一种铁水长效孕育剂及其制备方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种铁水长效孕育剂及其制备方法。

背景技术：

铸铁是工业上应用最广泛的金属材料之一，是机械制造工业的重要基础。孕育处理是铸铁工业生产过程中的一个重要环节，它不仅促进石墨化，而且有助于球化，使石墨变得更细小，更圆整，分布更加均匀，从而提高球铸件的综合力学性能，其作用就在于改变铸铁共晶结晶的凝固条件，消除白口、促进石墨化、细化晶粒、提高组织均匀性，从而改善铸铁的力学性能和加工性能。孕育处理过程中，铁水中能否有足够多的硫化物和氧化物作为石墨结晶的核心，取决于原铁水的纯度、保温时间和冶金处理工艺等。传统的生产中用的孕育剂是硅铁合金、它含有钙、钡、锶、锰等金属元素，加入上述元素，主要目的是使其与铁水中的硫和氧结合，为石墨提供有效的非均质结晶核心。我国球墨铸铁生产中普遍采用的孕育剂是75硅铁，这种硅铁中对孕育起重要作用的ca、al的含量没有限定具体的范围，从而使得其孕育效果很不稳定，使生产的球墨铸铁件经常形成各种组织上的缺陷，比如缩孔、缩松等。20世纪90年代以后，在引进国外技术的基础上，国内孕育剂的研究和应用有了长足的发展，相继发展了含锶硅铁孕育剂、稀土孕育剂、硅钡孕育剂等，极大地丰富了铸铁孕育剂的种类及其应用范围。目前我国的孕育剂系列基本可以满足铸铁件生产发展的需求，但硅铁孕育剂的用量还是占据了铸铁孕育剂总量的80％以上，从而导致孕育效果很不稳定，经常出现报废的铸件，所以孕育剂的发展对提高铸铁件的质量起着至关重要的作用，能否生产出合格的满足要求的孕育剂产品已经成为制约铸铁行业发展至关重要的因素。

中国专利201310117867.0公开了一种高强度灰铸铁用孕育剂及其制备方法其化学成分及其重量百分比为：si：65-72％，al：0.5-1.2％，zr：0.5-1.5％，re：0.6-1.8％，mn：4.0-6.0％，sn：0.4-1.2％(或sb：0.1-0.4％)，c<0.2，s<0.02，p<0.05，余量为铁及不可避免的杂质。该孕育剂可显著减小白口倾向、细化石墨、减小组织壁厚敏感性，并明显增加珠光体含量，从而提高灰铸铁的拉伸强度。对于相同成分的原铁水，与普通75硅铁孕育剂相比，应用该孕育剂铸铁的抗拉强度可提高30-60mpa。

中国专利201711456932.7公开了一种改性孕育剂及其制备方法，；包括如下质量分数的原料：孕育剂60-90wt％，微米碳化硅10-20wt％，纳米碳化硅2-10wt％；本发明提供的改性孕育剂，能增加cadi的形核数量，优化球化过程，能增加铸件球化时的形核数量，优化球化过程，提高铸件的综合机械性能。

中国专利201210130719.8公开了一种该孕育剂，由以下质量百分比的物料构成：石墨颗粒15-30﹪，硅铁颗粒70-85﹪。该碳硅孕育剂在铁水中能产生大量的石墨微粒，这些微粒会细化共晶团，促进碳的石墨化，减少碳化铁的生成，其退火后力学性能更高，爆管率明显降低。

但是目前现有技术中碳化硅和硅铁颗粒以及石墨颗粒的密度、熔点都不同，在实际会造成同时添加却不可能同时溶解，起不到孕育需要达到的效果。对较大电炉会造成除尘系统将碳化硅和石墨颗粒吸走，降低孕育效果，增加产品用量；针对一般炉型，为了使两种或两种以上的材料溶化，又必须促使电炉熔炼时间增长，增加成本的过程中由于延长熔炼时间造成石墨核心减少。一般碳化硅的外表圆整没有空隙，硅碳排列紧凑，在铁水内不能起到快速熔融，不能作用快速显现，且熔融速度过慢会造成开始浇铸孕育剂还没有分解完，造成夹渣等缺陷。由于密度粒度差距大，产品物理混合会造成产品分布不均匀，在孕育的过程中会造成碳硅不均匀的情况发生，造成孕育不良。以前此类相似孕育剂多为细粉，在铁水熔融过程中不能稳定的持续的分解，达不到铁水出炉持续稳定孕育，提供核心的效果。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种铁水长效孕育剂，其孕育效果好，其处理的铸铁产品具有良好的稳定性和均匀性，能够使铁水实现更长效更稳定的浇铸。

一方面，本发明提供了一种铁水长效孕育剂，其按重量份计的包括：石墨化石油焦3-5份、碳化硅4-6份和石墨电极碎0.5-1.5份；优选地，所述的铁水长效孕育剂，其按重量份计的包括石墨化石油焦3.5-4.5份、碳化硅4.5-5.5份和石墨电极碎0.5-1.2份；更优选地，所述的铁水长效孕育剂，其按重量份计的包括：石墨化石油焦4.1份、碳化硅5.1份和石墨电极碎0.8份。

所述的石墨化石油焦的石墨化程度为80-100％，优选地，所述石墨化石油焦的石墨化程度为85％。

所述石墨化石油焦的粒径为16-60目；优选地，所述石墨化石油焦的粒径为30-50目。

所述的碳化硅的粒径为20-80目；优选地，所述碳化硅的粒径为40-60目。

所述碳化硅的制备方法为：将弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑在3000℃下高温通电即得到所述的碳化硅；所述弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑的质量比为33-40：55-63：0.1-0.5：2-5。

另一方面，本发明提供了所述铁水长效孕育剂的制备方法：将按配方用量的石墨化石油焦、碳化硅和石墨电极碎加入到旋转混料机中，混合均匀后即得到所述的铁水长效孕育剂；所述旋转混料机的转速为20-40转/分钟，所述混合时间为5-15分钟。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的铁水长效孕育剂，对黑色冶金的球墨铸铁、蠕墨铸铁和灰铸铁均具有良好的处理效果。

(2)本发明提供的铁水长效孕育剂在铁水出炉或浇铸前，能够快速的提升铁水中的有效碳含量，并提供铁水凝固过程中基本的核心，使铁水在冷却过程中不会因为快速碳流失造成核心不足的缺陷，并且能够均匀稳定的控制铁水中石墨形核的速度和大小，起到稳定铸铁基体组织的作用，从而大大提升铸铁的成品率，提升铸件产品的机械性能。

(3)本发明提供的铁水长效孕育剂，能在复杂的铸造过程中稳定铁水由于长时间静止氧化而给浇铸造成的缺陷，能够使铁水更长效更稳定的浇铸，无缺陷浇铸。

(4)本发明中选用石墨颗粒和碳化硅作为原料，对石墨颗粒的石墨化程度和碳化硅配比和结构进行严格控制，在碳化硅生产过程中加入微量的氯化钠和少量木屑，钠可以疏松碳化硅的分子结构，木屑可以让碳化硅的表面孔隙度增加，通过此种方式两种主材料在相同环境下分解温度和时间有机统一。将碳化硅和石墨化石油焦的粒度进行不同控制，确保产品的稳定性和均匀性。

附图说明

图1为实施例5提供的长效铁水孕育剂处理铁水得到的球墨铸铁的显微石墨金相图；

图2为不加入长效铁水孕育剂处理铁水得到的球墨铸铁的显微石墨金相图；

图3为实施例5提供的长效铁水孕育剂处理铁水得到的灰口铸铁的显微石墨金相图；

图4为不加入长效铁水孕育剂处理铁水得到的灰口铸铁的显微石墨金相图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1一种铁水长效孕育剂

其按重量份计的包括：石墨化石油焦3份、碳化硅6份和石墨电极碎0.5份。

所述石墨化石油焦的石墨化程度为80％；所述石墨化石油焦的粒径为16目。

所述碳化硅的粒径为80目；

所述碳化硅的制备方法为：将弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑在3000℃下高温通电即得到所述的碳化硅；所述弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑的质量比为33：55：0.1：2。

所述铁水长效孕育剂的制备方法：将按配方用量的石墨化石油焦、碳化硅和石墨电极碎加入到旋转混料机中，混合均匀后即得到所述的铁水长效孕育剂；所述旋转混料机的转速为20转/分钟，所述混合时间为5分钟。

实施例2一种铁水长效孕育剂

其按重量份计的包括：石墨化石油焦5份、碳化硅4份和石墨电极碎1.5份。

所述石墨化石油焦的石墨化程度为100％；所述石墨化石油焦的粒径为60目。

所述碳化硅的粒径为20目；

所述碳化硅的制备方法为：将弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑在3000℃下高温通电即得到所述的碳化硅；所述弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑的质量比为40：63：0.5：5。

所述铁水长效孕育剂的制备方法：将按配方用量的石墨化石油焦、碳化硅和石墨电极碎加入到旋转混料机中，混合均匀后即得到所述的铁水长效孕育剂；所述旋转混料机的转速为40转/分钟，所述混合时间为15分钟。

实施例3一种铁水长效孕育剂

其按重量份计的包括：石墨化石油焦4.5份、碳化硅5.5份和石墨电极碎1.2份。

所述石墨化石油焦的石墨化程度为85％；所述石墨化石油焦的粒径为30目。

所述碳化硅的粒径为40目；

所述碳化硅的制备方法为：将弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑在3000℃下高温通电即得到所述的碳化硅；所述弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑的质量比为36：60：0.3：4。

所述铁水长效孕育剂的制备方法：将按配方用量的石墨化石油焦、碳化硅和石墨电极碎加入到旋转混料机中，混合均匀后即得到所述的铁水长效孕育剂；所述旋转混料机的转速为30转/分钟，所述混合时间为8分钟。

实施例4一种铁水长效孕育剂

其按重量份计的包括：石墨化石油焦3.5份、碳化硅4.5份和石墨电极碎0.5份。

所述石墨化石油焦的石墨化程度为85％；所述石墨化石油焦的粒径为50目。

所述碳化硅的粒径为60目；

所述碳化硅的制备方法为：将弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑在3000℃下高温通电即得到所述的碳化硅；所述弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑的质量比为36：60：0.3：4。

所述铁水长效孕育剂的制备方法：将按配方用量的石墨化石油焦、碳化硅和石墨电极碎加入到旋转混料机中，混合均匀后即得到所述的铁水长效孕育剂；所述旋转混料机的转速为30转/分钟，所述混合时间为8分钟。

实施例5一种铁水长效孕育剂

其按重量份计的包括：石墨化石油焦4.1份、碳化硅5.1份和石墨电极碎0.8份。

所述石墨化石油焦的石墨化程度为85％；所述石墨化石油焦的粒径为40目。

所述碳化硅的粒径为50目；

所述碳化硅的制备方法为：将弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑在3000℃下高温通电即得到所述的碳化硅；所述弹丸焦、二氧化硅、氯化钠和木屑的质量比为36：60：0.3：4。

所述铁水长效孕育剂的制备方法：将按配方用量的石墨化石油焦、碳化硅和石墨电极碎加入到旋转混料机中，混合均匀后即得到所述的铁水长效孕育剂；所述旋转混料机的转速为30转/分钟，所述混合时间为8分钟。

对比例1一种铁水长效孕育剂

其制备方法和配方基本同实施例5，与实施例5的差别在于：不含碳化硅。

实验例1

将实施例1-5和对比例1提供的铁水长效孕育剂处理铁水，将其以随流法添加到铁水中，孕育剂的添加量为0.15％，其得到的球墨铸铁性能如下表所示：

表1

从表1可以看出，本发明实施例1-5提供的长效铁水孕育剂处理得到的球墨铸铁具有将强的延伸率、拉伸强度和硬度，均高于对比例1。

图1为实施例5提供的长效铁水孕育剂处理得到的球墨铸铁的显微石墨金相图，图2为不加入孕育剂得到球墨铸铁的显微石墨金相图。本发明实施例5提供的铁水孕育剂并且能够均匀稳定的控制铁水中石墨形核的速度和大小，起到稳定铸铁基体组织的作用，从而大大提升铸铁的成品率，提升球墨铸件产品的机械性能，使得单位面积的石墨个数从120提高到150。

本发明实施例5提供的长效铁水孕育剂能够使铁水更长效更稳定的浇铸，无缺陷浇铸时间较fesi75-a硅铁孕育剂延长5分钟。能在复杂的铸造过程中稳定铁水由于长时间静止氧化而给浇铸造成的缺陷，降低50％缩孔和缩松缺陷，降低30％的因为浇铸时间过长核心烧逝造成缺陷。能够使铁水更长效更稳定的浇铸，无缺陷浇铸。

实验例2

将实施例1-5和对比例1提供的铁水长效孕育剂处理铁水，将其以随流法添加到铁水中，孕育剂的添加量为0.15％，其得到的蠕墨铸铁性能如下表所示：

表2

从表2可以看出，本发明实施例1-5提供的长效铁水孕育剂处理得到的蠕墨铸铁具有将强的抗拉强度、延伸率、屈服强度和硬度，均高于对比例1。

实验例3

将实施例1-5和对比例1提供的铁水长效孕育剂处理铁水，将其以随流法添加到铁水中，孕育剂的添加量为0.15％，其得到的灰口铸铁性能如下表所示：

表3

从表3可以看出，本发明实施例1-5提供的长效铁水孕育剂处理得到的灰口铸铁具有较强的拉伸强度和硬度，均高于对比例1。图3为实施例5提供的长效铁水孕育剂处理得到的灰口铸铁的显微石墨金相图，图4为不加入孕育剂得到灰口铸铁的显微石墨金相图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。