脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑。按重量百分比計，變質(zhì)劑的主要組成為石灰石粉12-18%，稀土鎂合金70-75%，高純石墨粉8-12%，其余為粘結(jié)劑。該變質(zhì)劑以稀土鎂合金顆粒為基礎(chǔ)，在其表面分別粘附兩種功能粉末，構(gòu)成三層不同功能的變質(zhì)劑，第一層（最外）石灰石粉，為脫硫功能層；第二層（中間）高純石墨粉，為減速、孕育功能層；第三層（內(nèi)核）稀土鎂合金，為球化功能層。該變質(zhì)劑可以一次性完成球墨鑄鐵的脫硫、球化和孕育操作，能穩(wěn)定獲得球化級別1-2級，抗拉強度400-600MPa的球墨鑄鐵。
【專利說明】脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及球墨鑄鐵【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵 變質(zhì)劑。

【背景技術(shù)】
[0002] 在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，球化劑和孕育劑是球墨鑄鐵必不可少的變質(zhì)劑，球化和孕育 處理缺一不可。其中，球化處理為石墨球化提供了必要條件，使石墨球能從鐵液中析出，而 且能單獨生長；孕育處理不僅可以促進石墨化，消除滲碳體，使石墨細小圓整，數(shù)量增多，減 少共晶邊界的脆性相及夾雜物。即便是鐵水中有足夠的球化元素，如果孕育不良或孕育衰 退，石墨數(shù)量會減少，形狀惡化，甚至出現(xiàn)片狀甚至厚片狀石墨。因此，孕育處理與球化處理 相輔相成，是提高球鐵質(zhì)量的重要手段。
[0003] 目前，國內(nèi)外球墨鑄鐵球化和孕育處理最常用的球化劑、孕育劑分別為稀土鎂、硅 鐵系列合金，盡管這些球化劑和孕育劑在球墨鑄鐵生產(chǎn)中取得了較好效果，但仍存在如下 無法克服的技術(shù)問題： (1) 無論哪種類型球化和孕育劑，在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，均須分別進行球化和孕育處理， 由于硅鐵系列孕育劑有效孕育時間短，為避免孕育衰退，孕育處理要在球化后單獨進行，甚 至進行多次孕育處理，操作繁瑣，質(zhì)量不易控制； (2) 現(xiàn)有球化劑對鐵水含硫量要求嚴格，鐵水含硫量高或波動較大時，會造成球化失 敗，或不易得到質(zhì)量穩(wěn)定的球墨鑄鐵件； (3) 球化過程反應(yīng)劇烈，一方面合金元素燒損嚴重，吸收率低，浪費大量貴重合金，另一 方面會給生產(chǎn)環(huán)境造成嚴重污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供了一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，它集 脫硫、球化和孕育為一體，一次性完成球墨鑄鐵的爐前球化和孕育處理，解決了球墨鑄鐵生 產(chǎn)過程中繁雜的爐前操作，實現(xiàn)了球化反應(yīng)速度可控，提高了球化元素吸收率，能有效避免 球化孕育衰退，可以穩(wěn)定獲得球化級別1-2級，抗拉強度400-600MPa的球墨鑄鐵。
[0005] 本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案是：脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，按重量 百分比計，其組成為：石灰石粉12-18%，稀土鎂合金70-75%，高純石墨粉8-12%，其余為粘 結(jié)劑。
[0006] 所述變質(zhì)劑的基本結(jié)構(gòu)特征是：以稀土鎂合金顆粒為基礎(chǔ)，在其表面分別粘附兩 種功能粉末，構(gòu)成三層不同功能的變質(zhì)劑（圖1所示)，第一層(最外層）石灰石粉，為脫硫功 能層；第二層（中間層)高純石墨粉，為減速、孕育功能層；第三層（內(nèi)核)稀土鎂合金顆粒，為 球化功能層。
[0007] 所述變質(zhì)劑各組分(功能層）的主要作用： (1)石灰石粉層（CaC03)首先與鐵水接觸，在高溫下分解為CaO和C02，利用熱分解石 灰石微粒的崩裂，形成很多細小而高活性的石灰顆粒，具有很強的脫硫能力；同時，放出的 co2起到攪拌熔池的作用，改善傳質(zhì)條件，加快脫硫速度，把鐵水含硫量控制在一定范圍，為 變質(zhì)劑的定量奠定了良好基礎(chǔ)； (2) 高純石墨粉層（C5S)作為減速劑，石墨可以降低鐵水對稀土鎂合金的滲透速度， 有效控制合金反應(yīng)速度；作為孕育劑，在球墨反應(yīng)過程中，通過鎂反應(yīng)產(chǎn)生的大量鎂蒸汽攪 動下，把石墨擴散熔解到鐵水中，增加了大量非自發(fā)晶核，起到高效孕育、細化晶粒和促進 石墨化的作用； (3) 稀土鎂合金層（QRMg8RE3) Mg在給定的含量范圍，通過反應(yīng)產(chǎn)生的鎂蒸汽攪拌作用 代替人工攪拌，加速變質(zhì)劑的擴散與吸收，同時使鐵水中的石墨球化；Re在給定的含量范 圍，稀土元素與鐵水中球化干擾元素形成穩(wěn)定的化合物，提高變質(zhì)劑抗干擾能力。
[0008] 為保證各原材料的有效含量和效果，本發(fā)明所述的石灰石中CaO質(zhì)量分數(shù)>85%， 粒度60-80目；稀土鎂合金中相關(guān)成分的質(zhì)量分數(shù)為Mg7. 5-8. 5%，Re2. 5-3. 5%，Si40-44%， 其余為Fe ;高純石墨粉中石墨的質(zhì)量分數(shù)99%，粒度200-300目。
[0009] 本發(fā)明還提供了脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑的制備工藝，其制備的 具體步驟為： (1) 材料破碎與制粉將稀土鎂合金機械破碎，粒度控制為8-14_，石灰石破碎磨粉， 粒度控制在60-80目； (2) 配料一次混制將稀土鎂合金、石墨粉按一定比例配料，用適量水玻璃作粘結(jié)劑， 通過攪拌設(shè)備把石墨粉粘附在稀土鎂合金表面，進行自然固化5-8分鐘； (3) 配料二次混制待一次混制、自然固化后，按一定比例加入石灰石粉，適量水玻璃 作粘結(jié)劑，通過攪拌設(shè)備把石灰石粉粘附在一次固化材料的表面，進行自然固化5-8分鐘； (4) 烘干將經(jīng)過二次混制固化后的變質(zhì)劑，放入烘干設(shè)備中烘干20-25分鐘，烘干溫 度控制為115-120°C。
[0010] 將經(jīng)過上述步驟制得變質(zhì)劑冷卻到室溫后，用裝塑料袋密封包裝備用。
[0011] 在原材料混制時，在水玻璃粘結(jié)劑模數(shù)控制在3. 0-3. 7M，可以縮短自然固化時間。 烘干25分鐘，溫度控制115-120°C，去除粘結(jié)劑中結(jié)晶水或揮發(fā)物，在石墨粉、石灰石粉表 面形成一層二氧化硅網(wǎng)狀骨架，確保石墨粉、石灰石份與合金的粘結(jié)強度，形成稀土鎂合 金、石墨粉和石灰石粉分層粘結(jié)的變質(zhì)劑。
[0012] 在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，將待進行球化處理的鐵水過熱到1500-1550°C，通過包底沖入 法加入該變質(zhì)劑0. 8-1. 2%，便可一次性完成鐵水的脫硫、球化和孕育處理，能穩(wěn)定獲得球化 級別1-2級，抗拉強度400-600MPa的球墨鑄鐵。
[0013] 由于該變質(zhì)劑是以天然鱗片狀高純度石墨粉作為孕育劑，本身熔點高于鐵水處理 溫度，形成的非自發(fā)晶核不會隨著時間的延長被完全溶解，不會出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象，起到高 效孕育、細化晶粒和促進石墨化的作用。
[0014] 綜上所述，本發(fā)明的有益效果是： (1) 脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，可以一步完成球墨鑄鐵生廣的脫硫、球 化和孕育操作，解決了球墨鑄鐵生產(chǎn)操作繁瑣費時，質(zhì)量不好控制的技術(shù)難題； (2) 本發(fā)明所述的變質(zhì)劑，通過石灰石脫硫技術(shù)，減少了鐵水中S的影響，降低了變質(zhì) 劑的加入量； (3) 本發(fā)明所述的變質(zhì)劑，通過石墨減速技術(shù)，降低了鐵水對球化劑的滲透速度，減少 了球化劑的消耗(減少稀土鎂合金40%以上)，提高了吸收率，節(jié)省了生產(chǎn)成本； (4) 本發(fā)明所述的變質(zhì)劑，通過石墨孕育技術(shù)，形成的大量非自發(fā)晶核不會隨時間延長 而溶解，解決了硅鐵類孕育劑易產(chǎn)生孕育衰退的技術(shù)難題； (5) 本發(fā)明采用的制備工藝簡單可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，可穩(wěn)定獲得球化級別1-2級，抗拉強 度400-600MPa的球墨鑄鐵。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是該變質(zhì)劑顆粒剖面放大基本結(jié)構(gòu)示意圖，1為石灰石粉，脫硫功能層；2為高 純石墨粉，減速和孕育功能層；3為稀土鎂合金顆粒，球化功能層。
[0016] 圖2是該變質(zhì)劑生廣的球墨鑄鐵石墨形態(tài)金相照片。

【具體實施方式】
[0017] 實施例1 一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，各組分重量百分比為：石灰石12%，稀 土鎂合金75%，高純石墨12%，其余為粘結(jié)劑。其具體制備步驟為： (1) 材料破碎與制粉將稀土鎂合金機械破碎，粒度控制為8-14_，石灰石破碎磨粉， 粒度控制在60-80目； (2) 配料一次混制 將稀土鎂合金、石墨粉按一定比例配料，用水玻璃作粘結(jié)劑，力口 入量為石墨粉總量的6-8%，通過攪拌設(shè)備把石墨粉粘附在稀土鎂合金表面，進行自然固化 5-8分鐘； (3) 配料二次混制待一次混制、自然固化后，按一定比例加入石灰石粉，以水玻璃作 粘結(jié)劑，加入量為石灰石總量的6-8%，通過攪拌設(shè)備把石灰石粉粘附在一次固化材料的表 面，進行自然固化5-8分鐘； (4) 烘干將經(jīng)過二次混制固化后的變質(zhì)劑，放入烘干設(shè)備中烘干20-25分鐘，烘干溫 度控制為115-120°C。
[0018] 應(yīng)用效果：在球墨鑄鐵制造中，加入0. 7-0. 9wt%上述變質(zhì)劑，通過包底沖入法，一 次性完成球墨鑄鐵的脫硫、球化和孕育處理，得到球化級別1-2級，珠光體> 80%，抗拉強度 600MPa以上的球墨鑄鐵。
[0019] 實施例2 一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，各組分重量百分比為：石灰石13%，稀 土鎂合金74%，高純石墨9%，其余為水玻璃粘結(jié)劑。其具體制備步驟同實例1。
[0020] 應(yīng)用效果：在球墨鑄鐵制造中，加入0. 7-0. 9wt%上述變質(zhì)劑，通過包底沖入法，一 次性完成球墨鑄鐵的脫硫、球化和孕育處理，得到球化級別1-2級，珠光體70%，抗拉強度 550MPa的球墨鑄鐵。
[0021] 實施例3 一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，各組分重量百分比為：石灰石14%，稀 土鎂合金73%，高純石墨10%，其余為水玻璃粘結(jié)劑。其具體制備步驟同實例1。
[0022] 應(yīng)用效果：在球墨鑄鐵制造中，加入0. 7-0. 9wt%上述變質(zhì)劑，通過包底沖入法，一 次性完成球墨鑄鐵的脫硫、球化和孕育處理，得到球化級別1-2級，珠光體與鐵素體混合組 織，抗拉強度500MPa的球墨鑄鐵。
[0023] 實施例4 一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，各組分重量百分比為：石灰石16%，稀 土鎂合金71%，高純石墨11%，其余為水玻璃粘結(jié)劑。其具體制備步驟同實例1。
[0024] 應(yīng)用效果：在球墨鑄鐵制造中，加入0. 7-0. 9wt%上述變質(zhì)劑，通過包底沖入法，一 次性完成球墨鑄鐵的脫硫、球化和孕育處理，得到球化級別1-2級，鐵素體65%，抗拉強度 450MPa的球墨鑄鐵。
[0025] 實施例5 一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，各組分重量百分比為：石灰石18%，稀 土鎂合金70%，高純石墨12%，其余為水玻璃粘結(jié)劑。其具體制備步驟同實例1。
[0026] 應(yīng)用效果：在球墨鑄鐵制造中，加入0. 7-0. 9wt%上述變質(zhì)劑，通過包底沖入法，一 次性完成球墨鑄鐵的脫硫、球化和孕育處理，得到球化級別1-2級，鐵素體> 80%，抗拉強度 400MPa的球墨鑄鐵。
【權(quán)利要求】
1. 一種脫硫、球化與孕育一體化球墨鑄鐵變質(zhì)劑，其特征是：按重量百分比計，石灰石 粉12-18%，稀土鎂合金70-75%，高純石墨粉8-12%，其余為粘結(jié)劑。
2. 權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵變質(zhì)劑，其結(jié)構(gòu)特征在于：以稀土鎂合金顆粒為基礎(chǔ)，在 其表面分別粘附兩種不同功能的粉末，構(gòu)成三層不同功能的變質(zhì)劑，第一層(最外）石灰石 粉，為脫硫功能層；第二層（中間）高純石墨粉，為減速、孕育功能層；第三層（內(nèi)核)稀土鎂合 金顆粒，為球化功能層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的球墨鑄鐵變質(zhì)劑，其特征在于：所述的石灰石中CaO質(zhì)量分 數(shù)>85%，粒度60-80目；稀土鎂合金中相關(guān)成分的質(zhì)量分數(shù)為Mg7. 5-8. 5%，Re2. 5-3. 5%， Si40-44%，其余為Fe ;高純石墨粉中石墨的質(zhì)量分數(shù)99%，粒度200-300目。
【文檔編號】C22C33/08GK104152623SQ201410402630
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】李強, 李明弟 申請人:李明弟