一种镁硅铁合金球化剂及其制备方法与流程

本发明涉及合金金属材料技术，特别涉及一种镁硅铁合金球化剂及其制备方法。

背景技术：

球墨铸铁作为工业应用最广泛的金属材料之一，大幅提高了铸铁原有的性能，其强度、塑韧性和延展性与钢相似，可较好的应用于受力较复杂，强度、韧性和耐磨度要求较高的铸造零部件。球化处理作为球墨铸铁获得的重要手段，是由球化剂的添加来实现的，球化剂的添加使铸铁中石墨形态由条、片、蠕等形态转变为球形，进而得到球墨铸铁组织，有效地提升率了铸铁的力学性能指标。

我国普遍使用的是镁硅铁稀土合金球化剂，通过球化、孕育处理得到基体组织为球状石墨的铸铁，从而得到比碳钢还高的强度。不同系列的产品、不同的生产工艺该选择何种规格的球化剂越来越受到行业工作者的重视。

随着球墨铸铁行业出现低铝及部分对铝含量有特殊要求的铸件，低铝球化剂应市场需求而孕生。目前，国内外低铝球化剂的生产技术主要为矿热炉熔炼硅铁合金，其过程选用低铝原料硅石、废钢、碳还原剂等入炉熔炼低铝硅铁，或者在矿热炉熔炼硅铁过程通过吹气除铝得到低铝硅铁合金，然后以矿热炉生产的低铝硅铁为原料，在感应炉内熔炼生产低铝球化剂。上述获得低铝球化剂的工艺存在成本高且容易产生皮下气孔缺陷的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种镁硅铁合金球化剂的制备方法，可降低成本，获得低铝的镁硅铁合金球化剂。以及基于上述制备方法，提供一种镁硅铁合金球化剂。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提出了一种镁硅铁合金球化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅切削料或多晶硅切削料进行烘干；

(2)将40-50重量份的烘干后的单晶硅切削料或多晶硅切削料与45-55重量份的废钢混合，然后采用感应炉进行熔炼，获得合金液；

(3)将5-9重量份的金属镁、2-5重量份的金属钙和1-3重量份的镧铈稀土加入至合金液中，于1250-1300℃条件下进行合金化反应，然后进行浇筑成型，获得镁硅铁合金球化剂。

本发明还提出了一种镁硅铁合金球化剂，由下述质量百分比的成分组成：38-48％的硅、4.5-8.5％的镁、1.5-3.5％的钙、0.25％以下的铝、1-2.5％的镧和余量的铁。

本发明还提出了一种镁硅铁合金球化剂，通过下述重量份的原料制备而成：单晶硅切削料或多晶硅切削料40-50份、金属镁5-9份、金属钙2-5份、镧铈稀土1-3份和废钢45-55份。

本发明的有益效果在于：

本发明通过上述制备工艺的设计，采用单/多晶硅切削料、镁、钙、镧铈稀土和废钢作为原料，通过感应炉电加热熔融工艺制成镁硅铁合金球化剂，合金中铝元素含量低，且能避免产生皮下气孔缺陷，适合应用于容易产生皮下气孔缺陷以及对铁液含铝量有要求的铸件。同时，因使用单/多晶硅切削废料为原料大幅度降低生产成本，将单/多晶硅行业切削粉末废料变废为宝，可减轻环境负担。

附图说明

图1为本发明实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法中单/多晶硅切削料造粒料的照片；

图2为本发明实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法中进行熔炼过程时的炉内照片；

图3为本发明实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法中获得的镁硅铁球化剂的产品照片；

图4为本发明实施例4的镁硅铁合金球化剂进行剖开断面检测获得的断面照片；

图5为本发明实施例5的镁硅铁合金球化剂进行剖开断面检测获得的断面照片。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：取单/多晶硅切削料、镁、钙、镧铈稀土和废钢原料，采用感应炉电加热一次熔融制成低铝的镁硅铁合金球化剂。

本发明提供的镁硅铁合金球化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅切削料或多晶硅切削料进行烘干；

(2)将40-50重量份的烘干后的单晶硅切削料或多晶硅切削料与45-55重量份的废钢混合，然后采用感应炉进行熔炼，获得合金液；

(3)将5-9重量份的金属镁、2-5重量份的金属钙和1-3重量份的镧铈稀土加入至合金液中，于1250-1300℃条件下进行合金化反应，然后进行浇筑成型，获得镁硅铁合金球化剂。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

本发明通过上述制备工艺的设计，采用单/多晶硅切削料、镁、钙、镧铈稀土和废钢作为原料，通过感应炉电加热熔融工艺制成镁硅铁合金球化剂，合金中铝元素含量低，适合应用于容易产生皮下气孔缺陷以及对铁液含铝量有要求的铸件。同时，因使用单/多晶硅切削废料为原料大幅度降低生产成本，将单/多晶硅行业切削粉末废料变废为宝，可减轻环境负担。

进一步的，步骤(1)具体为：取太阳能级单晶硅或多晶硅切片过程产生的含水硅下脚料，进行挤压造粒成型，获得造粒料，然后将造粒料于80-150℃条件下烘干至水分为1％以下，并控制造粒料中粒径为1mm以上的造粒料占总含量的比例为85％以上。

进一步的，将步骤(2)获得的合金液进行扒渣和清渣处理。

进一步的，采用半密封式重力压镁工艺将金属镁、金属钙和镧铈稀土压入至合金液中。

进一步的，所述废钢为铝含量小于或等于0.3％钢种的废钢。

进一步的，所述单晶硅切削料或多晶硅切削料为太阳能级单晶硅或多晶硅切片过程产生的含水硅下脚料。

本发明提供的镁硅铁合金球化剂，由下述质量百分比的成分组成：38-48％的硅、4.5-8.5％的镁、1.5-3.5％的钙、0.25％以下的铝、1-2.5％的镧和余量的铁。

本发明提供的镁硅铁合金球化剂，通过下述重量份的原料制备而成：单晶硅切削料或多晶硅切削料40-50份、金属镁5-9份、金属钙2-5份、镧铈稀土1-3份和废钢45-55份。

本发明采用的各原料中，单晶硅切削料或多晶硅切削料可选择单/多晶硅切片过程产生的含水硅下脚料，该下脚料可为粉料，优选为太阳能级单/多晶硅切片过程产生的含水硅粉下脚料，优选为高纯度含水硅粉下脚料；优选的，金属镁、金属钙纯度为99.9％以上。废钢为铝含量小于或等于0.3％钢种的废钢。镧铈稀土可选择现有的市售镧铈稀土。

本发明的实施例如下：

实施例1

本实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法，包括以下步骤：

采用太阳能级单/多晶硅板切片过程产生的高纯度含水硅粉下脚料为原料，在挤压机内挤压造粒成型，造粒料投入回转烘干窑内并于80℃下烘干，造粒料中≥1mm料占比85％以上，将称量好的单/多晶硅片切削粉造粒料和洁净废钢在感应炉内升温熔化，待物料熔化完成断电进行清渣处理，将熔池温度控制在1250℃，接通电源，采用半密封式重力压镁工艺将金属镁、金属钙和镧铈稀土快速压入合金液中进行合金化反应，待反应结束后将半密封重力压镁装置从炉顶移走，炉断电进行球化剂浇铸成型，冷却后破碎得不同粒度的低铝含量镁硅铁合金球化剂。以上原材料按重量配料为：单/多晶硅片切削粉造粒料40份、金属镁5份、金属钙2份、镧铈稀土1份、洁净废钢45份。所制得的低铝含量的镁硅铁合金球化剂组成元素的质量百分比为：si：38％，mg:4.5％，ca：1.5％，al：0.15％，re：1.0％，余量为铁。

所使用的原料单/多晶硅粉为太阳能级单/多晶硅板切削下脚料，废钢选用铝含量≤0.3％钢种的废钢。

实施例2

本实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法，包括以下步骤：

采用太阳能级单/多晶硅板切片过程产生的高纯度含水硅粉下脚料为原料，在挤压机内挤压造粒成型，造粒料投入回转烘干窑内并于150℃下烘干，造粒料中≥1mm料占比85％以上，将称量好的单/多晶硅片切削粉造粒料和洁净废钢在感应炉内升温熔化，待物料熔化完成断电进行清渣处理，将熔池温度控制在1300℃，接通电源，采用半密封式重力压镁工艺将金属镁、金属钙和镧铈稀土快速压入合金液中进行合金化反应，待反应结束后将半密封重力压镁装置从炉顶移走，炉断电进行球化剂浇铸成型，冷却后破碎得不同粒度的低铝含量镁硅铁合金球化剂。以上原材料按重量配料为：单/多晶硅片切削粉造粒料50份、金属镁9份、金属钙5份、镧铈稀土3份、洁净废钢55份。所制得的低铝含量的镁硅铁合金球化剂组成元素的质量百分比为：si：48％，mg:8.5％，ca：3.5％，al：0.05％，re：2.5％，余量为铁。

所使用的原料单/多晶硅粉为太阳能级单/多晶硅板切削下脚料，废钢选用铝含量≤0.3％钢种的废钢。

实施例3

本实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法，包括以下步骤：

采用太阳能级单/多晶硅板切片过程产生的高纯度含水硅粉下脚料为原料，在挤压机内挤压造粒成型，造粒料投入回转烘干窑内并于100℃下烘干，造粒料中≥1mm料占比85％以上，将称量好的单/多晶硅片切削粉造粒料和洁净废钢在感应炉内升温熔化，待物料熔化完成断电进行清渣处理，将熔池温度控制在1280℃，接通电源，采用半密封式重力压镁工艺将金属镁、金属钙和镧铈稀土快速压入合金液中进行合金化反应，待反应结束后将半密封重力压镁装置从炉顶移走，炉断电进行球化剂浇铸成型，冷却后破碎得不同粒度的低铝含量镁硅铁合金球化剂。以上原材料按重量配料为：单/多晶硅片切削粉造粒料45份、金属镁7份、金属钙3份、镧铈稀土2份、洁净废钢50份。所制得的低铝含量的镁硅铁合金球化剂组成元素的质量百分比为：si：42％，mg:7％，ca：2％，al：≤0.2％，re：2％，余量为铁。

所使用的原料单/多晶硅粉为太阳能级单/多晶硅板切削下脚料，废钢选用铝含量≤0.3％钢种的废钢。

实施例4

本实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法，包括以下步骤：

采用配备1350kva容量变压器的1.0吨中频炉作为金化熔炼炉。单/多晶硅片切削粉在挤压机内进行造粒，筛分检测造粒料中≥1mm料占比89.6％，造粒料投入回转烘干窑内控制温度100℃烘干至水分0.91％。将称量好的单/多晶硅片切削粉造粒料和洁净废钢在感应炉内升温熔化，待物料熔化完成断电进行清渣处理，将熔池温度控制在1270℃，接通电源，采用半密封式重力压镁工艺将金属镁、金属钙和镧铈金属快速压入合金液中进行合金化反应，待反应结束后将半密封重力压镁装置从炉顶移走，炉断电进行球化剂浇铸成型，冷却后破碎得不同粒度的低铝含量镁硅铁合金球化剂。以上原材料按重量配料为：单/多晶硅片切削粉造粒料44份、金属镁6.5份、金属钙3.6份、镧铈稀土2.3份、洁净废钢51份，所制得的低铝含量镁硅铁合金球化剂组成元素的质量百分比为：si：42.32％，mg:5.88％，ca：3.23％，al：0.21％，re：2.11％，余量为铁。

所使用的原料单/多晶硅粉为太阳能级单/多晶硅板切削下脚料、废钢选用铝含量≤0.3％钢种的废钢、镁、钙、镧铈金属纯度均为≥99.9％。

实施例5

本实施例的镁硅铁合金球化剂的制备方法，包括以下步骤：

采用配备1350kva容量变压器的1.0吨中频炉作为金化熔炼炉。单/多晶硅片切削粉在挤压机内进行造粒，筛分检测造粒料中≥1mm料占比93.49％，造粒料投入回转烘干窑内控制温度115℃烘干至水分0.47％。将称量好的单/多晶硅片切削粉造粒料和洁净废钢在感应炉内升温熔化，待物料熔化完成断电进行清渣处理，将熔池温度控制在1255℃，接通电源，采用半密封式重力压镁工艺将金属镁、金属钙和镧铈金属快速压入合金液中进行合金化反应，待反应结束后将半密封重力压镁装置从炉顶移走，炉断电进行球化剂浇铸成型，冷却后破碎得不同粒度的低铝含量镁硅铁合金球化剂。以上原材料按重量配料为：单/多晶硅片切削粉造粒料48份、金属镁7.2份、金属钙2.7份、镧铈稀土2.5份、洁净废钢46份，所制得的低铝含量镁硅铁合金球化剂组成元素的质量百分比为：si：45.52％，mg:6.65％，ca：2.48％，al：0.16％，re：2.24％，余量为铁。

所使用的原料单/多晶硅粉为太阳能级单/多晶硅板切削下脚料、废钢选用铝含量≤0.3％钢种的废钢、镁、钙、镧铈金属纯度均为≥99.9％。

实施例6-10

参见实施例5，按照实施例5的工艺进行镁硅铁合金球化剂的制备，仅“单/多晶硅切削料、镁、钙、镧铈稀土和废钢的重量份含量，即制备原料配比与实施例5不同”以及“造粒料中3-12mm料占比、造粒料烘干后水分含量与实施例5不同”，根据下述表1，设计实施例6-10。

表1

实验测试

取实施例4-5制得的镁硅铁合金球化剂作为代表，分别进行皮下气孔缺陷性能的检测，剖开断面检测，结果依次如图4-5。可知，图4-5中的断面基本未发现气孔。

综上所述，本发明提供的镁硅铁合金球化剂及其制备方法可降低工艺成本，且控制铝元素含量在较低水平。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。