CN203526532U - 球墨铸铁的球化处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及球墨铸铁的球化处理装置。将熔制好的含Mg≤20％、含Si≤70％和含RE≤3％的整体稀土镁硅铁球化剂放入到球化包中砌筑的球化反应室内进行的冲入包内法的球化处理，其球化剂加入量仅为被处理铁水重量的0.4～0.8％，控制球化反应的时间精确，在球化处理过程及浇注过程铁水降温少，球化处理后Mg、RE和Si的吸收率高，其球化剂的加入量仅为传统工艺加入量的三分之一，球化处理费用可以降低50％；改善了球化剂制作过程及使用过程的生产环境并提高了产品质量。与稀土元素RE含量在2～8％的传统稀土镁硅铁球化剂比较，采用本装置进行球化处理实现了稀土元素RE的用量降低50～75％。

Description

球墨铸铁的球化处理装置

技术领域

本实用新型是关于生产球墨铸铁的球化处理装置，更具体地说是将球化剂放入球化包中砌筑的球化反应室内进行的冲入包内法的球化处理。 

背景技术

在生产球墨铸铁件的企业中广泛采用稀土镁硅铁合金作为球化剂。稀土镁硅铁合金球化剂是目前国内外用量最大的球化剂，但是在其传统的生产过程中能耗高，熔损大，环境污染严重，传统球化剂由于镁的吸收率低，其加入量较大。长期以来，国内外的技术人员对冲入包内法球化处理工艺技术及稀土镁硅铁球化剂的生产工艺进行了不懈的努力研究。 

目前，在以稀土镁硅铁为球化剂采用冲入包内法球化处理的生产工艺，当出铁温度在1480℃以上，球化处理包在连续使用的红热包状态下，Mg含量在≥8％时，球化反应状况随温度的升高而加剧，出现强烈的镁光、甚至造成铁水飞溅，结果是有效元素Mg及RE的吸收率降低，造成经过球化处理的铁水后期衰退，球化级别下降。传统的解决办法是①在熔炼球化剂时加入一定量的SiCa合金提高含Ca量来缓解其爆发反应，增加SiCa合金无疑使生产成本增加并在球化反应结束后产生的渣易留存在铁水中。②将球化剂中的Mg含量控制在8％左右或≤8％来缓解反应。③在稀土镁硅铁球化剂投入铁水包的堤坝内，在其上覆盖生铁屑并打实，也有在包内加入浇冒口、碎铁块降低包内铁水反应温度。④在包内投入球化剂及孕育硅铁后，在其上覆盖珍珠岩聚渣剂或在其上覆盖铁板。上述措施虽然对控制镁合金反应的剧烈状况有效果，但是反应结束，铁水降温较大，铁水表面浮渣多，球化反应的稳定性受铁水温度的影响而变化，有效元素Mg、RE和Si的吸收率波动范围大；对于冲天炉熔炼的高温铁水在球化前的原铁水含硫量偏高时，只有采取提高球化剂的加入量并增加球化剂中RE及Ca的含量，而目前在高温处理状况下将球化剂中Mg的含量再增加是很有限的。 

申请人在2013年3月4日申请了中国发明专利公布号CN103146870A名称为“球墨铸铁球化处理方法”和中国发明专利公布号CN103146986A名称为“球墨铸铁低硅球化剂及其应用”的两项专利申请，利用在球化包中修筑的球化反应室，将整体稀土镁硅铁球化剂或低硅球化剂放入到球化反应室中，依靠楔形砖及扁钢封闭球化反应室的加料口，整体稀土镁硅铁球化剂被限制在球化包的反应室中，球化反应时产生的镁蒸气由预留的下反应口、中反应缝隙、上反应缝隙向外扩散，解决了整体稀土镁硅铁球化剂熔损后移动上浮的问题，解决了冲入包内法球化处理时反应剧烈铁水飞溅、有效元素吸收率低的问题；当被处理铁水的化学成分及被处理铁水重量变化时，可随时调整球化剂的加入量。其不足之处是在生产现场的球化剂加料以及封闭加料口的操作工序较繁琐，当反应室加料口处挂渣后影响后续的操作，不适台用于大批量的连续生产。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种球墨铸铁球化处理装置，是将球化剂放入到球化包中砌筑的球化反应室内进行的冲入包内法的球化处理方法，解决了冲入包内法球化处理时反应剧烈、有效元素吸收率低的问题，精确控制球化反应时间，提高产品质量、降低生产成本，操作简便，充分发挥和利用资源，显著改善球化剂制作过程及使用过程的生产环境。利用中国发明专利公布号CN103146870A名称为“球墨铸铁球化处理方法”，将熔制好的所含元素的重量百分比为：含Mg≤20％，含Si≤70％和含RE≤3％的整体稀土镁硅铁球化剂合金液浇注到到由冷却铁为间隔其四个侧面的模型中，待合金液凝固、冷却后就获得了所需重量的无外衬钢管的整体稀土镁硅铁球化剂；如说明书附图1至附图3所示砌筑有反应室的球化处理包：在球化处理包的底部砌筑有左垂直面挡板及右垂直面挡板，在左垂直面挡板及右垂直面挡板的顶部水平砌筑有半圆状反应室上盖板；在反应室的垂直面设置有一个或多个反应室加料口，反应室加料口的开口方向面对球化包包嘴所在的位置，在其中一个加料口的上端开设有减压槽，减压槽的上端与半圆状反应室上盖板平齐，左垂直面挡板及右垂直面挡板的外侧垂直面同半圆状反应室上盖板的垂直面平齐；将修筑好的球化处理包烘干后用于球化处理。 

一种球墨铸铁的球化处理装置，其特征的第一部分是球化剂：无外衬钢管的整体稀土镁硅铁球化剂，是将熔制好的整体稀土镁硅铁球化剂合金液浇注到由冷却铁为间隔其四个侧面的模型中凝固冷却；其特征的第二部分是在球化处理包的底部砌筑有左垂直面挡板及右垂直面挡板，在左垂直面挡板(2)及右垂直面挡板的顶部水平砌筑有半圆状反应室上盖板；在反应室的垂直面设置有一个或多个反应室加料口，反应室加料口的开口方向面对球化包包嘴所在的位置，在其中一个反应室加料口的上端开设有减压槽，减压槽的上端与半圆状反应室上盖板平齐，左垂直面挡板及右垂直面挡板的外侧垂直面同半圆状反应室上盖板的垂直面平齐；将修筑好的球化处理包烘干后用于球化处理。 

在目前已知的各种球化处理方法中，主要分为镁合金的球化剂、包芯线的球化剂及纯镁处理的球化剂，尽管各种球化剂中的含硅量不同，含硅量由0～≤70％，但是在采用不同的方法球化处理时，为了保证金相组织及机械性能的要求，加入适量的硅铁孕育是必须的；因此，在考核不同的方法进行球化处理计算其球化处理费用时，应考虑球化剂本身在球化处理后所带来的增硅因素；在采用高温铁水球化处理时，传统工艺铁水球化时剧烈沸腾的反应，不仅造成Mg的吸收率低，Si的吸收率也随之降低。利用上述球化处理包的反应室结构，防止了球化反应时球化剂容易漂浮的现象，因此上述球化剂本身的比重可以比传统的稀土镁硅铁球化剂的比重低，选择合适的镁硅比即可以增加球化剂的熔点又大幅度的提高了球化剂中的含镁量，除硅铁本身带入的含Fe量之外，并不需要额外加入废钢，所以上述球化剂中球化反应的有效元素Mg、Si及RE的总含量较高。 

利用上述球化处理包的反应室结构将所需加入重量的含Mg≤20％、含Si≤70％、含RE≤3％的稀土镁硅铁球化剂先投入反应室，再将72硅铁孕育剂放置在反应室；由于球化剂被放置在反应室内、反应室加料口及减压槽是冲入包内铁水的唯一通道，反应室加料口 处堆积的72硅铁孕育剂进一步阻碍了铁水进入反应室；所以在进入球化包的铁水超过反应室盖板顶面一定高度后球化反应才正式开始。除反应室加料口及减压槽之外，高温铁水的进入和反应时产生的高压镁蒸气的喷射没有其它对流交换的途径，反应室中的硅铁孕育剂在反应时被逐步熔化增加了反应室内金属液的含硅量；反应室的结构设计起到了减压仓的作用，实现了球化反应时产生的高压镁蒸气在减压仓中降压后再释放的作用；上述因素的组合对平抑球化剂反应时的剧烈反应、提高镁的吸收率起到了关键作用；反应室加料口及减压槽的设置有效的控制了球化反应的状态，迫使球化反应时产生的镁蒸气沿球化包底部水平方向扩散，反应室垂直面的档板有效的防止了球化反应时球化剂容易漂浮的现象，上述有利因素显著的提高了镁的吸收率。 

根据上述的球化处理方法，采用矿热炉冶炼的硅铁合金液一步法生产稀土镁硅铁球化剂合金液或电炉二次重熔法生产稀土镁硅铁球化剂合金液，将稀土镁硅铁球化剂合金液浇注到由冷却铁为间隔其四个侧面的模具中，待其凝固、冷却后获得上述第一种规格所需重量、无外衬钢管的整体稀土镁硅铁球化剂合金，设置的球化剂合金液上盖板，在稀土镁硅铁球化剂合金液浇注时，有效限制了稀土镁硅铁球化剂合金液上表面的外露面积，在浇注完后用上盖压铁将外露的稀土镁硅铁球化剂合金液封闭，稀土镁硅铁球化剂合金液在封闭状态下迅速冷却凝固，减少了球化剂的化学成分偏析。 

根据上述的球化处理方法，为了进一步提高稀土元素的利用率，利用外衬方形钢管，将镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土镁硅铁放置在外衬方形钢管的中部，两端的镁硅合金粉被压力机压实；选择将镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土镁硅铁放置在外衬方形钢管的中部、外衬方形钢管两端的镁硅合金粉被压力机压实的方式在反应室内加入稀土元素，并配合将无外衬钢管、无RE成分的含Mg≤20％、含Si≤70％的镁硅铁球化剂加入反应室内进行球化处理；铁水冲入球化包的反应室，球化反应开始后，在整个球化反应过程的最后小于50％的反应时间内，外衬方形钢管中的镧铈稀土金属或稀土元素含量≤50％的稀土镁硅铁合金开始参与球化反应，有效补充所需的稀土元素含量。 

利用上述球化处理包的反应室结构，其球化处理步骤如下： 

a、将所需重量的无外衬钢管的整体稀土镁硅铁球化剂放入到球化处理包的反应室中； 

b、将硅铁孕育剂放置到球化处理包的反应室内，硅铁孕育剂堆积在反应室加料口处； 

c、铁水冲入球化处理包进行球化反应； 

d、球化反应结束后扒净浮渣，采用加入重量0.1％粒度≤5mm成分为Mg3～6％、RE1～2％、Si40～50％的复合孕育剂覆盖铁水。 

如上所述的具有反应室结构的球化处理包，为减少球化处理的铁水降温及防止有效元素的逃逸，在球化处理及浇注过程中，在铁水包上端加设覆盖包盖。 

本实用新型的有益效果： 

由于整体稀土镁硅铁球化剂被限制在球化处理包的反应室中，球化反应时产生的镁蒸气由预留的反应室加料口及减压槽向外扩散，解决了整体稀土镁硅铁球化剂熔损后移 动上浮的问题，解决了冲入包内法球化处理时反应剧烈铁水飞溅、有效元素吸收率低的问题。当被处理铁水的化学成分及被处理铁水重量变化时，可随时调整球化剂的加入量。能够精确控制球化反应时间，在冲入的铁水温度波动<100℃的情况下，球化反应时间上下偏差小于5秒钟。以传统的含Mg8％、含RE5％和含Si41％的球化剂同无外衬钢管含Mg15％、含RE1％和含Si54％的整体球化剂相比，即采用一步法生产或电炉二次重熔法生产的无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂同传统的稀土镁硅铁球化剂作对比，其球化处理的生产成本可以降低50％，在球化处理时整体稀土镁硅铁球化剂加入重量可以比传统球化剂降低60％；经试验证明，新工艺球化处理温度由1450℃～1588℃之间变化时，整体稀土镁硅铁球化剂加入量不变，球化反应时间基本不变，对球化结果无影响；利用上述具有反应室结构的球化处理可以进行低硅球化剂或无硅球化剂的球化处理。上述球化处理方法克服了传统工艺球化处理时，随着球化温度的升高需增加球化剂的加入量的问题；改善了球化剂制作过程及使用过程的生产环境。球化处理及浇注过程中铁水降温少并对防止镁的损失和逃逸造成的球化衰退产生了显著效果，有效元素Mg、RE和Si的吸收率高，对于稀土元素RE含量在2～8％的传统稀土镁硅铁球化剂，采用本工艺，其稀土元素RE的用量可以降低50～75％。 

附图说明：

图1是无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂装入砌筑有反应室的球化处理包的剖视图。 

图2是无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂装入砌筑有反应室的球化处理包的俯视图。 

图3是无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂装入砌筑有反应室的球化处理包的A-A方向剖视图。 

附图标记说明：1为球化处理包，2为左垂直面挡板，3为及右垂直面挡板，4为半圆状反应室上盖板，5为反应室加料口，6为减压槽，7为球化包包嘴，8为无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂。 

具体实施方式：

结合附图对本实用新型的实施作进一步的说明：将所需重量的无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂8放入到反应室中的方式：①可以将球化处理包1旋转90度角、将反应室加料口5朝上，用长柄加料工具将上述球化剂顺利的加入球化处理包1的反应室中；②球化处理包1不旋转，采用专用的夹具及工具将上述球化剂放置到球化处理包1的反应室中。 

上述的球墨铸铁的球化处理装置，球化处理包1反应室的左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4采用粘土耐火砖修筑，在高温铁水球化处理时可以连续球化处理三十五个包次以上，由于反应室设计合理，在经过球化处理后反应室内洁净无挂渣。委托耐火材料工厂将左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4合并为一体加工成所需要形状尺寸的耐火砖，也可以将左垂直面挡板2、右垂直面挡板3 和半圆状反应室上盖板4分别加工制作成所需要形状尺寸的耐火砖；选择粘土砖、高硅砖、高镁砖的耐火材料制作左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4的组合体；或选择粘土砖、高硅砖、高镁砖的耐火材料分别制作左垂直面挡板2、右垂直面挡板3和半圆状反应室上盖板4。 

由于75硅铁的熔点是1300℃，72硅铁的熔点是1280℃，65硅铁的熔点是1250℃，50硅铁的熔点是1220℃，因此，选择同无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂8的熔点接近的硅铁投入反应室作为孕育剂，可以有效的降低球化反应时产生的镁蒸气的压力；选择低硅球化剂或无硅球化剂进行球化处理时，在反应室内投入50硅铁作为孕育剂更适宜。 

根据上述的球化处理方法，对于球化前原铁水成分中反球化元素较低时，可采用以无外衬钢管、无RE成分的含Mg≤20％、含Si≤70％的镁硅铁球化剂置换无外衬钢管的整体稀土镁硅铁球化剂进行球化处理。 

根据上述的球化处理方法，对于球化处理后铁水含硫较低、浇注时间较短时，在球化反应结束扒渣后取消复合孕育剂覆盖铁水：；改变后球化处理步骤中的d、球化反应结束后扒净浮渣。 

根据上述的球化处理方法，对于球化处理后铁水含硫较低时，在球化反应结束扒渣后取消上述的复合孕育剂进行覆盖铁水；采用仅加入处理铁水重量0.2％粒度≤5mm的硅钡孕育剂进行覆盖铁水。 

实施例1：在冷风冲天炉熔炼条件下进行，采用附图所示球化处理包1的反应室结构，先将无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂装入球化处理包的反应室加料口中，再将72硅铁孕育剂放置到反应室内，每包处理铁水重量为1000kg，红热包连续运转使用，出铁槽铁水温度为1490℃，原铁水含硫量0.062％，无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂含Mg14.5％、含RE1.3％和含Si63.25％，其投入无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂的重量占被处理铁水重量的0.8％，反应室内72SiFe孕育剂加入量0.8％，在球化反应时包内不覆盖铁屑和珍珠岩，球化反应结束扒渣后二次复合孕育剂的加入量为0.10％，球化反应时间2分35秒，全部反应过程为均匀喷射状反应，无镁光铁水沸腾反应；球化反应结束后16分30秒取样，球化级别2级，楔型试块的试验数据：抗拉强度为568N/mm2，延伸率12.5％，硬度HB230。 

实施例2：在中频电炉熔炼条件下进行，采用附图所示球化处理包1的反应室结构，采用无外衬钢管的整体稀土镁硅铁球化剂装入球化包的反应室中，每包处理铁水重量为1000kg，电炉出铁水温度为1588℃，原铁水含硫量0.025％，无外衬方形钢管的整体稀土镁硅铁球化剂含Mg14.5％、含RE1％和含Si58％，加入的无外衬方形钢管整体稀土镁硅铁球化剂的重量占被处理铁水重量的0.50％，反应室内加入0.8％的72SiFe孕育剂，球化反应结束扒渣后采用粒度≤5mm的硅钡孕育剂进行覆盖铁水其加入量为0.15％，在不覆盖铁屑和珍珠岩的情况下，球化反应时间在1分25秒，全部反应过程为均匀喷射状反应，球化反应平稳，无铁水飞溅，球化反应结束后铁水含硫量0.008％，含镁量0.048％，球化 反应结束12分钟取样，球化级别2级。 

实施例3：在中频电炉熔炼条件下进行，采用附图所示球化处理包1的反应室结构，处理铁水917Kg，1483℃出铁球化处理，球化包的反应室中加入无外衬方形钢管的整体球化剂含Mg14％、含RE1％和含Si63.5％，加入的无外衬方形钢管整体稀土镁硅铁球化剂的重量占被处理铁水重量的0.48％；反应室内加入0.8％的72SiFe孕育剂，其粒度≤25mm；球化反应的总反应时间为101秒，在反应30秒之后为无烟沸腾反应，断面尺寸为25mm×50mm的三角试块冷却至黑色浇水，白口宽度2-3mm、顶部凹陷明显，Mg的吸收率高。 

Claims (5)

1.一种球墨铸铁的球化处理装置，其特征的第一部分是球化剂：无外衬钢管的整体稀土镁硅铁球化剂(8)，是将熔制好的整体稀土镁硅铁球化剂合金液浇注到由冷却铁为间隔其四个侧面的模型中凝固冷却；其特征的第二部分是在球化处理包(1)的底部砌筑有左垂直面挡板(2)及右垂直面挡板(3)，在左垂直面挡板(2)及右垂直面挡板(3)的顶部水平砌筑有半圆状反应室上盖板(4)；在反应室的垂直面设置有一个或多个反应室加料口(5)，反应室加料口(5)的开口方向面对球化包包嘴(7)所在的位置，在其中一个反应室加料口(5)的上端开设有减压槽(6)，减压槽(6)的上端与半圆状反应室上盖板(4)平齐，左垂直面挡板(2)及右垂直面挡板(3)的外侧垂直面同半圆状反应室上盖板(4)的垂直面平齐；将修筑好的球化处理包(1)烘干后用于球化处理。 

2.根据权利要求1所述球墨铸铁的球化处理装置，其特征是采用矿热炉冶炼的硅铁合金液一步法生产的稀土镁硅铁球化剂合金液浇注到由冷却铁为间隔其四个侧面的模型中凝固冷却。 

3.根据权利要求1所述球墨铸铁的球化处理装置，其特征是采用电炉二次重熔法生产的稀土镁硅铁球化剂合金液浇注到由冷却铁为间隔其四个侧面的模型中凝固冷却。 

4.根据权利要求1所述球墨铸铁的球化处理装置，其特征是将球化处理包(1)反应室的左垂直面挡板(2)、右垂直面挡板(3)和半圆状反应室上盖板(4)合并为一体加工成所需要形状尺寸的粘土耐火砖。 

5.根据权利要求1所述球墨铸铁的球化处理装置，其特征是采用粘土耐火砖的耐火材料分别制作左垂直面挡板(2)、右垂直面挡板(3)和半圆状反应室上盖板(4)。 

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