CN115896384A - 一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法及装置，属于球墨铸铁球化工艺技术领域。本发明解决了现有球墨铸铁球化处理过程中球化元素的有效率低的问题。本发明在任意现有的球化处理工艺方法过程中对盛装有铁水的铁水包施加低频激振力，利用激振力和球化反应产生的两种宏观震动和铁水内部由于对流摩擦产生的声流微观震动耦合的整场混合技术，在铁水内部形成大量复杂的宏观混合和微观混合涡旋，使球化处理过程中产生的金属Mg蒸汽气泡更加细小和分散，有效的强化球化处理中铁水与球化剂的物理化学反应的传质、传热过程，反应速率得到大幅提高，继而减少球化剂的用量，提高元素的收得率。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法及装置，属于球墨铸铁球化工艺技术领域。
背景技术
球化处理是铸铁在铸造时处理合金液体的一种工艺。球化处理使得球状铸铁中的石墨呈球状，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。其综合力学性能接近于钢，因其铸造性能好，成本较低生产方便，在工业中得到了广泛应用。生产球墨铸铁时需要进行球化处理，即向铁水中加入一定量的球化剂和孕育剂，以获得细小均匀分布的球状铸铁。
球化处理工艺有多种，冲入法，钟罩法，喂丝法等等。球化剂根据所获得的基体要求有不同的球化剂。现有球化剂的主要成分是球化元素，如Mg、Ce、Ca等。在球化处理过程中，由于球化剂中的Mg、Ce、Ca是比较活泼的元素，无论是单质形态或是合金形态都会迅速气化，并同时和铁水中的S、O等元素发生激烈的氧化还原反应，其中还有大量没有来得及反应就上浮并破裂的气泡中的元素就会和空气接触并燃烧无效浪费掉了，同时还会产生大量有害烟尘，污染环境。且Mg、Ce、Ca这些元素都是不可再生的有色金属，不但价格昂贵，而且生产制造过程中也会消耗大量的能源，同时直接或间接产生大量的碳排放。
因此提供一种能够提高球化元素的有效率，在减少生产这些球化剂的成本的同时，大量减少浪费和碳排放是具有非常重大意义的。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法及装置。
本发明的技术方案如下：
一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法，该方法为在球墨铸铁球化过程中对铁水包施加低频激振力，所述的低频激振力的频率范围为1Hz～100Hz，激振力产生的激振加速度范围为1g～100g。
进一步限定，低频激振力施加在铁水包的水平方向、竖直方向中一种或两种组合。
进一步限定，球墨铸铁球化过程为采用表面添加法、冲入法、柱塞法、压力添加法或喂丝球化法进行球墨铸铁球化过程。
进一步限定，低频激振力用于蠕墨铸铁的蠕化处理、铸钢加铝脱氧处理以及其他需要向高温金属液体中加入低沸点活泼添加剂的冶金铸造处理工艺中。
上述利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的装置，包括铁水包1、激振器2、振动台3和弹簧4，所述的振动台3的上表面四周设有多个激振器2，振动台3中间位置开有通孔，铁水包1套装在该通孔内，所述的振动台3下表面与多个弹簧4的一端固定连接，弹簧4的另一端固定在地面上。
进一步限定，多个激振器2对称设置在振动台3的上表面。
进一步限定，激振器2为惯性激振器或电磁激振器。
进一步限定，弹簧4为拉簧、压簧中一种或两种组合。
进一步限定，上述装置还可用于蠕墨铸铁的蠕化处理、铸钢加铝脱氧处理以及其他需要向高温金属液体中加入低沸点活泼添加剂的冶金铸造工艺环节。
本发明具有以下有益效果：
本发明在任意现有的球化处理工艺方法过程中对盛装有铁水的铁水包施加低频激振力，利用激振力和球化反应产生的两种宏观震动和铁水内部由于对流摩擦产生的声流微观震动耦合的整场混合技术，在铁水内部形成大量复杂的宏观混合和微观混合涡旋，这种混合涡旋的复杂程度比单纯由球化剂与铁水反应产生的涡旋高出很多，由于涡旋的强烈作用，球化处理过程中产生的金属Mg蒸汽气泡也比仅用传统球化方法时更加细小和分散，Mg蒸汽气泡的比表面积更大，气泡旋转的更迅速，运动方向更杂乱，可非常有效的强化球化处理中铁水与球化剂的物理化学反应的传质、传热过程，反应速率得到大幅提高，可达到传统工艺反应速度的2～10倍甚至更高，从而单位时间内的反应收率也得到大幅提升，大幅降低了球化剂的浪费和烟尘排放。
本发明提供的方法适用不同的铁水温度、铁水成分、铁水重量、铁水包大小形状以及不同球化剂成分和球化工艺方法。且相对传统球化方法可以节省球化剂用量10％～40％，关键元素Mg的收得率可提高5％～30％。
综上本申请提供的球化方法具有减少球化剂的用量，提高元素的收得率，节约成本，减少烟尘排放和成本浪费。
此外，本发明提供的方法还可用于蠕墨铸铁的蠕化处理、铸钢加铝脱氧处理以及其他需要向高温金属液体中加入低沸点活泼添加剂的冶金铸造工艺环节。
附图说明
图1为利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的装置结构示意图；
图2为实施例1利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的示意图；
图3为对比例1未利用低频激振力促进的墨铸铁球化处理过程中铁水包内状态示意图，其中a)为镁蒸气气泡示意图，b)为混合涡旋示意图；
图4为实施例1利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理过程中铁水包内状态示意图，其中a)为镁蒸气气泡示意图，b)为混合涡旋示意图；
图5为实施例1利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理获得的试样的金相图；
图6为对比例1未利用低频激振力促进的墨铸铁球化处理获得的试样的金相图；
图7为对比例2未利用低频激振力促进的墨铸铁球化处理获得的试样的金相图；
图中1-铁水包，2-激振器，3-振动台，4-弹簧，5-球化包芯线。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
(1)如图1所示，将铁水包1套装在振动台3上，振动台3下表面与多个弹簧4的一端固定连接，弹簧4的另一端固定在地面上，振动台3的上表面四周设有多个激振器2；
(2)如图2所示，将调好温度的铁水(铁水温度为1560℃)注入铁水包1中，采用包芯线喂线球化法进行球化处理，球化处理铁水量为1吨，铁水深度1.2m，喂丝速度 25m/min，喂入20Mg球化包芯线27米，其中20Mg球化包芯线为哈尔滨科德威冶金股份有限公司生产的20Mg混合球化包芯线，线径
每米粉重135g，铁皮厚度0.4mm，芯粉主要成分为Mg20％，Si45％，Ca2％，La1.5％其余为Fe。
(3)在喂线球化处理过程中采用激振器2对铁水包1数施加激振力，震动频率为40Hz，激振力对铁水包产生的加速度为50g；
(4)将上述球化处理铁水进行浇注得到球墨铸铁。
对本实施例获得的球墨铸铁进行金相表征及光谱分析，结果如图5所示，球化等级为 2级，石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率90％到小于95％，残Mg0.044％，Mg的收得率为60％，铸件球化质量合格。
对比例1：
(1)将调好温度的铁水(铁水温度为1560℃)注入铁水包1中，采用包芯线喂线球化法进行球化处理，球化处理铁水量为1吨，铁水深度1.2m，喂丝速度25m/min，喂入20Mg球化包芯线27米，其中20Mg球化包芯线为哈尔滨科德威冶金股份有限公司生产的20Mg混合球化包芯线，线径
每米粉重135g，铁皮厚度0.4mm，芯粉主要成分为Mg20％，Si45％，Ca2％，La1.5％其余为Fe。
(2)将上述球化处理铁水进行浇注得到球墨铸铁。
对本对比例获得的球墨铸铁进行金相表征及光谱分析，结果如图6所示，球化等级为 5级，石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状、球化率60％到小于70％，残Mg0.033％，Mg的收得率为45％，铸件球化质量不合格。
对比例2：
(1)将调好温度的铁水(铁水温度为1560℃)注入铁水包1中，采用包芯线喂线球化法进行球化处理，球化处理铁水量为1吨，铁水深度1.2m，喂丝速度25m/min，喂入 20Mg球化包芯线34米，其中20Mg球化包芯线为哈尔滨科德威冶金股份有限公司生产的20Mg混合球化包芯线，线径
每米粉重135g，铁皮厚度0.4mm，芯粉主要成分为Mg20％，Si45％，Ca2％，La1.5％其余为Fe。
(2)将上述球化处理铁水进行浇注得到球墨铸铁。
对本对比例获得的球墨铸铁进行金相表征及光谱分析，结果如图7所示，结果表明：球化等级为2级，球化率为90％到小于95％，残Mg0.046％，Mg的收得率为50％。
对比实施例1与本对比例可知，两者球化率等级、球化率与实施例相当，由此可以证明，本发明提供的采用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法相比传统方法节省至少20％的球化剂用量，可大幅提升球化过程中关键元素Mg的收得率。
这主要是由于：在对比例1以及对比例2中未对铁水包1施加激振力时，球化过程铁水包内铁水状态如图3所示；而在实施例1中对铁水包1施加激振力时，球化过程铁水包内铁水状态如图4所示，当对对铁水包施加低频激振力时，激振力和球化反应产生的两种宏观震动和铁水内部由于对流摩擦产生的声流微观震动耦合的整场混合技术，在铁水内部形成大量复杂的宏观混合和微观混合涡旋，这种混合涡旋的复杂程度比图3中单纯由球化剂与铁水反应产生的涡旋高出很多，由于涡旋的强烈作用，球化处理过程中产生的金属 Mg蒸汽气泡也比仅用传统球化方法时更加细小和分散，Mg蒸汽气泡的比表面积更大，气泡旋转的更迅速，运动方向更杂乱，可非常有效的强化球化处理中铁水与球化剂的物理化学反应的传质、传热过程，反应速率得到大幅提高，可达到传统工艺反应速度的2～10 倍甚至更高，从而单位时间内的反应收率也得到大幅提升，进而提高关键元素Mg的收得率，这也是在减少球化剂用量的前提下，可以达到相当的效果的原因。
Claims (10)
1.一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法，其特征在于，该方法为在球墨铸铁球化过程中对铁水包施加低频激振力，所述的低频激振力的频率范围为1Hz～100Hz，激振力产生的激振加速度范围为1g～100g。
2.根据权利要求1所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法，其特征在于，所述的低频激振力施加在铁水包的水平方向、竖直方向中一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法，其特征在于，所述的低频激振力由电磁激振器或惯性激振器与弹簧配合产生。
4.根据权利要求1所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法，其特征在于，所述的球墨铸铁球化过程为采用表面添加法、冲入法、柱塞法、压力添加法或喂丝球化法进行球墨铸铁球化过程。
5.根据权利要求1所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的方法，其特征在于，所述的低频激振力用于蠕墨铸铁的蠕化处理、铸钢加铝脱氧处理以及需要向高温金属液体中加入低沸点活泼添加剂的冶金铸造处理工艺中。
6.一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的装置，其特征在于，包括铁水包1、激振器2、振动台3和弹簧4，所述的振动台3的上表面四周设有多个激振器2，振动台3中间位置开有通孔，铁水包1套装在该通孔内，所述的振动台3下表面与多个弹簧4的一端固定连接，弹簧4的另一端固定在地面上。
7.根据权利要求6所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的装置，其特征在于，所述的多个激振器2对称设置在振动台3的上表面。
8.根据权利要求6所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的装置，其特征在于，所述的激振器2为惯性激振器或电磁激振器。
9.根据权利要求6所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的装置，其特征在于，所述的弹簧4为拉簧、压簧中一种或两种组合。
10.根据权利要求6所述的一种利用低频激振力促进球墨铸铁球化处理的装置，其特征在于，用于蠕墨铸铁的蠕化处理、铸钢加铝脱氧处理以及需要向高温金属液体中加入低沸点活泼添加剂的冶金铸造处理工艺中。
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