專利名稱：球化處理裝置及其球化處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵生產(chǎn)的爐前球化處理的裝置及其球化處理工藝、包內(nèi)脫硫處理及包內(nèi)孕育處理的工藝。
現(xiàn)有技術(shù)背景目前國內(nèi)外應(yīng)用的球化處理方法有沖入包內(nèi)法、鐘罩壓入法、合金砣壓入法、轉(zhuǎn)動包法、自建壓力加鎂法、鎂絲卷線法、有蓋澆包加入法、流線法(In-Stream Method)、型內(nèi)球化法、透氣塞法、多孔質(zhì)過濾片法等。上述的球化處理方法在鐵水處理量、操作上、經(jīng)濟成本、設(shè)備要求以及質(zhì)量穩(wěn)定和環(huán)境影響等方面都有各自的優(yōu)缺點，工廠根據(jù)各自的實際情況，采用著不同的球化處理方法。國內(nèi)外大多數(shù)的工廠均采用“沖入包內(nèi)法”進行處理，因為這種方法相對來講，設(shè)備簡單，投資少，操作方便。但是，在沖入包內(nèi)法球化處理時，鐵水與球化劑接觸面積大，反應(yīng)劇烈，造成部分顆粒偏大的球化劑未反應(yīng)完畢即浮起氧化燒損掉，而顆粒偏小的球化劑其表面積大，其整體抗鐵水的沖擊力小，在鐵水的沖擊力和球化反應(yīng)時鎂蒸氣壓力的作用下極易浮起氧化掉。隨著出爐鐵水溫度的提高，鎂的蒸氣壓力增加，鐵水沸騰加劇，球化劑的燒損也隨之增加。鐘罩壓入法和自建壓力加鎂法球化處理時，雖然可以防止球化劑上浮，但是由于其反應(yīng)速度快，鐵水沸騰劇烈，球化劑的消耗量仍較高，其設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩且安全性差，大量的鎂蒸氣得不到利用。(球化處理后鐵水中的鎂存在形式有一.氧化鎂、硫化鎂等化合物。二.溶解的鎂。三.鎂氣泡。石墨球化所必要的鎂氣泡，在理論上只需＜0.01%即可)。
在慣用的沖入包內(nèi)法球化處理時，使用的球化劑是按一定成份要求予先熔制好的。在熔制過程中鎂、稀土元素的燒損是不可避免的。將熔制合格的球化劑破碎成一定的粒度，通常為5-25MM。對于小于5MM的稀土鎂硅鐵球化劑大多數(shù)合金廠都難以處理，各使用工廠在球化處理時將其篩出棄置，即便加入也不計算在加入量范圍。據(jù)統(tǒng)計，將熔煉合格的球化劑破碎為5-25MM粒度范圍時，將產(chǎn)生15%小于5MM的球化劑粉末，這些粉末得不到合理的利用。
上述原因造成了沖入包內(nèi)法球化處理的成本較高。
另外，為了控制和降低球化處理時產(chǎn)生的鎂蒸氣壓力，減少在熔制球化劑時鎂的燒損，在熔制球化劑時加入硅鐵，要求含硅量38-44%，使鎂熔于硅鐵中，通常以Mg2si形式存在，使球化反應(yīng)時產(chǎn)生的鎂蒸氣壓力在1400℃時降低約60%。球化處理后的孕育處理使鑄鐵中的含硅量繼續(xù)增加，對于專業(yè)化球鐵廠來說，回爐鐵中的含硅偏高，對于連續(xù)往復(fù)使用就出現(xiàn)了問題，而且對機械性能也不利。隨著含硅量的增加，鑄件成本也隨之增加。
發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)制造工藝簡單，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，機械性能及鑄造性能優(yōu)良的低成本球墨鑄鐵的球化處理裝置及其球化處理工藝。本發(fā)明的另一個目的是提供簡便宜行的包內(nèi)脫硫工藝及高效孕育工藝。
發(fā)明的內(nèi)容其技術(shù)解決方案是制造一個如附圖
所示可以移動的球化處理反應(yīng)室，對現(xiàn)有的普通鐵水包1焊接一個用來轉(zhuǎn)動的套管2，再配備其它裝置就可以使普通平底鐵水包在沖入法處理鐵水時，球化處理每噸球鐵的成本可以降低55-80%，并使工作環(huán)境得到改善，減少了煙塵鎂光。采用該裝置可以取消對球化劑的熔煉工序過程，并保持原有的優(yōu)點。其工藝過程是直接將熔煉球化劑所需的原料(以處理鐵水的重量百分比計)0.33%-0.56%75硅鐵、＜0.05%稀土元素(稀土元素以稀土合金方式加入)、0.04-0.12%鎂塊依次加入到用碳素鋼或鑄鐵鑄造的反應(yīng)室4內(nèi)，以薄鐵皮制的反應(yīng)室蓋6封閉反應(yīng)室口，即可用來球化處理，省去了球化劑的熔制工序，并消除了球化劑熔制過程中的元素?zé)龘p。將裝好球化劑5的反應(yīng)室與反應(yīng)室支架3用鏍栓來固定連接，然后將其插入套管，穿好銷栓7將反應(yīng)室推向鐵水包鄰近的包嘴一側(cè)，根據(jù)鐵水的出爐溫度在反應(yīng)室周圍覆蓋適量的鐵末，再覆蓋適量的木屑，在包嘴的另一側(cè)沖入鐵水后，將反應(yīng)室移動至鐵水包中心，使鐵水包內(nèi)各處的球化反應(yīng)均勻進行。反應(yīng)室內(nèi)徑等于反應(yīng)室內(nèi)高，反應(yīng)室口面積小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的50%，當需進一步控制反應(yīng)速度時，反應(yīng)室口面積應(yīng)小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的30%。在球化處理開始時，鐵水沖入鐵水包內(nèi)首先將反應(yīng)室蓋熔化，鐵水漫進反應(yīng)室口接觸到鎂塊。鎂的比重1.738克/厘米3，熔點為651℃，沸點為1107℃。鎂比硅鐵、稀土合金的比重及熔點都低，處于反應(yīng)室下層的鎂首先熔化并上浮浸泡硅鐵和稀土合金。硅、稀土元素與鎂所形成的固溶體具有較鎂低的熔點及較鎂高的沸點，從而使鎂蒸氣上浮的壓力減小，鎂蒸氣的沸騰減弱。為了使硅、稀土元素盡快與鎂互溶，應(yīng)減小硅鐵及稀土合金的顆粒尺寸，控制在3MM以下即可。但是，為防止破碎后的硅鐵及稀土合金受潮、氧化，將其分別定量裝入密封的塑料袋內(nèi)以備用。改變反應(yīng)室口的面積及調(diào)解反應(yīng)室與鐵水包底的間距，可以控制球化反應(yīng)速度，反應(yīng)室口的面積縮小、反應(yīng)室與鐵水包底的距離減小后，球化反應(yīng)速度減慢，使鎂蒸氣的上浮量減少，氧化鎂白煙大幅度降低，鎂的利用率提高。反應(yīng)室支架的結(jié)構(gòu)為焊接連接。
采用上述球化處理裝置及其球化處理工藝，將小于5MM的球化劑粉末以處理鐵水重量的0.9-1.4%加入到反應(yīng)室內(nèi)，封閉反應(yīng)室口，即可進行球化處理。該工藝將工廠難以處置的球化劑粉末利用起來。通過試驗證明，采用該工藝球化處理后得到的金相組織(在熔煉條件、鐵水成份、球化劑成份相同條件下)球化級別可穩(wěn)定的達到1級，石墨大小為7級，其機械性能均相應(yīng)提高。
利用本發(fā)明的球化處理裝置可以在包內(nèi)進行脫硫處理或進行脫硫、球化復(fù)合處理。在反應(yīng)室內(nèi)加入占處理鐵水重量0.3-0.5%粒度小于3MM的碳酸鈣(石灰石)，再加入占處理鐵水重量0.5-1.0%的石灰(密封于塑料袋內(nèi))，密封反應(yīng)室口，可以在鐵水包內(nèi)單獨進行脫硫處理。其反應(yīng)過程是依靠碳酸鈣加熱至825℃時，分解反應(yīng)所產(chǎn)生的二氧化碳氣體將反應(yīng)室中的氧化鈣和尚未分解完的碳酸鈣噴射出來，隨著上浮氣體，這些微小顆粒在上浮過程中進行脫硫反應(yīng)。該脫硫反應(yīng)是在鐵水包內(nèi)自下而上均勻地進行，可以獲得理想的脫硫效果。脫硫、球化復(fù)合處理的步驟是在反應(yīng)室內(nèi)依次加入占處理鐵水重量0.33-0.56%75硅鐵(粒度小于3MM用塑料袋密封)、0.04-0.07%鎂塊，再加入占處理鐵水重量1.0-1.6%的石灰(密封于塑料袋內(nèi))作為脫硫劑，封閉反應(yīng)室口，就可用于包內(nèi)脫硫、球化復(fù)合處理。在復(fù)合處理時，鐵水將反應(yīng)室蓋熔化并進入反應(yīng)室。隨著反應(yīng)室內(nèi)溫度的升高，鎂及硅鐵相繼熔化并開始沸騰，在鎂蒸氣壓力的作用下，氧化鈣首先被噴射出來參與脫硫反應(yīng)，降低了鐵水中的含硫量，使鎂的有效利用率提高，并使球化處理的成本費用減少。
由于本發(fā)明有效地控制住球化反應(yīng)速度并使處理成本大幅度降低，可將該技術(shù)擴展到孕育處理的范疇。即加入不足以完全球化數(shù)量的球化劑，控制反應(yīng)速度，可獲得最佳孕育效果，獲得細小石墨，使抗拉強度增加，而鑄鐵的白口傾向減小，得到優(yōu)良的機械加工性能?？估瓘姸冗_250-450N/MM2時，硬度為HB160-210，從而獲得高強度、低硬度、低成本并具有良好鑄造性能的鑄件。
發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明解決了沖入包內(nèi)法球化處理時，因球化反應(yīng)速度過快而造成的鎂吸收率低、成份偏析，操作簡單方便安全，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。與普通沖入法比較，球化處理每噸球鐵的成本可以降低55-80%。球化級別可以穩(wěn)定的達到1級，石墨大小由5-6級縮小到7級，機械性能(抗拉強度、延伸率)均相應(yīng)提高。減小了煙塵鎂光，改善了工作環(huán)境。適應(yīng)性強，用途廣泛，球化處理的鐵水成份均勻、無偏析、質(zhì)量穩(wěn)定，可進行包內(nèi)脫硫及脫硫、球化復(fù)合處理，并可以擴展到孕育處理的范疇。取消了對球化劑的熔制工序，并使球化劑粉末得到利用?！扒蚧幚硌b置及其球化處理工藝”的開發(fā)成功，為獲得低成本高質(zhì)量指標的鑄鐵件開辟了一條新途徑，能廣泛應(yīng)用于各類機械零件的制造。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)球墨鑄鐵的爐前球化處理裝置及其球化處理工藝，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)共有的必要技術(shù)特征是通過加入球化劑進行球化處理，使鑄鐵中以游離狀態(tài)的石墨呈球狀或近似球狀分布，本發(fā)明的特征是通過改變反應(yīng)室口的面積及調(diào)解反應(yīng)室與鐵水包底的間距來控制球化反應(yīng)速度，球化反應(yīng)速度減慢，使鎂蒸氣的上浮量減少，氧化鎂白煙大幅度降低，鎂的利用率提高，球化反應(yīng)均勻，克服了成份偏析，質(zhì)量穩(wěn)定，并改善了工作環(huán)境，反應(yīng)室內(nèi)徑等于反應(yīng)室內(nèi)高，反應(yīng)室口面積小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的50%。
2.一種如權(quán)利要求1所述球化處理裝置的球化處理工藝，其特征是反應(yīng)室口面積小于反應(yīng)室內(nèi)水平面截面積的30%。
3.一種如權(quán)利要求1、2所述球化處理裝置的球化處理工藝，其特征是直接將球化處理時所需的球化劑原料以處理鐵水重量百分比依次加入0.33-0.56% 75硅鐵，以稀土合金方式加入小于0.05%的稀土元素，0.04-0.12% 鎂塊最后加入到反應(yīng)室，封閉反應(yīng)室口，即可進行球化處理，取消了稀土鎂合金的熔制工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的球化處理裝置及其球化處理工藝，其特征是以處理鐵水重量百分比在反應(yīng)室內(nèi)依次加入0.33-0.56% 75硅鐵、0.04-0.07% 鎂塊，將置于密封塑料袋內(nèi)的1.0-1.6% 石灰最后加入到反應(yīng)室，可以在包內(nèi)進行脫硫、球化復(fù)合處理。
5.一種如權(quán)利要求1、2所述球化處理裝置的球化處理工藝，其特征是將小于5mm的球化劑粉末以處理鐵水重量的0.9-1.4%加入到反應(yīng)室內(nèi)，封閉反應(yīng)室口，即可進行球化處理，球化劑粉末得到利用。
6.一種如權(quán)利要求1、2所述的球化處理裝置，其特征是在反應(yīng)室內(nèi)先加入占處理鐵水重量0.3-0.5%粒度小于3mm的碳酸鈣，再加入占處理鐵水重量0.5-1.0%密封于塑料袋內(nèi)的石灰，可以在包內(nèi)進行脫硫處理。
7.一種如權(quán)利要求1、2所述的球化處理裝置，其特征是加入不足以完全球化數(shù)量的球化劑，控制反應(yīng)速度，可獲得最佳的孕育效果，抗拉強度達250-450N/mm2時，硬度為HB160-210，具有良好的鑄造性能和機械加工性能。
全文摘要
一種關(guān)于球墨鑄鐵生產(chǎn)的爐前球化處理的裝置及其球化處理工藝，包內(nèi)脫硫處理及包內(nèi)孕育處理的工藝，本發(fā)明解決了沖入包內(nèi)法球化處理時，因反應(yīng)速度過快而造成的鎂吸收率低，成分偏析，并改善了工作環(huán)境，利用附圖所示的裝置可以取消球化劑的熔制工序，并使球化劑粉末得到利用。在反應(yīng)室內(nèi)加入脫硫劑，可以進行脫硫處理，加入不足以完全球化數(shù)量的球化劑，可以進行孕育處理。用于鑄造低成本，高質(zhì)量指標的各類機械零件。
文檔編號B22D1/00GK1104261SQ9312091
公開日1995年6月28日 申請日期1993年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月20日
發(fā)明者劉年路, 曾誠璧, 戈麗萍 申請人:天津市塘沽區(qū)鑄造技術(shù)開發(fā)研究所