专利名称：冲天炉生产厚壁蠕铁件专用多元低稀土蠕化剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铸铁用的蠕化剂，尤其是涉及一种用冲天炉生产厚壁蠕铁件的蠕化剂。
背景技术：
蠕墨铸铁中的石墨介于片状和球状之间，呈蠕虫状，因此蠕墨铸铁既具有接近普通灰铸铁良好的导热性，又具有接近球墨铸铁的良好的力学性能。用于制造汽车排气管、气缸盖、活塞和钢锭模具、玻璃钢模具、焦化设备等耐热零件，具有良好的抗热疲劳性、耐磨性，裂纹倾向非常小，其使用寿命比普通灰铸铁和球墨铸铁都明显提高，因此具有非常广阔的应用前景。
生产蠕墨铸铁的方法就是通过向铁液中加入蠕化剂，对其进行蠕化处理，从而使其内部的石墨呈蠕虫状。目前生产中常用的蠕化剂大致分为两类；一类是以镁-钛为主，辅以少量钙、铈等元素的蠕化剂。该类蠕化剂的特点是反应动力学条件好，具有较好的溶解特性，白口倾向小，加入量范围尚可，但对铁液含硫量的波动比较敏感，主要适用于含硫量低的电炉铁液并生产薄壁蠕铁件。另一类是以稀土为主的蠕化剂，其稀土的含量一般均在15％以上。该类蠕化剂的特点是反应热力学条件好，蠕化剂加入量范围较宽，对铁液含硫量的波动适应能力较强。但其反应动力学条件差，为了蠕化剂的溶解和扩散，常需要人工或机械搅拌，给生产带来极大的麻烦。
中国专利CN1544679公开了一种蠕化剂，该蠕化剂含有重量比为15～35％的稀土(RE)，2～6％的镁(Mg)，35～45％的硅(Si)，1～5％的铝(Al)，1～5％的钙(Ca)，0.5～2.5％的锌(Zn)，0.5～2.5％的钡(Ba)，余量为铁(Fe)。它是由稀土硅铁合金、金属镁、硅钙、硅钡、铝锭、锌锭等原料熔炼而成。CN1300866还公开了一种铸铁的蠕化剂，这种蠕化剂合金成分范围为镁(Mg)6％～15％，稀土(RE)3％～15％，硅(Si)40％～45％，氧化镁(MgO)2.5％～15％，其他元素如钙(Ca)、钡(Ba)等适量。
我国铸造生产形式正向规模化、专业化、过程控制自动化的方向发展。因此，生产符合要求的蠕墨铸铁件，关键在于蠕化剂的品质及蠕化剂对原铁液的适应能力。就蠕墨铸铁件的种类看，有的企业以生产中小件为主，有的则以大件为主。从铁液的熔化手段看，有的以冲天炉为主，有的以电炉熔化为主。这种变化要求市场供应的商品也应多样化，以满足不同产品和生产形式的需求。以上两种专利提供的蠕化剂都是一种通用配方，其针对性不好。当用冲天炉生产蠕墨铸铁件时，铁液的含硫量较高、波动较大，铁液含硫量一般为0.05～0.08％；且铁液的出炉温度较低，一般出炉温度低于1450℃；在生产厚壁(如大于100～300mm)的蠕墨铸铁件时，如果使用普通的蠕化剂往往难以达到理想的蠕化效果。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于用冲天炉生产厚壁的蠕墨铸铁件的专用蠕化剂。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是本发明的蠕化剂成分的重量百分含量为镁(Mg)2～8％，稀土(RE)2～8％，钛(Ti)2～5％，钙(Ca)2～5％，钡(Ba)1～4％，铌(Nb)0.5～3％，钒(V)0.5～3％，铝(Al)1～3％，硅(S i)35～50％，余量为铁(Fe)。
生产上述蠕化剂所用原材料的重量配比为镁锭3～10％，稀土硅铁合金8～30％，钛铁8～25％，硅钙合金7～15％，硅钡合金4～15％，铌铁1～5％，钒铁1～5％，铝锭1～4％，75硅铁25～45％，余为废钢。
本发明的蠕化剂的制作工艺过程为
把所用原材料根据配比要求分层装入感应电炉坩埚中，经熔化、搅拌、浇铸、破碎、装袋，便得到本发明产品。分层装炉的次序是废钢、硅铁、镁锭、铝锭、稀土硅铁合金、钛铁、铌铁、钒铁、硅钙、硅钡、硅铁。其中硅铁分两次加入，第一次加入量约为总加入量的1/3，第二次即最后一层的加入量约为总加入量的2/3。
由于采用了上述技术方案和配比，本发明取得的技术进步是利用本发明的蠕化剂对冲天炉生产的含硫量较高的铁水进行蠕化处理时，能够提高铁水的蠕化效果，能使厚壁的铸铁件各个部位都得到比较均匀的金相组织，从而提高铸件的机械性能。本发明的蠕化剂采用包底冲入法，即可获得满意的蠕化效果，使用过程非常简便。
本发明的配方中的各化学元素所起到的作用为金属镁(Mg)具有很强的使石墨呈蠕虫状或球状的能力，但其使石墨呈蠕虫状的加入量范围很窄，仅为0.005％；残镁量低于0.015％，则石墨保持片状，残镁量超过0.020％，则石墨呈球状。这在生产中是难以控制的。通过加入适量的反球化元素钛(Ti)、铝(Al)等，对石墨呈球状有一定的抑制作用，可使镁的加入量的上限增大，这对获得蠕虫状石墨铸铁极为有利。同时适量的镁、铝可降低蠕化剂的熔点，改善蠕化处理的动力学条件，从而加速蠕化剂的扩散和吸收。
稀土(统称代号RE)的主要作用是脱氧脱硫，净化铁液，使蠕虫状石墨衰退时间延长，同时也具有促使石墨呈蠕虫状的作用。需要注意的是，稀土是强的碳化物形成元素，具有很强的白口倾向；如果加入过量的稀土元素，可导致厚壁蠕墨铸铁件出现白口缺陷。因此本发明中的稀土的含量中等，生产厚壁蠕墨铸铁件时，铸件中不会出现白口组织。
钙(Ca)不仅是一种强的石墨化元素，还具有使石墨呈蠕虫状的作用，同时钙还能显著降低镁的蒸气压，使合金反应平稳，从而提高镁的吸收率。钡(Ba)不仅可以降低镁的蒸气压，改善工艺条件和劳动条件，还可以使钙的作用效果更充分、长效的发挥出来。
铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)是生产微合金化钢的常用元素。研究表明，在蠕化剂中添加适量的铌、钒、钛，可显著增加蠕化剂的自孕育能力，使其抗衰退能力明显增强，这对生产厚壁蠕墨铸铁件极为有利。这是在本蠕化剂研制试验过程中的一个非常惊奇的发现。
硅(Si)是强石墨化促进元素，也具有很好的孕育作用，但在蠕化剂中的作用更主要的是“固镁”。如果蠕化剂合金中硅的含量太低，会使蠕化剂合金在熔炼和蠕化处理过程中镁严重烧损，使合金的生产困难，蠕化处理中反应非常剧烈。本发明的蠕化剂合金中硅的含量大于35％，避免了蠕化剂合金在熔炼和蠕化处理过程中镁严重烧损的情况，降低了蠕化剂合金生产的难度，在对铁水进行蠕化处理时反应也非常平稳。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明实施例1将准备好的原材料，按照分层装料的方法将原料装入感应电炉的坩埚内，分层装炉的次序是2％废钢、10％的硅铁、5％的镁锭、2.5％的铝锭、18％的稀土硅铁合金、15％的钛铁、3.5％的铌铁、4％的钒铁、10％的硅钙、10％的硅钡、20％的硅铁。然后进行熔化，搅拌均匀，出炉浇铸；待凝固冷却后，破碎成要求的粒度，并装袋入库。由此得到的本发明的产品，其大概的合金含量为Mg 3％，RE5％，Ti 3.5％，Ca 3.5％，Ba 2.5％，Nb 2％，V 2％，Al 2％，Si 42％，余量为Fe。
实施例2本事实例与事实例1的不同之处在于生产蠕化剂时原材料的装炉量为1.5％废钢、10％的硅铁、3％的镁锭、1.5％的铝锭、25％的稀土硅铁合金、8％的钛铁、1％的铌铁、6％的钒铁、15％的硅钙、4％的硅钡、25％的硅铁。获得的蠕化剂的大概的合金含量为Mg 2％，RE 8％，Ti 2％，Ca 5％，Ba 1％，Nb 0.5％，V 3％，Al 1％，Si 50％，余量为Fe。
实施例3本事实例与事实例1的不同之处在于生产蠕化剂时原材料的装炉量为2％废钢、10％的硅铁、9％的镁锭、3％的铝锭、7％的稀土硅铁合金、17％的钛铁、5％的铌铁、1％的钒铁、4％的硅钙、14％的硅钡、28％的硅铁。蠕化剂的大概的合金含量为Mg8％，RE 2％，Ti 5％，Ca 2％，Ba 4％，Nb 3％，V 0.5％，Al 3％，Si35％，余量为Fe。
实施例4本实施例说明的是本发明的蠕化剂在冲天炉条件下，生产厚壁为100～300mm的焦化炉门框的蠕墨铸铁件的使用情况。
用5t/h冲天炉熔化铁液。原铁液的化学成分为C 3.5～3.8％，Si 1.5～1.7％，Mn 0.3～0.6％，P 0.05％，S 0.05～0.08％。蠕化剂采用实施例1中成分配比。
铁液出炉温度为1430℃，采用包底冲入法蠕化处理工艺。本发明的蠕化剂的加入量为1.3～1.5％，包内加入0.4～0.5％的75硅铁覆盖在蠕化剂上面进行一次孕育，再用0.1～0.2％粒度为1～3mm的75硅铁粒撒在扒渣后的铁液表面上进行浮硅孕育。
炉前Φ100mm试棒的蠕化率控制在85％以上，可稳定生产蠕化率大于75％的蠕墨铸铁焦化炉门框。
权利要求
1.冲天炉生产厚壁蠕铁件专用多元低稀土蠕化剂，包括Mg、RE、Ca、Ba、Si、Fe，其特征在于还包括Nb、V、Al、Ti，各成分的重量百分含量范围为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％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的冲天炉生产厚壁蠕铁件专用多元低稀土蠕化剂，其特征在于生产上述蠕化剂所用原材料的重量配比为镁锭3～10％，稀土硅铁合金8～30％，钛铁8～25％，硅钙合金7～15％，硅钡合金4～15％，铌铁1～5％，钒铁1～5％，铝锭1～4％，75硅铁25～45％，余为废钢。
3.根据权利要求1所述的冲天炉生产厚壁蠕铁件专用多元低稀土蠕化剂，其特征在于蠕化剂制作的工艺过程为把所用原材料根据重量配比分层装入感应电炉坩埚中，经熔化、搅拌、浇铸、破碎，便得到本发明产品；分层装炉的次序是废钢、硅铁、镁锭、铝锭、稀土硅铁合金、钛铁、铌铁、钒铁、硅钙、硅钡、硅铁。
全文摘要
本发明公开了一种冲天炉生产厚壁蠕铁件专用多元低稀土蠕化剂，各成分的重量百分含量范围为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％，余量为Fe。生产上述蠕化剂所用原材料的配比量为镁锭3～10％，稀土硅铁合金8～30％，钛铁8～25％，硅钙合金7～15％，硅钡合金4～15％，铌铁1～5％，钒铁1～5％，铝锭1～4％，75硅铁25～45％，余为废钢。利用本蠕化剂对冲天炉生产的含硫量较高的铁水进行蠕化处理时，能够提高铁水的蠕化效果，能使厚壁的铸铁件各个部位都得到比较均匀的金相组织，从而提高铸件的机械性能。本发明的蠕化剂采用包底冲入法，使用过程非常简便。
文档编号C21C1/08GK101078083SQ200710062230
公开日2007年11月28日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者张忠诚, 王忠民, 李志永, 刘群山 申请人:河北科技大学