专利名称：合成球墨铸铁制造的方法
一种合成球墨铸铁制造方法的发明，其特征是在冶炼铸铁熔液时，全部采用废钢加相应的铁合金组合而成。不使用铸造的高炉生铁。
这种合成球墨铸铁由于使用百分之百的废钢生产，含硫、磷低，铁合金曾经过高温冶炼，材质晶粒细小、含杂质少、较高炉生铁，做原料的一般球铁物理性能有明显提高。这一特征可促进高强度球铁的发展。本发明的全部废钢组合而成的似钢球铁铸铁是21世纪“铁一钢合一”项目，走向实用化的重要措施。且由于百分之百是采用废钢生产，废旧物质的再生循环，特别有利环境保护，降低成本，获得高的经济效益，即可由废钢变成球铁，直接铸造出所需求的各种铸造的产成品。对比现有技术有明显的突出进步。
合成球墨铸铁制造方法的工艺流程见附图
(框图)，具体的生产方法是，首先选定牌号接近的没有反石墨化和反球化的合金成份的废钢，在中频电炉或冲天炉内熔炼。本方法的特征在于将合成球铁所需要的最低含碳量1.5％，通过铁碳合金的方法与球铁中所需的底硅、铜、镍、锰等铁合金一起加到炉料中进行熔化，最终合成球铁的碳含量为最低1.5％-1.8％，终硅量3.6％-4.8％，碳当量在2.8-3.4之间即可得到低碳当量的合成球铁，力学性能可达到抗拉强度400MPA以上，强度HB≥200以上，与现有技术使用本溪优质高炉生铁的球铁力学性能相当。显然如果需要的时候也可进行等温淬火，获得奥氏体贝氏体的合成球墨铸铁，但是这种优质的奥贝球铁的主体却百分之百是由废钢做原料获得的，是区别现有的球铁生产技术的主要特征。
本发明合成球铁的特征在于以下12点1、增大合成球铁石墨化能力，需抑制Fe3C的形成，避免磷共晶的出现。
2、增加共晶团的数量，减少共晶团之间的间隙，即使磷含量比本溪铁高，也可使磷共晶呈弥散分布，因此合金中需少量加入钙和钡。
3、晶粒细化，应采用金属型铸造，增加激冷速度，同时合成球铁在晶粒细化时石墨球径小且无磷共晶和渗碳体析出，无白口倾向，本发明是在球化剂中加少量钙和钡实现的。
4、本合成球铁浇注后，凝固到室温的三个阶段中，有如下特点在初生相凝固时，投放到炉料中的碳已部分的溶解到液相的废钢中，相当部分已是高含碳量的似钢的高温液体，由于本方法中的少量合金元素的参与，存在着多种组织的形核条件，且球铁是非均质形核，在类似球铁变质处理、球铁孕育处理的过程中，本方法分炉料中、包底、浇包三处瞬时孕育等，即2至3次的孕育方法。硅的参与得到孕育充分的细小的晶粒和稍高含量的硅，在用稀土镁合金球化处理后，即可得到全部由废钢熔化的本发明的合成球墨铸铁。
本发明充分利用了形核理论，即只要存在过冷，新的晶核，就将连续在液体中形核，且新晶核的数量与液相分数成正比，由于孕育过程是冲入法复盖硅铁1/3，浇注时随流撒入1-3毫米粒度的硅铁1/5，其余放在浇口杯的凹坑内，在浇注过程完成反应得到细小的石墨球，由于三次孕育，石墨无长大和发生畸变的危险。
5、球化剂中含少量Ce，在0.15-0.6％之间皆可。
6、合成铸铁的熔炼需要过热，过热温度冲天炉1550℃，电炉1760℃，在过热时，碳化物消失，冷却时晶芽容易与铁元素生成亚共晶即低碳当量的合成球铁，晶芽以石墨为主，少量碳化物、磷化物共晶和各种包含物、未熔相的残余等，多种少量的合金元素的加入可将适量的碳与铁组合成合成球铁。
7、本发明的方法的特征在于将废钢液的铁水在高的温度下浇注，例如现有技术浇注温度约1450℃左右，而本方法却要求大炉1550℃，中频电炉过热到1760℃浇注1680℃，高的温度可使低碳当量的似钢液体得到充满薄壁铸型所需要的特别良好的流动性。本发明高温浇注的方法，可完全消除现有技术的缺陷，即可得到无缩孔、气孔、皮下气孔、热裂等铸造缺陷的充满铸型的完整铸件，合成球铁液体高温时含热量增加，是主要的特征。钢和铁之间以百分之二的低碳铸铁具有最小的真实的流动性，相反共晶铸铁则大，但本方法采用高温度熔铸，同时有碳、硅、磷、锰、钼、铜、钙、钡、镍等合金元素参与提高了亚共晶似钢铸铁，即本发明的合成球铁的流动性，使其得到普遍的方便的可实际应用在工业生产中。
8、本发明方法的过热合成球铁在激冷凝固过程或其他原因大量产生白口时，也将因本方法中的1600℃以上的过热过程而使石墨化退火所需时间减少1/2以上，即在采用本发明时总的能源消耗比现有技术要减少一个数量级。
9、本发明的方法的特征在于球状石墨是必须在均匀的介质液体或固体中进行，且使扩散的作用成为限制环节，这些条件在固体铸铁内石墨化时最易实现。
例如本方法的实例浇注合成球铁汽车螺旋伞齿轮时，以1760℃过热采用1650℃的高温浇注，铸件是在金属型中迅速冷却的，金属型温度350℃，冷却至1040℃结晶完毕仅需时间15秒。在液态金属熔液内产生一些凝固后能保证进行石墨化的石墨晶芽，再用镁铈进行变质处理，共晶转化时晶芽在各个方向上以同一速度长大，而得到球状石墨且析出石墨球被细化，力学性能高于生铁熔炼的普通球铁。
本方法的特征在于当金属熔液过热到1700℃-1760℃时，由于本方法的高温过热，可得到任意含碳量的铁碳合金，之后再进行球化变质处理，而最低含碳量1.5％时是获得低碳当量的力学性能最好的合成球铁的方法。
10、本方法在电炉中熔炼需经过升温——过热——降温——再过热——再降温——最后再过热，沉静之后的反复1次至3次的升降，使各种元素介质在熔化过程中得到充分的激活，使合金化的过程完整。
11、合成球铁由于硅含量低，可用苏打0.5-1％脱硫。用抑制磷共晶产生，降低磷在合成球铁内的反作用，达到除磷的相同目的。
12、废钢必须增碳才可变成合成球墨铸铁，本方法的增碳除高温过热之外合金化的过程采用加锰至1％左右，同时要求硅含量不高于3％，也可使最终合金中的碳增至1.7-3.0％。
综上所述，至此废钢可以百分之百的变成本发明方法所谓的“合成球墨铸铁”，同时可进行大量生产。
权利要求
1.根据合成球墨铸铁发明说明书所述的全部由废钢及铁合金元素、球化剂、孕育剂所得到的合成球墨铸铁的高温熔炼方法，其特征在于使用百分之百的废钢得到的合成球铁。
2.根据权利要求1和说明书所述的合成球铁的熔炼方法，1550℃冲天炉和1760℃中频电炉熔炼的高温过热的方法，1480℃或1650℃左右高的浇注温度，其特征是高的温度明显区别现有技术的1450℃的浇注温度和熔化温度1500℃，具有突出的防止铸造缺陷的能力，是本发明的特征。
3.根据权利要求1和说明书所述的合成球铁的铸件快速凝固，细化晶粒是使用350℃金属铁型激冷的方法得到的。
4.根据权利要求1和说明书所述的合成球铁在熔化废钢和炉料时采用正常速度升温至1760℃之后，断电、在炉中降至1550℃左右再送电升温至1760℃，如此可循环一次或三次以内。此时由于参于反应的锰元素可使碳含量增至1.7-3.0％，得到优质似钢铸铁后，再经球化处理即可得到无铸造生铁的合成球铁。
5.根据权利要求1和说明书所述的合成球铁的方法在孕育时需分三次加硅，包内二次孕育，随流三次瞬时孕育是本方法的特征。
6.根据权利要求1和说明书所述的合成球铁中的各种参加反应的各个元素，碳、锰、铜、铝、镍、硅、钡、钙、铈等铁合金，熔制上述铁合金时应分别单独熔制各种铁合金，除合金成份以外的铁也可以是由本方法提供的废钢，经高温制成，其次优质硫磷含量低的本溪铸造生铁也可以。
7.根据权利要求1和说明书所述的合成球铁可以是亚共晶球铁、碳当量4.2以下的，尤其是碳当量在2.6时，合成球铁在高温过热后，浇注的产品具有明显的很高的力学性能，无任何通常的铸造缩孔、砂眼和气孔等缺陷是本方法的特征。
8.根据权利要求1和说明书所述的合成球铁在铸造过程中遇有白口缺陷时，由于经过过热，石墨化退火时间可较现有的热处理时间减少二分之一，节约能源，十分方便。
全文摘要
一种百分之百由废钢加少量的碳、锰、硅、稀土、镁等合金元素经过高温熔炼后可直接获得似钢的优质合成的球墨铸铁的方法。废旧物料的再生循环特别有利于环境保护，可获得良好的经济效益和社会效益。
文档编号C22C37/00GK1428441SQ01131850
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月24日 优先权日2001年12月24日
发明者姜东生, 姜淑君 申请人:姜淑君