专利名称：一种高硅铸铁电极板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高硅铸铁电板板及其制备方法。
技术背景随着工业的发展，对于可以用于暴露在强腐蚀环境的设备上的材料需 求越来越高，高硅铸铁就是根据这种需求开发的材料之一。硅的质量分数在10%—18%之间的Fe -Si- C铸造合金称为高硅铸铁。高硅铸铁由于耐蚀 性能好、成本低、生产工序简单、节约镍铬等贵金属，特别适用于制作承 受较小静载荷的与各种强腐蚀介质接触的部件。高硅耐蚀铸铁件可用于化 工、石油、化纤、冶金、国防等工业所需的耐蚀铸件，还可用于制造外加 电流阴极保护的辅助阳极铸件。但是，高硅铸铁由于它的固有特性所决定， 存在着强度和冲击韧性低、硬度高、脆性大、导热系数小以及膨胀系数大 的缺点，以致在铸造生产及应用时，很容易产生縮松、縮孔和裂纹等缺陷， 不能经受剧烈的温度变化及承受重载，机械加工比较困难，从而限制了高 硅铸件的推广和应用。现在，高硅铸铁件主要局限在中小型铸件中，对大 型铸件的生产受到成形性、缺陷以及加工性能的影响，研究的很少，未有 成功生产和使用大型高硅铸铁件的报导。特别是现有的冷轧不锈钢板酸洗 槽用电极板的外形尺寸较大，属大型板状铸件， 一般轮廓尺寸为下电极 板2523 X350X420mm，上电极板2523 X350X690mm，铸造成型难度较大， 而且整体成型后力学性能差，在运输、安装、使用过程中容易发生断裂， 故使用寿命短， 一般为6 10个月。 发明内容为了克服现有高硅铸铁电极板的上述不足，本发明提供一种不容易发 断裂，使用寿命长的高硅铸铁电极板。同时，提供一种高硅铸铁电极板的 制备方法。本发明的构思是在酸洗用高硅铸铁电极板内设置网状加强筋，提高了 高硅铁基合金的力学性能，克服了高硅铸铁的强度和冲击韧性低、硬度高、
脆性大的缺点，同时保证酸洗用高硅铸铁电极板的耐蚀性与导电性。本发明的高硅铸铁电极板的特征是在电极板内设置着不锈钢钢网，不锈钢钢网可用不锈钢筋编成，钢筋的直径为05mm—cD10 mm，两相邻钢筋 之间的间距为40mm~—100 mm,(矩形或菱形)；不锈钢钢网也可用分布通 孔的不锈钢板，不锈钢板厚5腿一12mm，通孔的直径为①10 mm—050 mm， 不锈钢网的外形尺寸与电极板的尺寸相适应，小于电极板的尺寸， 一般宽 度比电极板窄20mm—120mm，长度比电极板小40mm—500mm，合箱时， 将不锈钢钢网固定在型腔内部适当部位，高硅铁基合金浇铸在不锈钢的钢 网外。本发明的高硅铸铁电极板分为平板与弯板两种，在平板电极板的两端 有通电接线孔，平板为长条形，不锈钢钢网也为长条形。弯板的高硅铸铁电极板有两个侧板和一个顶板，两个侧板和一个顶板为一体构成n形的弯 折板，在两个侧板的下边各有一向外弯折的底板，其纵向剖面呈拉手形， 不锈钢钢筋网的纵向剖面也呈拉手形，在底板上有通电接线孔。高硅铸铁 电极板由上电极板与下电极板组成，弯板的上电极板侧板的高度小于下电极板的侧板，两者之间相差不小于200 mm， 一般不大于心不于400 mm，下 电极板的两侧板外侧面与上电极板的侧板内侧之间的间隔介于20-50 mm， 上电极板置于下电极板之上，上电极板与下电极板之间用绝缘板隔开。 本发明的高硅铸铁电极板的高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)为C: 0.20/0—0.80/o Si: 13.00/o—18.00/oMn: 0.30/o——0.80/o S<0.03% P < 0.03% RE: 0.01%~0.05%其余为不可避免的杂质和Fe的组分。 本发明的高硅铸铁电极板的高硅铁基合金的最佳化学成分(重量百分数)为C: 0.35% Si: 16.3% Mn: 0.55% S<0.03% P < 0.030/0 RE 0.01%—0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分。 下面对高硅铸铁电极板的铁基合金的化学成分进行说明。 当硅的重量百分数达到14.5%时，在适当的介质条件下，其表面会形 成一层致密的Si02保护膜，耐蚀性能急剧上升，耐蚀性能随着含硅量的增 加而提高，但过高的含硅量会生成介稳定的脆性相(Fe5Si2),使材料更脆，
因此硅的最高含量可达18.0%。但为了获得良好的耐蚀性，又不过低降低机 械性能，高硅铁基合金中的硅含量选在14.5.0%—18.0%。高硅耐蚀铁基合金中的硅含量越高，含碳量应当越低。较合理的含碳 量相当于该项高硅耐蚀铁基合金的亚共晶成分或共晶成分。若含碳量大大 超过共晶成分时，会析出粗大的石墨，引起严重的组织疏松。这时由于硅 在a铁素体中的溶解能力比碳强，而且硅又加速碳的扩散，因此碳就被硅 排挤出来而形成自由态的片状石墨，随着合金的含碳量增加，析出的片状 石墨的尺寸增大，数量增多，就会形成更多的空洞和构成更多的微电池， 而不利于其机械性能和耐蚀性，所以高硅铁基合金的C含量选在0.2%— 0.8%。锰在铁基合金中是一种扩大奥氏体区的元素，而硅是縮小奥氏体区的 元素，少量的锰在高硅铁基合金中将固溶在a铁素体中，对合金的耐蚀性 和机械性的影响不明显，但过高的锰对高硅铁基合金的性能产生不利的影 响，因为锰在合金中凝固偏析系数较大，极容易在树枝晶间富集，使成分 分布的不均匀，造成局部微区的电极电位存在一定的差别，甚至形成微电 池效应，降低合金的耐蚀性，故锰的含量选在0.3%—0.8%之间。磷的含量将影响到高硅铁基合金的耐热性， 一般要求其含量低于 0.04%。硫的含量增加会降低高硅铁基合金的耐蚀性和机械性能，因为铁中 S的活性系数随着Si的增加而提高。所以，S的含量应严格控制在0.04% 以下。稀土是一种活性元素，适量加入合金将会产生很好的效果。残留在铸 铁内的微量稀土可以明显提高铸铁的耐蚀性。 一般认为这是由于稀土改变 了铸铁表面的氧化膜的粘韧性所致。在高硅铁基合金中加入稀土量应根据 铁水中的含气量确定，含气量在高硅铁基合金中的残留量控制在0.01%— 0.050/0。本高硅铸铁电极板的制备方法，包括依次的合金熔炼、变质处理、铸造成型与热处理，其步骤依次如下 包括下列步骤(一)合金熔炼——用具有酸性炉衬的感应电炉或电弧炉采用两次熔 炼法，将废钢、硅铁和回炉料(主要指浇、冒口)依次加入感应电炉或电
弧炉中进行第一次熔炼，要求材料干燥少锈，在熔炼过程中加入铁水重量2%左右的作为造渣剂的火砖碎块和萤石粉，减少合金熔炼过程中元素的烧 损，第一次熔炼的目的是将所有原料熔化混合均匀，去除部分夹渣和气体， 浇注成锭料备用；再将第一次熔炼浇注成的锭料加入感应电炉或电弧炉进 行第二次熔炼，在熔炼过程中不加或加入少量碎玻璃或萤石造渣，对铁水 脱气除渣，熔化之后，进一步调整化学成分，待温度、成分符合工艺要求 后，出炉浇注。高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)达 C: 0.2%—0.80/o Si: 13.0%—18.0%Mn: 0.3%—0.8% S<0.03% P < 0.03% RE: 0.01%—0.05°/。
其余为不可避免的杂质和Fe的组分 一般温度达1400°C—145(TC时出炉。 (二)变质处理变质处理的目的是细化晶粒和净化铁水，采用稀土硅铁合金作为变质 剂，出铁前预先待铁水合格后在铁水包包底加入变质剂，并随铁水包烘烤 至预定温度，待铁水合格后，将铁水倒入铁水包底进行变质处理。变质剂 为稀土硅铁合金，变质剂的加入量为处理铁水重量的0.2%—1.0%; (三)铸造成型采用消失模铸造或普通砂型铸造工艺，首先，将制作好的不锈钢钢网 按照工艺上指明的位置要求，固定在泡沫塑料模样或型腔中；其次，采用 电极板成型模造型，设置缓流封闭式浇注系统，直浇道、横浇道和内浇道 组元的横截面积的比例为SA直SA横:Hl一1.3: 1.5—1.7: 1.0，为了进一步加强浇注模的撇渣作用，在浇注系统的横浇道组元上设置着纤维过滤网，其中SAS、 2A 、 SArt分别为直浇道、横浇道和内浇道的横截面积。然后合箱待浇。浇注时，采用低温快浇的浇注方法。当铸造成型的铸件凝固60分钟一70分钟后，在红热状态下打箱；(四)热处理——高硅铁基合金电极板必须经过退火热处理，这不仅 有利于提高合金的力学性能，而且可以保证铸件缓慢冷却，消除热应力。将打箱的铸件立即装入热处理炉，均匀加热到750。C—800。C，保温2小时 一4小时，在热处理炉内冷却到10(TC以下后，把铸件取出热处理炉空冷。 本发明的高硅铸铁电极板与现有高硅铸铁电极板相比，不仅有高的耐 蚀性，而且有高的机械性能和较好的导电性，由于在内设置着不锈钢的钢
网，其强度和冲击韧性得以提高，抗断裂性能得到很大的改善，可铸成长度达3m以上的冷轧不锈钢板酸洗槽用电极板，而且整体成型力学性能好， 在运输、安装、使用过程中不容易发生断裂，使用寿命长， 一般为13-15 个月。本高硅铸铁电极板及其制备方法，避免了铸造生产及应用时容易产 生縮松、縮孔和裂纹等缺陷，适合于铸造长达3m及其以上的高硅铁基合金 电极板。
图1是本酸洗槽用高硅铁基合金电极板实施例一的主视图。 图2是与图l相对应的俯视图。 图3是沿图2中A—A的局部剖视图。 图4是本酸洗槽用高硅铁基合金电极板实施例二的俯视图。 图5是本酸洗槽用高硅铁基合金电极板实施例三的俯视图。 图6是本酸洗槽用高硅铁基合金电极板实施例二作为上电极板与高硅 铁基合金电极板实施例三作为下电极板的相互组合位置图。 图7是沿图6中B—B线的局部剖视图。 图8是本高硅铁基合金电极板浇注系统原理图。 上述图中1、通电接线孔 2、高硅铁基合金电极板 3、高硅铁基合金4、不锈钢筋钢网 5、底板 6、侧板7、高硅铁基合金电极板8、顶板 9、底板 10、侧板 11、高硅铁基合金电极板12、顶板13、不锈钢板 14、高硅铁基合金 15、绝缘板16、高硅铁基合金 17、 不锈钢板 18、通孔 19、浇口杯20、直浇道 21、塑料膜 22、横浇道 23、冒口24、实型模样25、型腔26、内浇道27、铸型 28、抽真空口具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细说明本酸洗槽用高硅铸铁电极板的具体 实施方式，同时对本酸洗槽用高硅铸铁电极板的制备方法的具体实施方式
也详细说明，但本高硅铸铁电极板及其制备方法的具体实施方式
不局限于 下述的实施例。 电极板实施例一
图1 、图2与图3描述的高硅铸铁电极板2为长方条矩形板，长2523 mm， 宽350 mm，厚45mm，在电极板内的中间设置着不锈钢筋钢网4，不锈钢筋 钢网4用不锈钢筋编成，钢筋的直径为①6 mm，两相邻钢筋之间的间距为 50mm，网孔为正方形，钢网的材料为奥氏体不锈钢，不锈钢筋钢网4长2050 mm，宽260 mm，高硅铁基合金3浇铸在不锈钢筋钢网4的中间及其两侧， 在电极板的两端有通电接线孔1。本实施例的高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)为 C: 0.8% Si: 18.0%Mn: 0.8% S<0.03%P < 0.03% RE 0.01%~0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分。 电极板实施例二图4与图6给出的高硅铸铁电极板7由两个侧板6和一个顶板8构成，两个侧板6和一个顶板8为一体构成n形的弯折板，在两个侧板6的下边各有一个向外弯折的底板5，其纵向剖视呈拉手形，在底板7有通电接线孔。在高硅铸铁电极板7的中间设置着弯折成n形的分布通孔18的不锈钢板13，见图7，高硅铁基合金14浇铸在不锈钢板13的中间及其两侧。不锈钢 板13外形尺寸比高硅铸铁电极板7小100mm。本实施例中不锈钢板13的 通孔18的直径为①20 mm，相邻两通孔18之间的距离为36 mm，厚度为10 mm。本高硅铸铁电极板7长2523 mm，宽350 ran,厚45mm，高690mm。本实施例的高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)为 C: 0.2%Si: 13.0%Mn: 0.3% S<0.03% P < 0.03% RE 0.01%—0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分。 电极板实施例三图5与图6给出的高硅铸铁电极板11由两个侧板10和一个顶板12构成，两个侧板io和一个顶板12为一体构成n形的弯折板，在两个侧板IO的下边各有一个向外弯折的底板9其纵向剖视呈拉手形，在底板9有电线接孔。在高硅铸铁电极板ii的中间设置着弯折成成n形的分布通孔的不锈钢板17，可参见图7，高硅铁基合金14浇铸在不锈钢板17的两侧。不锈 钢板17外形尺寸与高硅铸铁电极板11小100mm。本实施例中不锈钢板13 的通孔的直径为040 mm，相邻两通孔之间的距离为60 mm，厚度为10 mm。 本高硅铸铁电极板11长2523 ■，宽350 mm，厚45mm，高420mm 。
本实例的高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)为 C: 0.35% Si: 16.3% Mn: 0.55% S<0.03% P < 0.03% RE 0.01%~0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分。 电极板实施例四其结构与电极板实施例一相同，只是高硅铁基合金的化学成分不同，本实施例的电极板的高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)为C: 0.2% Si: 13.0% Mn: 0.8% S<0.03% P < 0.03% RE 0.01%~0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分。 电极板实施例五其结构与电极板实施例一相同，只是高硅铁基合金的化学成分不同， 本实施例的电极板的高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)为 C: 0.8% Si: 18.0%Mm 0.3%S<0.03% P < 0.03%RE: 0.01%—0.05%其余为不可避免的杂质和Fe的组分。 电极板制造方法实施例下面以高硅铁基合金电极板实施例一详细说明本高硅铁基合金电极板 的制造方法。(一)合金熔炼采用1吨中频炉冶炼,将干燥少锈的废钢710公斤、75硅铁200公斤、 回炉料110公斤(酸洗槽用高硅铁基合金电极板的剩余料如浇冒口)，按照 上述排列顺序加料，依次加入酸性炉衬的感应电炉中，加热到 1480'C-152(TC熔炼，本实施例是加热到1500°C，将所有原材料熔化均匀， 为了净化铁水，减少合金熔炼过程中元素的烧损，在熔炼过程中加入碎石 灰，静置10分钟，去除合金液中的气体和夹杂物，在1420°C—1460'C浇注 成铸铁锭，本实施例是在1450°C。把浇注成的铸铁锭，加到感应电炉中在148(TC-1520"C熔炼下，本实施 例是在150(TC下熔化后进行第二次熔炼脱气除渣，在熔炼过程中加入酸性 造渣剂萤石20公斤，铁水的化学成分(重量百分数)达到C: 0.8% Si: 18.0%Mn: 0.8% S<0.03%P < 0.03% RE 0.01%—0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分。静置30分钟，铁水炉温度1400°C—1450'C时出炉，本实施例在1420°C。(二)变质处理把第二次熔炼后并静置30分钟后的合金液，出铁温度140(TC—1450。C 时，本实施例是在142(TC时，将合金液冲入已在包底加入的作为变质剂的 稀土硅铁合金中，变质剂的加入量按照出铁量确定。处理铁水重量的0.2%_1.0%;(三)铸造成型在铸造成型前先制作不锈钢筋钢网4与实型模样24和铸型27，不锈 钢筋钢网4长2050 mm、宽260 mm，并经过喷丸和喷砂除锈。将不锈钢筋 钢网4放入泡沫塑料的发泡模具中，形成镶嵌不锈钢筋钢网4的泡沫塑料 实型模样24，实型模样24的外形与高硅铸铁电极板2相似，外形尺寸略小， 可参见图1与图2。铸型27见图8，将实型模样24置于铸型27形成铸造 型腔25，铸型27为缓流封闭式的浇注系统，它的直浇道20、横浇道22和 内浇道26组元的横截面积的比例为SA直SA横SAfl=l.l: 1.5: 1.0，在浇 注模的横浇道22组元上设置着一纤维过滤网。将第二次熔炼后并变质处理的铁水，采用低温快浇的浇注方法，浇注 到缓流封闭式的铸型27的型腔25中，浇注温度为1320°C—1380°C，当铸 造成型的铸件凝固后60分钟一70分钟内，在红热状态下打箱； (四)热处理将红热的铸件立即装入热处理炉，均匀加热到750。C一80(TC，保温 2小时一4小时，本实施例是加热到76(TC，保温3小时，在炉内冷却到100°C 以下后，出炉空冷。电极板实施例二、三、四与电极板实施例五可采用上述的方法制备， 高硅铁基合金的化学成分分别达到实施例二、三、四与五所规定的要求。高硅铸铁电极板实施例二与高硅铸铁电极板实施例三组成一组配合 使用，参见图6。被处理的金属板从两者之间通过。本申请文件中所说的废钢是碳素废钢，要求表面清洁少锈。
权利要求
1， 一种高硅铸铁电极板，它的外形为长条平板或弯板，在平板电极 板的两端有通电接线孔，弯板的高硅铸铁电极板有两个侧板和一个顶板，两个侧板和一个顶板为一体构成n形的弯折板，在两个侧板的下边各有一 向外弯折的底板，其纵向剖面呈拉手形，在底板上有通电接线孔，其特征是在电极板内设置着不锈钢钢网，不锈钢钢网可用不锈钢筋编成，钢筋 的直径为O5mm~O10 mm，两相邻钢筋之间的间距为40 mm——100 mm; 不锈钢钢网或采用分布通孔的不锈钢板，不锈钢板厚5 mm—12 mm，通孔的 直径为①10腿一①50 mm，钢网的外形尺寸与电极板的尺寸相适应，高硅 铁基合金浇铸在不锈钢的钢网外。
2，根据权利要求1所述的高硅铸铁电极板，其特征是高硅铁基合 金的化学成分(重量百分数)为C: 0.2%—0.8% Si: 13.0%—18.0% Mn: 0.3%—0.8% S<0.03% P < 0.03% RE: 0.01°/。一0.05%其余为不可避免的杂质和Fe的组分。
3，根据权利要求2所述的高硅铸铁电极板，其特征是高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)为C: 0.35% Si: 16,3% Mn: 0.550/o S<0.03o/o P < 0.03% RE 0.01%—0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分。
4、权利要求2所述的种高硅铸铁电极板的制备方法，它包括依次的 合金熔炼、变质处理、铸造成型与热处理，其步骤依次如下(一)合金熔炼——用具有酸性炉衬的感应电炉或电弧炉采用两次熔 炼法，将废钢、硅铁和回炉料依次加入感应电炉或电弧炉中进行第一次熔 炼，要求材料干燥少锈，在熔炼过程中加入铁水重量2%左右的作为造渣剂 的火砖碎块和萤石粉，减少合金熔炼过程中元素的烧损，将所有原料熔化 混合均匀，去除部分夹渣和气体，浇注成锭料备用；再将第一次熔炼浇注 成的锭料加入感应电炉或电弧炉进行第二次熔炼，在熔炼过程中不加或加 入少量碎玻璃或萤石造渣，对铁水脱气除渣，熔化之后，进一步调整化学 成分，高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)达 C: 0.2o/o—0.80/o Si: 13.0%—18.0%Mm 0.3%——0.8% S<0.03% P < 0.03% RE: 0.01%—0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分 温度符合工艺要求时出炉； (二)变质处理采用稀土硅铁合金作为变质剂，出铁前预先待铁水合格后在铁水包包 底加入稀土硅铁合金变质剂，并随铁水包烘烤至预定温度，待铁水合格后， 将铁水倒入铁水包底进行变质处理，变质剂的加入量为处理铁水重量的 0.2%—1.0%;(三)铸造成型采用消失模铸造或普通砂型铸造工艺，首先，将制作好的不锈钢钢网 固定在泡沫塑料模样或型腔中；其次，采用电极板成型模造型，设置缓流 封闭式浇注系统，直浇道、横浇道和内浇道组元的横截面积的比例为SA直: SA横SAfl=l.l—1.3: 1.5—1.7: 1.0，在浇注系统的橫浇道组元上设置着纤 维过滤网，其中SA 、 SA 、 SArt分别为直浇道、横浇道和内浇道的横截 面积；然后合箱待浇，浇注时，采用低温快浇的浇注方法，当铸造成型的 铸件凝固60分钟一70分钟后，在红热状态下打箱；(四)热处理——将打箱的铸件立即装入热处理炉，均匀加热到75(TC 一80(TC，保温2小时一4小时，在热处理炉内冷却到IO(TC以下后，把铸 件取出热处理炉空冷。
5、根据权利要求4所述的种高硅铸铁电极板的制备方法，其特征是 在合金熔炼时，高硅铁基合金的化学成分(重量百分数)达C: 0.35% Si: 16.3% Mn: 0.55% S<0.03% P < 0.03% RE 0.01%—0.05% 其余为不可避免的杂质和Fe的组分 时出炉。
全文摘要
一种高硅铸铁电极板及其制备方法，高硅铸铁电极板为长条平板或弯板，其特征是在电极板内设置着不锈钢筋编成或分布通孔的不锈钢钢网。高硅铸铁电极板的制备方法包括(一)合金熔炼，合金的化学成分(重量百分数)达C0.2％-0.8％，Si13.0％-18.0％，Mn0.3％-0.8％，S＜0.03％，P＜0.03％，RE0.01％-0.05％其余为不可避免的杂质和Fe的组分，出炉；(二)变质处理；(三)铸造成型，把不锈钢钢网固定在泡沫塑料模样或型腔中浇注；(四)热处理，将铸件装入热处理炉保温2小时-4小时，在热处理炉内冷却到100℃以下后把铸件取出。本高硅铸铁电极板制备方法制备的电极板有高的耐蚀性、高的机械性能和较好的导电性。
文档编号C23F13/12GK101122029SQ20071006183
公开日2008年2月13日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者杰 张, 李具仓, 毛双亮, 王秀生, 王贵清, 赵建伟, 赵爱民 申请人:太原钢铁(集团)有限公司