CN112439881A - 一种低硅孕育剂及其制备方法 - Google Patents

一种低硅孕育剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低硅孕育剂，包括以下原料：生铁、硅铁、金属；所述生铁和所述硅铁的含硅量为30～60wt％，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种，所述金属的含量为0.2～12wt％，余量为铁。本发明将孕育剂的含硅量控制在30～60wt％且通过引入其他微量金属元素，用作铁水孕育处理的孕育剂，孕育效果与传统孕育剂相当，由于硅低，原铁水中硅就可以适当提高，意味着可以大量使用回炉料和铁屑。

Description

一种低硅孕育剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及铸造铸铁技术领域，尤其涉及一种低硅孕育剂及其制备方法。
背景技术
目前，世界经济竞争日趋激烈，铸造厂降成本的压力越来越大，一方面铸造原材料中优质生铁和废钢价格日益上涨，而为了降成本使用劣质原材料得不偿失，另一方面铸造厂自身产生的回炉料和铁屑成分已经达到铸件要求，孕育剂中硅含量较高约70％左右，孕育后容易造成硅超标的现象，为了保证成分合格，因此回炉料和铁屑用量受到限制，成本不易降低。
因此，在铁水含硅量较高的情况下无法大量使用回炉料和铁屑，无法实现回炉料和铁屑的再利用，也无法降低成本。在此基础上，亟需提供一种低硅孕育剂，以增加回炉料和铁屑的使用量。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种低硅孕育剂，本申请提供的低硅孕育剂具有硅含量低、熔点低更易熔化的特点，更适用于原铁水硅较高、铁水温度较低的工况。
有鉴于此，本申请提供了一种低硅孕育剂，包括以下原料：生铁、硅铁、金属；所述生铁和所述硅铁的含硅量为30～60wt％，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种，所述金属的含量为0.2～12wt％，余量为铁。
优选的，所述低硅孕育剂的粒度为0.1～1.0mm。
优选的，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的两种或五种。
优选的，所述低硅孕育剂的成分具体为：Si 30～60wt％，Ca 0.5～2wt％、Al 0.5～2.0wt％、Ba 0.5～3.0wt％、Fe余量。
优选的，所述低硅孕育剂的成分具体为：Si 30～60wt％，Ca 0.5～2wt％、Al 0.5～2.0wt％、Sr 0.5～3.0wt％、Fe余量。
优选的，所述低硅孕育剂的成分具体为：Si 30～60wt％，Al 0.5～2.0wt％、Sr0.5～3.0wt％、Zr 0.5～3.0wt％、Fe余量。
本申请还提供了所述的低硅孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
将生铁和硅铁熔化，得到熔液，在所述熔液中加入钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种进行熔炼，再冷却凝固，破碎后得到低硅孕育剂。
优选的，所述低硅孕育剂的粒度为0.1～1.0mm。
本申请提供了一种低硅孕育剂，其包括以下原料：生铁、硅铁、金属；所述生铁和所述硅铁的含硅量为30～60wt％，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种，所述金属的含量为0.2～12wt％，余量为铁。本申请将生铁和硅铁中的硅含量控制在30～60％，并加入钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种，上述金属元素会与氮、氧反应，形成高熔点的化合物，成为石墨结晶的核心，且在铁液中可形成局部的富硅微区，有利于石墨的析出，因此，本申请提供的孕育剂在降低硅含量的基础上保证了孕育效果，且可增加回炉料和铁屑的使用量，降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的孕育剂在孕育量0.2％，1429℃，孕育后19s后的液面状态以及对应的石墨形貌；
图2为传统孕育剂在孕育量0.2％，1419℃，孕育后21s后的液面状态以及对应的石墨形貌；
图3为本实施例1制备的孕育剂在孕育量0.4％，1418℃，孕育后22s后的液面状态以及对应的石墨形貌；
图4为传统孕育剂在孕育量0.4％，1470℃，孕育后24s后的液面状态以及对应的石墨形貌。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
在铁液中，铝和钙会与氧、氮反应，形成高熔点的化合物，成为石墨结晶的核心；而且，加入孕育剂后铁液中可形成局部的富硅微区，有利于石墨析出。本发明所述孕育剂由于硅更低而加入其它元素，使用量不变的情况下，铁液中的形核质点不会减少，所以孕育效果与传统孕育剂相当。具体的，本发明实施例公开了一种低硅孕育剂，包括以下原料：生铁、硅铁、金属；所述生铁和所述硅铁的含硅量为30～60wt％，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种，所述金属的含量为0.2～12wt％，余量为铁。
本申请提供的孕育剂，首先控制生铁和硅铁中硅的含量为30～60wt％，在具体实施例中，所述硅的含量可以为31～58wt％，更具体地，所述硅的含量为40～50wt％。本申请中硅的含量过低则会造成产品破碎困难，无法破碎至使用粒度0.2～0.8mm。
在降低生铁和硅铁中硅含量的情况下，本申请需要加入微量的合金元素，以成为石墨结晶的核心，保证孕育效果。在本申请中，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种，所述金属的含量为0.2～12wt％，更具体地，所述金属的含量为2.5～10wt％，更具体地，所述金属的含量为3.5～8.0wt％。所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的两种或五种，在具体实施例中，所述金属元素上述金属元素中的三种。
具体的，孕育剂中的钙不能过高，由于其孕育作用很强，但密度远低于铁液，易于飘浮而影响其与铁液的作用，孕育作用衰退快，否则会在成渣量过大，不但会造成扒渣量大而且影响孕育效果。铝含量不能太高，铁液中的铝含量过高，球铁中超过200ppm、灰铁中超过100ppm的铝，就可能导致铸件产生氢气孔。锶、硅、铁消除白口的能力很强，特别有利于改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，使不同厚度处组织的差别更小，过冷组织只见于铸件的表层，锶含量过高则不能充分发挥其作用。含钡硅铁也具有很强的促进石墨化的能力，可改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，而且还有减缓孕育衰退的作用，但加入过多的钡会使基体组织中铁素体含量增多，导致铸铁的强度降低。锆有脱氧作用，有利于提高铁液的流动性，能减轻铸铁的白口倾向，促成均匀、细小的A型石墨，而且还有减缓孕育衰退的作用。
在具体实施例中，所述孕育剂的具体成分为：Si 30～60wt％，Ca 0.5～2wt％、Al0.5～2.0wt％、Ba 0.5～3.0wt％、Fe余量；或，Si 30～60wt％，Ca 0.5～2wt％、Al 0.5～2.0wt％、Sr 0.5～3.0wt％、Fe余量；或，Si 30～60wt％，Al 0.5～2.0wt％、Sr 0.5～3.0wt％、Zr 0.5～3.0wt％、Fe余量。
本申请还提供了所述的低硅孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
将生铁和硅铁熔化，得到熔液，在所述熔液中加入钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种进行熔炼，再冷却凝固，破碎后得到低硅孕育剂。
本发明将孕育剂的含硅量控制在30～60％且通过引入其他微量金属元素，用作铁水孕育处理的孕育剂，孕育效果与传统孕育剂相当，由于硅低，原铁水中硅就可以适当提高，意味着可以大量使用回炉料和铁屑。本发明所述孕育剂与传统孕育剂相比：具有硅低、熔点低更容易熔化的特点，更适用于原铁水硅较高、铁水温度较低的情况。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的低硅孕育剂进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
配料：将生铁和硅铁通过计算，含硅量控制在约30～60％。
熔化及加料：将上述材料投炉成熔液，加入相应钙、铝、钡、锶、锆等的一种或多种合金进行熔炼，按要求控制相应合金元素约0.2～12％，熔炼均匀后缓慢倒出冷却凝固，待彻底冷却后，按照使用要求破碎成相应粒度即可。
实施例1
按上述方式生产一种孕育剂成分为：Si 58.59wt％，Ba 1.15wt％，Ca 1.24wt％，Al 1.11wt％，余量Fe；粒度0.2～0.8mm，在某工厂试用，孕育效果良好(如图1～图4所示)，且在生产过程中回炉料和铁屑使用量增加15％。
图1为本实施例制备的孕育剂在孕育量0.2％，1429℃，孕育后19s后的液面状态以及对应的石墨形貌；图2为传统孕育剂在孕育量0.2％，1419℃，孕育后21s后的液面状态以及对应的石墨形貌；图3为本实施例制备的孕育剂在孕育量0.4％，1418℃，孕育后22s后的液面状态以及对应的石墨形貌；图4为传统孕育剂在孕育量0.4％，1470℃，孕育后24s后的液面状态以及对应的石墨形貌；由图可知，硅的降低可以降低孕育剂的熔点，对于孕育剂的熔化效果有一定的提升，对于石墨形态也有一定改善(石墨数量有所减少、分布更均匀)。
实施例2
按上述方式生产一种孕育剂成分为：Si 42.62wt％，Sr 1.24wt％，Ca 1.15wt％，Al 1.07wt％，余量Fe；粒度0.2～0.8mm，在某工厂试用，效果良好(如表1所示)，且在生产过程中回炉料和铁屑使用量增加20％。
实施例3
按上述方式生产一种孕育剂成分为：Si 31.27wt％，Sr 0.93wt％，Zr 1.02wt％，Al 0.45wt％，余量Fe；粒度0.2～0.8mm，在某工厂试用，效果良好(如表1所示)，且在生产过程中回炉料和铁屑使用量增加30％。
采用万能材料试验机WDW-300，按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》的标准检测，检测实施例1～3制备的孕育剂和传统孕育剂的孕育效果，结果如表1所示：
表1实施例1～3制备的孕育剂和传统孕育剂的孕育效果数据表
Figure BDA0002764900760000061
注：以上所述传统孕育剂具体为：Si 72.23wt％，Sr 1.33wt％，Ca 1.21wt％，Al1.12wt％，余量Fe；粒度0.2～0.8mm。
本发明所述孕育剂由于硅更低而其它元素不变，使用量不变的情况下，铁液中的形核质点不会减少，所以孕育效果与传统孕育剂相当，对铸铁的性能不会有影响。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种低硅孕育剂，包括以下原料：生铁、硅铁、金属；所述生铁和所述硅铁的含硅量为30～60wt％，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种，所述金属的含量为0.2～12wt％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的低硅孕育剂，其特征在于，所述低硅孕育剂的粒度为0.1～1.0mm。
3.根据权利要求1所述的低硅孕育剂，其特征在于，所述金属选自钙、铝、钡、锶和锆中的两种或五种。
4.根据权利要求1所述的低硅孕育剂，其特征在于，所述低硅孕育剂的成分具体为：Si30～60wt％，Ca 0.5～2wt％、Al 0.5～2.0wt％、Ba 0.5～3.0wt％、Fe余量。
5.根据权利要求1所述的低硅孕育剂，其特征在于，所述低硅孕育剂的成分具体为：Si30～60wt％，Ca 0.5～2wt％、Al 0.5～2.0wt％、Sr 0.5～3.0wt％、Fe余量。
6.根据权利要求1所述的低硅孕育剂，其特征在于，所述低硅孕育剂的成分具体为：Si30～60wt％，Al 0.5～2.0wt％、Sr 0.5～3.0wt％、Zr 0.5～3.0wt％、Fe余量。
7.权利要求1所述的低硅孕育剂的制备方法，包括以下步骤：
将生铁和硅铁熔化，得到熔液，在所述熔液中加入钙、铝、钡、锶和锆中的一种或多种进行熔炼，再冷却凝固，破碎后得到低硅孕育剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述低硅孕育剂的粒度为0.1～1.0mm。
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