CN1580308A - 高效高镁合金包芯线的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效高镁合金包芯线的制作工艺，依据喂线球化技术理论，通过包芯线线径、钢带厚度及芯剂含镁量的调整来满足喂线球化处理的充分条件的高镁合金包芯线，用于球(蠕)墨铸铁的铁水处理，两种结构芯剂的成分是：Mg：＞26～65％；RE：0～25％；Ca：0～15％；Ba；0～15％；YRE：0～15％；Si：30～50％；本发明的优点是：可准确的实现对球化元素利用率、残镁量、铁水终硫量的控制，减少镁烧损，减少了烟气处理量，从而节省了资源、能源和处理站费用的投入。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种高效高镁合金包芯线的制作工艺，具体的是一种用于球墨铸铁或蠕墨铸铁进行变质处理用合金镁包芯线的一种新产品系列，属于冶金制造领域。
二、背景技术：
目前，国内外该产品的现状为：
国外普遍使用直径为Φ5、Φ7、Φ9、Φ13mm纯镁粉、硅钙粉、稀土硅铁合金粉混制的芯剂包制球化包芯线和含镁≤25％的合金镁硅基合金粉为芯剂包制的镁合金球化包芯线，通过线径的调整及芯剂内含钙量的调整来提高球化包芯线中球化元素的利用率和铁水的脱硫率及较低的铁水终硫水平；
国外因无法冶炼含镁≥25％的高镁合金而无法生产本文所述的高镁合金球化包芯线；其应用的含镁20～25％的球化包芯线采用Φ9mm和Φ13mm两种规格，钢带厚度通常采用0.35、0.4mm。通过对国外同行的调查发现，他们对喂线速度铁水高度之间的关系和喂线时间与单位时间加镁量的关系等认识上，似乎存在着一定的误区。如：Odermath介绍一种新型包芯线专利产品，其设计目的为提高镁的收率和减少处理时间。与通用包芯线芯剂(纯镁)的颗粒相比，新发明包芯线的芯剂颗粒的表面积大幅度减少，从而降低了镁的蒸汽压，延长了镁蒸汽泡与铁水的作用时间，提高了镁的利用率。
减小芯剂的表面积，可以降低球化反应时镁的蒸汽压，提高镁的收率。这在我们的镁合金球化包芯线中早已应用，是正确的。但要减少喂线时间，则必须提高喂线速度，势必增加单位时间的加镁量，造成镁蒸汽压的提高。更何况，对一定的铁水高度，只有一个最佳喂线速度—这是喂线球化技术的核心—必要条件。故该观点是错误的。
国内球化包芯线的应用较晚，通常使用的是Φ13mm且含镁＜30％的球化包芯线，钢带厚度均为0.35mm。仅据说有过生产Φ10mm且含镁≤25％的球化包芯线的尝试；
对Φ13mm的高镁球化包芯线，在目前的球化元素利用率水平上，只有当芯剂含镁量≥30％时，在低硫铁水中(S＜0.03％)时与传统冲入法球化剂相比才能体现出成本优势。包头文鑫实业有限公司是唯一能够生产芯剂含镁量≥30％的Φ13mm的高镁球化包芯线的生产厂家，且对其高镁合金(含镁≥30～65％)的生产工艺及含此芯剂的相关产品已申请专利，专利申请号为：02140811.4。
采用Si-Ca、Si-Ca-Ba和Ca-Fe线对钢水以包芯线进行炉外精炼处理在世界范围内是一个重大技术进步。因钙的气化点要比镁的气化点高的多，且处理量在几十吨至几百吨之间，只须满足喂线处理的必要条件即可得到最佳效果。而进行球化处理的铁水量一般仅为数百公斤至几吨，是一种强烈的汹涌式反应，故铸铁喂线球化处理技术要比钢水喂线精炼技术复杂得多。
针对国内外大量的应用结果和我们的研究应用效果，我们认为：要想保证喂线球化处理的最佳效果，必须在保证其必要条件的同时，还要最大程度地满足其充分条件，才能实现球化元素较高的利用率和对原铁水较高得脱硫率，这与高效环保球化剂的设计思想是相同的。
必要条件是保证球化包芯线在处理包包底反应的最佳喂线速度和如何在最短的时间内实现最佳的喂线速度，以减少包芯线在喂线过程中的烧损。我们已形成了不同处理条件的最佳喂线速度公式和满足球化喂线球化处理工艺的铸造专用喂线机。
充分条件是保证喂线球化处理有充分的时间保证，以实现球化元素较高的吸收率和对铁水适宜的脱硫率。其核心就是在保证适宜的铁水处理高度和温度的前提下，通过包芯线线径的选择、包芯线钢带厚度的选择、不同芯剂含镁量的选择、芯剂不同结构与成份的选择、芯剂表面积的控制、芯剂不同硅镁比的选择实现对单位时间内加镁量的有效控制，从而获得较低的镁蒸汽压，最大限度的提高喂线球化处理时镁的利用率和对原铁水的脱硫率，并使处理后铁水的残镁量和终硫量的控制处于受控状态——这是喂线球化处理技术的关键所在。
三、发明目的：
本发明的目的就是依据我们提出的喂线球化技术理论，通过线径、钢带厚度和包芯线芯剂的调整，对给定处理条件，实现包芯线的参数优化而提供一个高镁合金球化包芯线的产品系列。与Φ13mm线径、单一钢带厚度、不同含镁量的合金镁球化包芯线相比，具有更好的球化过程稳定性，更高的球化元素利用率和对原铁水的铁水脱硫率，对铁水的残镁量和终硫量具有更准确的可控性。在提高球化质量的前提下，实现其最佳球化成本。可有效地应用于铁水的喂线球、蠕化处理，实现在更大范围内对传统冲入法球化剂的替代。
四、发明内容：
依据喂线球化技术理论，通过包芯线线径、钢带厚度及芯剂含镁量的调整来满足喂线球化处理的充分条件的高镁合金包芯线，用于球(蠕)墨铸铁的铁水处理：
1)用于电炉低硫铁水者和用于高硫或干扰元素较高的冲天炉铁水者两种包芯线结构芯剂的最终成份范围是：Mg：＞26～65％；RE：0～25％；Ca：0～15％；Ba；0～15％；YRE：0～15％；Si：30～50％；
2)上述两种包芯线芯剂的工艺方法是
(1)采用含镁量为＞25～65％的含有稀土、钙、钡(通常成份为：RE：0～10％，Ca：0～15％，Ba；0～10％)其中一种或几种元素的硅基合金粉(0～3mm)，用不同辊径的包芯线机卷制直径为Φ5～Φ12.5mm范围内的高镁合金球化包芯线，用于低硫电炉铁水的处理；
(2)采用40～95％的上述高镁合金粉，按处理铁水含硫量和干扰元素量的高低，加入粒度为0～3mm的下述合金粉中的一种或几种：稀土硅铁合金粉0～50％，钇基重稀土合金粉0～50％，硅钙合金粉0～50％，硅钡合金粉0～50％，机械混匀后，用包芯线机包制成Φ5～Φ12mm范围内的高镁球化包芯线，用于高硫且干扰元素较高的冲天炉铁水的处理；上述两种芯剂的成份中除镁、硅为必有元素，其它元素根据铁水要求含其中的一种或多种。包芯线的直径范围为：Φ5～Φ12mm，所用钢带厚度为：0.2～1.0mm。
五、发明效果：
与通常使用的Φ13mm高镁合金包芯线相比，直径在Φ5～Φ12.5mm范围内变化时、钢带厚度适度加厚时，镁元素的利用率可由35～45％提高50％～80％，脱硫率可从30％左右提高至80％左右。
包芯线线径与钢带厚度的匹配关系见下表：
| 芯线线径mm | 包芯经线钢带厚度mm | ||||||||||||
| 0.2 | 0.23 | 0.26 | 0.28 | 0.3 | 0.35 | 0.4 | 0.45 | 0.5 | 0.65 | 0.7 | 0.75 | 0.8 | |
| Φ12 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||||
| Φ11 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||||||
| Φ10 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||||||
| Φ9 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | ||||||
| Φ8 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | |||||||
| Φ7 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | |||||||
| Φ6 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | |||||||
六、本发明的优点：
与用同一牌号及线径去适应不同的处理条件相比，可实现不同处理条件下的最佳选择，从而实现给定条件下的最佳处理效果和最佳球化成本的匹配；
通过预计算，可通过选择不同线径、不同钢带厚度、不同芯剂含镁量及不同芯剂结构的选择，可准确的实现对球化元素利用率、残镁量、铁水终硫量的控制，从而实现了对上述三个因素的过程自动化控制及最终机械性能的“视为可控”的量化结果。从而避免了残镁量范围过宽、终硫量偏差范围大所造成的对最终机械性能稳定性的影响；
减少了镁的烧损，减少了烟气处理量，从而节省了资源、能源和处理站费用的投入；
七、实施例：
分别举出在两种不同的处理条件下，采用不同包芯线的实际结果的对比，说明其对球化元素利用率、对原铁水的脱硫率及终硫水平的影响。
| 处理条件 | 包芯线参数选择 | 喂线参数选择 | 处理结果 | |||||||||
| Φmm | δmm | Mg％ | 速度m/min | 长度m | 加镁量g | 时间S | Mg残％ | S终％ | Mg利用率 | 脱硫率％ | ||
| 1 | 铁水重量：500kg处理温度：1500℃铁水含硫：0.025％ | 13 | 0.35 | 30 | 21 | 9.0 | 576.88 | 26 | 0.04 | 0.018 | 39.2 | 28 |
| 13 | 0.5 | 30 | 15 | 8.3 | 519.5 | 33.2 | 0.04 | 0.016 | 45 | 36 | ||
| 10 | 0.35 | 30 | 21 | 12 | 447.63 | 34.5 | 0.04 | 0.014 | 53.8 | 44 | ||
| 10 | 0.45 | 30 | 16.5 | 11.5 | 420.1 | 42 | 0.04 | 0.012 | 59.2 | 52 | ||
| 2 | 铁水重量：2000kg处理温度：1500℃铁水含硫：0.060％ | 13 | 0.35 | 35 | 58 | 51 | 3267 | 53 | 0.04 | 0.025 | 42.8 | 58.3 |
| 13 | 0.5 | 35 | 41.5 | 48.1 | 3010.9 | 70 | 0.04 | 0.021 | 46.0 | 65 | ||
| 10 | 0.35 | 35 | 60 | 69 | 2570.4 | 69 | 0.04 | 0.016 | 56.8 | 73.3 | ||
| 10 | 0.45 | 35 | 47 | 66.3 | 2422.8 | 84.7 | 0.04 | 0.014 | 61.5 | 76.7 | ||
要想得到较高的镁利用率(吸收+脱硫)，除了保证要使包芯线在包底反应的必要条件外，还需要保证有足够的反应时间这一充分条件—即控制单位时间内的加镁量，从而得到较低的镁蒸汽压。在1中，球化时间应控制在50～60秒视为最佳，故还应该优化。在2中，可视为最佳值。
从表中的应用数据可以看出，线径、钢带厚度及芯剂镁含量的选择对于不同处理条件是非常重要的。
Claims (3)
1.一种高效高镁合金包芯线的制作工艺，依据喂线球化技术理论，通过包芯线线径、钢带厚度及芯剂含镁量的调整来满足喂线球化处理的充分条件的高镁合金包芯线，用于球(蠕)墨铸铁的铁水处理，其特征在于：
3)用于电炉低硫铁水者和用于高硫或干扰元素较高的冲天炉铁水者两种包芯线结构芯剂的最终成份范围是：Mg：＞26～65％；RE：0～25％；Ca：0～15％；Ba；0～15％；YRE：0～15％；Si：30～50％；
4)上述两种包芯线芯剂的工艺方法是
(1)采用含镁量为＞25～65％的含有稀土、钙、钡(通常成份为：RE：0～10％，Ca：0～15％，Ba；0～10％)其中一种或几种元素的硅基合金粉(0～3mm)，用不同辊径的包芯线机卷制直径为Φ5～Φ12.5mm范围内的高镁合金球化包芯线，用于低硫电炉铁水的处理；
(2)采用40～95％的上述高镁合金粉，按处理铁水含硫量和干扰元素量的高低，加入粒度为0～3mm的下述合金粉中的一种或几种：稀土硅铁合金粉0～50％，钇基重稀土合金粉0～50％，硅钙合金粉0～50％，硅钡合金粉0～50％，机械混匀后，用包芯线机包制成Φ5～Φ12mm范围内的高镁球化包芯线，用于高硫且干扰元素较高的冲天炉铁水的处理。
2.根据权利要求1所述的一种高效高镁合金包芯线的制作工艺，其特征在于：上述两种芯剂的成份中除镁、硅为必有元素，其它元素根据铁水要求含其中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种高效高镁合金包芯线的制作工艺，其特征在于：上述两种包芯线的直径范围为：Φ5～Φ12mm，所用钢带厚度为：0.2～1.0mm。
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