过横浇道进入反应槽中进行二次孕育，反应槽和横浇道内设置有滤网可以防止未熔的孕育剂以及大颗粒杂质进入型腔。
5.根据权利要求1所述的灰铸铁的制备方法，其特征在于：所述孕育剂为硅钙钡孕育剂，粒度为2-6mm，孕育剂使用前预热至400-500℃。
6.根据权利要求1所述的灰铸铁的制备方法用的浇注系统内孕育结构，其特征在于，包括反应槽、反应槽滤网、横浇道、横浇道滤网、横浇道以及直浇道，具体结构和连接关系为：
所述直浇道与横浇道连接，横浇道下安装有反应槽和反应槽滤网，横浇道内设置有横浇道滤网，横浇道上部与横浇道下部连接，
使用时，将孕育剂放在反应槽内，浇注时铁水从直浇道进入系统，铁水经过横浇道进入反应槽中进行二次孕育，反应槽和横浇道内设置有滤网可以防止未熔的孕育剂以及大颗粒杂质进入型腔。
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