球墨鑄鐵的球化處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及球墨鑄鐵的球化處理裝置。將熔制好的含Mg≤20％、含Si≤70％和含RE≤3％的整體稀土鎂硅鐵球化劑放入到球化包中砌筑的球化反應室內進行的沖入包內法的球化處理，其球化劑加入量僅為被處理鐵水重量的0.4～0.8％，控制球化反應的時間精確，在球化處理過程及澆注過程鐵水降溫少，球化處理后Mg、RE和Si的吸收率高，其球化劑的加入量僅為傳統工藝加入量的三分之一，球化處理費用可以降低50％；改善了球化劑制作過程及使用過程的生產環境并提高了產品質量。與稀土元素RE含量在2～8％的傳統稀土鎂硅鐵球化劑比較，采用本裝置進行球化處理實現了稀土元素RE的用量降低50～75％。
【專利說明】球墨鑄鐵的球化處理裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型是關于生產球墨鑄鐵的球化處理裝置，更具體地說是將球化劑放入球化包中砌筑的球化反應室內進行的沖入包內法的球化處理。
【背景技術】
[0002]在生產球墨鑄鐵件的企業中廣泛采用稀土鎂硅鐵合金作為球化劑。稀土鎂硅鐵合金球化劑是目前國內外用量最大的球化劑，但是在其傳統的生產過程中能耗高，熔損大，環境污染嚴重，傳統球化劑由于鎂的吸收率低，其加入量較大。長期以來，國內外的技術人員對沖入包內法球化處理工藝技術及稀土鎂硅鐵球化劑的生產工藝進行了不懈的努力研究。
[0003]目前，在以稀土鎂硅鐵為球化劑采用沖入包內法球化處理的生產工藝，當出鐵溫度在1480°C以上，球化處理包在連續使用的紅熱包狀態下，Mg含量在> 8%時，球化反應狀況隨溫度的升高而加劇，出現強烈的鎂光、甚至造成鐵水飛濺，結果是有效元素Mg及RE的吸收率降低，造成經過球化處理的鐵水后期衰退，球化級別下降。傳統的解決辦法是①在熔煉球化劑時加入一定量的SiCa合金提高含Ca量來緩解其爆發反應，增加SiCa合金無疑使生產成本增加并在球化反應結束后產生的渣易留存在鐵水中。②將球化劑中的Mg含量控制在8%左右或< 8%來緩解反應。③在稀土鎂硅鐵球化劑投入鐵水包的堤壩內，在其上覆蓋生鐵屑并打實，也有在包內加入澆冒口、碎鐵塊降低包內鐵水反應溫度。④在包內投入球化劑及孕育硅鐵后，在其上覆蓋珍珠巖聚渣劑或在其上覆蓋鐵板。上述措施雖然對控制鎂合金反應的劇烈狀況有效果，但是反應結束，鐵水降溫較大，鐵水表面浮渣多，球化反應的穩定性受鐵水溫度的影響而變化，有效元素Mg、RE和Si的吸收率波動范圍大；對于沖天爐熔煉的高溫鐵水在球化前的原鐵水含硫量偏高時，只有采取提高球化劑的加入量并增加球化劑中RE及Ca的含量，而目前在高溫處理狀況下將球化劑中Mg的含量再增加是很有限的。
[0004] 申請人:在2013年3月4日申請了中國發明專利公布號CN103146870A名稱為“球墨鑄鐵球化處理方法”和中國發明專利公布號CN103146986A名稱為“球墨鑄鐵低硅球化劑及其應用”的兩項專利申請，利用在球化包中修筑的球化反應室，將整體稀土鎂硅鐵球化劑或低硅球化劑放入到球化反應室中，依靠楔形磚及扁鋼封閉球化反應室的加料口，整體稀土鎂硅鐵球化劑被限制在球化包的反應室中，球化反應時產生的鎂蒸氣由預留的下反應口、中反應縫隙、上反應縫隙向外擴散，解決了整體稀土鎂硅鐵球化劑熔損后移動上浮的問題，解決了沖入包內法球化處理時反應劇烈鐵水飛濺、有效元素吸收率低的問題；當被處理鐵水的化學成分及被處理鐵水重量變化時，可隨時調整球化劑的加入量。其不足之處是在生產現場的球化劑加料以及封閉加料口的操作工序較繁瑣，當反應室加料口處掛渣后影響后續的操作，不適臺用于大批量的連續生產。

【發明內容】

[0005]本實用新型的目的是提供一種球墨鑄鐵球化處理裝置，是將球化劑放入到球化包中砌筑的球化反應室內進行的沖入包內法的球化處理方法,解決了沖入包內法球化處理時反應劇烈、有效元素吸收率低的問題，精確控制球化反應時間，提高產品質量、降低生產成本，操作簡便，充分發揮和利用資源，顯著改善球化劑制作過程及使用過程的生產環境。利用中國發明專利公布號CN103146870A名稱為“球墨鑄鐵球化處理方法”，將熔制好的所含元素的重量百分比為:含Mg≤20%，含Si≤70%和含RE ( 3%的整體稀土鎂硅鐵球化劑合金液澆注到到由冷卻鐵為間隔其四個側面的模型中，待合金液凝固、冷卻后就獲得了所需重量的無外襯鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑；如說明書附圖1至附圖3所示砌筑有反應室的球化處理包:在球化處理包的底部砌筑有左垂直面擋板及右垂直面擋板，在左垂直面擋板及右垂直面擋板的頂部水平砌筑有半圓狀反應室上蓋板；在反應室的垂直面設置有一個或多個反應室加料口，反應室加料口的開口方向面對球化包包嘴所在的位置，在其中一個加料口的上端開設有減壓槽，減壓槽的上端與半圓狀反應室上蓋板平齊，左垂直面擋板及右垂直面擋板的外側垂直面同半圓狀反應室上蓋板的垂直面平齊；將修筑好的球化處理包烘干后用于球化處理。
[0006]一種球墨鑄鐵的球化處理裝置，其特征的第一部分是球化劑:無外襯鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑，是將熔制好的整體稀土鎂硅鐵球化劑合金液澆注到由冷卻鐵為間隔其四個側面的模型中凝固冷卻；其特征的第二部分是在球化處理包的底部砌筑有左垂直面擋板及右垂直面擋板，在左垂直面擋板(2)及右垂直面擋板的頂部水平砌筑有半圓狀反應室上蓋板；在反應室的垂直面設置有一個或多個反應室加料口，反應室加料口的開口方向面對球化包包嘴所在的位置，在其中一個反應室加料口的上端開設有減壓槽，減壓槽的上端與半圓狀反應室上蓋板平齊，左垂直面擋板及右垂直面擋板的外側垂直面同半圓狀反應室上蓋板的垂直面平齊；將修筑好的球化處理包烘干后用于球化處理。
[0007]在目前已知的各種球化處理方法中，主要分為鎂合金的球化劑、包芯線的球化劑及純鎂處理的球化劑，盡管各種球化劑中的含硅量不同，含硅量由O~(70%，但是在采用不同的方法球化處理時，為了保證金相組織及機械性能的要求，加入適量的硅鐵孕育是必須的；因此，在考核不同的方法進行球化處理計算其球化處理費用時，應考慮球化劑本身在球化處理后所帶來的增硅因素；在采用高溫鐵水球化處理時，傳統工藝鐵水球化時劇烈沸騰的反應，不僅造成Mg的吸收率低，Si的吸收率也隨之降低。利用上述球化處理包的反應室結構，防止了球化反應時球化劑容易漂浮的現象，因此上述球化劑本身的比重可以比傳統的稀土鎂硅鐵球化劑的比重低，選擇合適的鎂硅比即可以增加球化劑的熔點又大幅度的提高了球化劑中的含鎂量，除硅鐵本身帶入的含Fe量之外，并不需要額外加入廢鋼，所以上述球化劑中球化反應的有效元素Mg、Si及RE的總含量較高。
[0008]利用上述球化處理包的反應室結構將所需加入重量的含Mg≤20 %、含Si < 70%、含RE < 3%的稀土鎂硅鐵球化劑先投入反應室，再將72硅鐵孕育劑放置在反應室；由于球化劑被放置在反應室內、反應室加料口及減壓槽是沖入包內鐵水的唯一通道，反應室加料口處堆積的72硅鐵孕育劑進一步阻礙了鐵水進入反應室；所以在進入球化包的鐵水超過反應室蓋板頂面一定高度后球化反應才正式開始。除反應室加料口及減壓槽之外，高溫鐵水的進入和反應時產生的高壓鎂蒸氣的噴射沒有其它對流交換的途徑，反應室中的硅鐵孕育劑在反應時被逐步熔化增加了反應室內金屬液的含硅量；反應室的結構設計起到了減壓倉的作用，實現了球化反應時產生的高壓鎂蒸氣在減壓倉中降壓后再釋放的作用；上述因素的組合對平抑球化劑反應時的劇烈反應、提高鎂的吸收率起到了關鍵作用；反應室加料口及減壓槽的設置有效的控制了球化反應的狀態，迫使球化反應時產生的鎂蒸氣沿球化包底部水平方向擴散，反應室垂直面的檔板有效的防止了球化反應時球化劑容易漂浮的現象，上述有利因素顯著的提高了鎂的吸收率。
[0009]根據上述的球化處理方法，采用礦熱爐冶煉的硅鐵合金液一步法生產稀土鎂硅鐵球化劑合金液或電爐二次重熔法生產稀土鎂硅鐵球化劑合金液，將稀土鎂硅鐵球化劑合金液澆注到由冷卻鐵為間隔其四個側面的模具中，待其凝固、冷卻后獲得上述第一種規格所需重量、無外襯鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑合金，設置的球化劑合金液上蓋板，在稀土鎂硅鐵球化劑合金液澆注時，有效限制了稀土鎂硅鐵球化劑合金液上表面的外露面積，在澆注完后用上蓋壓鐵將外露的稀土鎂硅鐵球化劑合金液封閉，稀土鎂硅鐵球化劑合金液在封閉狀態下迅速冷卻凝固，減少了球化劑的化學成分偏析。
[0010]根據上述的球化處理方法，為了進一步提高稀土元素的利用率，利用外襯方形鋼管，將鑭鈰稀土金屬或稀土元素含量< 50%的稀土鎂硅鐵放置在外襯方形鋼管的中部，兩端的鎂硅合金粉被壓力機壓實；選擇將鑭鈰稀土金屬或稀土元素含量≤50%的稀土鎂硅鐵放置在外襯方形鋼管的中部、外襯方形鋼管兩端的鎂硅合金粉被壓力機壓實的方式在反應室內加入稀土元素，并配合將無外襯鋼管、無RE成分的含Mg≤20%、含Si ≤ 70%的鎂硅鐵球化劑加入反應室內進行球化處理；鐵水沖入球化包的反應室，球化反應開始后，在整個球化反應過程的最后小于50%的反應時間內，外襯方形鋼管中的鑭鈰稀土金屬或稀土元素含量< 50%的稀土鎂娃鐵合金開始參與球化反應,有效補充所需的稀土元素含量。
[0011]利用上述球化處理包的反應室結構，其球化處理步驟如下:
[0012]a、將所需重量的無外襯鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑放入到球化處理包的反應室中;
[0013]b、將硅鐵孕育劑放置到球化處理包的反應室內，硅鐵孕育劑堆積在反應室加料口處；
[0014]C、鐵水沖入球化處理包進行球化反應；
[0015]d、球化反應結束后扒凈浮渣，采用加入重量0.1%粒度≤5mm成分為Mg3~6%、REl~2%、Si40~50%的復合孕育劑覆蓋鐵水。
[0016]如上所述的具有反應室結構的球化處理包，為減少球化處理的鐵水降溫及防止有效元素的逃逸，在球化處理及澆注過程中，在鐵水包上端加設覆蓋包蓋。
[0017]本實用新型的有益效果:
[0018]由于整體稀土鎂硅鐵球化劑被限制在球化處理包的反應室中，球化反應時產生的鎂蒸氣由預留的反應室加料口及減壓槽向外擴散，解決了整體稀土鎂硅鐵球化劑熔損后移動上浮的問題，解決了沖入包內法球化處理時反應劇烈鐵水飛濺、有效元素吸收率低的問題。當被處理鐵水的化學成分及被處理鐵水重量變化時，可隨時調整球化劑的加入量。能夠精確控制球化反應時間，在沖入的鐵水溫度波動<100°c的情況下，球化反應時間上下偏差小于5秒鐘。以傳統的含Mg8%、含RE5%和含Si41 %的球化劑同無外襯鋼管含Mgl5%、含RE1%和含Si54%的整體球化劑相比，即采用一步法生產或電爐二次重熔法生產的無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑同傳統的稀土鎂硅鐵球化劑作對比，其球化處理的生產成本可以降低50 %， 在球化處理時整體稀土鎂硅鐵球化劑加入重量可以比傳統球化劑降低60% ;經試驗證明，新工藝球化處理溫度由1450°C?1588°C之間變化時，整體稀土鎂硅鐵球化劑加入量不變，球化反應時間基本不變，對球化結果無影響；利用上述具有反應室結構的球化處理可以進行低硅球化劑或無硅球化劑的球化處理。上述球化處理方法克服了傳統工藝球化處理時，隨著球化溫度的升高需增加球化劑的加入量的問題；改善了球化劑制作過程及使用過程的生產環境。球化處理及澆注過程中鐵水降溫少并對防止鎂的損失和逃逸造成的球化衰退產生了顯著效果，有效元素Mg、RE和Si的吸收率高，對于稀土元素RE含量在2?8%的傳統稀土鎂硅鐵球化劑，采用本工藝，其稀土元素RE的用量可以降低50?75%。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0019]圖1是無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑裝入砌筑有反應室的球化處理包的剖視圖。
[0020]圖2是無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑裝入砌筑有反應室的球化處理包的俯視圖。
[0021]圖3是無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑裝入砌筑有反應室的球化處理包的A-A方向剖視圖。
[0022]附圖標記說明:I為球化處理包，2為左垂直面擋板，3為及右垂直面擋板，4為半圓狀反應室上蓋板，5為反應室加料口，6為減壓槽,7為球化包包嘴,8為無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑。
【具體實施方式】:
[0023]結合附圖對本實用新型的實施作進一步的說明:將所需重量的無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑8放入到反應室中的方式:①可以將球化處理包I旋轉90度角、將反應室加料口 5朝上，用長柄加料工具將上述球化劑順利的加入球化處理包I的反應室中；②球化處理包I不旋轉，采用專用的夾具及工具將上述球化劑放置到球化處理包I的反應室中。
[0024]上述的球墨鑄鐵的球化處理裝置，球化處理包I反應室的左垂直面擋板2、右垂直面擋板3和半圓狀反應室上蓋板4采用粘土耐火磚修筑，在高溫鐵水球化處理時可以連續球化處理三十五個包次以上，由于反應室設計合理，在經過球化處理后反應室內潔凈無掛渣。委托耐火材料工廠將左垂直面擋板2、右垂直面擋板3和半圓狀反應室上蓋板4合并為一體加工成所需要形狀尺寸的耐火磚，也可以將左垂直面擋板2、右垂直面擋板3和半圓狀反應室上蓋板4分別加工制作成所需要形狀尺寸的耐火磚；選擇粘土磚、高硅磚、高鎂磚的耐火材料制作左垂直面擋板2、右垂直面擋板3和半圓狀反應室上蓋板4的組合體；或選擇粘土磚、高娃磚、高鎂磚的耐火材料分別制作左垂直面擋板2、右垂直面擋板3和半圓狀反應室上蓋板4。
[0025]由于75硅鐵的熔點是1300°C，72硅鐵的熔點是1280°C，65硅鐵的熔點是1250°C，50硅鐵的熔點是1220°C，因此，選擇同無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑8的熔點接近的硅鐵投入反應室作為孕育劑，可以有效的降低球化反應時產生的鎂蒸氣的壓力；選擇低硅球化劑或無硅球化劑進行球化處理時，在反應室內投入50硅鐵作為孕育劑更適宜。[0026]根據上述的球化處理方法，對于球化前原鐵水成分中反球化元素較低時，可采用以無外襯鋼管、無RE成分的含Mg≤20%、含Si ( 70%的鎂硅鐵球化劑置換無外襯鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑進行球化處理。
[0027]根據上述的球化處理方法，對于球化處理后鐵水含硫較低、澆注時間較短時，在球化反應結束扒渣后取消復合孕育劑覆蓋鐵水:；改變后球化處理步驟中的d、球化反應結束后扒凈浮渣。
[0028]根據上述的球化處理方法，對于球化處理后鐵水含硫較低時，在球化反應結束扒渣后取消上述的復合孕育劑進行覆蓋鐵水；采用僅加入處理鐵水重量0.2%粒度< 5mm的硅鋇孕育劑進行覆蓋鐵水。
[0029]實施例1:在冷風沖天爐熔煉條件下進行，采用附圖所示球化處理包I的反應室結構，先將無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑裝入球化處理包的反應室加料口中，再將72硅鐵孕育劑放置到反應室內，每包處理鐵水重量為1000kg，紅熱包連續運轉使用，出鐵槽鐵水溫度為1490°C，原鐵水含硫量0.062%，無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑含Mgl4.5%、含REl.3%和含Si63.25%，其投入無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑的重量占被處理鐵水重量的0.8%，反應室內72SiFe孕育劑加入量0.8%，在球化反應時包內不覆蓋鐵屑和珍珠巖，球化反應結束扒渣后二次復合孕育劑的加入量為0.10%，球化反應時間2分35秒，全部反應過程為均勻噴射狀反應，無鎂光鐵水沸騰反應；球化反應結束后16分30秒取樣，球化級別2級，楔型試塊的試驗數據:抗拉強度為568N/_2，延伸率12.5%，硬度 HB230。
[0030]實施例2:在中頻電爐熔煉條件下進行，采用附圖所示球化處理包I的反應室結構，采用無外襯鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑裝入球化包的反應室中，每包處理鐵水重量為1000kg，電爐出鐵水溫 度為1588°C，原鐵水含硫量0.025%，無外襯方形鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑含Mgl4.5%、含REl %和含Si58%，加入的無外襯方形鋼管整體稀土鎂硅鐵球化劑的重量占被處理鐵水重量的0.50%，反應室內加入0.8%的72SiFe孕育劑，球化反應結束扒渣后采用粒度< 5mm的硅鋇孕育劑進行覆蓋鐵水其加入量為0.15%，在不覆蓋鐵屑和珍珠巖的情況下，球化反應時間在I分25秒，全部反應過程為均勻噴射狀反應，球化反應平穩，無鐵水飛濺，球化反應結束后鐵水含硫量0.008 %，含鎂量0.048 %，球化反應結束12分鐘取樣，球化級別2級。
[0031]實施例3:在中頻電爐熔煉條件下進行，采用附圖所示球化處理包I的反應室結構，處理鐵水917Kg，1483 °C出鐵球化處理，球化包的反應室中加入無外襯方形鋼管的整體球化劑含Mgl4%、含REl %和含Si63.5%，加入的無外襯方形鋼管整體稀土鎂硅鐵球化劑的重量占被處理鐵水重量的0.48% ;反應室內加入0.8%的72SiFe孕育劑，其粒度(25mm ;球化反應的總反應時間為101秒，在反應30秒之后為無煙沸騰反應，斷面尺寸為25mmX50mm的三角試塊冷卻至黑色澆水，白口寬度2_3mm、頂部凹陷明顯，Mg的吸收率高。
【權利要求】
1.一種球墨鑄鐵的球化處理裝置，其特征的第一部分是球化劑:無外襯鋼管的整體稀土鎂硅鐵球化劑(8)，是將熔制好的整體稀土鎂硅鐵球化劑合金液澆注到由冷卻鐵為間隔其四個側面的模型中凝固冷卻；其特征的第二部分是在球化處理包(I)的底部砌筑有左垂直面擋板(2)及右垂直面擋板(3)，在左垂直面擋板(2)及右垂直面擋板(3)的頂部水平砌筑有半圓狀反應室上蓋板(4);在反應室的垂直面設置有一個或多個反應室加料口(5)，反應室加料口(5)的開口方向面對球化包包嘴(7)所在的位置，在其中一個反應室加料口(5)的上端開設有減壓槽出)，減壓槽出)的上端與半圓狀反應室上蓋板(4)平齊，左垂直面擋板(2)及右垂直面擋板(3)的外側垂直面同半圓狀反應室上蓋板(4)的垂直面平齊；將修筑好的球化處理包(I)烘干后用于球化處理。
2.根據權利要求1所述球墨鑄鐵的球化處理裝置，其特征是采用礦熱爐冶煉的硅鐵合金液一步法生產的稀土鎂硅鐵球化劑合金液澆注到由冷卻鐵為間隔其四個側面的模型中凝固冷卻。
3.根據權利要求1所述球墨鑄鐵的球化處理裝置，其特征是采用電爐二次重熔法生產的稀土鎂硅鐵球化劑合金液澆注到由冷卻鐵為間隔其四個側面的模型中凝固冷卻。
4.根據權利要求1所述球墨鑄鐵的球化處理裝置，其特征是將球化處理包(I)反應室的左垂直面擋板(2)、右垂直面擋板(3)和半圓狀反應室上蓋板(4)合并為一體加工成所需要形狀尺寸的粘土耐火磚。
5.根據權利要求1所述球墨鑄鐵的球化處理裝置，其特征是采用粘土耐火磚的耐火材料分別制作左垂直面擋板(2)、右垂直面擋板(3)和半圓狀反應室上蓋板(4)。
【文檔編號】C22C33/10GK203526532SQ201320552133
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】劉年路, 劉昌晨 申請人:天津市萬路科技有限公司, 劉年路, 劉昌晨