專利名稱：球墨鑄鐵無煙球化處理工藝及其球化處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)球墨鑄鐵的爐前球化處理的工藝及其球化處理裝置、包內(nèi)脫硫、孕育處理的工藝。
現(xiàn)有技術(shù)背景據(jù)中國鑄造協(xié)會編輯出版的《臺灣鑄造文集》及天津市鑄造協(xié)會、天津市鑄造學(xué)會主辦的《天津鑄造》報道，目前國內(nèi)外球墨鑄鐵生產(chǎn)所應(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。國內(nèi)外大多數(shù)的工廠均采用“沖入包內(nèi)法”進(jìn)行球化處理，因為這種方法相對來講，設(shè)備簡單，投資少，操作方便。一九九四年五月全國鑄造科技信息中心第七屆年會論文集中刊登的“日本五味鑄工所的球鐵生產(chǎn)技術(shù)”介紹了有關(guān)球鐵生產(chǎn)的情況，株式會社五味鑄工所的球化處理也采用沖入法球化處理工藝。該廠采用1.5t中頻電爐熔煉，出鐵溫度控制在1530℃～1550℃，原鐵水含硫量為0.005～0.020%，在堤壩式鐵水包中加入占處理鐵水重量1.3%的稀土鎂合金，并覆蓋一層Si50硅鐵，其加入量為鐵水量的1.2%。規(guī)定球化反應(yīng)時間為90s±30s。澆注溫度規(guī)定為小件>1350℃，中件>1300℃，大件>1280℃。全部鐵水澆注時間要求控制在球化反應(yīng)終了后的12min內(nèi)。若球化反應(yīng)過分激烈或估計鐵水澆注時間較長時，尚需酌情補(bǔ)加球化劑。
在沖入包內(nèi)法球化處理時，鐵水與球化劑接觸面積大，反應(yīng)劇烈，鐵水噴濺，發(fā)出眩目、白灼的鎂光，環(huán)境污染大。在劇烈反應(yīng)中，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，堆積比重小，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，鎂的蒸氣壓力增大，鐵水沸騰加劇，球化劑的燒損也隨之增加。為緩解沖入包內(nèi)法球化處理時的反應(yīng)速度及合金的上浮速度，在合金中增添鎳、銅比重大的合金，雖然可以降低球化劑的加入量(沖天爐熔煉時，球化劑的加入量可由1.8%降低到1.6%)，但是，鎳、銅價格昂貴，使球化劑成本大幅度增加，綜合成本上升，并且抑制作用不顯著。
鐘罩式壓入法球化處理時，雖然可以防止球化劑的上浮，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。自建壓力加鎂法時，鎂錠的加入量雖然可以降低到0.12～0.14%，但是其設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩，經(jīng)倒包后鐵水降溫較大，安全性差。采用滅容自建壓力加鎂法球化處理時，壓力包內(nèi)鐵水盛得太滿，鐵水面上部的空間太小，或密閉太嚴(yán)密時，包內(nèi)鎂蒸氣自建壓力過大，造成鎂蒸氣不沸騰，沒有同鐵水充分?jǐn)噭佣昏F水吸收，以液體狀態(tài)浮于鐵水表面，當(dāng)打開壓力包蓋時，壓力消失，液體鎂遇空氣劇烈燃燒、蒸發(fā)。這樣不但操作不安全，而且達(dá)不到球化處理的目的。因而，沖入包內(nèi)法產(chǎn)生以后，自建壓力加鎂法的球化處理方法受到限制。
另外，在慣用的沖入包內(nèi)法球化處理時，使用的球化劑是按一定成分要求預(yù)先熔制好的。在熔制過程中，鎂、稀土元素等的燒損是不可避免的。
中國專利申請?zhí)?3305754·7名稱為“移動式球化處理反應(yīng)室”的球化處理克服了上述不足，使球化處理時的球化劑加入量大幅度降低，采用9-10ReMg球化劑，只需加入占處理鐵水總重量的0.5～0.7%，就可以球化處理成功。
中國專利申請?zhí)?3120914·5名稱為“球化處理裝置及其球化處理工藝”的專利申請為控制球化反應(yīng)速度，取消球化劑的熔制工序，利用球化劑粉末，在包內(nèi)進(jìn)行脫硫、孕育處理提出了解決的技術(shù)方案。在生產(chǎn)中為了得到理想的球化反應(yīng)速度，反應(yīng)室的壁厚就要適當(dāng)加厚，(例出鐵溫度在1480℃，處理3噸鐵水時，用低碳鋼焊制的反應(yīng)室，壁厚就需10mm以上)。以保證延長球化反應(yīng)的時間。這就增加了反應(yīng)室的重量，其生產(chǎn)成本也隨之增加。由于其反應(yīng)室體積較大而且較重，對于爐前操作者帶來不便?！扒蚧幚硌b置及其球化處理工藝”專利申請說明書中敘述的球化反應(yīng)方式，“當(dāng)需進(jìn)一步控制反應(yīng)速度時，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%。在球化處理開始時，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。”應(yīng)該指出，根據(jù)該技術(shù)方案的要求，裝在反應(yīng)室內(nèi)的各種原料是呈堆積狀的。待反應(yīng)室口附近的鎂塊熔化消失一部分后，進(jìn)入反應(yīng)室的鐵水同鎂塊的接觸面積變大，反應(yīng)室內(nèi)鎂塊的熔化、氣化速度也相應(yīng)加快。鎂液和鎂蒸氣的比重較輕，由反應(yīng)室的下層向上浮起，在鎂氣化反應(yīng)的壓力及鐵水靜壓力的作用下，反應(yīng)室內(nèi)的鎂塊在反應(yīng)室內(nèi)劇烈不停地振動。隨著鎂塊的不斷熔化，反應(yīng)室內(nèi)的鎂蒸氣也隨之增大，氣化沸騰的鎂蒸氣從反應(yīng)室噴射出來以后，反應(yīng)室內(nèi)的壓力在瞬間相應(yīng)減弱，此時鐵水繼續(xù)進(jìn)入反應(yīng)室，且進(jìn)入的鐵水量不斷增加。鎂塊在球化反應(yīng)室內(nèi)由開始的面接觸逐步發(fā)展為其體表面全部接觸，鎂塊周圍的鐵水層逐漸加厚，溫度逐步升高，鎂塊的熔化氣化過程也就隨之加劇，因此造成反應(yīng)室內(nèi)后期的球化反應(yīng)速度仍較快，鎂蒸氣的沸騰仍較劇烈。盡管在減小反應(yīng)室口的截面積、減小鎂塊的表面積以及減小硅鐵的粒度等方面做了一些改變，但是，球化反應(yīng)后期反應(yīng)沸騰劇烈的問題仍不能控制。因此，鎂塊的加入量占處理鐵水總重量的0.10～0.12%才能保證球化處理合格。
發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)制造工藝簡單、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、操作方便、無環(huán)境污染、機(jī)械性能及鑄造性能優(yōu)良的低成本、無煙球化處理工藝及其球化處理裝置。本發(fā)明的另一個目的是提供一種簡便宜行的脫硫、孕育處理工藝。
發(fā)明的技術(shù)方案之一其技術(shù)解決方案是制造出如附

圖1或附圖2所示可以移動的球化處理反應(yīng)裝置，對現(xiàn)有的普通鐵水包(1)(以下所述附圖中所指零部件名稱標(biāo)記在各幅附圖中均相同)焊接一個用來轉(zhuǎn)動的套管(2)，再配備其它裝置及原料，就可以使普通平底鐵水包在沖入包內(nèi)法球化處理鐵水時，球化處理每噸鐵水的成本可以降低80～85%，并使工作環(huán)境得到明顯改善。采用該裝置完全可以取消對球化劑的熔煉工序過程，并有效地控制住了球化反應(yīng)速度，使鎂的回收率大幅度提高。其工藝過程是將球化處理鐵水的主要元素鎂塊(3)制成正方形截面積的長方體(圓柱狀體或其它類型柱狀體也可以)，鎂塊(3)的長度在小于鐵水包高度70%時，采用附圖1的反應(yīng)室結(jié)構(gòu);當(dāng)處理鐵水量超過1000公斤或鐵水包高度較低，鎂塊(3)的總長度大于鐵水包高度70%時，可以采用附圖2的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，可以采用反應(yīng)室(4)內(nèi)、外均襯耐火材料的辦法減薄反應(yīng)室的壁厚，并且反應(yīng)室(4)可以反復(fù)多次使用。也可以在鐵水包上焊接二個轉(zhuǎn)動套管(2)，同時將附圖1結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室和附圖2結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室分別裝在鐵水包內(nèi)，或者同時將二個附圖2結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室分別裝在鐵水包內(nèi)。鎂塊(3)的長度根據(jù)球化處理的鐵水溫度、鎂塊(3)的加入量及所需的球化反應(yīng)速度來確定。鎂塊(3)可以是一個整體，也可以是若干段拼接而成。將占處理鐵水總重量0.030～0.095%的鎂塊(3)置于用鑄鋼、鑄鐵鑄造或采用鋼材焊接制造或全部由耐火材料制成的反應(yīng)室(4)中，周圍用耐火材料或型砂、芯砂(5)搗實(shí)，并將其烘干或固化，經(jīng)過烘干或固化后就可以用來球化處理。也可以將熔化了的鎂液澆注到上述條件的反應(yīng)裝置中，待其凝固冷卻后，就可以用來球化處理。將準(zhǔn)備好置有鎂塊(3)的反應(yīng)室(4)與反應(yīng)室支架(6)用銷軸(或螺釘)(7)來固定連接，然后將其插入套管(2)，穿好銷拴(8)，將反應(yīng)室(4)推向鐵水包包嘴一側(cè)。為了隔熱、保溫，在鐵水包內(nèi)投放適量的木屑或草灰。向另一側(cè)的包嘴方向沖入鐵水至需鐵水總重量的70%，把出鐵口堵住，將反應(yīng)室(4)移動至鐵水包中心，使鐵水包內(nèi)各處的反應(yīng)均勻進(jìn)行。在反應(yīng)室(4)結(jié)構(gòu)不變的情況下，當(dāng)需進(jìn)一步減慢反應(yīng)速度時，減小反應(yīng)室口的面積，使其小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積，減小反應(yīng)室口與鐵水包底的距離，都可以延長球化反應(yīng)時間，使球化反應(yīng)趨于平緩。在球化處理開始時，鐵水沖入鐵水包內(nèi)，當(dāng)液面達(dá)到一定高度時，首先將反應(yīng)蓋板(9)熔化，鐵水在反應(yīng)室口接觸到鎂塊(3)。鎂的比重1.738克/立方厘米，熔點(diǎn)為651℃，沸點(diǎn)為1107℃。由于反應(yīng)室(4)內(nèi)襯的隔熱作用，只有反應(yīng)室口處的鎂塊(3)接觸鐵水熔化后氣化，鎂塊(3)與鐵水的接觸面積大為減少，有效地控制了鎂塊的熔化、氣化速度，基本消除了球化反應(yīng)時的煙塵鎂光，使鎂的回收率提高。等球化反應(yīng)完畢，覆蓋鑄造珍珠巖，將反應(yīng)室支架(6)取下，充分?jǐn)嚢?、扒渣后再覆蓋鑄造珍珠巖，補(bǔ)放其余30%的鐵水的同時，在出鐵槽隨流加入孕育劑進(jìn)行孕育處理，沖滿鐵水后再進(jìn)行第二次攪拌、扒渣、覆蓋鑄造珍珠巖，必要時可以進(jìn)行第三次攪拌、扒渣、覆蓋鑄造珍珠巖，并在澆注時進(jìn)行瞬時孕育處理。
發(fā)明的技術(shù)方案之二在技術(shù)方案之一的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了深入研究，為進(jìn)一步降低球化處理綜合成本，簡化生產(chǎn)過程，研究出本技術(shù)方案。制造出如附圖3、附圖4所示裝置，可以移動的具有支桿的覆蓋板(10)，可以采用鑄鋼、鑄鐵鑄造或鋼材焊接制造外襯耐火材料(11)，也可以是完全由鑄鋼、鑄鐵鑄造或鋼材焊接制造或全部由耐火材料制成的具有支桿的覆蓋板(10)。外襯耐火材料(11)的覆蓋板(10)及其它裝置與鐵水包的堤壩或凹坑組合成一個反應(yīng)室，放入外襯耐火材料或型、芯砂(12)的鎂塊(3)。鎂塊(3)的外形要求與技術(shù)方案之一相同。在鎂塊(3)重量一定的條件下，通過改變鎂塊的長度，改變鎂塊(3)與鐵水的接觸面積以及調(diào)解覆蓋板(10)與鐵水包堤壩或覆蓋板與凹坑式包底之間的距離來控制球化反應(yīng)速度。(堤壩式與凹坑式只是包內(nèi)耐火材料修筑不同，其它結(jié)構(gòu)不變。)鎂塊(3)的長度增加并減少與鐵水的接觸面積，將使球化反應(yīng)速度減慢。調(diào)解覆蓋板(10)與鐵水包堤壩或覆蓋板(10)與凹坑式包底之間的距離，可以控制堤壩或凹坑內(nèi)鎂蒸氣的反應(yīng)速度，使鎂蒸氣在覆蓋板下沿水平偏下方向或水平方向均勻噴射，此距離減小使反應(yīng)速度減慢。
鎂合金沖入包內(nèi)法的工藝已在我國應(yīng)用了近三十年，對于目前生產(chǎn)上使用及繼續(xù)使用的工廠，也完全可以采用此方案。
利用此方案在鐵水包堤壩內(nèi)或凹坑內(nèi)加入小于2mm的碳酸鈣(13)，其加入量占處理鐵水總重量的0.8～1.6%，可以在包內(nèi)進(jìn)行自下而上均勻的脫硫處理。其反應(yīng)過程是依靠碳酸鈣(13)加熱至825℃時，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(13)噴出來，隨著氣體的上浮，這些微小顆粒在上浮過程中進(jìn)行脫硫反應(yīng)，可以獲得理想的脫硫效果。
利用上述特征，可以在包內(nèi)進(jìn)行脫硫、球化復(fù)合處理。其作法是在外襯耐火材料或型、芯砂(12)的鎂塊(3)表面;或者是在塊狀鎂合金的表面覆蓋占處理鐵水總重量0.8～1.6%的小于2mm的碳酸鈣(13)，利用覆蓋板(10)的作用，可以在包內(nèi)進(jìn)行脫硫、球化復(fù)合處理。
采用覆蓋板(10)進(jìn)行脫硫球化復(fù)合處理的工藝過程是將襯有耐火材料或型砂、芯砂(12)的鎂塊(3)或鎂合金(14)放入鐵水包的堤壩或凹坑內(nèi)，其加入鎂塊或鎂合金(14)中總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.020～0.095%。然后在其表面覆蓋占處理鐵水總重量0.8～1.6%的小于2mm的碳酸鈣(13)，將覆蓋板(10)轉(zhuǎn)動至堤壩或凹坑上，靠嚴(yán)后，將銷拴(8)插上。為了隔熱保溫，在鐵水包內(nèi)投放適量的木屑或草灰。由鐵水包的另一側(cè)包嘴方向沖入鐵水至所需鐵水總重量的70%;把出鐵口堵住。當(dāng)鐵水沖入由覆蓋板(10)與鐵水包堤壩或凹坑組成的反應(yīng)室后，碳酸鈣(13)受熱首先分解成氧化鈣和二氧化碳?xì)怏w，在氣體壓力作用下，將反應(yīng)室中的氧化鈣和尚未分解完的碳酸鈣噴射出來，在鐵水包內(nèi)進(jìn)行自下而上的脫硫處理。當(dāng)反應(yīng)蓋板(9)熔化后(對于加入鎂合金的情況下不存在)，鐵水將鎂塊(3)或鎂合金(14)熔化并氣化，鎂蒸氣將反應(yīng)室內(nèi)剩余的脫硫劑繼續(xù)噴射出來，隨著上浮氣體，這些微小顆粒在上浮過程中進(jìn)行脫硫反應(yīng)，降低了鐵水中的含硫量，使鎂的有效利用率提高。對于加入鎂塊(3)的球化處理，改變反應(yīng)蓋板(9)的厚度來控制球化反應(yīng)的開始時間，控制球化反應(yīng)的速度的措施如前所述。對于鎂合金(14)的球化處理，可以通過改變鎂合金(14)的尺寸大小，調(diào)解覆蓋板(10)與鐵水包堤壩或覆蓋板(10)與凹坑式包底之間的距離來控制球化反應(yīng)速度。等球化反應(yīng)完畢，覆蓋鑄造珍珠巖，將覆蓋板(10)轉(zhuǎn)動至另一側(cè)包壁處，(若損壞了，可以將其取出包外更換)。其后攪拌、扒渣、覆蓋鑄造珍珠巖以及孕育處理與技術(shù)方案之一相同。技術(shù)方案之二增加了在包內(nèi)的脫硫處理，使球化劑的加入量又有所降低。對于繼續(xù)使用鎂合金(14)的工廠，采用技術(shù)方案之二的裝置后，鎂合金(14)的塊度尺寸有所增加，因此破碎鎂合金(14)產(chǎn)生的粉末得到減少，并且鎂合金(14)的粉末也可以得到利用。將鎂合金(14)的粉末加入到鐵水包的堤壩或凹坑內(nèi)，可以減少鎂合金(14)的加入量。單純使用覆蓋板(10)進(jìn)行球化處理或脫硫處理的工藝過程比較簡單，如前所述。
由于本發(fā)明有效地控制住球化反應(yīng)速度，使球化處理成本大幅度降低，可以將該技術(shù)擴(kuò)展到灰鑄鐵孕育處理的范疇。即加入不足以完全球化所需重量的鎂塊(3)或鎂合金(14)，控制反應(yīng)速度，可獲得理想的脫硫、孕育效果，使鑄鐵中游離狀態(tài)的石墨成為蠕蟲狀、團(tuán)狀及部分球狀。據(jù)西安交通大學(xué)陸文華主編的《鑄鐵及其熔煉》第七十二頁中指出，“隨著機(jī)械性能(即牌號)的提高，碳、硅含量逐漸下降，……其次隨著鑄件壁厚的加大，為了得到同樣的機(jī)械性能(牌號)，碳、硅的含量相應(yīng)地減少?！痹摃?-7介紹了一些工廠常用的灰鑄鐵件化學(xué)成分，對于HT200以上需孕育處理鑄鐵的碳當(dāng)量由4.1%逐漸減小到3.5%左右。因此，造成了鐵水的流動性下降，白口傾向增加。應(yīng)用本發(fā)明的高效脫硫、孕育處理工藝得到的鐵水含硫量明顯下降，含碳量比傳統(tǒng)的高強(qiáng)度孕育灰鑄鐵要高0.3%以上，其碳當(dāng)量也較傳統(tǒng)的高強(qiáng)度灰鑄鐵高(其碳當(dāng)量在共晶成分左右)，因此具有較好的充型性，白口傾向減小(爐前檢測的三角試塊白口寬度在1～2mm以下)，具有良好的機(jī)械加工性能?？估瓘?qiáng)度達(dá)200～500牛頓/平方毫米時，硬度為HB160～210，為獲得高強(qiáng)度、低硬度、低成本并具有良好鑄造性能的鑄件開辟了一條新途徑。
發(fā)明的有益效果本發(fā)明解決了沖入包內(nèi)法球化處理時，因球化反應(yīng)速度過快而造成的鎂回收率低、成分偏析，操作簡單、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綜合成本只有傳統(tǒng)工藝的10～20%。球化級別可以穩(wěn)定地達(dá)到1級，石墨尺寸大小為6～7級，機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、延伸率)均符合國標(biāo)要求。煙塵污染環(huán)境，危害人體健康已是眾所周知的，它被看成致病的因素。傳統(tǒng)工藝沖入包內(nèi)法球化處理時，由于反應(yīng)速度快，鎂回收率低，大量的鎂蒸氣逸出，產(chǎn)生濃烈的白煙，環(huán)境污染嚴(yán)重。采用本發(fā)明爐前球化處理時，基本消除了煙塵鎂光，使?fàn)t前操作的工作環(huán)境得到明顯改善，其操作輕便。對于球化處理不成功(因沖入的鐵水太多)或因澆注的時間較長造成后期的球化衰退時，可以隨時壓入準(zhǔn)備好的球化反應(yīng)裝置進(jìn)行二次球化處理。由于反應(yīng)平緩，熱量損失少，鐵水降溫較小。由于取消了球化劑的熔制工序，因此避免了球化劑熔煉過程中合金元素的燒損。
目前國內(nèi)球化劑年產(chǎn)量為4萬噸，每噸成本為1萬元左右，以該工藝技術(shù)推廣面為70%，降低球化處理成本85%計算4萬噸×1萬元/噸×70%×85%＝2.38億元即每年可以節(jié)省球化劑價值2.38億元人民幣。
將本發(fā)明擴(kuò)展到孕育鑄鐵的范疇，可以在爐前進(jìn)行高效脫硫、孕育處理。與傳統(tǒng)工藝的高強(qiáng)度孕育鑄鐵(HT200以上牌號)比較，比重可以降低3～5%。由于采用本發(fā)明的脫硫、孕育處理后，機(jī)械性能可以提高30～100%(與HT200～HT350比較)，因此采用新工藝減薄鑄件壁厚20%是完全可行的。國內(nèi)灰鑄鐵件年產(chǎn)量約800萬噸，每噸價格為3000元左右，其中若有200萬噸灰鑄鐵件采用本工藝技術(shù)，按上述條件計算3000元/噸×200萬噸×(3%+20%)＝13.8億元即每年可以降低孕育鑄鐵件費(fèi)用為13.8億元人民幣。
以上二項合計每年可以降低原材料費(fèi)用為16.18億元人民幣。
圖面說明附圖1是Ⅰ型無煙球化處理裝置的立體圖;
附圖2是Ⅱ型無煙球化處理裝置的立體圖;
附圖3是覆蓋板(10)與堤壩式鐵水包組成的反應(yīng)室加入鎂塊(3)及碳酸鈣(13)的主視圖、俯視圖和左視圖及A-A剖視圖;
附圖4是覆蓋板(10)與凹坑式鐵水包組成的反應(yīng)室加入鎂合金(14)及碳酸鈣(13)的剖視圖。
發(fā)明的實(shí)施舉例實(shí)施例1在300kg工頻電爐中熔煉。采用本發(fā)明技術(shù)方案之一，如附圖1所示的球化處理裝置。處理鐵水總重量為300kg，出鐵溫度控制在1550℃，反應(yīng)開始時包內(nèi)鐵水溫度為1419℃。原鐵水含硫量為0.06%，鎂加入量占處理鐵水總重量的0.054%，球化反應(yīng)時間為2分鐘，反應(yīng)比較平穩(wěn)，無煙塵鎂光。補(bǔ)加完剩余30%的鐵水后，包內(nèi)鐵水溫度為1363℃。球化反應(yīng)結(jié)束后13分鐘取樣，三角試塊白口寬度為1～2mm，球化級別為1級，石墨尺寸大小為7級。
實(shí)施例2在冷風(fēng)沖天爐熔化條件下進(jìn)行，熔化率為2噸/小時。采用本發(fā)明技術(shù)方案之一，如附圖1所示的球化處理裝置。處理鐵水總重量為1000kg，出鐵槽鐵水溫度1450℃。原鐵水含硫量為0.10%，鎂加入量占處理鐵水總重量的0.085%，球化反應(yīng)時間為2分10秒，反應(yīng)比較平穩(wěn)。補(bǔ)加完剩余30%的鐵水后，包內(nèi)鐵水溫度為1402℃。球化反應(yīng)結(jié)束后15分鐘取樣，三角試塊無白口，球化級別為1級，石墨尺寸大小為7級。
實(shí)施例3在300kg工頻電爐中熔煉。采用本發(fā)明技術(shù)方案之二，即具有支桿的覆蓋板(10)與堤壩組成反應(yīng)室，在其中加入襯有耐火材料(12)的鎂塊(3)。處理鐵水總重量為320kg，出鐵溫度為1530℃，反應(yīng)開始時包內(nèi)鐵水溫度為1464℃。原鐵水含硫量為0.02%，鎂加入量占處理鐵水總重量的0.028%，球化反應(yīng)時間為2分30秒，反應(yīng)平穩(wěn)，無煙塵鎂光。補(bǔ)加完剩余30%的鐵水后，包內(nèi)鐵水溫度為1428℃。球化反應(yīng)結(jié)束后15分鐘取樣，三角試塊白口寬度小于1mm，球化級別為1級，石墨尺寸大小為7級。
實(shí)施例4在冷風(fēng)沖天爐熔煉條件下進(jìn)行，熔化率為2噸/小時。采用本發(fā)明技術(shù)方案之二，即具有支桿的覆蓋板(10)與堤壩組成反應(yīng)室，在其中加入襯有耐火材料的鎂塊，并加入小于2mm的碳酸鈣脫硫。處理鐵水總重量為1000kg，出鐵槽鐵水溫度1478℃。原鐵水含硫量0.065%，鎂加入量占處理鐵水總重量的0.032%。球化反應(yīng)時間為2分40秒，反應(yīng)平穩(wěn)，無煙塵鎂光。補(bǔ)加完剩余的30%鐵水后，包內(nèi)鐵水溫度為1425℃。球化反應(yīng)結(jié)束后15分鐘取樣，三角試塊白口寬度小于1mm，球化級別為1級，石墨尺寸大小為7級。
實(shí)施例5在冷風(fēng)沖天爐熔煉條件下進(jìn)行，熔化率為7噸/小時。采用本發(fā)明技術(shù)方案之二，即具有支桿的覆蓋板(10)與堤壩組成反應(yīng)室，在其中加入含鎂7%的鎂合金(14)，其加入量為處理鐵水總重量的0.8%，并加入小于2mm的碳酸鈣脫硫。處理鐵水總重量為3000kg，出鐵槽鐵水溫度為1485℃。原鐵水含硫量為0.07%，所加入的鎂合金(14)中總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.056%。球化反應(yīng)時間為1分15秒，有少量的煙塵鎂光。補(bǔ)加完剩余30%的鐵水后，包內(nèi)鐵水溫度為1418℃，球化反應(yīng)結(jié)束后18分鐘取樣，三角試塊無白口，球化級別為3級，石墨尺寸大小為6～7級(在放大100倍的金相顯微鏡下觀察，除了球狀石墨外，有部分的石墨為團(tuán)狀或蠕蟲狀)。機(jī)械性能為抗拉極限強(qiáng)度499牛頓/平方毫米，抗拉屈服強(qiáng)度425牛頓/平方毫米，延伸率(%)16.9，硬度HB178。
實(shí)施例6在冷風(fēng)沖天爐熔煉條件下進(jìn)行，熔化率為7噸/小時。采用本發(fā)明技術(shù)方案之二，即具有支桿的覆蓋板(10)與堤壩組成反應(yīng)室，在其中加入襯有耐火材料(12)的鎂塊(3)，并加入小于2mm的碳酸鈣脫硫。處理鐵水總重量為300kg，出鐵槽鐵水溫度為1490℃。原鐵水含硫量為0.05%，鎂的加入量占處理鐵水總重量的0.031%。球化反應(yīng)時間為2分55秒，反應(yīng)平穩(wěn)。補(bǔ)加剩余的30%鐵水后，包內(nèi)溫度為1396℃。球化反應(yīng)結(jié)束后18分鐘取樣，三角試塊無白口，球化級別為1級，石墨尺寸大小為7級，機(jī)械性能為抗拉極限強(qiáng)度608牛頓/平方毫米，延伸率(%)13.4，硬度HB185。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)球墨鑄鐵的爐前沖入包內(nèi)法球化處理工藝及其球化處理裝置，其特征是在用鑄鋼、鑄鐵鑄造或鋼材焊接制造或全部由耐火材料制成的反應(yīng)室(4)中，以耐火材料或型砂、芯砂(5)為內(nèi)襯，將制備好的鎂塊(3)設(shè)置于其中；也可以是將熔化了的鎂液澆注到上述條件的反應(yīng)裝置中，通過改變反應(yīng)室(4)及鎂塊(3)的長度，改變反應(yīng)室(4)口的面積及調(diào)解反應(yīng)室(4)與鐵水包(1)底之間的距離來控制球化反應(yīng)速度，通過改變反應(yīng)蓋板(9)的厚度來控制球化反應(yīng)的開始時間，當(dāng)原鐵水含硫量小于0.1%時，反應(yīng)室(4)中鎂塊(3)的加入量為處理鐵水總重量的0.020～0.095%。
2.一種生產(chǎn)球墨鑄鐵的爐前沖入包內(nèi)法球化處理工藝及其球化處理裝置，其特征是用鑄鋼、鑄鐵鑄造或鋼材焊接制造外襯耐火材料(11)的具有支桿的覆蓋板(10);也可以是完全由鑄鋼、鑄鐵鑄造、鋼材焊接制造或全部由耐火材料制成的具有支桿的覆蓋板(10)，將外襯耐火材料或型砂、芯砂(12)的鎂塊(3)放入鐵水包的堤壩或凹坑內(nèi)，通過改變鎂塊(3)的長度，改變鎂塊(3)與鐵水的接觸面積以及調(diào)解覆蓋板(10)與鐵水包堤壩或覆蓋板(10)與凹坑式包底之間的距離來控制球化反應(yīng)速度，通過改變反應(yīng)蓋板(9)的厚度來控制球化反應(yīng)的開始時間，當(dāng)原鐵水含硫量小于0.1%時，堤壩或凹坑內(nèi)鎂塊(3)的加入量為處理鐵水總重量的0.020～0.095%。
3.如權(quán)利要求2所述的球化處理工藝及其球化處理裝置，其特征是在鐵水包的堤壩內(nèi)或凹坑內(nèi)加入塊狀的鎂合金(14)，所加入的鎂合金(14)中總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.020～0.095%，通過改變鎂合金(14)尺寸的大小，調(diào)解覆蓋板(10)與鐵水包堤壩或覆蓋板(10)與凹坑式包底之間的距離來控制球化反應(yīng)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球化處理裝置，其特征是在鐵水包的堤壩內(nèi)或凹坑內(nèi)加入占處理鐵水總重量0.8～1.6%粒度小于2mm的碳酸鈣(13)，利用覆蓋板(10)的作用，可以在包內(nèi)進(jìn)行自下而上的脫硫處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球化處理工藝及其球化處理裝置，其特征是在外襯耐火材料或型砂、芯砂(12)的鎂塊(3)表面覆蓋占處理鐵水總重量0.8～1.6%的小于2mm的碳酸鈣(13)，利用覆蓋板(10)的作用，可以在包內(nèi)進(jìn)行脫硫、球化復(fù)合處理，當(dāng)原鐵水含硫量小于0.1%時，堤壩內(nèi)或凹坑內(nèi)鎂塊(3)的加入量為處理鐵水總重量的0.02～0.07%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球化處理工藝及其球化處理裝置，其特征是在塊狀鎂合金(14)的表面覆蓋占處理鐵水總重量0.8～1.6%的小于2mm的碳酸鈣(13)，利用覆蓋板(10)的作用，可以在包內(nèi)進(jìn)行脫硫、球化復(fù)合處理，當(dāng)原鐵水含硫量小于0.1%時，堤壩內(nèi)或凹坑內(nèi)所加入的鎂合金(14)中總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.02～0.07%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的脫硫、球化復(fù)合處理工藝及其處理裝置，其特征是當(dāng)原鐵水含硫量小于0.06%時，堤壩或凹坑內(nèi)所加入的鎂塊(3)或鎂合金(14)中總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.020～0.035%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述球化處理工藝及其球化處理裝置，其特征是當(dāng)原鐵水含硫量小于0.06%時，所加入的鎂塊(3)或鎂合金(14)中總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.02～0.07%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述球化處理工藝及其球化處理裝置，其特征是原鐵水含硫量小于0.02%時，所加入的鎂塊(3)或鎂合金(14)中總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.020～0.035%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6所述處理工藝及其處理裝置，其特征是在灰鑄鐵爐前孕育處理時加入不足以完全球化所需重量的鎂塊(3)或鎂合金(14)，控制反應(yīng)速度，可獲得理想的脫硫、孕育效果，使鑄鐵中游離狀態(tài)的石墨成為蠕蟲狀、團(tuán)狀及部分球狀，其鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度達(dá)200～500牛頓/平方毫米時，硬度為HB160～210，具有良好的鑄造性能和機(jī)械加工性能，用于鑄造低成本、高質(zhì)量指標(biāo)的各類機(jī)械零件。
全文摘要
一種關(guān)于生產(chǎn)球墨鑄鐵的爐前無煙球化處理工藝及其球化處理裝置。本發(fā)明解決了沖入包內(nèi)法球化處理時，因反應(yīng)速度過快而造成的鎂回收率低，改善了工作環(huán)境。利用附圖所示的裝置，所加入鎂塊(3)或鎂合金(14)的總含鎂重量占處理鐵水總重量的0.020～0.095％，大幅度降低了球化處理成本，可以達(dá)到一級球化級別，石墨尺寸大小為7級。利用該工藝可以在爐前進(jìn)行脫硫、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C22C33/00GK1113268SQ94119828
公開日1995年12月13日 申請日期1994年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月20日
發(fā)明者劉年路, 曾誠璧, 戈麗萍 申請人:天津市塘沽區(qū)鑄造技術(shù)開發(fā)研究所