高效環保球化劑及其製備方法
2023-05-27 22:33:46
專利名稱：高效環保球化劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高效環保球化劑及其製備方法，具體是一種含有稀土鎂矽鐵合金的高效環保球化劑，可廣泛應用於鑄態鐵素體球鐵、鑄態珠光體球鐵和厚大斷面球鐵，是複合球化變質劑的升級產品。
球化劑是生產球墨鑄鐵的重要添加劑。複合球化變質劑雖然解決了傳統球化劑存在的球化反應激烈、球化元素吸收率低、功能單一、含矽量高等傳統球化劑存在的問題，但又出現了以下一些新問題，使其難以大面積工業推廣。
1、粒級分布參數不系統、不穩定，級配梯度太大(0-7mm和7-13mm兩級)，生產工藝不好控制，對鐵水溫度的適應性差。低溫時(1400-1430℃)有時會出現反應間斷和粘包現象，高溫時(＞1500℃)反應激烈。
2、合金粒的熔點單一，未實現系列化，不能滿足不同溫度的球化反應穩定性的要求，溫度每系列性差。
3、添加劑造反功能未能充分優化。
4、品種單一，僅適用於鐵素體球鐵的生產。
5、含矽量單一，僅為31-32％，不適合國內外不同鑄造廠家的不同需求。
本發明與複合球化變質劑的共同點與不同點共同點1、多元稀土鎂矽鐵合金仍加工為13mm以下的顆粒，合金合金粒度理論不變。
2、多元稀土鎂矽鐵合金的主要萬分仍然為稀土、鎂、矽和鈣，這也是國際上合金球化劑的通用主要成分。
不同點1、多元合金的粒度下限為0.2-0.5mm，不是零。鑿度級配為三級以上小梯度(0.2-5.0mm、5.0-9.0mm、9.0-13mm)，且7-13mm的粒度佔合金粒總量的55-60％。在不同處理溫度範圍內，高效環保球化劑是由一種或多種熔點的合金粒組成的。且有同粒度範圍的合金，其成分和熔點可能相同也可能不同。
2、高效環保球化劑在其添加劑中選用經氟化鈣覆膜鈍化的氧化鈣做脫硫劑，不同的溫度區間選用不同的加入量和粒度(320目-7mm)。
3、選用晶型石墨做淨化劑。
4、選用日本火山巖顆粒做除渣劑。
5、選用電極石墨粒和石英砂做阻熔劑。
6、選用高鋇合金做孕育劑，破碎成1-3mm顆粒加入。
7、在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩定珠光體的元素，將金屬銻破碎成0-1.5mm的粒度，與阻熔劑混勻後加入。
8、在厚大斷面球鐵使用的球化劑中加入釔基重稀土合金，以熔入母合金中的方式加入。
本發明的目的是針對現有技中存在的不足之處，而提供的一種新型的高效環保型球化劑及其製備方法，該產品既克服了傳統衝入法球化劑所存在的缺點，又保留了複合球化變質劑的長處，且完善其不足，設計製造出一種適合於工業化推廣應用的穩定的球化劑新產品。
本發明的目的是採取以下措施實現的各種物料的配比範圍為(1)球化劑75-90％；(2)阻熔劑5-20％；(3)除渣劑0-5％；(4)淨化劑1-8％；(5)脫硫劑0-6％；(6)孕育劑0-5％。
其中(1)球化劑是指不同熔點的稀土鎂矽鐵合金粒；(2)阻熔劑是指以電極石墨和石英砂，二者的比例為2∶1；(3)除渣劑是指日本火山巖；(4)淨化劑是指晶型石墨；(5)脫硫劑是指經氟化鈣表面復膜鈍化的氧化鈣；(6)孕育劑是指高鋇合金。
將上述的物料按一定的粒度公布和配比，經物理機械混合而製成，在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩定珠光體的元素，將金屬銻破碎成0-1.5mm的粒度，與阻熔劑混勻後加入，在厚大斷面型球化劑中加入釔基重稀土合金，以熔入母合金中的方式加入，其中(1)稀土鎂矽鐵合金粒成份為鎂6.0-18％、稀土1.5-15％、鈣1.0-8.0％、矽40-60％；
(2)HEN-F3的幾種溫度類型的配比為SL1390-1420℃、L1420-1450℃、M1450-1480℃、H1480-1510℃、SH1510-1550℃、SSH＞1550℃。
本發明適用溫度範圍是1390-1600℃之間，厚鐵水含硫量為0.015-0.10％的鐵水的球化處理，適用於鐵素體，混合基體、珠光體球鐵。
表一高效環保球化劑的系列牌號及成份
(1)產品牌號中的HEN表示高效環保球化劑，為英文High effectiveness(environment protection)nodulizer第一個字母的縮寫，F表示鐵素體(Ferrite)型，P表示珠光體(Pearlite)型，LS表示大斷面(Large-section)型；(2)每種牌號有六種溫度類型，分別以SL(超低溫型1390-1420)，L(低溫型1420-1450℃)，M(中溫型1450-1480℃)，H(高溫型1480-1510型℃)，SH(超高溫型1510-1550℃)和SSH(特高溫型≥1550℃)標註；
(3)每種牌號有四種含矽量，表中所列為標準含矽量。其它分別以A(24-26％Si)，B(34-36％Si)，C(39-41％Si)標註；(4)HM表示按表中所列鎂含量增加1％，LM表示按表中所列鎂含量降低1％；(5)如HEN-F2-SH-B-LM型表示鐵素體型球化劑，適用於處理溫度高於1510℃以上的電爐鐵水，其含鎂量為4.7-5.3％，含矽量為34-36％。
表二不同牌號中的成份與添加劑量配比
表三同一牌號，不同鐵水溫度下的物料配比
在生產過程中，根據產品牌號的不同，製取以上合金成分範圍內的某一種或某幾種合金粒與其它添加劑按一定比例來物理合成而製成高效環保球化劑。
其牌號與配比之間關係，舉例說明如下(1450-1480℃)表1
同一牌號在不同溫度下合金粒的設計與阻熔劑比例及粒度之間的關係如HEN-F3的幾種溫度類型的配比SL1390-1420℃；L1420-1450℃；M1450-1480℃；H1480-1510℃；SH1510-1550℃；SSH≥1550℃。
表2
高效環保球化劑中各成分組元的作用稀土在其給定的含量範圍，可起到輔助球化和孕育作用，既可發揮稀土的抗幹擾作用，又可避免過量稀土導致石墨形狀惡化的傾向；鈣在給定的含量內具有較強烈的孕育作用，可降低鎂的活度，控制反應速度提高鎂的收率。
電極石墨粒作為阻熔劑，可降低鐵水對球化劑的滲透速度，形成逐層反應的狀態。石英砂粒而造成阻熔劑，可彌補電極石墨粒易在製作過程和運輸過程中粉碎而造成阻熔劑粒級細化的傾向，使球化反應既得到控制而又無反應間斷現象，又不汙染鐵水。
選用晶型石墨做為淨化劑，是利用晶型石墨能吸附金屬液中各類夾雜物(特別是硫化物)的特點淨化金屬液。能極大地降低鐵水的終硫量，有效地控制球鐵水的回硫，提高球鐵水的抗衰退能力。
選用氟化鈣進行表面鈍化的氧化鈣做脫硫劑，可降低鎂的脫硫消耗，降低用戶的球化成本。
選用日本火山巖做除渣劑，既可利用其獨特的吸附金屬液中夾雜物的能力，淨化鐵水。又可利用其遇鐵水膨脹的特性，使其能在細粒度合金中得以膨脹，避免複合球化變質中存在的反應間斷和突暴現象。
本發明高效環保球化劑適用於溫度1390-1600℃，原鐵水含硫量為0.015-0.10％的鐵水的球化處理，適用於鐵素體、混合基體、珠光體球鐵，適用於小斷面、大斷面球鐵的鑄造生產。
本發明的效果高效1、脫硫率高在高效環保球化劑中，我們複合加入了吸附性很強的高熔點、代密度淨化劑，當鐵水球化反應時，這種淨化劑能吸附鐵水中產生的硫化鎂、硫化稀土、硫化鈣等雜質，並在鎂蒸氣的攪拌下上浮造渣，從而使鐵水最大限度地脫硫淨化並除雜。即使是衝於爐的高硫(0.08％以下)。脫硫率可達80％以上，最高可達90％。這一優點可以使用戶使用沖天爐的高硫高溫鐵水生產出低終硫量的電爐型球鐵，實現低成本，高質量的球鐵生產，具有極高的技術經濟優勢。
2、利用率高在高效環保球化劑中，利用阻熔劑與各種熔點合金的有機匹配，使得鐵水對球化劑逐層滲透、逐層反應，達到了球化劑中的鎂蒸氣泡在鐵水中小直徑、多源、可控、定量釋放的狀態，可一次出鐵水，使所有鐵水都參與球化脫硫反應而決無鐵水飛濺現象。所以，該產品的利用率，尤其是鎂的利用率(殘鎂、脫硫鎂之和與總加鎂量的比值)明顯高於其它所有球化劑。使用高效環保球化劑處理球鐵時，鎂的利用率一般可達到60％以上，最高可達到90％。鎂的吸收率(殘鎂與總加鎂量的比值)一般均高於50％，電爐球鐵一般可高於65％，最高可達80％。這是目前任何衝入法球化劑都無法達到的技術指標。
環保
1、鎂光小高效環保球化劑在阻熔劑和作用下，使鐵水的球化反應非常平穩。鎂的燒損很小，鎂光明顯小於普通球化劑。可用肉眼直接觀察鐵水包的球化反應，決不刺眼。大大改善了作業環境，提高了勞動保護水平。
2、煙塵少高效環保球化劑對鐵水進行球化處理時，使鐵水在包內呈渦流狀攪動。而不會出現普通球化劑那樣出現煙塵四起、火光沖天的激烈沸騰反應。其球化反應的煙塵量要明顯少於精通球化劑，大約減少70％以上。這在很大程度上改善了多年以來鐵水爐前球化處理時惡劣的作業環境。為保護球化鐵爐前操作工的健康提供了必要的條件。
穩定1、級配比優化高效環保球化劑徹底解決了複合球化變質劑存在的合金粒度分布過於自然化，級配梯度過大，無法使生產過程程序化，從而造成產品的粒度級配不穩定，進而造成球化反應出現不穩定的重大問題。對球化劑中的主要成分合金粒實行無零下限三級以上的多級化小梯度自動化分級合成，最大限度地優化控制了合金粒的粒級分布的穩定性和均一性。使該產品實現了重現性極好的反應性能和球化性能。所有物料粒度均為非零下限，徹底解決了球化反應間斷、突爆和粘包的問題。
2、合金熔點通過對合金中的含鎂量、鎂鈣差、矽鎂比、矽含量等參數的調整與匹配，有效地調整了合金粒的熔點。從而使不同成分的高效環保球化劑對不同溫度的鐵水都能實現幾乎相同的平穩球化反應。多種不同熔點的合金粒與阻熔劑的科學配比，可以使高效環保球化劑產生低溫(L型1420-1450℃)、中溫(M型1450-1480℃)、高溫(H型1480-1510℃)、超高溫(SH型＞1510℃)等四種以上的型號，以適應不同溫度的鐵水。反應過程更平穩，球化效果更穩定。
3、淨化鐵水在高效環保球化劑中，還複合加入了一定量的除渣劑。在對鐵水進行球化處理時，這種除渣劑能對鐵水渣中的各種氧化物進行聚集並與鐵水分離，最後清出包外，從而有效地淨化鐵水，確保了球鐵水的穩定性和抗衰退性能。
4、合金純淨高效環保球化劑中的多元中間合金採用專利技術——爐內無沸騰壓鎂工藝生產，合金的純淨度更高，由於有了壓鎂前的除雜工藝，所以，合金中的夾雜物極少，氧化鎂可控制在0.5％以下。高純度的合金粒，使高效環保球化劑的純淨度、可靠性和穩定性得到了充分的保證。
高度純淨的、經過級配優化的多元中間合金粒與阻熔劑、脫硫劑、淨化劑、除渣劑的科學組合，產生了全新的衝入法球化劑的第三代換代產品——高效環保球化劑。
本發明的優點是高效、穩定、利用率高、鎂光小、煙塵少，有效地調整了合金粒的熔點、淨化熔點，合金純淨度高，是複合球化劑的升級產品。
本發明實施例如下實施例1沖天爐高溫高硫鐵水原鐵水成分％C3.60；Si1.0；Mn0.04；P0.04；S0.065；原鐵水溫度1490℃；球鐵鑄態性能目標值QT450-12；鑄件重量5-60公斤；球化包型1.5噸，高徑比1.5，堤壩式；出鐵方式一次出完；高效環保球化劑型號HEN-F3-H型；高效環保球化劑成分％RE3.0；Mg7.0；Ca適量；Si34；高效環保球化劑用量1.4％(W/W)；覆蓋方式矽鐵，部分鐵屑；孕育劑75#矽鐵，兩次孕育。
實施結果如下球鐵成分％C3.6 Si2.65；Mn0.2；P0.05；S0.009；Mg0.05；球鐵鑄態性能抗拉強度495N/mm2，延伸率21％；球化等級2級；球徑級別6-7級；實施例2電爐高溫低硫鐵水原鐵水成分％C3.7；Si1.3；Mn0.13；P0.04；S0.020；原鐵水溫度1520℃；球鐵鑄態性能目標值QT400-18；鑄件重量8-30公斤；
球化包型1.0噸，高徑比1.5，堤壩式；出鐵方式一次出完；高效環保球化劑型號HEN-F2-SH型；高效環保球化劑成分％RE2.0；Mg6.0；Ca適量；Si36；高效環保球化劑用量1.2％(W/W)；覆蓋方式矽鐵，部分鐵屑；孕育劑75#矽鐵，矽鋇，三次孕育。實施結果如下球鐵成分％C3.75 Si2.6；Mn0.15；P0.04；S0.007；球鐵鑄態性能抗拉強度475N/mm2，延伸率23％；球化等級1-2級；球徑級別6-7級；實施例3厚大斷面球鐵原鐵水成分％C3.50；Si2.6；Mn0.13；P0.05；S0.026；原鐵水溫度1470℃；球鐵鑄態性能目標值QT420-15；鑄件重量5-8砘；球化包型10噸，高徑比1.2，堤壩式；出鐵方式一次出完；高效環保球化劑型號HEN-LS3-M型；高效環保球化劑成分％REY2.0；Mg7.0；Ca適量；Si34；高效環保球化劑用量1.8％(W/W)；覆蓋方式矽鐵，鐵屑；孕育劑75#矽鐵，矽鋇，二次孕育。實施結果如下球鐵成分％C3.5 Si2.6；Mn0.13；P0.045；S0.008；Mg0.063；球鐵鑄態性能抗拉強度485N/mm2，延伸率20％；球化等級2級；球徑級別6-7級；
權利要求
1.一種高效環保球化劑，其特徵在於各種物料的配比範圍為(1)球化劑75-90％；(2)阻熔劑5-20％；(3)除渣劑0-5％；(4)淨化劑1-8％；(5)脫硫劑0-6％；(6)孕育劑0-5％。
2.根據權利要求1所述的一種高效環保球化劑，其特徵在於(1)球化劑是指不同熔點的稀土鎂矽鐵合金粒；(2)阻熔劑是指以電極石墨和石英砂，二者的比例為2∶1；(3)除渣劑是指日本火山巖；(4)淨化劑是指晶型石墨；(5)脫硫劑是指經氟化鈣表面復膜鈍化的氧化鈣；(6)孕育劑是指高鋇合金。
3.根據權利要求1所述的一種高效環保球化劑的製備方法，其特徵在於將上述的物料按一定的粒度公布和配比，經物理機械混合而製成，在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩定珠光體的元素，將金屬銻破碎成0-1.5mm的粒度，與阻熔劑混勻後加入，在厚大斷面型球化劑中加入釔基重稀土合金，以熔入母合金中的方式加入，其中(1)稀土鎂矽鐵合金粒成份為鎂6.0-18％、稀土1.5-15％、鈣1.0-8.0％、矽40-60％；(2)HEN-F3的幾種溫度類型的配比為SL1390-1420℃、L1420-1450℃、M1450-1480℃、H1480-1510℃、SH1510-1550℃、SSH＞1550℃。
4.根據權利要求3所述的一種高效環保球化劑的製備方法，其特徵在於本發明適用溫度範圍是1390-1600℃之間，厚鐵水含硫量為0.015-0.10％的鐵水的球化處理，適用於鐵素體，混合基體、珠光體球鐵。
全文摘要
本發明涉及一種含有稀土鎂矽鐵合金的高效環保球化劑，具體說是一種生產球墨鑄鐵的添加劑，主要特點是以不同熔點的稀土鎂矽鐵合金粒作為球化劑，以電極石墨粒做為阻熔劑、晶型石墨做為淨化劑，用經氟化鈣表面膜鈍化的氧化鈣做為脫硫劑、日本火山巖做為除渣劑，適用高鋇合金做為孕育劑，在珠光體型球化劑中選用適量銻做為穩定珠光體的元素，以釔基重稀土合金作為厚大斷面球鐵型球化劑中的稀土，將以上物料按一定粒度分布和配比經物理機械混合而成。該產品可廣泛應用於鑄鐵素體球鐵、鑄態珠光體球鐵和厚大斷面球鐵，是複合球化劑的升級產品。
文檔編號C22C33/00GK1427086SQ0113185
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月21日 優先權日2001年12月21日
發明者李鑠, 張恆立 申請人:包頭文鑫實業有限公司