專利名稱：球化處理裝置及其球化處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵生產(chǎn)的爐前球化處理的裝置及其球化處理工藝、包內(nèi)脫硫處理及包內(nèi)孕育處理的工藝。
現(xiàn)有技術(shù)背景目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的球化處理方法有沖入包內(nèi)法、鐘罩壓入法、合金砣壓入法、轉(zhuǎn)動(dòng)包法、自建壓力加鎂法、鎂絲卷線法、有蓋澆包加入法、流線法(In-Stream Method)、型內(nèi)球化法、透氣塞法、多孔質(zhì)過(guò)濾片法等。上述的球化處理方法在鐵水處理量、操作上、經(jīng)濟(jì)成本、設(shè)備要求以及質(zhì)量穩(wěn)定和環(huán)境影響等方面都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，工廠根據(jù)各自的實(shí)際情況，采用著不同的球化處理方法。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的工廠均采用“沖入包內(nèi)法”進(jìn)行處理，因?yàn)檫@種方法相對(duì)來(lái)講，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，操作方便。但是，在沖入包內(nèi)法球化處理時(shí)，鐵水與球化劑接觸面積大，反應(yīng)劇烈，造成部分顆粒偏大的球化劑未反應(yīng)完畢即浮起氧化燒損掉，而顆粒偏小的球化劑其表面積大，其整體抗鐵水的沖擊力小，在鐵水的沖擊力和球化反應(yīng)時(shí)鎂蒸氣壓力的作用下極易浮起氧化掉。隨著出爐鐵水溫度的提高，鎂的蒸氣壓力增加，鐵水沸騰加劇，球化劑的燒損也隨之增加。鐘罩壓入法和自建壓力加鎂法球化處理時(shí)，雖然可以防止球化劑上浮，但是由于其反應(yīng)速度快，鐵水沸騰劇烈，球化劑的消耗量仍較高，其設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩且安全性差，大量的鎂蒸氣得不到利用。(球化處理后鐵水中的鎂存在形式有一.氧化鎂、硫化鎂等化合物。二.溶解的鎂。三.鎂氣泡。石墨球化所必要的鎂氣泡，在理論上只需＜0.01%即可)。
在慣用的沖入包內(nèi)法球化處理時(shí)，使用的球化劑是按一定成份要求予先熔制好的。在熔制過(guò)程中鎂、稀土元素的燒損是不可避免的。將熔制合格的球化劑破碎成一定的粒度，通常為5-25MM。對(duì)于小于5MM的稀土鎂硅鐵球化劑大多數(shù)合金廠都難以處理，各使用工廠在球化處理時(shí)將其篩出棄置，即便加入也不計(jì)算在加入量范圍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，將熔煉合格的球化劑破碎為5-25MM粒度范圍時(shí)，將產(chǎn)生15%小于5MM的球化劑粉末，這些粉末得不到合理的利用。
上述原因造成了沖入包內(nèi)法球化處理的成本較高。
另外，為了控制和降低球化處理時(shí)產(chǎn)生的鎂蒸氣壓力，減少在熔制球化劑時(shí)鎂的燒損，在熔制球化劑時(shí)加入硅鐵，要求含硅量38-44%，使鎂熔于硅鐵中，通常以Mg2si形式存在，使球化反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的鎂蒸氣壓力在1400℃時(shí)降低約60%。球化處理后的孕育處理使鑄鐵中的含硅量繼續(xù)增加，對(duì)于專業(yè)化球鐵廠來(lái)說(shuō)，回爐鐵中的含硅偏高，對(duì)于連續(xù)往復(fù)使用就出現(xiàn)了問(wèn)題，而且對(duì)機(jī)械性能也不利。隨著含硅量的增加，鑄件成本也隨之增加。
發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)制造工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，機(jī)械性能及鑄造性能優(yōu)良的低成本球墨鑄鐵的球化處理裝置及其球化處理工藝。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供簡(jiǎn)便宜行的包內(nèi)脫硫工藝及高效孕育工藝。
發(fā)明的內(nèi)容其技術(shù)解決方案是制造一個(gè)如附圖
所示可以移動(dòng)的球化處理反應(yīng)室，對(duì)現(xiàn)有的普通鐵水包1焊接一個(gè)用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)的套管2，再配備其它裝置就可以使普通平底鐵水包在沖入法處理鐵水時(shí)，球化處理每噸球鐵的成本可以降低55-80%，并使工作環(huán)境得到改善，減少了煙塵鎂光。采用該裝置可以取消對(duì)球化劑的熔煉工序過(guò)程，并保持原有的優(yōu)點(diǎn)。其工藝過(guò)程是直接將熔煉球化劑所需的原料(以處理鐵水的重量百分比計(jì))0.33%-0.56%75硅鐵、＜0.05%稀土元素(稀土元素以稀土合金方式加入)、0.04-0.12%鎂塊依次加入到用碳素鋼或鑄鐵鑄造的反應(yīng)室4內(nèi)，以薄鐵皮制的反應(yīng)室蓋6封閉反應(yīng)室口，即可用來(lái)球化處理，省去了球化劑的熔制工序，并消除了球化劑熔制過(guò)程中的元素?zé)龘p。將裝好球化劑5的反應(yīng)室與反應(yīng)室支架3用鏍栓來(lái)固定連接，然后將其插入套管，穿好銷栓7將反應(yīng)室推向鐵水包鄰近的包嘴一側(cè)，根據(jù)鐵水的出爐溫度在反應(yīng)室周圍覆蓋適量的鐵末，再覆蓋適量的木屑，在包嘴的另一側(cè)沖入鐵水后，將反應(yīng)室移動(dòng)至鐵水包中心，使鐵水包內(nèi)各處的球化反應(yīng)均勻進(jìn)行。反應(yīng)室內(nèi)徑等于反應(yīng)室內(nèi)高，反應(yīng)室口面積小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的50%，當(dāng)需進(jìn)一步控制反應(yīng)速度時(shí)，反應(yīng)室口面積應(yīng)小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的30%。在球化處理開(kāi)始時(shí)，鐵水沖入鐵水包內(nèi)首先將反應(yīng)室蓋熔化，鐵水漫進(jìn)反應(yīng)室口接觸到鎂塊。鎂的比重1.738克/厘米3，熔點(diǎn)為651℃，沸點(diǎn)為1107℃。鎂比硅鐵、稀土合金的比重及熔點(diǎn)都低，處于反應(yīng)室下層的鎂首先熔化并上浮浸泡硅鐵和稀土合金。硅、稀土元素與鎂所形成的固溶體具有較鎂低的熔點(diǎn)及較鎂高的沸點(diǎn)，從而使鎂蒸氣上浮的壓力減小，鎂蒸氣的沸騰減弱。為了使硅、稀土元素盡快與鎂互溶，應(yīng)減小硅鐵及稀土合金的顆粒尺寸，控制在3MM以下即可。但是，為防止破碎后的硅鐵及稀土合金受潮、氧化，將其分別定量裝入密封的塑料袋內(nèi)以備用。改變反應(yīng)室口的面積及調(diào)解反應(yīng)室與鐵水包底的間距，可以控制球化反應(yīng)速度，反應(yīng)室口的面積縮小、反應(yīng)室與鐵水包底的距離減小后，球化反應(yīng)速度減慢，使鎂蒸氣的上浮量減少，氧化鎂白煙大幅度降低，鎂的利用率提高。反應(yīng)室支架的結(jié)構(gòu)為焊接連接。
采用上述球化處理裝置及其球化處理工藝，將小于5MM的球化劑粉末以處理鐵水重量的0.9-1.4%加入到反應(yīng)室內(nèi)，封閉反應(yīng)室口，即可進(jìn)行球化處理。該工藝將工廠難以處置的球化劑粉末利用起來(lái)。通過(guò)試驗(yàn)證明，采用該工藝球化處理后得到的金相組織(在熔煉條件、鐵水成份、球化劑成份相同條件下)球化級(jí)別可穩(wěn)定的達(dá)到1級(jí)，石墨大小為7級(jí)，其機(jī)械性能均相應(yīng)提高。
利用本發(fā)明的球化處理裝置可以在包內(nèi)進(jìn)行脫硫處理或進(jìn)行脫硫、球化復(fù)合處理。在反應(yīng)室內(nèi)加入占處理鐵水重量0.3-0.5%粒度小于3MM的碳酸鈣(石灰石)，再加入占處理鐵水重量0.5-1.0%的石灰(密封于塑料袋內(nèi))，密封反應(yīng)室口，可以在鐵水包內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行脫硫處理。其反應(yīng)過(guò)程是依靠碳酸鈣加熱至825℃時(shí)，分解反應(yīng)所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w將反應(yīng)室中的氧化鈣和尚未分解完的碳酸鈣噴射出來(lái)，隨著上浮氣體，這些微小顆粒在上浮過(guò)程中進(jìn)行脫硫反應(yīng)。該脫硫反應(yīng)是在鐵水包內(nèi)自下而上均勻地進(jìn)行，可以獲得理想的脫硫效果。脫硫、球化復(fù)合處理的步驟是在反應(yīng)室內(nèi)依次加入占處理鐵水重量0.33-0.56%75硅鐵(粒度小于3MM用塑料袋密封)、0.04-0.07%鎂塊，再加入占處理鐵水重量1.0-1.6%的石灰(密封于塑料袋內(nèi))作為脫硫劑，封閉反應(yīng)室口，就可用于包內(nèi)脫硫、球化復(fù)合處理。在復(fù)合處理時(shí)，鐵水將反應(yīng)室蓋熔化并進(jìn)入反應(yīng)室。隨著反應(yīng)室內(nèi)溫度的升高，鎂及硅鐵相繼熔化并開(kāi)始沸騰，在鎂蒸氣壓力的作用下，氧化鈣首先被噴射出來(lái)參與脫硫反應(yīng)，降低了鐵水中的含硫量，使鎂的有效利用率提高，并使球化處理的成本費(fèi)用減少。
由于本發(fā)明有效地控制住球化反應(yīng)速度并使處理成本大幅度降低，可將該技術(shù)擴(kuò)展到孕育處理的范疇。即加入不足以完全球化數(shù)量的球化劑，控制反應(yīng)速度，可獲得最佳孕育效果，獲得細(xì)小石墨，使抗拉強(qiáng)度增加，而鑄鐵的白口傾向減小，得到優(yōu)良的機(jī)械加工性能?？估瓘?qiáng)度達(dá)250-450N/MM2時(shí)，硬度為HB160-210，從而獲得高強(qiáng)度、低硬度、低成本并具有良好鑄造性能的鑄件。
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明解決了沖入包內(nèi)法球化處理時(shí)，因球化反應(yīng)速度過(guò)快而造成的鎂吸收率低、成份偏析，操作簡(jiǎn)單方便安全，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。與普通沖入法比較，球化處理每噸球鐵的成本可以降低55-80%。球化級(jí)別可以穩(wěn)定的達(dá)到1級(jí)，石墨大小由5-6級(jí)縮小到7級(jí)，機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、延伸率)均相應(yīng)提高。減小了煙塵鎂光，改善了工作環(huán)境。適應(yīng)性強(qiáng)，用途廣泛，球化處理的鐵水成份均勻、無(wú)偏析、質(zhì)量穩(wěn)定，可進(jìn)行包內(nèi)脫硫及脫硫、球化復(fù)合處理，并可以擴(kuò)展到孕育處理的范疇。取消了對(duì)球化劑的熔制工序，并使球化劑粉末得到利用。“球化處理裝置及其球化處理工藝”的開(kāi)發(fā)成功，為獲得低成本高質(zhì)量指標(biāo)的鑄鐵件開(kāi)辟了一條新途徑，能廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械零件的制造。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)球墨鑄鐵的爐前球化處理裝置及其球化處理工藝，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)共有的必要技術(shù)特征是通過(guò)加入球化劑進(jìn)行球化處理，使鑄鐵中以游離狀態(tài)的石墨呈球狀或近似球狀分布，本發(fā)明的特征是通過(guò)改變反應(yīng)室口的面積及調(diào)解反應(yīng)室與鐵水包底的間距來(lái)控制球化反應(yīng)速度，球化反應(yīng)速度減慢，使鎂蒸氣的上浮量減少，氧化鎂白煙大幅度降低，鎂的利用率提高，球化反應(yīng)均勻，克服了成份偏析，質(zhì)量穩(wěn)定，并改善了工作環(huán)境，反應(yīng)室內(nèi)徑等于反應(yīng)室內(nèi)高，反應(yīng)室口面積小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的50%。
2.一種如權(quán)利要求1所述球化處理裝置的球化處理工藝，其特征是反應(yīng)室口面積小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的30%。
3.一種如權(quán)利要求1、2所述球化處理裝置的球化處理工藝，其特征是直接將球化處理時(shí)所需的球化劑原料以處理鐵水重量百分比依次加入0.33-0.56% 75硅鐵，以稀土合金方式加入小于0.05%的稀土元素，0.04-0.12% 鎂塊最后加入到反應(yīng)室，封閉反應(yīng)室口，即可進(jìn)行球化處理，取消了稀土鎂合金的熔制工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的球化處理裝置及其球化處理工藝，其特征是以處理鐵水重量百分比在反應(yīng)室內(nèi)依次加入0.33-0.56% 75硅鐵、0.04-0.07% 鎂塊，將置于密封塑料袋內(nèi)的1.0-1.6% 石灰最后加入到反應(yīng)室，可以在包內(nèi)進(jìn)行脫硫、球化復(fù)合處理。
5.一種如權(quán)利要求1、2所述球化處理裝置的球化處理工藝，其特征是將小于5mm的球化劑粉末以處理鐵水重量的0.9-1.4%加入到反應(yīng)室內(nèi)，封閉反應(yīng)室口，即可進(jìn)行球化處理，球化劑粉末得到利用。
6.一種如權(quán)利要求1、2所述的球化處理裝置，其特征是在反應(yīng)室內(nèi)先加入占處理鐵水重量0.3-0.5%粒度小于3mm的碳酸鈣，再加入占處理鐵水重量0.5-1.0%密封于塑料袋內(nèi)的石灰，可以在包內(nèi)進(jìn)行脫硫處理。
7.一種如權(quán)利要求1、2所述的球化處理裝置，其特征是加入不足以完全球化數(shù)量的球化劑，控制反應(yīng)速度，可獲得最佳的孕育效果，抗拉強(qiáng)度達(dá)250-450N/mm2時(shí)，硬度為HB160-210，具有良好的鑄造性能和機(jī)械加工性能。
全文摘要
一種關(guān)于球墨鑄鐵生產(chǎn)的爐前球化處理的裝置及其球化處理工藝，包內(nèi)脫硫處理及包內(nèi)孕育處理的工藝，本發(fā)明解決了沖入包內(nèi)法球化處理時(shí)，因反應(yīng)速度過(guò)快而造成的鎂吸收率低，成分偏析，并改善了工作環(huán)境，利用附圖所示的裝置可以取消球化劑的熔制工序，并使球化劑粉末得到利用。在反應(yīng)室內(nèi)加入脫硫劑，可以進(jìn)行脫硫處理，加入不足以完全球化數(shù)量的球化劑，可以進(jìn)行孕育處理。用于鑄造低成本，高質(zhì)量指標(biāo)的各類機(jī)械零件。
文檔編號(hào)B22D1/00GK1104261SQ9312091
公開(kāi)日1995年6月28日 申請(qǐng)日期1993年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月20日
發(fā)明者劉年路, 曾誠(chéng)璧, 戈麗萍 申請(qǐng)人:天津市塘沽區(qū)鑄造技術(shù)開(kāi)發(fā)研究所