CN115505827B - 一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，涉及冶金和铸铁合金技术领域。球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法：用电炉熔化铁水，融化过程中对电炉中的铁水进行增硫，在电炉中添加稀土或在球化包中添加稀土，在铁水完全熔化后，将铁水冲入球化包进行球化，球化后在转运包中加入锰铁。本发明通过在铁液中预先添加硫，并在球化包中预先加入稀土，铁水球化过程中形成大量弥散分布的硫化稀土微粒，硫化稀土微粒作为石墨结晶的核心，增加了石墨球数量，提高了石墨球圆整度。
Description
技术领域
本发明属于冶金和铸铁合金技术领域，尤其是指一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法。
背景技术
球墨铸铁应用广泛。球墨铸铁中石墨球的圆整度和大小对其性能具有决定性作用。众所周知，硫是导致石墨球化不良的主要因素，要获得圆整的石墨球需要铁水中尽可能低的硫含量，要获得细小的石墨球则需要用硅铁进行孕育。球化处理使石墨以球状方式生长，孕育处理增加石墨形核率，保证石墨球数和圆整度。因此，传统的球化技术是先脱硫，再球化孕育。对于厚大断面球墨铸铁而言，由于孕育处理后铁液凝固时间长，孕育效果逐步变差，表现为铸铁单位面积上石墨球数减少、石墨球尺寸变大、球化程度变差，从而影响铸件机械性能。
因此，对于厚大断面球墨铸铁，为增加石墨球数、提高石墨球圆整度，一般采取球化包内孕育、倒包孕育、随流孕育、腔内孕育等多级孕育技术，其过程繁琐、控制难度大、球化效果不稳定。
因此，所期望的是提供一种球墨铸铁生产工艺方法，其能够解决上述问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法。本发明的方法是采用在铁水中预先增硫和稀土，硫和稀土生成大量稀土硫化物，形成大量弥散分布的石墨结晶的晶核，然后进行球化处理，从而延长孕育衰退的时间，使厚大断面球墨铸铁具有良好的球化效果。
本发明的目的在于提供一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，具体方法包括以下步骤：通过在原铁液中预先增硫，并在球化装置中预先添加稀土，球化过程中形成弥散分布的稀土硫化物微粒，稀土硫化物微粒作为石墨结晶的核心，以此增加石墨球数量与提高石墨球圆整度。
在本发明的一个实施例中，所述球化装置选自球化包。
在本发明的一个实施例中，所述稀土选自铈、镧铈合金和铈铁合金中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述稀土提前添加到球化装置中，铁水冲入球化装置后进行球化处理，此时所述稀土覆盖在球化剂表面。
在本发明的一个实施例中，球化过程温度变化情况为：将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入球化包中进行球化处理。
在本发明的一个实施例中，通过硫磺或硫化铁进行增硫处理。
在本发明的一个实施例中，所述稀土占铁液质量的0.01wt％-0.08wt％。
在本发明的一个实施例中，所述增硫后的铁液中含硫量为0.03wt％-0.07wt％。
在本发明的一个实施例中，所述原铁液的原料选自废钢和回炉料；其中，所述废钢选自碳素钢和/或合金钢。废钢的来源包括但不限于冲压件边角料，例如汽车冲压件边角料。采用废钢为原料可避免以生铁为原料带来的遗传性影响。
在本发明的一个实施例中，所述原料中废钢为50wt％-100wt％、回炉料为0wt％-50wt％。
在本发明的一个实施例中，还包括往原铁液中加入硅铁、增碳剂，并使得铁液中碳含量为3.6wt％-4.0wt％、硅含量为1.8wt％-2.1wt％。
在本发明的一个实施例中，所述增碳剂选自本领域常规的市售增碳剂，比如人造石墨，碳含量≥99％。
在本发明的一个实施例中，所述球化剂选自本领域常规的球化剂，适用本发明的球化剂均可实现本发明。比如Mg7Re等。
在本发明的一个实施例中，还包括向铁液球化后加入锰铁；其中，所述锰铁粒度为5mm-15mm。
在本发明的一个实施例中，所述铁液中锰含量为0.4wt％-0.6wt％。
本发明的一个实施例中，一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法的操作为：
以废钢和回炉料为主要原料熔炼球墨铸铁，在电炉内熔化。在熔化过程中加入硅铁、增碳剂、硫磺粉(或硫化铁)、稀土，控制铁水中碳含量3.6wt％-4.0wt％、硅含量1.8wt％-2.1wt％、硫含量0.03wt％-0.07wt％、稀土的含量为0.01wt％-0.08wt％。具体包括以下步骤：
(1)采用废钢管为原料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量。
(2)向电炉中加入废钢管，再加入硅铁、增碳剂，再对电炉内的原铁水进行增硫处理，增硫物质选自硫磺粉(或硫化铁)。铁水熔化后取样分析各元素含量，调整各种辅料使铁水中的碳、硅、锰、硫达到上述含量。
(3)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入已提前加入了球化剂的球化包中进行球化处理，球化包中预先加入稀土。
(4)球化处理后，在转运包中加入FeMn68锰铁，控制锰含量0.4-0.6％。然后浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明针对厚大断面球墨铸铁件球化孕育衰退，造成石墨球数量减少、石墨球圆整度变差的难题，颠覆球墨铸铁生产先脱硫再球化孕育的传统思维，采用在铁水中预先增硫和稀土，硫和稀土生成大量稀土硫化物，形成大量弥散分布的石墨结晶的晶核，然后进行球化处理，从而延长孕育衰退的时间，使厚大断面球墨铸铁具有良好的球化效果。
因为铁水中的硫既可以和稀土反应生成稀土硫化物，又可和锰反应生成硫化锰，而粗大的硫化锰很难作为石墨形核核心，同时降低材料机械性能，因而本发明通过在球化前添加硫和稀土，形成细小的稀土硫化物，作为石墨球核心。在球化后添加锰铁，减少硫化锰夹杂物的形成。
通过采用本发明球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法获得的200mm×200mm×200mm厚大铸件，其表面及芯部石墨球球化率提高20％以上，石墨球球径大小提高1级，单位面积石墨球数量提高50％以上。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明对比例3取样位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明所用材料比如硅铁、增碳剂、硫铁、稀土合金、球化剂等原料均来源于市售产品。
为强化球墨铸铁的球化孕育效果，本发明提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，包括以下步骤：
以废钢和回炉料为原料熔炼球墨铸铁，废钢的来源包括但不限于冲压件边角料，例如汽车冲压件边角料，废钢可以是碳素钢、合金钢或者二者的混合。采用废钢为原料可避免以生铁为原料带来的遗传性影响。
采用电炉将废钢和回炉料熔化后，加入硅铁、增碳剂调整铁水成分，再对电炉内的原铁水进行增硫处理，调整原铁水含硫量0.03％-0.07％。球化处理前加入稀土，使铁水中的铈含量达到0.01％-0.08％；所述铁液中锰含量为0.4wt％-0.6wt％。球化处理后在铁水中添加锰铁，随后按常规流程浇注铸件。
实施例1
本实施例提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，包括以下步骤：
(1)以废钢管和球铁回炉料为主要原料，其中废钢管和回炉料重量各占50％，在电炉内熔化。在熔化过程中加入硅铁、增碳剂、硫铁，控制铁水中碳含量3.6wt％、硅含量2.1wt％、硫含量0.03wt％。
(2)该实施例中，采用废钢管和球铁回炉料为原料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量。
(3)向电炉中加入废钢管和球铁回炉料，废钢管和球铁回炉料按1:1比例。再加入FeSi75硅铁、增碳剂、FeS40硫铁。铁水熔化后取样分析各元素含量，调整各种辅料使铁水中的碳、硅、硫达到上述含量。
(4)在球化包中加入球化剂Mg7Re，在球化剂上覆盖铈，铈的加入量按其在铁水中含量0.02wt％计算。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后，在转运包中加入FeMn68锰铁，控制锰含量0.4wt％。然后浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
实施例2
本实施例提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，包括以下步骤：
(1)以废钢管和球铁回炉料为主要原料，其中废钢管和回炉料重量比为7:3，在电炉内熔化。在熔化过程中加入硅铁、增碳剂、硫铁，控制铁水中碳含量4.0wt％、硅含量1.8wt％、硫含量0.07wt％。
(2)该实施例中，采用废钢管和球铁回炉料为原料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量。
(3)向电炉中加入废钢管和球铁回炉料，废钢管和回炉料重量比为7:3，再加入FeSi75硅铁、增碳剂、FeS40硫铁。铁水熔化后取样分析各元素含量，调整各种辅料使铁水中的碳、硅、硫达到上述含量。
(4)在球化包中加入球化剂，在球化剂上覆盖镧铈合金，镧铈合金的加入量按铈在铁水中含量为0.08wt％计算。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后，在转运包中加入FeMn68锰铁，控制锰含量0.4wt％。然后浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
实施例3
本实施例提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，包括以下步骤：
(1)以废钢管为主要原料，不添加回炉料，在电炉内熔化。在熔化过程中加入硅铁、增碳剂、硫磺粉、镧铈合金，控制铁水中碳含量3.8wt％、硅含量2.0wt％、硫含量0.03wt％、铈含量0.01wt％。
(2)该实施例中，采用废钢管为原料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量。
(3)向电炉中加入废钢管，再加入FeSi75硅铁、增碳剂、硫磺粉、镧铈合金。铁水熔化后取样分析各元素含量，调整各种辅料使铁水中的碳、硅、锰、硫、铈达到上述含量。
(4)在球化包中加入球化剂，在球化剂上覆盖镧铈合金，镧铈合金的加入量按铈在铁水中含量为0.01wt％计算。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入已提前加入了球化剂的球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后，在转运包中加入FeMn68锰铁，控制锰含量0.6wt％。然后浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
实施例4
本实施例提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，包括以下步骤：
(1)以废钢管为主要原料，不添加回炉料，在电炉内熔化。在熔化过程中加入硅铁、增碳剂、硫磺粉、铈，控制铁水中碳含量3.9wt％、硅含量1.9wt％、硫含量0.07wt％、铈含量0.08wt％。
(2)该实施例中，采用废钢管为原料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量。
(3)向电炉中加入废钢管，再加入FeSi75硅铁、增碳剂、硫磺粉、镧铈合金。铁水熔化后取样分析各元素含量，调整各种辅料使铁水中的碳、硅、锰、硫、镧铈达到上述含量。
(4)在球化包中加入球化剂，在球化剂上覆盖镧铈合金。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入已提前加入了球化剂的球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后，在转运包中加入FeMn68锰铁，控制锰含量0.5wt％。然后浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
实施例5
本实施例提供了一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，包括以下步骤：
(1)以废钢管为主要原料，不添加回炉料，在电炉内熔化。在熔化过程中加入硅铁、增碳剂、硫铁、铈，控制铁水中碳含量3.8wt％、硅含量2.1wt％、硫含量0.05wt％、铈含量0.08wt％。
(2)该实施例中，采用废钢管为原料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量。
(3)向电炉中加入废钢管，再加入FeSi75硅铁、增碳剂、硫磺粉、铈铁合金。铁水熔化后取样分析各元素含量，调整各种辅料使铁水中的碳、硅、锰、硫、铈达到上述含量。
(4)在球化包中加入球化剂，在球化剂上覆盖铈铁合金。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入已提前加入了球化剂的球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后，在转运包中加入FeMn68锰铁，控制锰含量0.5wt％。然后浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
对比例1
(1)该对比例按现有常规技术生产球墨铸铁，即以生铁、废钢及回炉料为原料，控制较低的硫含量，在熔化过程中加入硅铁进行孕育处理，然后进行球化处理并浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。碳含量、硅含量、锰含量按实施例的范围进行控制、硫含量≤0.03wt％。
(2)该对比例与实施例的主要区别在于：实施例在电炉中的铁水进行增硫处理，球化前在铁水中添加稀土，在球化后的铁水中添加锰铁；该对比例则控制较低的硫含量，球化前不添加稀土。
(3)该对比例中，采用生铁、废钢及回炉料为原料，具体原料配比为：50wt％生铁+30wt％碳素钢废钢+20wt％回炉料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量并加入电炉，开始熔化。
(4)铁水融化过程中加入硅铁、锰铁、增碳剂，熔化后取样分析，并调整铁水成分使其满足碳含量3.6wt％、硅含量2.1wt％、锰含量0.4wt％，检测铁水硫含量为0.02wt％。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入已提前加入了球化剂的球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后的铁水浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
对比例2
(1)该对比例按现有常规技术生产球墨铸铁，即以废钢及回炉料为原料，控制较低的硫含量，在熔化过程中加入硅铁进行孕育处理，然后进行球化处理并浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。碳含量、硅含量、锰含量按实施例的范围进行控制、硫含量≤0.02wt％。
(2)该对比例与实施例的主要区别在于：实施例在电炉中的铁水进行增硫处理，球化前在铁水中添加稀土，在球化后的铁水中添加锰铁；该对比例则控制较低的硫含量，球化前不添加稀土。
(3)该对比例中，采用废钢及回炉料为原料，具体原料配比为：70wt％碳素钢废钢+30wt％回炉料，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量并加入电炉，开始熔化。
(4)铁水融化过程中加入硅铁、锰铁、增碳剂，熔化后取样分析，并调整铁水成分使其满足碳含量4.0wt％、硅含量1.8wt％、锰含量0.6wt％，检测铁水硫含量为0.015wt％。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入已提前加入了球化剂的球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后的铁水浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
对比例3
(1)该对比例按完全以废钢为原料，控制极低的硫含量，在熔化过程中加入硅铁进行孕育处理，然后进行球化处理并浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。碳含量、硅含量、锰含量按实施例的范围进行控制、硫含量≤0.01wt％。
(2)该对比例与实施例的主要区别在于：实施例在电炉中的铁水进行增硫处理，球化前在铁水中添加稀土，在球化后的铁水中添加锰铁；该对比例则控制极低的硫含量，球化前不添加稀土。
(3)该对比例中，采用废钢及回炉料为原料，具体原料配比为：100wt％碳素钢废钢，编制配料单输入自动配料称量系统，自动称量并加入电炉，开始熔化。
(4)铁水融化过程中加入硅铁、锰铁、增碳剂，熔化后取样分析，并调整铁水成分使其满足碳含量3.8wt％、硅含量2.0wt％、锰含量0.5wt％，检测铁水硫含量为0.008wt％。
(5)将铁水升温至1500℃，保温4分钟，然后降温至1450℃冲入已提前加入了球化剂的球化包中进行球化处理。
(6)球化处理后的铁水浇注200mm×200mm×200mm球墨铸铁试块。
上述实施例与对比例得到的200mm×200mm×200mm球墨铸铁件各部位石墨球化效果见表1。
检测试样分别从200mm×200mm×200mm立方体球墨铸铁件的4个表面位置及中心部位制取，其中4个表面试样分别编号1、2、3、4，中心部位试样编号5，如下图1所示。
按照GB/T9441“球墨铸铁金相检验”结合图像分析仪检测样品的球化率、球径大小及石墨个数密度。
表1实施例1-4与对比例1-3球化率及石墨个数密度对比表
从表1可以看出，本发明球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度方法的球化效果明显优于目前常用方法，对于厚大铸件而言，其球化率普遍提高20％以上，球径大小提高1级，石墨个数密度增加50％以上。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种球墨铸铁中增加石墨球数量、提高石墨球圆整度的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过在原铁液中预先增硫，并在球化装置中预先添加稀土，球化过程中形成弥散分布的稀土硫化物微粒，稀土硫化物微粒作为石墨结晶的核心，以此增加石墨球数量与提高石墨球圆整度；所述稀土占原铁液质量的0.01％-0.08％；所述增硫后的铁液中含硫量为0.03wt％-0.07wt％；还包括向铁液球化后加入锰铁；其中，所述锰铁粒度为5mm-15mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀土选自铈、镧铈合金和铈铁合金中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过硫磺或硫化铁进行增硫。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀土提前添加到球化装置中，铁水冲入球化装置后进行球化处理，所述稀土覆盖在球化剂表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原铁液的原料选自废钢和回炉料；其中，所述废钢选自碳素钢和/或合金钢。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括往原铁液中加入硅铁、增碳剂，并使得铁液中碳含量为3.6wt％-4.0wt％、硅含量为1.8wt％-2.1wt％。
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