CN112899429B - 一种球化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球化剂及其制备方法，所述方法包括如下步骤：S1、提供镁屑、以及铁屑或钢屑；S2、将所述镁屑、以及铁屑或钢屑分别粉碎以得到镁粉和铁粉，其中，所述镁粉和铁粉的长度和宽度不超过10mm，厚度不超过2mm；S3、将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处理以分别得到镁屑板和铁屑板，其中，所述塑性变形的压力范围是10‑30Mpa，所述加热温度范围是25℃‑200℃；S4、将所述镁屑板和铁屑板螺接在一起以形成球化剂制品。该方法通过调整镁屑板和铁屑板的个数比来调整球化剂制品的成分，避免了由于引入其他粘合剂而带来的外来杂质的影响，Mg‑Fe基球化剂运输、储存过程中的“粉化”或易碎等不足之处，并且它生产工艺简单。

Description

一种球化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金、材料加工领域，具体涉及一种球化剂及其制备方法。

背景技术

球化剂是生产球墨铸铁过程中不可缺少的材料，球化剂质量的优劣可以直 接影响到球墨铸铁的质量，因此，合理选择制备球化剂的工艺和球化剂元素对 高质量的球墨铸铁生产非常重要。

申请号为CN201911362222.7，专利名称为《一种低镁球化剂的制备方法》 的中国专利公开了一种低Mg球化剂的制备方法，先将含有硅铁合金孕育剂的 原始球化剂前驱体浆料倒入模具中，置于管式气氛炉中，通入氩气保护，升温 两次至1600～1800℃，保温煅烧后，冷却后得到含孕育剂的原始球化剂，再将 镀锌粉均匀撒至原始球化剂上，再经过升温煅烧通过冷却脱模得到低镁球化 剂。此方法虽然解决了Mg含量过高导致球化处理不良的问题，但采用了冶金 方法工艺复杂，多次进行煅烧成本过高且不环保。

申请号为CN202010519546.3，专利名称为《一种含镧的球化剂及其制备 方法》的中国专利公开了一种含镧的球化剂，包含了质量分数为44％-50％Si， 4.5％-7.5％镁，0.5％-3％的镧，55％Al等，制备过程中采用了中频感应炉进行 熔炼，冶金过程复杂能耗高且含Si量过多，没法制备出低Si或无Si的球化剂。

由以上的两点分析可知，亟需一种含Mg的综合型中间合金，它既能低成 本、高效率地作为球化剂使用，同时该类合金还容易控制Si的含量。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种球化剂及其制备方法，以解决上述技 术问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种球化剂的制备方法，所述方法包 括如下步骤：

S1、提供镁屑、以及铁屑或钢屑；

S2、将所述镁屑、以及铁屑或钢屑分别粉碎以得到镁粉和铁粉，其中，所 述镁粉和铁粉的长度和宽度不超过10mm，厚度不超过2mm；

S3、将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热 处理以分别得到镁屑板和铁屑板，其中，所述塑性变形的压力范围是 10-30Mpa，所述加热温度范围是25℃-200℃；

S4、将所述镁屑板和铁屑板螺接在一起以形成球化剂制品。

可选的是，所述塑性变形包括轧制、挤压、锻造、或旋压。

可选的是，所述球化剂制品的形状包括：杠铃式，多边体式，瓦楞式，或 桌椅式。

可选的是，在步骤S2的所述铁粉中还添加有添加剂，其中，所述添加剂 包括：稀土元素Re。

可选的是，在步骤S2的所述铁粉中还添加有添加剂，其中，所述添加剂 还包括：Mn、Ca、Ba、Si、Ni、Ti和B。

可选的是，制备所述球化剂的原料按质量百分含量计包含：镁屑所占比例 为30％-80％，铁屑或钢屑所占比例为10-70％，稀土元素Re所占比例为 1％-10％，Ba所占比例为0.1％-5％，Ca所占比例为0.1％-7％，Si所占比例为 1％-8％，Mn所占比例为0.1％-5％，Ni所占比例为0.1％-8％，Ti所占比例为 0.1％-8％，B所占比例为0.1％-8％。

可选的是，镁屑包括：工业用镁，AZ31，AZ61，或AZ91；所述铁屑或钢 屑来源于含铁或钢的工业废料。

可选的是，所述镁屑板和铁屑板的形状均为长方体，厚度范围是2-500mm， 底面边长的范围是2-500mm；

优选的是，所述螺接包括螺栓螺母连接；

优选的是，所述球化剂制品包括多个镁屑板和多个铁屑板，通过调整镁屑 板和铁屑板的个数比来调整所述球化剂制品的成分。

本发明还提供一种球化剂，所述球化剂采用上述任一种所述的方法制备而 成。

可选的是，制备所述球化剂的原料按质量百分含量计包含：镁屑所占比例 为30％-80％，铁屑或钢屑所占比例为10-70％，稀土元素Re所占比例为 1％-10％，Ba所占比例为0.1％-5％，Ca所占比例为0.1％-7％，Si所占比例为 1％-8％，Mn所占比例为0.1％-5％，Ni所占比例为0.1％-8％，Ti所占比例为 0.1％-8％，B所占比例为0.1％-8％。

本发明实施例通过调整镁屑板和铁屑板的个数比来调整球化剂制品的成 分，使得球化效果更显著，避免了含Mg球化剂制备成本高、烧损严重的问题。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中 的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实 施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种球化剂及其制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、提供镁屑、以及铁屑或钢屑；

S2、将所述镁屑、以及铁屑或钢屑分别粉碎以得到镁粉和铁粉，其中，所 述镁粉和铁粉的长度和宽度不超过10mm，厚度不超过2mm；

S3、将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热 处理以分别得到镁屑板和铁屑板，其中，所述塑性变形的压力范围是 10-30Mpa，所述加热温度范围是25℃-200℃；

S4、将所述镁屑板和铁屑板螺接在一起以形成球化剂制品。

其中，所述塑性变形可以是常规的轧制、挤压、锻造、旋压等方式。

通过这种塑性变形方式，可以制成镁屑板和铁屑板，所述镁屑板和铁屑板 的形状均为长方体，厚度范围是2-500mm，底面边长的范围是2-500mm。然 而将所述镁屑板和铁屑板螺接在一起以形成杠铃式，多边体式，瓦楞式，或桌 椅式的球化剂制品。在一个具体的实施例中，球化剂制品包括多个镁屑板和多 个铁屑板，通过调整镁屑板和铁屑板的个数比来调整所述球化剂制品的成分。 通过改变镁屑板和铁屑板的连接数量去调节合金的比重，可以调控球化剂或球 化剂在钢水或铁水中的下沉速度、下沉距离等。

所述螺接包括螺栓螺母连接。

在一个具体的实施例中，在步骤S2还添加有添加剂，其中，所述添加剂 包括：稀土元素Re。在一个具体的实施例中，所述稀土元素Re包括镧、铈、 钕、镨等，可以以单质、中间合金形式按比例添加进去。

在一个具体的实施例中，所述添加剂还包括：Mn、Ca、Ba、Si、Ni、Ti、 B等元素。

Mg-Fe基的球化剂的成分范围：Mg原料为Mg屑，Fe原料为工业用的铁 屑(或钢屑)。按Mg-Fe基球化剂各原料质量百分含量计，选取镁屑所占比例 为30％-80％，铁屑(或钢屑)所占比例为10-70％，稀土Re所占比例为1％-10％， Ba所占比例为0.1％-5％，Ca所占比例为0.1％-7％，Si所占比例为1％-8％， Mn所占比例为0.1％-5％，Ni所占比例为0.1％-8％，Ni所占比例为0.1％-8％， Ti所占比例为0.1％-8％，B所占比例为0.1％-8％。

镁屑来源为工业用镁，AZ31，AZ61，AZ91等镁合金。

铁屑来源于含铁(或钢)的工业废料；

控制镁屑、铁屑(或钢屑)的长度和宽度不超过10mm，厚度不超过2mm。

实施例1

按各原料质量百分含量计，选取镁屑所占比例为60％，铁屑所占比例为 40％。其中，镁屑成分：纯镁；镁屑来源为工业用镁；铁屑来源于含铁工业废 料，例如铁屑或钢屑。

具体步骤包括：

①首先对Mg屑和Fe屑进行粉碎以得到镁粉和铁粉，保持碎屑的长度和 宽度为8mm，厚度为2mm；

②将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处 理以分别得到镁屑板和铁屑板，设定加工压力为20Mpa，加热温度T＝150℃， 板的形状均为长方体；

③将步骤②中压制出的镁屑板和铁屑板通过螺栓螺母这种连接方式连接 成“杠铃式”。

实施例2

按各原料质量百分含量计，选取镁屑所占比例为30％，铁屑所占比例为 70％。其中，镁屑成分：AZ31；铁屑来源于含铁工业废料，例如铁屑或钢屑。

具体步骤包括：

①首先对Mg屑和Fe屑进行粉碎，保持碎屑的长度和宽度为10mm，厚 度为2mm；

②将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处 理以分别得到镁屑板和铁屑板，设定加工压力为10Mpa，加热温度T＝100℃， 板的形状均为长方体；

③将步骤②中压制出的镁屑板和铁屑板通过螺栓螺母这种连接方式连接 成“多边体式”。

实施例3

按各原料质量百分含量计，选取镁屑所占比例为80％，铁屑所占比例为 20％。其中，镁屑成分：AZ61；铁屑来源于含铁工业废料，例如铁屑或钢屑。

具体步骤包括：

①首先对Mg屑和Fe屑进行粉碎，保持碎屑的长度和宽度为5mm，厚度 为1mm；

②将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处 理以分别得到镁屑板和铁屑板，设定加工压力为30Mpa，加热温度T＝300℃， 板的形状均为长方体；

③将步骤②中压制出的镁屑板和铁屑板通过螺栓螺母这种连接方式连接 成“瓦楞式”。

实施例4

按各原料质量百分含量计，选取镁屑所占比例为60％，铁屑所占比例为 40％。其中，镁屑成分：AZ91；铁屑来源于含铁工业废料，例如铁屑或钢屑。

具体步骤包括：

①首先对Mg屑和Fe屑进行粉碎，保持碎屑的长度和宽度为8mm，厚度 为2mm；

②将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处 理以分别得到镁屑板和铁屑板，设定加工压力为20Mpa，加热温度T＝150℃， 板的形状均为长方体；

③将步骤②中压制出的镁屑板和铁屑板通过螺栓螺母这种连接方式连接 成“桌椅式”。

实施例5

此例制备的是Mg-Fe-Re球化剂，按各原料质量百分含量计，选取镁屑所 占比例为40％，铁屑所占比例为55％，稀土元素所占比例为5％。

镁屑来源为工业用镁；铁屑来源于含铁工业废料。

所述方法包括如下步骤：

①首先对Mg屑和Fe屑进行粉碎，保持碎屑的长度和宽度为8mm，厚度 为2mm；

②然后让稀土元素(镧、铈、钕、镨)以中间合金形式按上述比例添加到 Fe屑中；

③将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处 理以分别得到镁屑板和铁屑板，设定加工压力为20Mpa，加热温度T＝150℃， 板的形状均为长方体；

④将压制出的镁屑板和铁屑板通过螺栓螺母这种连接方式连接成“杠铃 式”。

实施例6

此例制备的是Mg-Fe-Re球化剂，按各原料质量百分含量计，选取镁屑所 占比例为40％，铁屑所占比例为55％，含稀土元素的添加剂所占比例为5％。

镁屑来源为工业用镁；铁屑来源于含铁工业废料。

所述方法包括如下步骤：

①首先对Mg屑和Fe屑进行粉碎，保持碎屑的长度和宽度为8mm，厚度 为2mm；

②然后让添加剂以中间合金形式按上述比例添加到Fe屑中；其中，所述 添加剂按质量百分比包括：3％的稀土元素(镧、铈、钕、镨)，Ba所占比例为0.2％，Ca所占比例为0.1％，Si所占比例为1％，Mn所占比例为0.2％，Ni所 占比例为0.1％，Ti所占比例为0.2％，B所占比例为0.2％；

③将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处 理以分别得到镁屑板和铁屑板，设定加工压力为20Mpa，加热温度T＝150℃， 板的形状均为长方体；

④将压制出的镁屑板和铁屑板通过螺栓螺母这种连接方式连接成“杠铃 式”。

本发明的有益效果是：

①铁、镁中间合金通过塑性加工法成型，生产过程能耗低，减少了对环境 的污染，降低了加工成本，采用工业固废镁屑、铁屑为主要原料减轻了生产过 程的环保压力，是实现了环保化的中间合金。

②本发明运用的塑性加工法可以快速地调整原料配比，Mg-Fe基的球化剂 中，镁屑所占比例为30％-80％，铁屑所占比例为10-70％，并且稀土Re所占 比例为1％-10％，Ba所占比例为0.1％-5％，Ca所占比例为0.1％-7％，Si所占 比例为1％-8％，Mn所占比例为0.1％-5％，Ni所占比例为0.1％-8％，Ti所占比 例为0.1％-8％，B所占比例为0.1％-8％，通过改变这其他元素的比值可以改 变成品的密度，进而改变此合金在钢水中的下沉速度和下沉距离，操作方便， 使球化率大大提高。

③本发明中的制备方案通过改变镁屑板与铁屑板的连接数量，可以改变中 间合金的比重，从而转换和调控此合金的球化效果。

④本发明的铁、镁中间合金在生产中，在塑性变形过程的同时进行加温处 理，根据变形压力和变形温度的调节在Mg-Fe之间形成不同厚度、不同波纹形 状的金属薄膜，该类金属薄膜起到金属元素之间的粘合作用而避免了由于引入 其他粘合剂而带来的外来杂质的影响，Mg-Fe基球化剂运输、储存过程中的“粉 化”或易碎等不足之处，并且它生产工艺简单。

⑤本发明中的制备方案都可以选择将稀土元素加入到铁屑中，可以使稀土 元素在钢水或铁水中更晚释放，仅通过调节铁屑板的数量就可以调节球化效 果。

⑥本发明的铁、镁中间合金在塑型加工成型过程中适量的加入稀土元素或 其他一些微量金属元素，使此合金除球化效果以外还增加了稀土元素脱硫、造 渣、净化等作用，使中间合金的应用范围更广泛、使用效果更高。

⑦本发明的铁、镁中间合金用到的原材料多为二次利用资源，属于工业废 料范围，不仅环保，并且经济效益好，更节约了球化剂原料成本。

⑧本发明的铁、镁中间合金在制备过程中因为其塑性加工过程简单，可以 一次性制出很多成品，不仅提高了效率，还从另一方面减少了原材料的耗损， 节约了成本。

⑨Mg是应用最广的球化剂，但用冶金法很难控制Si的含量在20％以下， 而本发明提出的铁、镁中间合金的制备方法巧妙的将以上元素结合在了一起， 并且可以轻松调节Si的含量。

⑩本发明的铁、镁中间合金通过其塑性变形方式可以根据客户的需求任意 改变形状，并且一次性可以同时生产出多个产品，制备效果高、产品应用范围 广。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明， 本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变 型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种球化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、提供镁屑、以及铁屑或钢屑，还提供有添加剂，所述添加剂包括：稀土元素Re、Mn、Ca、Ba、Si、Ni、Ti和B；

S2、将所述镁屑、以及铁屑或钢屑分别粉碎以得到镁粉和铁粉，在所述铁粉中还添加有添加剂，其中，所述镁粉和铁粉的长度和宽度不超过10mm，厚度不超过2mm；

S3、将所述镁粉和铁粉分别进行塑性变形，并在塑性变形过程中进行加热处理以分别得到镁屑板和铁屑板，其中，所述塑性变形的压力范围是10-30Mpa，所述加热温度范围是100℃-200℃；

S4、将所述镁屑板和铁屑板螺接在一起以形成球化剂制品；所述球化剂制品包括多个镁屑板和多个铁屑板，将多个镁屑板和多个铁屑板螺接在一起，通过调整镁屑板和铁屑板的个数比来调整所述球化剂制品的成分；

其中，所述塑性变形包括轧制、挤压、锻造、或旋压；根据变形压力和变形温度的调节在Mg-Fe之间形成不同厚度、不同波纹形状的金属薄膜，该类金属薄膜起到金属元素之间的粘合作用而避免了由于引入其他粘合剂而带来的外来杂质的影响；

制备所述球化剂的原料按质量百分含量计包含：镁屑所占比例为30%-80%，铁屑或钢屑所占比例为10-70%，稀土元素Re所占比例为1%-10%，Ba所占比例为0.1%-5%，Ca所占比例为0.1%-7%，Si所占比例为1%-8%，Mn所占比例为0.1%-5%，Ni所占比例为0.1%-8%，Ti所占比例为0.1%-8%，B所占比例为0.1%-8%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球化剂制品的形状包括：杠铃式，多边体式，瓦楞式，或桌椅式。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，镁屑包括：工业用镁，AZ31，AZ61，或AZ91；所述铁屑或钢屑来源于含铁或钢的工业废料。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述螺接包括螺栓螺母连接。

5.一种球化剂，其特征在于，所述球化剂采用如权利要求1-4任一项所述的方法制备而成。