專利名稱：沖天爐生產(chǎn)厚壁蠕鐵件專用多元低稀土蠕化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鑄鐵用的蠕化劑，尤其是涉及一種用沖天爐生產(chǎn)厚壁蠕鐵件的蠕化劑。
背景技術：
蠕墨鑄鐵中的石墨介于片狀和球狀之間，呈蠕蟲狀，因此蠕墨鑄鐵既具有接近普通灰鑄鐵良好的導熱性，又具有接近球墨鑄鐵的良好的力學性能。用于制造汽車排氣管、氣缸蓋、活塞和鋼錠模具、玻璃鋼模具、焦化設備等耐熱零件，具有良好的抗熱疲勞性、耐磨性，裂紋傾向非常小，其使用壽命比普通灰鑄鐵和球墨鑄鐵都明顯提高，因此具有非常廣闊的應用前景。
生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的方法就是通過向鐵液中加入蠕化劑，對其進行蠕化處理，從而使其內(nèi)部的石墨呈蠕蟲狀。目前生產(chǎn)中常用的蠕化劑大致分為兩類；一類是以鎂-鈦為主，輔以少量鈣、鈰等元素的蠕化劑。該類蠕化劑的特點是反應動力學條件好，具有較好的溶解特性，白口傾向小，加入量范圍尚可，但對鐵液含硫量的波動比較敏感，主要適用于含硫量低的電爐鐵液并生產(chǎn)薄壁蠕鐵件。另一類是以稀土為主的蠕化劑，其稀土的含量一般均在15％以上。該類蠕化劑的特點是反應熱力學條件好，蠕化劑加入量范圍較寬，對鐵液含硫量的波動適應能力較強。但其反應動力學條件差，為了蠕化劑的溶解和擴散，常需要人工或機械攪拌，給生產(chǎn)帶來極大的麻煩。
中國專利CN1544679公開了一種蠕化劑，該蠕化劑含有重量比為15～35％的稀土(RE)，2～6％的鎂(Mg)，35～45％的硅(Si)，1～5％的鋁(Al)，1～5％的鈣(Ca)，0.5～2.5％的鋅(Zn)，0.5～2.5％的鋇(Ba)，余量為鐵(Fe)。它是由稀土硅鐵合金、金屬鎂、硅鈣、硅鋇、鋁錠、鋅錠等原料熔煉而成。CN1300866還公開了一種鑄鐵的蠕化劑，這種蠕化劑合金成分范圍為鎂(Mg)6％～15％，稀土(RE)3％～15％，硅(Si)40％～45％，氧化鎂(MgO)2.5％～15％，其他元素如鈣(Ca)、鋇(Ba)等適量。
我國鑄造生產(chǎn)形式正向規(guī)?；I(yè)化、過程控制自動化的方向發(fā)展。因此，生產(chǎn)符合要求的蠕墨鑄鐵件，關鍵在于蠕化劑的品質(zhì)及蠕化劑對原鐵液的適應能力。就蠕墨鑄鐵件的種類看，有的企業(yè)以生產(chǎn)中小件為主，有的則以大件為主。從鐵液的熔化手段看，有的以沖天爐為主，有的以電爐熔化為主。這種變化要求市場供應的商品也應多樣化，以滿足不同產(chǎn)品和生產(chǎn)形式的需求。以上兩種專利提供的蠕化劑都是一種通用配方，其針對性不好。當用沖天爐生產(chǎn)蠕墨鑄鐵件時，鐵液的含硫量較高、波動較大，鐵液含硫量一般為0.05～0.08％；且鐵液的出爐溫度較低，一般出爐溫度低于1450℃；在生產(chǎn)厚壁(如大于100～300mm)的蠕墨鑄鐵件時，如果使用普通的蠕化劑往往難以達到理想的蠕化效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種適用于用沖天爐生產(chǎn)厚壁的蠕墨鑄鐵件的專用蠕化劑。
為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是本發(fā)明的蠕化劑成分的重量百分含量為鎂(Mg)2～8％，稀土(RE)2～8％，鈦(Ti)2～5％，鈣(Ca)2～5％，鋇(Ba)1～4％，鈮(Nb)0.5～3％，釩(V)0.5～3％，鋁(Al)1～3％，硅(S i)35～50％，余量為鐵(Fe)。
生產(chǎn)上述蠕化劑所用原材料的重量配比為鎂錠3～10％，稀土硅鐵合金8～30％，鈦鐵8～25％，硅鈣合金7～15％，硅鋇合金4～15％，鈮鐵1～5％，釩鐵1～5％，鋁錠1～4％，75硅鐵25～45％，余為廢鋼。
本發(fā)明的蠕化劑的制作工藝過程為
把所用原材料根據(jù)配比要求分層裝入感應電爐坩堝中，經(jīng)熔化、攪拌、澆鑄、破碎、裝袋，便得到本發(fā)明產(chǎn)品。分層裝爐的次序是廢鋼、硅鐵、鎂錠、鋁錠、稀土硅鐵合金、鈦鐵、鈮鐵、釩鐵、硅鈣、硅鋇、硅鐵。其中硅鐵分兩次加入，第一次加入量約為總加入量的1/3，第二次即最后一層的加入量約為總加入量的2/3。
由于采用了上述技術方案和配比，本發(fā)明取得的技術進步是利用本發(fā)明的蠕化劑對沖天爐生產(chǎn)的含硫量較高的鐵水進行蠕化處理時，能夠提高鐵水的蠕化效果，能使厚壁的鑄鐵件各個部位都得到比較均勻的金相組織，從而提高鑄件的機械性能。本發(fā)明的蠕化劑采用包底沖入法，即可獲得滿意的蠕化效果，使用過程非常簡便。
本發(fā)明的配方中的各化學元素所起到的作用為金屬鎂(Mg)具有很強的使石墨呈蠕蟲狀或球狀的能力，但其使石墨呈蠕蟲狀的加入量范圍很窄，僅為0.005％；殘鎂量低于0.015％，則石墨保持片狀，殘鎂量超過0.020％，則石墨呈球狀。這在生產(chǎn)中是難以控制的。通過加入適量的反球化元素鈦(Ti)、鋁(Al)等，對石墨呈球狀有一定的抑制作用，可使鎂的加入量的上限增大，這對獲得蠕蟲狀石墨鑄鐵極為有利。同時適量的鎂、鋁可降低蠕化劑的熔點，改善蠕化處理的動力學條件，從而加速蠕化劑的擴散和吸收。
稀土(統(tǒng)稱代號RE)的主要作用是脫氧脫硫，凈化鐵液，使蠕蟲狀石墨衰退時間延長，同時也具有促使石墨呈蠕蟲狀的作用。需要注意的是，稀土是強的碳化物形成元素，具有很強的白口傾向；如果加入過量的稀土元素，可導致厚壁蠕墨鑄鐵件出現(xiàn)白口缺陷。因此本發(fā)明中的稀土的含量中等，生產(chǎn)厚壁蠕墨鑄鐵件時，鑄件中不會出現(xiàn)白口組織。
鈣(Ca)不僅是一種強的石墨化元素，還具有使石墨呈蠕蟲狀的作用，同時鈣還能顯著降低鎂的蒸氣壓，使合金反應平穩(wěn)，從而提高鎂的吸收率。鋇(Ba)不僅可以降低鎂的蒸氣壓，改善工藝條件和勞動條件，還可以使鈣的作用效果更充分、長效的發(fā)揮出來。
鈮(Nb)、釩(V)、鈦(Ti)是生產(chǎn)微合金化鋼的常用元素。研究表明，在蠕化劑中添加適量的鈮、釩、鈦，可顯著增加蠕化劑的自孕育能力，使其抗衰退能力明顯增強，這對生產(chǎn)厚壁蠕墨鑄鐵件極為有利。這是在本蠕化劑研制試驗過程中的一個非常驚奇的發(fā)現(xiàn)。
硅(Si)是強石墨化促進元素，也具有很好的孕育作用，但在蠕化劑中的作用更主要的是“固鎂”。如果蠕化劑合金中硅的含量太低，會使蠕化劑合金在熔煉和蠕化處理過程中鎂嚴重燒損，使合金的生產(chǎn)困難，蠕化處理中反應非常劇烈。本發(fā)明的蠕化劑合金中硅的含量大于35％，避免了蠕化劑合金在熔煉和蠕化處理過程中鎂嚴重燒損的情況，降低了蠕化劑合金生產(chǎn)的難度，在對鐵水進行蠕化處理時反應也非常平穩(wěn)。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明實施例1將準備好的原材料，按照分層裝料的方法將原料裝入感應電爐的坩堝內(nèi)，分層裝爐的次序是2％廢鋼、10％的硅鐵、5％的鎂錠、2.5％的鋁錠、18％的稀土硅鐵合金、15％的鈦鐵、3.5％的鈮鐵、4％的釩鐵、10％的硅鈣、10％的硅鋇、20％的硅鐵。然后進行熔化，攪拌均勻，出爐澆鑄；待凝固冷卻后，破碎成要求的粒度，并裝袋入庫。由此得到的本發(fā)明的產(chǎn)品，其大概的合金含量為Mg 3％，RE5％，Ti 3.5％，Ca 3.5％，Ba 2.5％，Nb 2％，V 2％，Al 2％，Si 42％，余量為Fe。
實施例2本事實例與事實例1的不同之處在于生產(chǎn)蠕化劑時原材料的裝爐量為1.5％廢鋼、10％的硅鐵、3％的鎂錠、1.5％的鋁錠、25％的稀土硅鐵合金、8％的鈦鐵、1％的鈮鐵、6％的釩鐵、15％的硅鈣、4％的硅鋇、25％的硅鐵。獲得的蠕化劑的大概的合金含量為Mg 2％，RE 8％，Ti 2％，Ca 5％，Ba 1％，Nb 0.5％，V 3％，Al 1％，Si 50％，余量為Fe。
實施例3本事實例與事實例1的不同之處在于生產(chǎn)蠕化劑時原材料的裝爐量為2％廢鋼、10％的硅鐵、9％的鎂錠、3％的鋁錠、7％的稀土硅鐵合金、17％的鈦鐵、5％的鈮鐵、1％的釩鐵、4％的硅鈣、14％的硅鋇、28％的硅鐵。蠕化劑的大概的合金含量為Mg8％，RE 2％，Ti 5％，Ca 2％，Ba 4％，Nb 3％，V 0.5％，Al 3％，Si35％，余量為Fe。
實施例4本實施例說明的是本發(fā)明的蠕化劑在沖天爐條件下，生產(chǎn)厚壁為100～300mm的焦化爐門框的蠕墨鑄鐵件的使用情況。
用5t/h沖天爐熔化鐵液。原鐵液的化學成分為C 3.5～3.8％，Si 1.5～1.7％，Mn 0.3～0.6％，P 0.05％，S 0.05～0.08％。蠕化劑采用實施例1中成分配比。
鐵液出爐溫度為1430℃，采用包底沖入法蠕化處理工藝。本發(fā)明的蠕化劑的加入量為1.3～1.5％，包內(nèi)加入0.4～0.5％的75硅鐵覆蓋在蠕化劑上面進行一次孕育，再用0.1～0.2％粒度為1～3mm的75硅鐵粒撒在扒渣后的鐵液表面上進行浮硅孕育。
爐前Φ100mm試棒的蠕化率控制在85％以上，可穩(wěn)定生產(chǎn)蠕化率大于75％的蠕墨鑄鐵焦化爐門框。
權(quán)利要求
1.沖天爐生產(chǎn)厚壁蠕鐵件專用多元低稀土蠕化劑，包括Mg、RE、Ca、Ba、Si、Fe，其特征在于還包括Nb、V、Al、Ti，各成分的重量百分含量范圍為Mg 2～8％，RE 2～8％，Ti 2～5％，Ca 2～5％，Ba 1～4％，Nb 0.5～3％，V 0.5～3％，Al 1～3％，Si 35～50％，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖天爐生產(chǎn)厚壁蠕鐵件專用多元低稀土蠕化劑，其特征在于生產(chǎn)上述蠕化劑所用原材料的重量配比為鎂錠3～10％，稀土硅鐵合金8～30％，鈦鐵8～25％，硅鈣合金7～15％，硅鋇合金4～15％，鈮鐵1～5％，釩鐵1～5％，鋁錠1～4％，75硅鐵25～45％，余為廢鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖天爐生產(chǎn)厚壁蠕鐵件專用多元低稀土蠕化劑，其特征在于蠕化劑制作的工藝過程為把所用原材料根據(jù)重量配比分層裝入感應電爐坩堝中，經(jīng)熔化、攪拌、澆鑄、破碎，便得到本發(fā)明產(chǎn)品；分層裝爐的次序是廢鋼、硅鐵、鎂錠、鋁錠、稀土硅鐵合金、鈦鐵、鈮鐵、釩鐵、硅鈣、硅鋇、硅鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種沖天爐生產(chǎn)厚壁蠕鐵件專用多元低稀土蠕化劑，各成分的重量百分含量范圍為Mg 2～8％，RE 2～8％，Ti 2～5％，Ca 2～5％，Ba 1～4％，Nb 0.5～3％，V 0.5～3％，Al 1～3％，Si 35～50％，余量為Fe。生產(chǎn)上述蠕化劑所用原材料的配比量為鎂錠3～10％，稀土硅鐵合金8～30％，鈦鐵8～25％，硅鈣合金7～15％，硅鋇合金4～15％，鈮鐵1～5％，釩鐵1～5％，鋁錠1～4％，75硅鐵25～45％，余為廢鋼。利用本蠕化劑對沖天爐生產(chǎn)的含硫量較高的鐵水進行蠕化處理時，能夠提高鐵水的蠕化效果，能使厚壁的鑄鐵件各個部位都得到比較均勻的金相組織，從而提高鑄件的機械性能。本發(fā)明的蠕化劑采用包底沖入法，使用過程非常簡便。
文檔編號C21C1/08GK101078083SQ200710062230
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者張忠誠, 王忠民, 李志永, 劉群山 申請人:河北科技大學