CN111961953A - 灰铸铁的生产方法 - Google Patents

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CIMC Vehicles Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种灰铸铁的生产方法，包括以下步骤：按照质量百分含量，称取废钢54.5‑72％、回炉料20‑40％、增碳剂2.85‑3.6％、钼铁合金0.3‑0.75％、铜合金0.15‑0.42％、铬铁合金0.15‑0.55％、炉内硅铁0.75‑1.2％、硫化亚铁0.12‑0.22％、硅锶孕育剂0.4‑0.5％、稀土硅合金0.1‑0.2％、氮化锰铁0.15‑0.3％、孕育硅铁0.25‑0.45％和Sn 0.045‑0.09％；将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物；依次将废钢、增碳剂、回炉料等加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水；将铁水进行脱气除渣，得到精炼铁液；提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至600℃以上；将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内；浇注成型，在浇注时随流加入随流孕育剂，浇注时间≤12分钟，成型后即得到灰铸铁。

Description

灰铸铁的生产方法
技术领域
本发明涉及铸铁加工技术领域，特别涉及一种灰铸铁的生产方法。
背景技术
灰铸铁借助于其独特的金相组织和性能特点广泛应用于汽车、工程机械等方面，尤其是汽车制动器部分的应用较为广泛。其中，汽车制动部分的制动盘是盘式制动器摩擦副中的旋转元件，其形状是以两端面工作的金属圆盘。制动盘作为盘式制动器的摩擦偶件，除应具有作为构件所需要的强度和刚度外，还应有尽可能高而稳定的摩擦系数，以及适当的耐磨性、耐热性、散热性和热容量等。
随着对汽车制动性能的要求不断提高，传统的灰铸铁材料已经越来越难以满足其需求，普通灰铸铁制动盘磨损快，易龟裂，热稳定性差，恶劣工况制动效果差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灰铸铁的生产方法，以提供高碳当量、高性能的灰铸铁，进而以解决现有技术中普通灰铸铁制动盘制动效果差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种灰铸铁的生产方法，包括以下步骤：
按照质量百分含量，称取废钢54.5-72％、回炉料20-40％、增碳剂2.85-3.6％、钼铁合金0.3-0.75％、铜合金0.15-0.42％、铬铁合金0.15-0.55％、炉内硅铁0.75-1.2％、硫化亚铁0.12-0.22％、硅锶孕育剂0.4-0.5％、稀土硅合金0.1-0.2％、氮化锰铁0.15-0.3％、孕育硅铁0.25-0.45％和Sn 0.045-0.09％；
将所述硅锶孕育剂、所述稀土硅铁合金、所述氮化锰铁、所述孕育硅铁和所述Sn混合均匀，得到包内孕育物；
依次将所述废钢、所述增碳剂、所述回炉料及除去所述包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水；其中，以质量百分含量计，所述铁水中C为3.75-3.85％、Si为1.1-1.3％、Mn为0.55-0.7％、P≤0.05％、Al≤0.015％、S为0.08-0.1％、Cu为0.3-0.5％、Cr为0.25-0.45％、Mo为0.35-0.55％；
将所述铁水的温度升高至1520-1540℃，并在该温度下保温静置8-10min，进行脱气除渣，得到精炼铁液；
提供一铁水浇注包，并将所述铁水浇注包预热至600℃以上；
将所述包内孕育物加入至所述铁水浇注包内，然后将所述精炼铁液倒入所述铁水浇注包内；
浇注成型，在浇注时随流加入与所述铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间≤12分钟，成型后即得到灰铸铁。
在其中一实施方式中，所述硅锶孕育剂和所述随流孕育剂中Si的质量百分含量为70％-75％、Sr的质量百分含量为0.6％-1.0％、Ca的质量百分含量≤0.1％、Al的质量百分含量≤0.5％、余量为Fe。
在其中一实施方式中，以质量百分含量计，所述炉内硅铁和所述孕育硅铁中Si为72-78％、Al＜0.1％、Mn＜0.5％、Cr＜0.5％、P＜0.04％、S＜0.02％、C＜0.2％，其余为铁。
在其中一实施方式中，所述氮化锰铁中Mn的质量百分含量为75-80％、N＜4％、C＜0.5％、Si＜3.5％、S＜0.02％，余量为Fe。
在其中一实施方式中，所述硅锶孕育剂的粒度为2-7mm；
所述孕育硅铁的粒度为8-25mm；
所述稀土硅铁合金的粒度为8-25mm；
所述氮化锰铁的粒度为30-50mm。
在其中一实施方式中，所述随流孕育剂的粒度为0.2-0.8mm。
在其中一实施方式中，所述稀土硅铁合金中Si的质量百分含量为45％-55％、Re的质量百分含量为27％-32％、Al的质量百分含量≤1.5％、Ca的质量百分含量＜4％、Ti的质量百分含量＜3％、余量为Fe。
在其中一实施方式中，所述Re包括质量百分含量为85-90％的Ce和10-15％的La。
在其中一实施方式中，以质量百分含量计，所述钼铁合金中Mo为60-65％、Si＜1.5％、S＜0.1％、P＜0.05％、C＜0.1％，余量为Fe。
在其中一实施方式中，所述铜合金中Cu的质量百分含量为99.9％、Pb＜0.002％、S＜0.0025％、P＜0.001、Sn＜0.001％。
在其中一实施方式中，以质量百分含量计，所述铬铁合金中Cr为62-67％、C＜9.5％、Si＜3.0％、P＜0.03％、S＜0.04％，余量为Fe。
在其中一实施方式中，以质量百分含量计，所述废钢中C≤0.5％、Si≤0.5％、Mn≤0.8％、P≤0.045％、S≤0.035％、Al≤0.05％、Cr≤0.6％、余量为Fe及微量元素；
以质量百分含量计，所述回炉料中C为3.65-3.9％、Si为1.7-1.95％、Mn为0.6-0.9％、P为0.016-0.023％、S为0.08-0.11％、Cu为0.2-0.5％、Cr为0.2-0.45％、Mo为0.35-0.6％、Sn为0.055-0.075％、余量为Fe及微量元素；
以质量百分含量计，所述增碳剂中固定C≥92％、挥发份≤0.1％、灰份≤5％、S≤0.5％、水分≤0.5％、N为3000-5000ppm；
以质量百分含量计，所述硫化亚铁中S为27-32％、Fe≥60％、Cr≤0.3％、Ti≤0.03％、P≤0.03％、Mn≤1％。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明的灰铸铁的生产方法中，通过调整灰铸铁原料配比，采用废钢和增碳剂代替生铁，降低了生产成本，消除了石墨遗传性的不理影响。通过对铁水脱气除渣，从而获得高质量的精炼铁液。并在原料中加入合金，通过Mo、Cu、Cr、Sn等合金元素的复合作用，可以细化石墨和共晶团；增加并细化珠光体；增加组织和性能的均匀性，降低断面敏感性；提高特殊性如耐热性，即增加基体的热稳定性；从而提高灰铸铁的服役性能。并采用硅锶孕育剂包内及瞬时孕育处理，可以消除白口，细化片状粗大石墨，促进A型石墨生长，降低石墨长宽比，提高断面均匀型；改善材料力学性能。
上述各环节相互配合，从而制得高碳当量，以及减振性、散热性、耐磨性和抗热裂性良好的灰铸铁。
附图说明
图1为本发明灰铸铁的生产方法的流程图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明提供一种灰铸铁的生产方法，以生产高碳当量、高性能的灰铸铁。该灰铸铁具有良好的减振性、散热性、耐磨性和抗热裂性，特别适用于制动盘材料，且该灰铸铁制动盘制动效果较好。本发明通过调整灰铸铁原料配比、在原料中加入适当比例的合金、熔炼技术以及在生产过程中加入适当比例的孕育剂，而制得高碳当量、高性能的灰铸铁。
以下具体详细说明该灰铸铁的生产方法的原理。
具体步骤如下：
S1、按照质量百分含量，称取废钢54.5-72％、回炉料20-40％、增碳剂2.85-3.6％、钼铁合金0.3-0.75％、铜合金0.15-0.42％、铬铁合金0.15-0.55％、炉内硅铁0.75-1.2％、硫化亚铁0.12-0.22％、硅锶孕育剂0.4-0.5％、稀土硅合金0.1-0.2％、氮化锰铁0.15-0.3％、孕育硅铁0.25-0.45％和Sn 0.045-0.09％。
其中，废钢中C≤0.5％、Si≤0.5％、Mn≤0.8％、P≤0.045％、S≤0.035％、Al≤0.05％、Cr≤0.6％、余量为Fe及微量元素。
以质量百分含量计，回炉料中C为3.65-3.9％、Si为1.7-1.95％、Mn为0.6-0.9％、P为0.016-0.023％、S为0.08-0.11％、Cu为0.2-0.5％、Cr为0.2-0.45％、Mo为0.35-0.6％、Sn为0.055-0.075％；余量为Fe及微量元素。
以质量百分含量计，增碳剂中固定C≥92％、挥发份≤0.1％、灰份≤5％、S≤0.5％、水分≤0.5％、N为3000-5000ppm。
钼铁合金中Mo为60-65％、Si＜1.5％、S＜0.1％、P＜0.05％、C＜0.1％，余量为Fe。其中，Mo合金可以为FeMo60B。灰铸铁中加入Mo能够细化石墨，增强稳定及增加、细化珠光体；改善大断面组织的均匀性；显著提高强度，硬度和韧性，提高抗热疲劳性。
铜合金中Cu的质量百分含量为99.9％。其中，铜合金可以为Cu-CAYH-2。灰铸铁中加入Cu能够在生产过程中细化和均匀化珠光体和石墨，减少薄断面的白口，改善大断面组织的敏感性，提高强度，硬度韧性，耐热性。
铬铁合金中Cr为62-67％、C＜9.5％、Si＜3.0％、P＜0.03％、S＜0.04％，余量为Fe。其中，Cr合金可以为FeCr67C9.5。灰铸铁中加入Cr能够在生产过程中细化石墨，细化且稳定珠光体。
Mo、Cu以及Cr三者搭配使用，并使三者之间的配比进行严格控制，达到细化石墨和共晶团、增加并细化珠光体、增加组织和性能的均匀性，降低断面敏感性的目的，进而提高灰铸铁的机械性能。三者之间若没配合好，会带来负面影响，例如：硬度提高，但脆性增加；或者对显微组织的不利影响，使生产碳化物倾向加大，硬质点多，导致组织的不均匀性；或者石墨过度细小。
以质量百分含量计，硫化亚铁中S为27-32％、Fe≥60％、Cr≤0.3％、Ti≤0.03％、P≤0.03％、Mn≤1％；
以质量百分含量计，炉内硅铁中Si为72-78％、Al＜0.1％、Mn＜0.5％、Cr＜0.5％、P＜0.04％、S＜0.02％、C＜0.2％，其余为铁。
在原料中，采用废钢和增碳剂的搭配，代替生铁，不仅降低了生产成本，还消除了石墨遗传性的不利影响。随着增碳剂的加入，碳当量提高了，此时通过加入钼铁合金、铜合金、铬铁合金、硅铁和以及硫化亚铁，有效改善灰铸铁的性能和提高稳定性。
加入上述合金，通过Mo、Cu、Cr、Sn等合金元素的复合作用，可以细化石墨和共晶团；增加并细化珠光体；增加组织和性能的均匀性，降低断面敏感性；提高特殊性如耐热性，即增加基体的热稳定性；从而提高灰铸铁的服役性能。并采用硅锶孕育剂(包内)及瞬时孕育处理，可以消除白口，细化片状粗大石墨，促进A型石墨生长，降低石墨长宽比，提高断面均匀型；改善材料力学性能。
S2、将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
具体地，硅锶孕育剂中Si的质量百分含量为70％-75％、Sr的质量百分含量为0.6％-1.0％、Ca的质量百分含量≤0.1％、Al的质量百分含量≤0.5％、余量为Fe。其中，硅锶孕育剂的粒度为2-7mm。
硅锶孕育剂的加入相当于加入大量非均质晶核，可以消除白口、改善石墨形态，得到A型石墨+P细片组织，提高性能，还可以细化晶粒、增加P量和共晶团数目，提高组织均匀性，消除壁厚差别。
稀土硅铁合金中Si的质量百分含量为45％-55％、Re的质量百分含量为27％-32％、Al的质量百分含量≤1.5％、Ca的质量百分含量＜4％、Ti的质量百分含量＜3％、余量为Fe。具体地，Re包括质量百分含量为85-90％的Ce和10-15％的La。其中，稀土硅铁合金的粒度为8-25mm。
孕育硅铁中Si为72-78％、Al＜0.1％、Mn＜0.5％、Cr＜0.5％、P＜0.04％、S＜0.02％、C＜0.2％。其中，孕育硅铁的粒度为8-25mm。
稀土硅铁合金中的Ce和La与氧和硫有很强的亲和能力强，生成硫、氧、氮的稀土化合物，为铸铁提供大量的外来核心，增加共晶团数量，加强孕育。硅锶孕育剂、稀土硅铁合金和孕育硅铁作为灰铁孕育剂，在一定条件下，它们不同比例的混合加入，形成的含稀土的多元复合孕育剂，在灰铁铁水中生成的硫、氧、氮的稀土化合物，为铸铁提供的大量的外来核心，净化了铁液，增加了共晶团数量，细化了晶粒，抗衰退能力强，延长了浇注时间。与单独的75Si-Fe孕育剂相比，孕育效果可提高3-6倍，同时消除D、E型过冷石墨；提高灰铸铁的力学性能的能力也大为增强。
氮化锰铁中Mn的质量百分含量为75-80％、N＜4％、C＜0.5％、Si＜3.5％、S＜0.02％，余量为Fe。氮化锰铁不仅能够用于弥补目标成分中锰元素不足的部分，且氮化锰铁中含有的氮利用率高、加入量少。氮在灰铸铁中通过固溶强化的方式使灰铸铁性能改善，提高灰铸铁的强度和硬度。其中，氮化锰铁的粒度为30-50mm。
硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、孕育硅铁以及氮化锰铁的粒度控制是为了便于更好的吸收和加强孕育效果。
Sn中，以质量百分含量计算，Sn≥99.9％、As＜0.01％、Fe＜0.007％、Cu＜0.008％、Pb＜0.045％、Bi＜0.015％、Sb＜0.02％、S＜0.001％、杂质综合＜0.1％。
在灰铸铁的生产过程中加入Sn，可以减少和消除铁素体和过冷石墨，稳定且细化珠光体，改善断面均匀性，显著提高强度和硬度，改善耐热性。
S3、依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水；其中，以质量百分含量计，铁水中C为3.75-3.85％、Si为1.1-1.3％、Mn为0.55-0.7％、P≤0.05％、Al≤0.015％、S为0.08-0.1％、Cu为0.3-0.5％、Cr为0.25-0.45％、Mo为0.35-0.55％。
具体地，电炉采用中频感应电炉。
剩余组分是指原料中除去废钢、增碳剂、回炉料、硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、硅铁和Sn的组分。
其中，铁水的调整成分的方法如下：
取电炉中熔化后的混合物，并制成光谱试块，采用快速直读光谱仪检测光谱试块中的元素成分，然后根据检测成分与铁水的预设成分之间的差异进行调整。
在光谱试块中C元素的成分高于铁水中的预设成分时，加入相应分量的废钢，其中，每吨铁水中，每添加28Kg废钢可使C含量降低0.1％；在光谱试块中C元素的成分低于铁水中的预设成分时，加入相应分量的增碳剂，其中，每吨铁水中，每添加1.15Kg增碳剂可使铁水的C含量增加0.1％。
在光谱试块中Si元素的成分低于铁水中的预设成分时，加入相应分量的75Si-Fe。其中，75Si-Fe中以质量百分含量计，Si为72-80％、Al≤1％、Ca≤1％、Mn≤0.4％，其余为Fe。每吨铁水中，每添加1.35Kg的75Si-Fe，可使Si含量提高0.1％。
在光谱试块中Cr元素的成分低于铁水中的预设成分时，加入相应分量的铬铁。其中，铬铁中以质量百分含量计，Cr为60-65％、C≤9.5％、Si≤3％，其余为Fe。每吨铁水中，每添加1.65Kg的铬铁可使Cr提高0.1％。
在光谱试块中Cu元素的成分低于铁水中的预设成分时，加入相应分量的铜。其中，每吨铁水中，每添加1Kg的铜可使Cu提高0.1％。
在光谱试块中Mo元素的成分低于铁水中的预设成分时，加入相应分量的钼铁合金。其中，每吨铁水中，每添加1.65Kg的钼铁合金可使Mo提高0.1％。
在光谱试块中S元素的成分低于铁水中的预设成分时，加入相应分量的硫化亚铁。其中，每吨铁水中，每添加0.37Kg的硫化亚铁可使S提高0.01％。
在光谱试块中Sn元素的成分低于铁水中的预设成分时，依据差距在后续步骤中的浇注包中加入相应分量的锡。因Sn的熔点相对低，吸收率不高，所以在铁水浇注包中加入，减少损失。其中，每吨铁水中，每添加0.13Kg的锡可使Sn提高0.01％。
相对于相关技术中灰铸铁制造过程中铁水的C含量，本申请中的C含量更高，从而使灰铸铁中的石墨片更多，这些大量的石墨片在基体中类似“空洞”的存在，割裂了基体，阻止震动传播，所以减震性好。这些大量石墨片“空洞”的存在，还使产品缺口敏感性降低。随着产品基体中石墨片的增加，提高了产品的导热性。另外，石墨本身作为润滑剂且石墨片“空洞”可储存润滑油，所以提高了产品的减摩性。
其中，铁水中Si含量也较高，C和Si含量的提高，能够使石墨片变粗，但Cu、Mo、Mn、Cr、Sn可以细化石墨片。且Mo、Mn、Cr、Cu、Sn等元素的加入，通过上述元素的复合作用，可以细化石墨和共晶团；增加并细化珠光体；增加组织和性能的均匀性，降低断面敏感性；提高特殊性如耐热性，即增加基体的热稳定性；从而提高灰铸铁的服役性能。并采用硅锶孕育剂(包内)及瞬时孕育处理，可以消除白口，细化片状粗大石墨，促进A型石墨生长，降低石墨长宽比，提高断面均匀型；改善材料力学性能。
S4、将铁水的温度升高至1520-1540℃，并在该温度下保温静置8-10min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
具体地，通过控制铁水的温度和在该温度下的静置时间，利于气体上浮溢出和夹渣物上浮汇聚，对其进行扒渣处理。
控制铁水的熔炼过热温度为1520-1540℃，且出炉温度为1460-1500℃，可以细化石墨和基体组织，消除和降低炉料遗传性给灰铸铁的组织和性能带来的不良影响，提高铸件的强度。
S5、提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至600℃以上。
铁水浇注包的内部均具有空间。
S6、将包内孕育物加入铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。
具体地，将步骤S2中的包内孕育物加入铁水浇注包内底部，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内，使精炼铁液与包内孕育物混合均匀。
包内孕育物与精炼铁液混合后得到以下目标成分：C为3.75-3.85％、Si为1.75-1.85％、Mn为0.7-0.9％、P≤0.05％、S为0.08-0.1％、Cu为0.3-0.5％、Cr为0.25-0.45％、Mo为0.35-0.55％；Sn为0.055-0.075％。
加入上述包内孕育物与精炼铁液一起孕育，能够改善石墨形态，增加核心，细化晶粒、增加珠光体数量和共晶团数目，获得GA(A型石墨)、消除白口，使其结晶为灰口，还能够提高组织均匀性，从而消除壁厚差别而产生的力学性能差异。
S7、浇注成型，在浇注时随流加入与铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间≤12分钟，成型后即得到灰铸铁。
具体地，随流孕育剂中Si的质量百分含量为70％-75％、Sr的质量百分含量为0.6％-1.0％、Ca的质量百分含量≤0.1％、Al的质量百分含量≤0.5％、余量为Fe。且随流孕育剂的粒度为0.2-0.8mm。
随流孕育剂通过设备管道和红外线感应，边浇注边流入铁液里。
该灰铸铁的生产方法中，通过调整灰铸铁原料配比，采用废钢和增碳剂代替生铁，降低了生产成本，消除了石墨遗传性的不理影响。通过对铁水脱气除渣，从而获得高质量的精炼铁液。并在原料中加入合金，通过Mo、Cu、Cr等合金元素的复合作用，细化石墨和基体组织，增加基体组织中硬质强化点，增加耐磨性和抗热疲劳能力，从而提高灰铸铁的服役性能。并采用包内孕育物瞬时孕育处理，细化片状粗大石墨，促进A型石墨生长，降低石墨长宽比，改善材料力学性能。上述各环节相互配合，从而制得高碳当量，以及减振性、散热性、耐磨性和抗热裂性良好的灰铸铁。
本申请的发明人通过严格设计该生产方法中各步骤的工艺条件而制得上述灰铸铁，以下通过各实施例介绍。
实施例1
按照质量百分含量，称取废钢54.48％、回炉料40％、增碳剂2.85％、钼铁合金0.30％、铜合金0.15％、铬铁合金0.15％、炉内硅铁0.75％、硫化亚铁0.12％、硅锶孕育剂0.50％、稀土硅铁合金0.20％、氮化锰铁0.15％、孕育硅铁0.30％、0.045％的Sn。
将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。以质量百分含量计，铁水中C为3.79％、Si为1.20％、Mn为0.69％、P为0.019％、S为0.081％、Cu为0.31％、Cr为0.26％、Mo为0.36％、Sn为0.023％。
将铁水的温度升高至1540℃，并在该温度下保温静置8min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至700℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.79％、Si为1.82％、Mn为0.81％、P为0.020％、S为0.081％、Cu为0.31％、Cr为0.26％、Mo为0.36％、Sn为0.055％。
浇注成型，在浇注时随流加入与铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间12分钟，成型后即得到灰铸铁。
实施例2
按照质量百分含量，称取废钢71.92％、回炉料20％、增碳剂3.60％、钼铁合金0.75％、铜合金0.42％、铬铁合金0.55％、炉内硅铁1.2％、硫化亚铁0.22％、硅锶孕育剂0.40％、稀土硅铁合金0.10％、氮化锰铁0.30％、孕育硅铁0.45％和0.090％的Sn。
将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。以质量百分含量计，铁水中C为3.82％、Si为1.20％、Mn为0.55％、P为0.021％、S为0.010％、Cu为0.50％、Cr为0.44％、Mo为0.54％、Sn为0.012％。
将铁水的温度升高至1520℃，并在该温度下保温静置10min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至800℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.82％、Si为1.80％、Mn为0.78％、P为0.020％、S为0.010％、Cu为0.50％、Cr为0.44％、Mo为0.54％、Sn为0.075％。
浇注成型，在浇注时随流加入与铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间10分钟，成型后即得到灰铸铁。
实施例3
按照质量百分含量，称取废钢67.75％、回炉料25％、增碳剂3.4％、钼铁合金0.55％、铜合金0.3％、铬铁合金0.4％、炉内硅铁1.1％、硫化亚铁0.18％、硅锶孕育剂0.50％、稀土硅铁合金0.20％、氮化锰铁0.3％、孕育硅铁0.25％和0.07％的Sn。
将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。以质量百分含量计，铁水中C为3.80％、Si为1.21％、Mn为0.59％、P为0.020％、S为0.09％、Cu为0.40％、Cr为0.36％、Mo为0.44％、Sn为0.015％。
将铁水的温度升高至1530℃，并在该温度下保温静置9min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至900℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.80％、Si为1.79％、Mn为0.82％、P为0.020％、S为0.090％、Cu为0.40％、Cr为0.36％、Mo为0.44％、Sn为0.064％。
浇注成型，在浇注时随流加入与铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间9分钟，成型后即得到灰铸铁。
实施例4
按照质量百分含量，称取废钢65％、回炉料28％、增碳剂3.3％、钼铁合金0.45％、铜合金0.3％、铬铁合金0.4％、炉内硅铁1.04％、硫化亚铁0.18％、硅锶孕育剂0.50％、稀土硅铁合金0.20％、氮化锰铁0.3％、孕育硅铁0.25％和0.07％的Sn。
将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。以质量百分含量计，铁水中C为3.81％、Si为1.21％、Mn为0.61％、P为0.021％、S为0.093％、Cu为0.41％、Cr为0.37％、Mo为0.40％、Sn为0.016％。
将铁水的温度升高至1530℃，并在该温度下保温静置9min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至650℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.81％、Si为1.80％、Mn为0.85％、P为0.022％、S为0.093％、Cu为0.41％、Cr为0.37％、Mo为0.40％、Sn为0.065％。
浇注成型，在浇注时随流加入与铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间8分钟，成型后即得到灰铸铁。
实施例5
按照质量百分含量，称取废钢63.1％、回炉料28％、增碳剂3.21％、钼铁合金0.5％、铜合金0.3％、铬铁合金0.4％、炉内硅铁0.9％、硫化亚铁0.16％、硅锶孕育剂0.50％、稀土硅铁合金0.20％、氮化锰铁0.3％、孕育硅铁0.35％和0.07％的Sn。
将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。以质量百分含量计，铁水中C为3.8％、Si为1.15％、Mn为0.63％、P为0.020％、S为0.088％、Cu为0.42％、Cr为0.38％、Mo为0.44％、Sn为0.017％。
将铁水的温度升高至1520℃，并在该温度下保温静置10min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至750℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.80％、Si为1.80％、Mn为0.86％、P为0.021％、S为0.088％、Cu为0.42％、Cr为0.38％、Mo为0.44％、Sn为0.066％。
浇注成型，在浇注时随流加入与铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间8分钟，成型后即得到灰铸铁。
实施例6
按照质量百分含量，称取废钢58.6％、回炉料35％、增碳剂3.03％、钼铁合金0.5％、铜合金0.25％、铬铁合金0.35％、炉内硅铁0.85％、硫化亚铁0.16％、硅锶孕育剂0.50％、稀土硅铁合金0.20％、氮化锰铁0.2％、孕育硅铁0.28％和0.065％的Sn。
将硅锶孕育剂、稀土硅铁合金、氮化锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。以质量百分含量计，铁水中C为3.8％、Si为1.19％、Mn为0.67％、P为0.022％、S为0.091％、Cu为0.39％、Cr为0.36％、Mo为0.46％、Sn为0.02％。
将铁水的温度升高至1520℃，并在该温度下保温静置10min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至850℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.80％、Si为1.80％、Mn为0.83％、P为0.021％、S为0.091％、Cu为0.39％、Cr为0.36％、Mo为0.46％、Sn为0.066％。
浇注成型，在浇注时随流加入与铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间8分钟，成型后即得到灰铸铁。
对比例1
按照质量百分含量，称取废钢64.42％、回炉料30％、增碳剂3.22％、炉内硅铁0.55％、硫化亚铁0.12％、硅锶孕育剂0.5％、高碳锰铁0.25％和孕育硅铁0.88％。
其中，高碳锰铁采用FeMn68C7.0，具体成分包括Mn 65-72％、C≤7.0％、Si≤2.5％、P≤0.2％、S≤0.03％。
将硅锶孕育剂、高碳锰铁和孕育硅铁混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。
将铁水的温度升高至1530℃，并在该温度下保温静置9min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至700℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.79％、Si为1.82％、Mn为0.79％、P为0.022％、S为0.092％、Cu为0.12％、Cr为0.14％、Mo为0.14％、Sn为0.017％。
浇注成型，浇注时间9分钟，成型后即得到灰铸铁。
对比例2
按照质量百分含量，称取废钢63.17％、回炉料30％、增碳剂3.18％、硅铁0.55％、硫化亚铁0.18％、钼铁合金0.55％、铜合金0.3％、铬铁合金0.4％、高碳锰铁0.25％、硅锶孕育剂0.5％、孕育硅铁0.85％和Sn 0.07％。
其中，高碳锰铁采用FeMn68C7.0，具体成分包括Mn 65-72％、C≤7.0％、Si≤2.5％、P≤0.2％、S≤0.03％。
将硅锶孕育剂、高碳锰铁、孕育硅铁和Sn混合均匀，得到包内孕育物。
依次将废钢、增碳剂、回炉料及除去包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水。
将铁水的温度升高至1530℃，并在该温度下保温静置9min，进行脱气除渣，得到精炼铁液。
提供一铁水浇注包，并将铁水浇注包预热至700℃。
将包内孕育物加入至铁水浇注包内，然后将精炼铁液倒入铁水浇注包内。此时，得到的目标成分为：C为3.79％、Si为1.83％、Mn为0.79％、P为0.026％、S为0.094％、Cu为0.42％、Cr为0.38％、Mo为0.47％、Sn为0.066％。
浇注成型，浇注时间9分钟，成型后即得到灰铸铁。
在灰铸铁的壁厚20-30mm处取样，对实施例1-6及对比例1-2的灰铸铁的性能进行检测和对比，如表1所示：
表1灰铸铁的性能
Figure BDA0002627488650000141
Figure BDA0002627488650000151
由上表可知，实施例1-6和对比例1-2所制得的灰铸铁的碳当量相当，但是实施例1-6的石墨长度级别优于对比例1-2，且实施例1-6的抗拉强度和硬度明显优于对比例1-2。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明的灰铸铁的生产方法中，通过调整灰铸铁原料配比，采用废钢和增碳剂代替生铁，降低了生产成本，消除了石墨遗传性的不理影响。通过对铁水脱气除渣，从而获得高质量的精炼铁液。并在原料中加入合金，通过Mo、Cu、Cr、Sn等合金元素的复合作用，可以细化石墨和共晶团；增加并细化珠光体；增加组织和性能的均匀性，降低断面敏感性；提高特殊性如耐热性，即增加基体的热稳定性；从而提高灰铸铁的服役性能。并采用硅锶孕育剂包内及瞬时孕育处理，可以消除白口，细化片状粗大石墨，促进A型石墨生长，降低石墨长宽比，提高断面均匀型；改善材料力学性能。
上述各环节相互配合，从而制得高碳当量，以及减振性、散热性、耐磨性和抗热裂性良好的灰铸铁。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种灰铸铁的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照质量百分含量，称取废钢54.5-72％、回炉料20-40％、增碳剂2.85-3.6％、钼铁合金0.3-0.75％、铜合金0.15-0.42％、铬铁合金0.15-0.55％、炉内硅铁0.75-1.2％、硫化亚铁0.12-0.22％、硅锶孕育剂0.4-0.5％、稀土硅合金0.1-0.2％、氮化锰铁0.15-0.3％、孕育硅铁0.25-0.45％和Sn 0.045-0.09％；
将所述硅锶孕育剂、所述稀土硅铁合金、所述氮化锰铁、所述孕育硅铁和所述Sn混合均匀，得到包内孕育物；
依次将所述废钢、所述增碳剂、所述回炉料及除去所述包内孕育物的剩余组分加入电炉中熔化，并调整成分得到铁水；其中，以质量百分含量计，所述铁水中C为3.75-3.85％、Si为1.1-1.3％、Mn为0.55-0.7％、P≤0.05％、Al≤0.015％、S为0.08-0.1％、Cu为0.3-0.5％、Cr为0.25-0.45％、Mo为0.35-0.55％；
将所述铁水的温度升高至1520-1540℃，并在该温度下保温静置8-10min，进行脱气除渣，得到精炼铁液；
提供一铁水浇注包，并将所述铁水浇注包预热至600℃以上；
将所述包内孕育物加入至所述铁水浇注包内，然后将所述精炼铁液倒入所述铁水浇注包内；
浇注成型，在浇注时随流加入与所述铁水的质量比为0.15％的随流孕育剂，浇注时间≤12分钟，成型后即得到灰铸铁。
2.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，所述硅锶孕育剂和所述随流孕育剂中Si的质量百分含量为70％-75％、Sr的质量百分含量为0.6％-1.0％、Ca的质量百分含量≤0.1％、Al的质量百分含量≤0.5％、余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述炉内硅铁和所述孕育硅铁中Si为72-78％、Al＜0.1％、Mn＜0.5％、Cr＜0.5％、P＜0.04％、S＜0.02％、C＜0.2％，其余为铁。
4.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，所述氮化锰铁中Mn的质量百分含量为75-80％、N＜4％、C＜0.5％、Si＜3.5％、S＜0.02％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，所述硅锶孕育剂的粒度为2-7mm；
所述孕育硅铁的粒度为8-25mm；
所述稀土硅铁合金的粒度为8-25mm；
所述氮化锰铁的粒度为30-50mm。
6.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，所述随流孕育剂的粒度为0.2-0.8mm。
7.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，所述稀土硅铁合金中Si的质量百分含量为45％-55％、Re的质量百分含量为27％-32％、Al的质量百分含量≤1.5％、Ca的质量百分含量＜4％、Ti的质量百分含量＜3％、余量为Fe。
8.根据权利要求7所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，所述Re包括质量百分含量为85-90％的Ce和10-15％的La。
9.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述钼铁合金中Mo为60-65％、Si＜1.5％、S＜0.1％、P＜0.05％、C＜0.1％，余量为Fe。
10.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，所述铜合金中Cu的质量百分含量为99.9％、Pb＜0.002％、S＜0.0025％、P＜0.001、Sn＜0.001％。
11.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述铬铁合金中Cr为62-67％、C＜9.5％、Si＜3.0％、P＜0.03％、S＜0.04％，余量为Fe。
12.根据权利要求1所述的灰铸铁的生产方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述废钢中C≤0.5％、Si≤0.5％、Mn≤0.8％、P≤0.045％、S≤0.035％、Al≤0.05％、Cr≤0.6％、余量为Fe及微量元素；
以质量百分含量计，所述回炉料中C为3.65-3.9％、Si为1.7-1.95％、Mn为0.6-0.9％、P为0.016-0.023％、S为0.08-0.11％、Cu为0.2-0.5％、Cr为0.2-0.45％、Mo为0.35-0.6％、Sn为0.055-0.075％、余量为Fe及微量元素；
以质量百分含量计，所述增碳剂中固定C≥92％、挥发份≤0.1％、灰份≤5％、S≤0.5％、水分≤0.5％、N为3000-5000ppm；
以质量百分含量计，所述硫化亚铁中S为27-32％、Fe≥60％、Cr≤0.3％、Ti≤0.03％、P≤0.03％、Mn≤1％。
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