CN112322821A - 全废钢生产高强韧性qt600-10球墨铸铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全废钢生产高强韧性QT600‑10球墨铸铁的方法，涉及高性能金属材料铸造技术领域，步骤为：(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。本发明采用的方法中，原材料废钢占比超过75％wt，且无须加入生铁等在传统方法中必须用到的原材料，能够提高产量巨大的废钢的利用率，在降低生产成本的同时，还能达到平衡社会资源的目的，对于钢铁铸造产业的整体资源均衡来说，本发明提供的方法具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及高性能金属材料铸造技术领域，具体涉及一种全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法。
背景技术
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。
废钢，指的是钢铁厂生产过程中不成为产品的钢铁废料(如切边、切头等)以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，成分为钢的叫废钢；成分为生铁的叫废铁，统称废钢。目前世界每年产生的废钢总量为3-4亿吨，约占钢总产量的45-50％，其中85-90％用作炼钢原料，仅有10-15％用于铸造、炼铁和再生钢材。
目前公开的生产生高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，原材料中均须大量生铁等，而废钢在原材料中的占比通常不超过70％wt，在有些方法中，甚至废钢使用仅占主要原材料的10％wt，这不仅导致球墨铸铁整体的生产成本增加，还会由于主要原材料种类过多(通常三种以上)导致对生产工艺的要求更加严格，同时产量巨大的废钢不能得到充分利用，导致社会可再生资源的不均衡利用，不利于环保和可持续发展。
另外，现有公开的生产球磨铸铁的方法，产品球墨铸铁随着原材料的不同，性能波动非常大，有些方法生产的产品性能甚至会受到不同批次原材料的影响，可见，现有方法生产球墨铸铁不能保证相同工艺下生产性能稳定的大批量球墨铸铁，这对相应技术的大范围应用是存在负面影响的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种新的，原材料无需加入生铁的，主要利用废钢生产QT600-10球墨铸铁的方法，方案如下：
一种全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
优选地，步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢93-97份、、人造石墨2-3份。
优选地，步骤(1)所述原材料还可以包括回炉料，质量份数为24-29份。
优选地，步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；其中：Tg为1200-1320℃，Ts为1330-1590℃。
进一步优选地，步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；则：Tg＝TsMg/Mz；其中，Mz为人造石墨、废钢的质量之和，Mg为废钢的质量，Ts为1330-1590℃。
优选地，步骤(1)所述熔炼，当原材料中还包括回炉料时，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；其中Th为1150-1220℃，Tg1为1200-1320℃，Ts1为1330-1590℃。
进一步优选地，步骤(1)所述熔炼，当原材料中还包括回炉料时，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；则：Th＝1.21Ts1Mg1/Mz Ts1，Tg1＝Ts1(Mg1+Mh1)/Mz，其中，Ts1为1330-1590℃，Mg1为废钢质量，Mh1为回炉料质量，Mz为人造石墨、废钢、回炉料的质量之和。
优选地，步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.5-0.9％wt。
优选地，步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
优选地，步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8或FeSiMg5RE1球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.3-1.6％wt。
优选地，步骤(2)所述球化处理的温度为1460-1500℃，时间为40-65s。
有益效果
本发明的有益效果在于：
本发明采用分步按特定顺序加入熔炼所需原材料、分步按特定温度梯度加热熔炼原材料的方法，使原材料中各元素的保留、损耗达到最适宜用于生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的状态，这些温度梯度是通过特定算法规定的，这是现有公开的技术中未见报道的，并且通过这些特定算法规定的步骤来进行石墨铸铁，所得产品的强度和韧性均见提高，之关键的是，由于废钢原材料购入批次不同，其中所包含的各种元素含量其实是存在差距的，通过本发明提供的算法规定的步骤和温度梯度进行熔炼生产球墨铸铁，可以最大限度地消除这些差距对成品性能造成的波动，采用不同批次原材料也能够生产出性能稳定的高强韧性QT600-10球墨铸铁。同时，本发明采用的简单原材料配方(主要原材料仅为废钢，或在废钢中掺杂少量回炉料)也有利于实现上述目的。
本发明采用的原料配方中，废钢占比超过75％wt，且无须加入生铁等其他传统方法中必须的原材料，能够提高产量巨大的废钢的利用率，在降低生产成本的同时，还能达到平衡社会资源的目的，对于钢铁铸造产业的整体资源均衡来说，本发明提供的方法具有广泛的应用前景。
本发明采用的孕育步骤相对于某些需要三步孕育的方法更为简单，容易操作，降低了生产成本。
本发明对熔炼的最高温度要求范围较宽松，企业可根据自身设备条件及生产成本预算调整工艺中各个步骤的温度参数，应用范围更广，也减少了企业更新或维护设备的成本。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。
实施例1全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；其中：Tg为1320℃，Ts为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
实施例2全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；则：Tg＝TsMg/Mz；其中，Mz为人造石墨、废钢的质量之和，Mg为废钢的质量，Ts为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
本实施例与实施例1相比，采用特殊算法规定了熔炼过程中的各阶段温度参数，采用这样的温度参数关系，使得所得铁水中流失和保留的元素比例关系更加合理化，也更加稳定，最终产品的性能也相对更加稳定，经多次重复试验，采用不同批次的原材料对成品的性能影响几乎可以忽略。
实施例3全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还可以包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；其中Th为1220℃，Tg1为1320℃，Ts1为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
对比例2全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还可以包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述原材料还包括生铁，质量份数为30份。
步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢和生铁，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；其中Th为1220℃，Tg1为1320℃，Ts1为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
实施例4全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还可以包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；则：Th＝1.21Ts1Mg1/Mz Ts1，Tg1＝Ts1(Mg1+Mh1)/Mz，其中，Ts1为1490℃，Mg1为废钢质量，Mh1为回炉料质量，Mz为人造石墨、废钢、回炉料的质量之和。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
对比例2全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢95份、人造石墨2份。
步骤(1)所述原材料还可以包括回炉料，质量份数为25份。
步骤(1)所述熔炼，一步加入所有原材料，熔炼出铁水温度为1490℃。
步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.9％wt。
步骤(3)中浇注温度为1300-1400℃。
步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.5％wt。
步骤(2)所述球化处理的温度为1490℃，时间为50s。
对以上全部实施例及对比例所得产品球墨铸铁进行性能检测：
每个实施例及对比例均采用不同批次的原材料进行三次平行试验，就组内平行试验所得产品的性能性对比来说，实施例2、4、对比例1所得产品稳定性最好，组内平行试验组之间产品性能无明显差异，产品性能不受原材料批次影响，可实现长期稳定生产；实施例1、3次之，对比例2平行试验产品性能差异最为明显，甚至出现一组产品强度小禹600MPa的情况，可见，采用本发明提供的分阶段熔炼的方法，能够稳定铁水成分和产品性能，尤其是采用本发明提供的特殊算法规定的分阶段熔炼各个阶段温度关系，能够得到最为稳定、适用于大规模长期生产的企业使用。
以下所述对比用的数据均为每个实施例或对比例的三组平行试验所得结果的平均值：就拉伸强度而言，实施例1-4分别为607MPa、619MPa、610MPa、619MPa，对比例1为608MPa，对比例2为602MPa，从拉伸强度数据可以看出：实施例2高于实施例1，实施例4高于实施例3，可见采用本发明提供的特定算法规定了熔炼温度关系后，对产品的拉伸强度起到显著的提升作用；实施例3与实施例1基本相同，实施例4与实施例2相同，可见，原材料中加入回炉料与否，对产品性能不起到显著作用；对比例1与实施例3基本相同，可见，本发明提供的方法，对原材料的要求非常宽松，可以实现全废钢生产产品，企业选取原材料的自由度非常高，可根据市场价格进行选择，可有效降低成本；对比例2采用一步熔炼，产品性能最低，且最不稳定，其中一组平行试验产品拉伸强度为593MPa，为不合格产品，可见，若要求采用不包括生铁或采用全废钢生产球墨铸铁，必然要求配合本发明的其他技术才能实现产品性能可控，若采用传统方法，则不可能实现采用全废钢生产球墨铸铁。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)熔炼：取原材料熔炼成铁水；
(2)球化：在球化包底部放入球化剂，采用冲入法进行球化处理；
(3)孕育和浇注：在浇包底部放入孕育剂，采用倒包法进行孕育处理；
步骤(1)所述原材料包括废钢、人造石墨。
2.根据权利要求1所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述原材料，按质量百分比包括废钢93-97份、人造石墨2-3份。
3.根据权利要求2所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述原材料还包括回炉料，质量份数为24-29份。
4.根据权利要求2所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；其中：Tg为1200-1320℃，Ts为1330-1590℃。
5.根据权利要求2所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述熔炼，先加入废钢，升温至Tg，再加入人造石墨，继续升温至Ts；则：Tg＝TsMg/Mz；其中，Mz为人造石墨、废钢的质量之和，Mg为废钢的质量，Ts为1330-1590℃。
6.根据权利要求3所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；其中Th为1150-1220℃，Tg1为1200-1320℃，Ts1为1330-1590℃。
7.根据权利要求3所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(1)所述熔炼，先加入回炉料，升温至Th，再加入废钢，继续升温至Tg1，最后加入人造石墨，继续升温至Ts1；则：Th＝1.21Ts1Mg1/MzTs1，Tg1＝Ts1(Mg1+Mh1)/Mz，其中，Ts1为1330-1590℃，Mg1为废钢质量，Mh1为回炉料质量，Mz为人造石墨、废钢、回炉料的质量之和。
8.根据权利要求1所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(3)所述孕育剂为FeSi75孕育剂，粒度为3-12mm，孕育剂使用量为铁水质量的0.5-0.9％wt。
9.根据权利要求1所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(2)所述球化剂为FeSiRE3Mg8或FeSiMg5RE1球化剂，粒度为5-40mm，球化剂使用量为铁水质量的1.3-1.6％wt。
10.根据权利要求1所述的全废钢生产高强韧性QT600-10球墨铸铁的方法，其特征在于：步骤(2)所述球化处理的温度为1460-1500℃，时间为40-65s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210205 |