專利名稱：高效環(huán)保球化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效環(huán)保球化劑及其制備方法，具體是一種含有稀土鎂硅鐵合金的高效環(huán)保球化劑，可廣泛應(yīng)用于鑄態(tài)鐵素體球鐵、鑄態(tài)珠光體球鐵和厚大斷面球鐵，是復(fù)合球化變質(zhì)劑的升級(jí)產(chǎn)品。
球化劑是生產(chǎn)球墨鑄鐵的重要添加劑。復(fù)合球化變質(zhì)劑雖然解決了傳統(tǒng)球化劑存在的球化反應(yīng)激烈、球化元素吸收率低、功能單一、含硅量高等傳統(tǒng)球化劑存在的問題，但又出現(xiàn)了以下一些新問題，使其難以大面積工業(yè)推廣。
1、粒級(jí)分布參數(shù)不系統(tǒng)、不穩(wěn)定，級(jí)配梯度太大(0-7mm和7-13mm兩級(jí))，生產(chǎn)工藝不好控制，對(duì)鐵水溫度的適應(yīng)性差。低溫時(shí)(1400-1430℃)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)間斷和粘包現(xiàn)象，高溫時(shí)(＞1500℃)反應(yīng)激烈。
2、合金粒的熔點(diǎn)單一，未實(shí)現(xiàn)系列化，不能滿足不同溫度的球化反應(yīng)穩(wěn)定性的要求，溫度每系列性差。
3、添加劑造反功能未能充分優(yōu)化。
4、品種單一，僅適用于鐵素體球鐵的生產(chǎn)。
5、含硅量單一，僅為31-32％，不適合國(guó)內(nèi)外不同鑄造廠家的不同需求。
本發(fā)明與復(fù)合球化變質(zhì)劑的共同點(diǎn)與不同點(diǎn)共同點(diǎn)1、多元稀土鎂硅鐵合金仍加工為13mm以下的顆粒，合金合金粒度理論不變。
2、多元稀土鎂硅鐵合金的主要萬分仍然為稀土、鎂、硅和鈣，這也是國(guó)際上合金球化劑的通用主要成分。
不同點(diǎn)1、多元合金的粒度下限為0.2-0.5mm，不是零。鑿度級(jí)配為三級(jí)以上小梯度(0.2-5.0mm、5.0-9.0mm、9.0-13mm)，且7-13mm的粒度占合金?？偭康?5-60％。在不同處理溫度范圍內(nèi)，高效環(huán)保球化劑是由一種或多種熔點(diǎn)的合金粒組成的。且有同粒度范圍的合金，其成分和熔點(diǎn)可能相同也可能不同。
2、高效環(huán)保球化劑在其添加劑中選用經(jīng)氟化鈣覆膜鈍化的氧化鈣做脫硫劑，不同的溫度區(qū)間選用不同的加入量和粒度(320目-7mm)。
3、選用晶型石墨做凈化劑。
4、選用日本火山巖顆粒做除渣劑。
5、選用電極石墨粒和石英砂做阻熔劑。
6、選用高鋇合金做孕育劑，破碎成1-3mm顆粒加入。
7、在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩(wěn)定珠光體的元素，將金屬銻破碎成0-1.5mm的粒度，與阻熔劑混勻后加入。
8、在厚大斷面球鐵使用的球化劑中加入釔基重稀土合金，以熔入母合金中的方式加入。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技中存在的不足之處，而提供的一種新型的高效環(huán)保型球化劑及其制備方法，該產(chǎn)品既克服了傳統(tǒng)沖入法球化劑所存在的缺點(diǎn)，又保留了復(fù)合球化變質(zhì)劑的長(zhǎng)處，且完善其不足，設(shè)計(jì)制造出一種適合于工業(yè)化推廣應(yīng)用的穩(wěn)定的球化劑新產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的是采取以下措施實(shí)現(xiàn)的各種物料的配比范圍為(1)球化劑75-90％；(2)阻熔劑5-20％；(3)除渣劑0-5％；(4)凈化劑1-8％；(5)脫硫劑0-6％；(6)孕育劑0-5％。
其中(1)球化劑是指不同熔點(diǎn)的稀土鎂硅鐵合金粒；(2)阻熔劑是指以電極石墨和石英砂，二者的比例為2∶1；(3)除渣劑是指日本火山巖；(4)凈化劑是指晶型石墨；(5)脫硫劑是指經(jīng)氟化鈣表面復(fù)膜鈍化的氧化鈣；(6)孕育劑是指高鋇合金。
將上述的物料按一定的粒度公布和配比，經(jīng)物理機(jī)械混合而制成，在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩(wěn)定珠光體的元素，將金屬銻破碎成0-1.5mm的粒度，與阻熔劑混勻后加入，在厚大斷面型球化劑中加入釔基重稀土合金，以熔入母合金中的方式加入，其中(1)稀土鎂硅鐵合金粒成份為鎂6.0-18％、稀土1.5-15％、鈣1.0-8.0％、硅40-60％；
(2)HEN-F3的幾種溫度類型的配比為SL1390-1420℃、L1420-1450℃、M1450-1480℃、H1480-1510℃、SH1510-1550℃、SSH＞1550℃。
本發(fā)明適用溫度范圍是1390-1600℃之間，厚鐵水含硫量為0.015-0.10％的鐵水的球化處理，適用于鐵素體，混合基體、珠光體球鐵。
表一高效環(huán)保球化劑的系列牌號(hào)及成份
(1)產(chǎn)品牌號(hào)中的HEN表示高效環(huán)保球化劑，為英文High effectiveness(environment protection)nodulizer第一個(gè)字母的縮寫，F(xiàn)表示鐵素體(Ferrite)型，P表示珠光體(Pearlite)型，LS表示大斷面(Large-section)型；(2)每種牌號(hào)有六種溫度類型，分別以SL(超低溫型1390-1420)，L(低溫型1420-1450℃)，M(中溫型1450-1480℃)，H(高溫型1480-1510型℃)，SH(超高溫型1510-1550℃)和SSH(特高溫型≥1550℃)標(biāo)注；
(3)每種牌號(hào)有四種含硅量，表中所列為標(biāo)準(zhǔn)含硅量。其它分別以A(24-26％Si)，B(34-36％Si)，C(39-41％Si)標(biāo)注；(4)HM表示按表中所列鎂含量增加1％，LM表示按表中所列鎂含量降低1％；(5)如HEN-F2-SH-B-LM型表示鐵素體型球化劑，適用于處理溫度高于1510℃以上的電爐鐵水，其含鎂量為4.7-5.3％，含硅量為34-36％。
表二不同牌號(hào)中的成份與添加劑量配比
表三同一牌號(hào)，不同鐵水溫度下的物料配比
在生產(chǎn)過程中，根據(jù)產(chǎn)品牌號(hào)的不同，制取以上合金成分范圍內(nèi)的某一種或某幾種合金粒與其它添加劑按一定比例來物理合成而制成高效環(huán)保球化劑。
其牌號(hào)與配比之間關(guān)系，舉例說明如下(1450-1480℃)表1
同一牌號(hào)在不同溫度下合金粒的設(shè)計(jì)與阻熔劑比例及粒度之間的關(guān)系如HEN-F3的幾種溫度類型的配比SL1390-1420℃；L1420-1450℃；M1450-1480℃；H1480-1510℃；SH1510-1550℃；SSH≥1550℃。
表2
高效環(huán)保球化劑中各成分組元的作用稀土在其給定的含量范圍，可起到輔助球化和孕育作用，既可發(fā)揮稀土的抗干擾作用，又可避免過量稀土導(dǎo)致石墨形狀惡化的傾向；鈣在給定的含量?jī)?nèi)具有較強(qiáng)烈的孕育作用，可降低鎂的活度，控制反應(yīng)速度提高鎂的收率。
電極石墨粒作為阻熔劑，可降低鐵水對(duì)球化劑的滲透速度，形成逐層反應(yīng)的狀態(tài)。石英砂粒而造成阻熔劑，可彌補(bǔ)電極石墨粒易在制作過程和運(yùn)輸過程中粉碎而造成阻熔劑粒級(jí)細(xì)化的傾向，使球化反應(yīng)既得到控制而又無反應(yīng)間斷現(xiàn)象，又不污染鐵水。
選用晶型石墨做為凈化劑，是利用晶型石墨能吸附金屬液中各類夾雜物(特別是硫化物)的特點(diǎn)凈化金屬液。能極大地降低鐵水的終硫量，有效地控制球鐵水的回硫，提高球鐵水的抗衰退能力。
選用氟化鈣進(jìn)行表面鈍化的氧化鈣做脫硫劑，可降低鎂的脫硫消耗，降低用戶的球化成本。
選用日本火山巖做除渣劑，既可利用其獨(dú)特的吸附金屬液中夾雜物的能力，凈化鐵水。又可利用其遇鐵水膨脹的特性，使其能在細(xì)粒度合金中得以膨脹，避免復(fù)合球化變質(zhì)中存在的反應(yīng)間斷和突暴現(xiàn)象。
本發(fā)明高效環(huán)保球化劑適用于溫度1390-1600℃，原鐵水含硫量為0.015-0.10％的鐵水的球化處理，適用于鐵素體、混合基體、珠光體球鐵，適用于小斷面、大斷面球鐵的鑄造生產(chǎn)。
本發(fā)明的效果高效1、脫硫率高在高效環(huán)保球化劑中，我們復(fù)合加入了吸附性很強(qiáng)的高熔點(diǎn)、代密度凈化劑，當(dāng)鐵水球化反應(yīng)時(shí)，這種凈化劑能吸附鐵水中產(chǎn)生的硫化鎂、硫化稀土、硫化鈣等雜質(zhì)，并在鎂蒸氣的攪拌下上浮造渣，從而使鐵水最大限度地脫硫凈化并除雜。即使是沖于爐的高硫(0.08％以下)。脫硫率可達(dá)80％以上，最高可達(dá)90％。這一優(yōu)點(diǎn)可以使用戶使用沖天爐的高硫高溫鐵水生產(chǎn)出低終硫量的電爐型球鐵，實(shí)現(xiàn)低成本，高質(zhì)量的球鐵生產(chǎn)，具有極高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
2、利用率高在高效環(huán)保球化劑中，利用阻熔劑與各種熔點(diǎn)合金的有機(jī)匹配，使得鐵水對(duì)球化劑逐層滲透、逐層反應(yīng)，達(dá)到了球化劑中的鎂蒸氣泡在鐵水中小直徑、多源、可控、定量釋放的狀態(tài)，可一次出鐵水，使所有鐵水都參與球化脫硫反應(yīng)而決無鐵水飛濺現(xiàn)象。所以，該產(chǎn)品的利用率，尤其是鎂的利用率(殘鎂、脫硫鎂之和與總加鎂量的比值)明顯高于其它所有球化劑。使用高效環(huán)保球化劑處理球鐵時(shí)，鎂的利用率一般可達(dá)到60％以上，最高可達(dá)到90％。鎂的吸收率(殘鎂與總加鎂量的比值)一般均高于50％，電爐球鐵一般可高于65％，最高可達(dá)80％。這是目前任何沖入法球化劑都無法達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。
環(huán)保
1、鎂光小高效環(huán)保球化劑在阻熔劑和作用下，使鐵水的球化反應(yīng)非常平穩(wěn)。鎂的燒損很小，鎂光明顯小于普通球化劑?？捎萌庋壑苯佑^察鐵水包的球化反應(yīng)，決不刺眼。大大改善了作業(yè)環(huán)境，提高了勞動(dòng)保護(hù)水平。
2、煙塵少高效環(huán)保球化劑對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理時(shí)，使鐵水在包內(nèi)呈渦流狀攪動(dòng)。而不會(huì)出現(xiàn)普通球化劑那樣出現(xiàn)煙塵四起、火光沖天的激烈沸騰反應(yīng)。其球化反應(yīng)的煙塵量要明顯少于精通球化劑，大約減少70％以上。這在很大程度上改善了多年以來鐵水爐前球化處理時(shí)惡劣的作業(yè)環(huán)境。為保護(hù)球化鐵爐前操作工的健康提供了必要的條件。
穩(wěn)定1、級(jí)配比優(yōu)化高效環(huán)保球化劑徹底解決了復(fù)合球化變質(zhì)劑存在的合金粒度分布過于自然化，級(jí)配梯度過大，無法使生產(chǎn)過程程序化，從而造成產(chǎn)品的粒度級(jí)配不穩(wěn)定，進(jìn)而造成球化反應(yīng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的重大問題。對(duì)球化劑中的主要成分合金粒實(shí)行無零下限三級(jí)以上的多級(jí)化小梯度自動(dòng)化分級(jí)合成，最大限度地優(yōu)化控制了合金粒的粒級(jí)分布的穩(wěn)定性和均一性。使該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了重現(xiàn)性極好的反應(yīng)性能和球化性能。所有物料粒度均為非零下限，徹底解決了球化反應(yīng)間斷、突爆和粘包的問題。
2、合金熔點(diǎn)通過對(duì)合金中的含鎂量、鎂鈣差、硅鎂比、硅含量等參數(shù)的調(diào)整與匹配，有效地調(diào)整了合金粒的熔點(diǎn)。從而使不同成分的高效環(huán)保球化劑對(duì)不同溫度的鐵水都能實(shí)現(xiàn)幾乎相同的平穩(wěn)球化反應(yīng)。多種不同熔點(diǎn)的合金粒與阻熔劑的科學(xué)配比，可以使高效環(huán)保球化劑產(chǎn)生低溫(L型1420-1450℃)、中溫(M型1450-1480℃)、高溫(H型1480-1510℃)、超高溫(SH型＞1510℃)等四種以上的型號(hào)，以適應(yīng)不同溫度的鐵水。反應(yīng)過程更平穩(wěn)，球化效果更穩(wěn)定。
3、凈化鐵水在高效環(huán)保球化劑中，還復(fù)合加入了一定量的除渣劑。在對(duì)鐵水進(jìn)行球化處理時(shí)，這種除渣劑能對(duì)鐵水渣中的各種氧化物進(jìn)行聚集并與鐵水分離，最后清出包外，從而有效地凈化鐵水，確保了球鐵水的穩(wěn)定性和抗衰退性能。
4、合金純凈高效環(huán)保球化劑中的多元中間合金采用專利技術(shù)——爐內(nèi)無沸騰壓鎂工藝生產(chǎn)，合金的純凈度更高，由于有了壓鎂前的除雜工藝，所以，合金中的夾雜物極少，氧化鎂可控制在0.5％以下。高純度的合金粒，使高效環(huán)保球化劑的純凈度、可靠性和穩(wěn)定性得到了充分的保證。
高度純凈的、經(jīng)過級(jí)配優(yōu)化的多元中間合金粒與阻熔劑、脫硫劑、凈化劑、除渣劑的科學(xué)組合，產(chǎn)生了全新的沖入法球化劑的第三代換代產(chǎn)品——高效環(huán)保球化劑。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是高效、穩(wěn)定、利用率高、鎂光小、煙塵少，有效地調(diào)整了合金粒的熔點(diǎn)、凈化熔點(diǎn)，合金純凈度高，是復(fù)合球化劑的升級(jí)產(chǎn)品。
本發(fā)明實(shí)施例如下實(shí)施例1沖天爐高溫高硫鐵水原鐵水成分％C3.60；Si1.0；Mn0.04；P0.04；S0.065；原鐵水溫度1490℃；球鐵鑄態(tài)性能目標(biāo)值QT450-12；鑄件重量5-60公斤；球化包型1.5噸，高徑比1.5，堤壩式；出鐵方式一次出完；高效環(huán)保球化劑型號(hào)HEN-F3-H型；高效環(huán)保球化劑成分％RE3.0；Mg7.0；Ca適量；Si34；高效環(huán)保球化劑用量1.4％(W/W)；覆蓋方式硅鐵，部分鐵屑；孕育劑75#硅鐵，兩次孕育。
實(shí)施結(jié)果如下球鐵成分％C3.6 Si2.65；Mn0.2；P0.05；S0.009；Mg0.05；球鐵鑄態(tài)性能抗拉強(qiáng)度495N/mm2，延伸率21％；球化等級(jí)2級(jí)；球徑級(jí)別6-7級(jí)；實(shí)施例2電爐高溫低硫鐵水原鐵水成分％C3.7；Si1.3；Mn0.13；P0.04；S0.020；原鐵水溫度1520℃；球鐵鑄態(tài)性能目標(biāo)值QT400-18；鑄件重量8-30公斤；
球化包型1.0噸，高徑比1.5，堤壩式；出鐵方式一次出完；高效環(huán)保球化劑型號(hào)HEN-F2-SH型；高效環(huán)保球化劑成分％RE2.0；Mg6.0；Ca適量；Si36；高效環(huán)保球化劑用量1.2％(W/W)；覆蓋方式硅鐵，部分鐵屑；孕育劑75#硅鐵，硅鋇，三次孕育。實(shí)施結(jié)果如下球鐵成分％C3.75 Si2.6；Mn0.15；P0.04；S0.007；球鐵鑄態(tài)性能抗拉強(qiáng)度475N/mm2，延伸率23％；球化等級(jí)1-2級(jí)；球徑級(jí)別6-7級(jí)；實(shí)施例3厚大斷面球鐵原鐵水成分％C3.50；Si2.6；Mn0.13；P0.05；S0.026；原鐵水溫度1470℃；球鐵鑄態(tài)性能目標(biāo)值QT420-15；鑄件重量5-8砘；球化包型10噸，高徑比1.2，堤壩式；出鐵方式一次出完；高效環(huán)保球化劑型號(hào)HEN-LS3-M型；高效環(huán)保球化劑成分％REY2.0；Mg7.0；Ca適量；Si34；高效環(huán)保球化劑用量1.8％(W/W)；覆蓋方式硅鐵，鐵屑；孕育劑75#硅鐵，硅鋇，二次孕育。實(shí)施結(jié)果如下球鐵成分％C3.5 Si2.6；Mn0.13；P0.045；S0.008；Mg0.063；球鐵鑄態(tài)性能抗拉強(qiáng)度485N/mm2，延伸率20％；球化等級(jí)2級(jí)；球徑級(jí)別6-7級(jí)；
權(quán)利要求
1.一種高效環(huán)保球化劑，其特征在于各種物料的配比范圍為(1)球化劑75-90％；(2)阻熔劑5-20％；(3)除渣劑0-5％；(4)凈化劑1-8％；(5)脫硫劑0-6％；(6)孕育劑0-5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效環(huán)保球化劑，其特征在于(1)球化劑是指不同熔點(diǎn)的稀土鎂硅鐵合金粒；(2)阻熔劑是指以電極石墨和石英砂，二者的比例為2∶1；(3)除渣劑是指日本火山巖；(4)凈化劑是指晶型石墨；(5)脫硫劑是指經(jīng)氟化鈣表面復(fù)膜鈍化的氧化鈣；(6)孕育劑是指高鋇合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效環(huán)保球化劑的制備方法，其特征在于將上述的物料按一定的粒度公布和配比，經(jīng)物理機(jī)械混合而制成，在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩(wěn)定珠光體的元素，將金屬銻破碎成0-1.5mm的粒度，與阻熔劑混勻后加入，在厚大斷面型球化劑中加入釔基重稀土合金，以熔入母合金中的方式加入，其中(1)稀土鎂硅鐵合金粒成份為鎂6.0-18％、稀土1.5-15％、鈣1.0-8.0％、硅40-60％；(2)HEN-F3的幾種溫度類型的配比為SL1390-1420℃、L1420-1450℃、M1450-1480℃、H1480-1510℃、SH1510-1550℃、SSH＞1550℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效環(huán)保球化劑的制備方法，其特征在于本發(fā)明適用溫度范圍是1390-1600℃之間，厚鐵水含硫量為0.015-0.10％的鐵水的球化處理，適用于鐵素體，混合基體、珠光體球鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有稀土鎂硅鐵合金的高效環(huán)保球化劑，具體說是一種生產(chǎn)球墨鑄鐵的添加劑，主要特點(diǎn)是以不同熔點(diǎn)的稀土鎂硅鐵合金粒作為球化劑，以電極石墨粒做為阻熔劑、晶型石墨做為凈化劑，用經(jīng)氟化鈣表面膜鈍化的氧化鈣做為脫硫劑、日本火山巖做為除渣劑，適用高鋇合金做為孕育劑，在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩(wěn)定珠光體的元素，以釔基重稀土合金作為厚大斷面球鐵型球化劑中的稀土，將以上物料按一定粒度分布和配比經(jīng)物理機(jī)械混合而成。該產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于鑄鐵素體球鐵、鑄態(tài)珠光體球鐵和厚大斷面球鐵，是復(fù)合球化劑的升級(jí)產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C22C33/00GK1427086SQ0113185
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者李鑠, 張恒立 申請(qǐng)人:包頭文鑫實(shí)業(yè)有限公司